DE102014114751A1 - Method for operating a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (2), das eine Lenkanlage (10) mit einer Zahnstange (12) aufweist, mit der Räder (6, 8) an einer Achse (4), auf denen Reifen aufgezogen sind, inklusive zugehöriger Radaufhängungen des Kraftfahrzeugs (2) gelenkt werden, wobei das Kraftfahrzeug (2) auf einer Fahrbahn bewegt wird, wobei ein Reibungsbeiwert oder eine davon abgeleitete Größe zwischen einem jeweiligen Reifen und der Fahrbahn unter Berücksichtigung eines Fahrzustands, einer Kinematik der Lenkanlage (10), einer Kinematik der Achse (4), eines Verhaltens der Reifen auf den Rädern (6, 8) und/oder deren Nachlaufstrecke als charakteristischer Größe ermittelt wird, wobei im Verlauf einer Anwendung des Verfahrens sich ändernde Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs (2) und der Reifen durch eine Lernphase, die während mindestens einer Fahrt des Kraftfahrzeugs (2) durchgeführt wird, erkannt und berücksichtigt werden.The invention relates to a method for operating a motor vehicle (2), which has a steering system (10) with a rack (12), with the wheels (6, 8) on an axle (4) on which tires are mounted, including associated Wheel suspensions of the motor vehicle (2) are directed, wherein the motor vehicle (2) is moved on a roadway, wherein a coefficient of friction or a derived value between a respective tire and the road in consideration of a driving condition, a kinematics of the steering system (10), a Kinematik of the axis (4), a behavior of the tires on the wheels (6, 8) and / or the trailing distance is determined as a characteristic size, wherein in the course of application of the method changing operating parameters of the motor vehicle (2) and the tire by a Learning phase that is performed during at least one trip of the motor vehicle (2), recognized and taken into account.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs. The invention relates to a method and a system for operating a motor vehicle.
Ein Kraftfahrzeug hat mit seinen Rädern Kontakt zu einem zu befahrenden Untergrund. Hierbei ist unter anderem ein sogenannter Reibungsbeiwert zu beachten, der von einer Bereifung der Räder, bspw. von einer Reifenprofiltiefe und dem Reifentyp, aber auch von einer Beschaffenheit des Untergrunds, üblicherweise einer Straße, sowie von Witterungsverhältnissen abhängen kann. Fährt das Kraftfahrzeug durch eine Kurve, ist es zudem einer Seitenkraft und somit einer Querbeschleunigung ausgesetzt. Eine Spursicherheit beim Durchfahren der Kurve hängt von einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, einem Radius der Kurve sowie von dem Reibungsbeiwert ab. A motor vehicle has contact with its wheels to a traveling surface. Among other things, a so-called coefficient of friction is to be considered, which may depend on a tire tires, for example. Of a tire tread depth and the tire type, but also on a condition of the ground, usually a road, as well as weather conditions. If the motor vehicle drives through a curve, it is also exposed to a lateral force and thus to a lateral acceleration. Spurs safety when driving through the curve depends on a speed of the motor vehicle, a radius of the curve and on the coefficient of friction.
Ein Verfahren zur Ermittlung des Reibungsbeiwerts zwischen Reifen eines Kraftfahrzeugs und einer Fahrbahn ist aus der Druckschrift
Bei einem aus der Druckschrift
Ein Verfahren zum Bestimmen des Reibungsbeiwerts bei einem Kraftfahrzeug mit mindestens einem gelenkten Rad ist in der Druckschrift
Die Abschätzung des Reibungsbeiwerts kann über verschiedene bereits bekannte Ansätze erfolgen. Beispielsweise kann während eines Brems- oder Beschleunigungsvorgangs ein Radschlupf ermittelt und daraus der Reibungsbeiwert bestimmt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, mit Hilfe einer aktuell gemessenen Querbeschleunigung ein Ausschlussverfahren durchzuführen. Dabei können bei hohen Aufbaubeschleunigungen eines Kraftfahrzeugs niedrige Reibungsbeiwerte ausgeschlossen werden, da eine hohe Querbeschleunigung auf einer glatten Fahrbahn nicht zu erreichen ist. The estimation of the coefficient of friction can be carried out by various already known approaches. For example, a wheel slip can be determined during a braking or acceleration process and the coefficient of friction determined therefrom. Another possibility is to perform an exclusion method using a currently measured lateral acceleration. In this case, low friction coefficients can be excluded at high body accelerations of a motor vehicle, since a high lateral acceleration on a slippery road surface can not be achieved.
Eine weitere Möglichkeit sieht die Nutzung eines Kraftfahrzeugmodells vor, mit dessen Hilfe ein theoretisches Rückstellmoment bzw. eine theoretische Zahnstangenkraft der Lenkung ermittelt werden kann. Dazu werden bei Durchführung bisheriger Maßnahmen diverse Eingangssignale benötigt, üblicherweise eine Querbeschleunigung, eine Gierrate, eine Kraftfahrzeuglängsgeschwindigkeit und ein Kurvenradius. Derartige für Fahrbahnen mit hohem Reibungsbeiwert geltenden Referenzwerte werden mit den Werten eines aktuell gemessenen und/oder abgeschätzten Rückstellmoments bzw. der aktuellen Zahnstangenkraft verglichen. Über ein weiteres Modell oder ein Kennfeld kann anschließend aus dem Momenten- bzw. Kraftverhältnis der Reibungsbeiwert abgeschätzt werden. Another possibility provides for the use of a motor vehicle model with the aid of which a theoretical restoring torque or a theoretical rack force of the steering can be determined. For this purpose, various input signals are required when carrying out previous measures, usually a lateral acceleration, a yaw rate, a motor vehicle longitudinal speed and a curve radius. Such reference values which apply to high friction coefficient roadways are compared with the values of a currently measured and / or estimated restoring torque or the current rack force. The coefficient of friction can then be estimated from the moment or force ratio via another model or a characteristic diagram.
Diese genannten Maßnahmen sind bspw. in den Druckschriften
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1, ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 12 und ein System mit den Merkmalen von Patentanspruch 18 vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung. Against this background, a method having the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, das hier beispielhaft eine Lenkanlage mit einer Zahnstange aufweist, mit der Räder an einer Achse, auf denen Reifen aufgezogen sind, inklusive zugehöriger Radaufhängungen des Kraftfahrzeugs gelenkt werden. Dabei wird das Kraftfahrzeug auf einer Fahrbahn bzw. einem Untergrund bewegt. Bei dem Verfahren wird ein Reibungsbeiwert oder eine davon abgeleitete Größe zwischen einem jeweiligen Reifen und der Fahrbahn unter Berücksichtigung eines Fahrzustands, einer Kinematik der Lenkanlage, einer Kinematik der Achse, eines Verhaltens der Reifen auf den Rädern und/oder deren Nachlaufstrecke als charakteristischer Größe bzw. Betriebszustand des Kraftfahrzeugs ermittelt. Im Verlauf einer Anwendung des Verfahrens werden sich ändernde Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs und der Reifen durch eine Lernphase, die während mindestens einer Fahrt des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird, erkannt und berücksichtigt werden und das Verfahren in Ausgestaltung entsprechend adaptiert. The method according to the invention is intended for operating a motor vehicle, which by way of example here has a steering system with a rack, with the wheels on an axle on which tires mounted, including associated suspension of the motor vehicle are steered. The motor vehicle is moved on a roadway or a subsoil. In the method, a coefficient of friction or a quantity derived therefrom between a respective tire and the roadway taking into account a driving condition, a kinematics of the steering system, a kinematics of the axle, a behavior of the tires on the wheels and / or their trailing distance as a characteristic size or Operating condition of the motor vehicle determined. In the course of an application of the method, changing operating parameters of the motor vehicle and of the tires will be recognized and taken into account by a learning phase, which is carried out during at least one drive of the motor vehicle, and the method will be adapted accordingly in design.
Der Reibungsbeiwert oder die davon abgeleitete Größe als Betriebsparameter wird zwischen einem jeweiligen Reifen und der Fahrbahn aus gemessenen Kräften und/oder Drehmomenten in der Achse, der Lenkanlage und/oder den Reifen sowie aus fahrdynamischen Betriebsparametern, bspw. der Geschwindigkeit und/oder Querbeschleunigung, des Kraftfahrzeugs ermittelt. The coefficient of friction or the quantity derived therefrom as an operating parameter is determined between measured forces and / or torques in the axle, the steering gear and / or the tires as well as from driving dynamic operating parameters, for example the speed and / or lateral acceleration, of a respective tire and the road Motor vehicle determined.
Der Reibungsbeiwert wird als Funktion, die von mindestens einem weiteren Betriebsparameter abhängig ist, berechnet. Als der mindestens eine weitere, üblicherweise fahrdynamische Betriebsparameter wird ein Lenkwinkel, eine Querbeschleunigung, die auf das Kraftfahrzeug wirkt, eine Gierrate des Kraftfahrzeugs, eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, eine auf die Zahnstange wirkende Zahnstangenkraft, ein Rückstellmoment mindestens eines Reifens und/oder ein Lenkwinkel mindestens eines Rads verwendet. The friction coefficient is calculated as a function that depends on at least one other operating parameter. As the at least one further, usually driving dynamic operating parameters is a steering angle, a lateral acceleration acting on the motor vehicle, a yaw rate of the motor vehicle, a speed of the motor vehicle, acting on the rack rack force, a restoring torque of at least one tire and / or a steering angle at least a wheel used.
In Ausgestaltung wird eine aktuelle, gemessene Zahnstangenkraft FZst_akt in einen ersten Anteil, der die Nachlaufstrecke der Reifen auf den Rädern umfasst, und in einen zweiten, konstruktiven Anteil, der eine Kinematik der Achse bzw. Achskinematik umfasst, unterteilt. Dabei wird der zweite, konstruktive Anteil hier als konstruktive Zahnstangenkraft FZst_akt_k = kSv·FSv bezeichnet, die proportional zu einer auf das Kraftfahrzeug wirkenden Seitenkraft ist. In an embodiment, a current, measured rack force F Zst_akt is subdivided into a first portion, which comprises the trailing path of the tires on the wheels, and into a second, constructive portion, which comprises a kinematics of the axle or axle kinematics. Here, the second, constructive portion is referred to here as a constructive rack force F Zst_akt_k = k Sv · F Sv , which is proportional to a side force acting on the motor vehicle.
Weiterhin wird die Nachlaufstrecke auf einer Strecke mit hohem Reibungsbeiwert in Abhängigkeit von der auf das Kraftfahrzeug wirkenden Seitenkraft FSv bestimmt. Darauf basierend wird der Referenzwert für die Zahnstangenkraft, der für eine Fahrbahn mit hohem Reibungsbeiwert zu ermitteln ist, in Ausgestaltung mit einem Wert der aktuell gemessenen Zahnstangenkraft verglichen, wobei der Reibungsbeiwert unter Berücksichtigung eines aktuellen Fahrzustands des Kraftfahrzeugs abgeschätzt wird. Furthermore, the trailing distance is determined on a route with a high coefficient of friction as a function of the lateral force F Sv acting on the motor vehicle. Based thereon, the reference value for the rack-and-pinion force to be determined for a roadway having a high coefficient of friction is compared in design with a value of the currently measured rack-and-pinion force, the coefficient of friction being estimated taking into account a current driving state of the motor vehicle.
Außerdem wird eine dynamische Radlast für mindestens ein vorderes Rad als Funktion der Querbeschleunigung oder einer dazu äquivalenten Größe, bspw. der Seitenkraft, die als fahrdynamischer Betriebsparameter auf das Kraftfahrzeug, insbesondere bei einer Kurvenfahrt, wirkt, bestimmt. Durch die Querbeschleunigung ergibt sich eine dynamische Verlagerung bzw. Änderung der Radlast, wobei eine Änderung der Radlast direkt proportional zur Querbeschleunigung ist. In addition, a dynamic wheel load is determined for at least one front wheel as a function of the lateral acceleration or an equivalent quantity, for example the lateral force, which acts as a driving dynamic operating parameter on the motor vehicle, in particular during cornering. The lateral acceleration results in a dynamic displacement or change in the wheel load, wherein a change in the wheel load is directly proportional to the lateral acceleration.
In weiterer Ausgestaltung wird die Achskinematik der Achse, insbesondere der vorderen Achse des Kraftfahrzeugs, und deren Einfluss auf ein Verhalten einer Kraft- und Drehmomentenübertragung von einem resultierenden Punkt einer Krafteinleitung in einer Aufstandsfläche bzw. Radaufstandsfläche mindestens eines Rads bis zu einem Ort einer Messung der Kraft oder des Drehmoments an der Achse berücksichtigt. In another embodiment, the axle kinematics of the axle, in particular the front axle of the motor vehicle, and their influence on a behavior of a force and torque transmission from a resultant point of force application in a footprint or wheel contact surface at least one wheel to a place of measurement of the force or the torque on the axle.
Ein Verhalten der Reifen und/oder der Nachlaufstrecke des mindestens einen Rads in dem resultierenden Punkt in der Aufstandsfläche des mindestens einen Rads und/oder Reifens auf der Fahrbahn wird durch variable Fahrbetriebszustände, durch Kräfte, die auf das mindestens eine Rad wirken, und durch unterschiedliche Lasten, die auf das mindestens eine Rad wirken, beeinflusst. A behavior of the tires and / or the trailing distance of the at least one wheel in the resulting point in the footprint of the at least one wheel and / or tire on the road is determined by variable driving conditions, by forces acting on the at least one wheel and by different ones Loads that act on the at least one wheel influenced.
Die Ermittlung des Reibungsbeiwerts oder der davon abgeleiteten Größe wird in der Regel nur dann durchgeführt, wenn nachfolgende Bedingungen erfüllt sind. Diese Bedingungen sind erfüllt, wenn die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs größer als ein hierfür vorgesehener minimaler Wert ist, wenn die Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs größer als ein hierfür vorgesehener Wert ist, wenn Einflüsse von Antriebs- und Bremsmomenten an der Achse zu vernachlässigen sind, wenn eine zweite Ableitung des Lenkwinkels nach der Zeit, d. h. eine Lenkwinkelbeschleunigung, und eine dritte Ableitung des Lenkwinkels nach der Zeit, d. h. ein Lenkwinkelruck, jeweils hierfür vorgesehene maximale Werte unterschreiten und/oder der Lenkwinkel sich außerhalb eines Bereichs des Nulldurchgangs befindet, und wenn das Verhältnis der Geschwindigkeit des Lenkwinkels zur Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und der Bremsdruck jeweils kleiner als ein hierfür vorgesehener Schwellwert sind. The determination of the coefficient of friction or the quantity derived therefrom is usually carried out only if the following conditions are met. These conditions are met when the speed of the motor vehicle is greater than a minimum value provided for this purpose, if the lateral acceleration of the motor vehicle is greater than a value provided for this, if influences of driving and braking torques on the axle are negligible, if a second derivative the steering angle after the time, d. H. a steering angular acceleration, and a third derivative of the steering angle with time, d. H. a steering angle pressure, falling below each intended maximum values and / or the steering angle is outside of a range of the zero crossing, and when the ratio of the speed of the steering angle to the speed of the motor vehicle and the brake pressure are each smaller than a threshold provided for this purpose.
In einer weiteren Ausgestaltung werden aus erfassten Betriebsparametern eine wirksame Nachlaufstrecke und eine bei hohem Reibungsbeiwert zu erwartende theoretische Nachlaufstrecke berechnet, wobei für die berechnete wirksame Nachlaufstrecke ein Ausschlusskriterium überprüft wird. Falls eine Prüfung dieses Ausschlusskriteriums positiv ausfällt, wird festgestellt, dass keine neue zuverlässige Abschätzung des Reibungsbeiwerts zwischen den Reifen und der befahrenen Fahrbahn möglich ist. Falls die Prüfung des Ausschlusskriteriums negativ ausfällt, wird ein Wert der Querbeschleunigung überprüft. Falls der Wert der Querbeschleunigung größer als ein unterer Grenzwert und kleiner als ein oberer Grenzwert ist, werden die Betriebsparameter zur Auswertung der Zahnstangenkraft erneut angepasst bzw. adaptiert, wobei für den Fall, dass die Querbeschleunigung größer als der obere Grenzwert oder gleich dem oberen Grenzwert ist, ein Vergleich von Werten einer theoretischen Nachlaufstrecke mit Werten der wirksamen Nachlaufstrecke durchgeführt wird. Falls Werte der theoretischen Nachlaufstrecke kleiner als Werte der wirksamen Nachlaufstrecke sind, werden die Betriebsparameter zur Auswertung der Zahnstangenkraft erneut angepasst. Falls Werte für die theoretische Nachlaufstrecke und die wirksame Nachlaufstrecke um maximal einen Toleranzwert voneinander abweichen, wird ermittelt, dass die Querbeschleunigung aktuell zu gering ist, und dass keine neue zuverlässige Abschätzung des Reibungsbeiwerts zwischen den Reifen und der befahrenen Fahrbahn möglich ist. Falls Werte der theoretischen Nachlaufstrecke um den Toleranzwert größer als jene der wirksamen Nachlaufstrecke sind, wird ein maximal nutzbarer Kraftschluss und somit der Reibungsbeiwert abgeschätzt. In a further refinement, an effective follow-up distance and a theoretical follow-up distance to be expected in the case of a high coefficient of friction are calculated from recorded operating parameters, an exclusion criterion being checked for the calculated effective follow-up distance. If a test of this exclusion criterion is positive, it is determined that no new reliable estimation of the coefficient of friction between the tires and the driven lane is possible. If the check of the exclusion criterion is negative, a value of the lateral acceleration is checked. If the value of the lateral acceleration is greater than a lower limit value and less than an upper limit value, the operating parameters for evaluating the rack force are readjusted or adapted, in the event that the lateral acceleration is greater than the upper limit value or equal to the upper limit value , a comparison of values of a theoretical trailing path with values of the effective trailing path is carried out. If values of the theoretical trailing distance are smaller than values of the effective trailing distance, the operating parameters for evaluating the rack force are adjusted again. If values for the theoretical caster distance and the effective caster distance differ by a maximum of one tolerance value, it is determined that the lateral acceleration is currently too low, and that no new reliable estimate of the coefficient of friction between the tires and the traveled lane is possible. If values of the theoretical trailing distance are greater than those of the effective trailing distance by the tolerance value, a maximum usable frictional connection and thus the coefficient of friction is estimated.
Außerdem wird im Rahmen des Verfahrens für mindestens eine Kenngröße des Kraftfahrzeugs, bspw. der Lenkanlage, mindestens eines Rads und/oder Reifens, bzw. für einen kraftfahrzeugspezifischen Betriebsparameter ein gespeicherter Wert für die mindestens eine Kenngröße berücksichtigt. Dabei wird zu regelmäßigen Zeitpunkten und/oder bei Vorliegen eines charakteristischen Betriebsbereichs bzw. Betriebszustands des Kraftfahrzeugs ein aktueller Wert für die mindestens eine Kenngröße des Kraftfahrzeugs ermittelt und der bislang gespeicherte Wert für die mindestens eine Kenngröße an den aktuellen Wert adaptiert, wobei die mindestens eine Kenngröße aktualisiert wird. Eine derartige Kenngröße ist z. B. ein Beladungszustand des Kraftfahrzeugs oder eine Profiltiefe sowie ein Luftdruck des mindestens einen Reifens. Unter Berücksichtigung des charakteristischen Betriebsbereichs des Kraftfahrzeugs werden bei Durchführung des Verfahrens veränderte Kenngrößen des Kraftfahrzeugs und/oder des mindestens einen Reifens erkannt und das Verfahren entsprechend adaptiert bzw. angepasst. Somit ist eine Langzeit-Güte des Verfahrens zu verbessern. Üblicherweise kann der dabei zu nutzende Betriebsbereich so gewählt werden, dass dort verfahrensbedingt keine Messung des Reibungsbeiwerts stattfindet. Regelmäßige Zeitpunkte, zu denen eine Überwachung der mindestens einen Kenngröße und ggf. eine Anpassung des Verfahrens durchgeführt wird, werden anhand eines ggf. variabel einstellbaren Zeitintervalls, bspw. einer Minute, einer Stunde oder eines Tags, festgelegt und/oder wiederholt. Ein derartiges Zeitintervall kann unter Berücksichtigung einer jeweiligen Laufzeit des Kraftfahrzeugs unabhängig von einem Stillstand des Kraftfahrzeugs eingestellt werden. In addition, in the context of the method, at least one parameter of the motor vehicle, for example the steering system, at least one wheel and / or tire, or for a motor vehicle-specific operating parameter, a stored value for the at least one characteristic is taken into account. In this case, a current value for the at least one parameter of the motor vehicle is determined at regular times and / or in the presence of a characteristic operating range or operating state of the motor vehicle and adapted the previously stored value for the at least one parameter to the current value, wherein the at least one parameter is updated. Such a characteristic is z. B. a load state of the motor vehicle or a tread depth and an air pressure of the at least one tire. Taking into account the characteristic operating range of the motor vehicle, modified parameters of the motor vehicle and / or of the at least one tire are detected when the method is carried out and the method is adapted or adapted accordingly. Thus, a long-term quality of the method is to be improved. Usually, the operating range to be used in this case can be chosen such that there is no measurement of the coefficient of friction due to the process. Regular times at which a monitoring of the at least one parameter and possibly an adaptation of the method is carried out are determined and / or repeated on the basis of an optionally variably adjustable time interval, for example one minute, one hour or one day. Such a time interval can be adjusted taking into account a respective running time of the motor vehicle independently of a standstill of the motor vehicle.
Das weitere erfindungsgemäße Verfahren ist zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, das eine Lenkanlage mit einer Zahnstange aufweist, mit der Räder an einer Achse, auf denen Reifen aufgezogen sind, inklusive zugehöriger Radaufhängungen des Kraftfahrzeugs gelenkt werden, wobei das Kraftfahrzeug auf einer Fahrbahn bewegt wird. Hierbei werden in einer Lernphase, die während mindestens einer Fahrt des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird, Wertepaare jeweils aus Werten für eine aktuelle Zahnstangenkraft FZst_akt der Zahnstange sowie aus Werten für eine auf das Kraftfahrzeug wirkende, aktuelle Seitenkraft FSv_akt, die aus fahrdynamischen Betriebsparametern berechnet werden, ermittelt. Hierbei wird aus mehreren Wertepaaren eine Steigung makt für mindestens eine Gerade, die eine Proportionalität zwischen der aktuellen Zahnstangenkraft FZst_akt und der aktuellen Seitenkraft FSv_akt beschreibt, ermittelt, wobei für die Steigung makt gilt: The further method according to the invention is intended for operating a motor vehicle which has a steering system with a toothed rack, with which wheels are guided on an axle on which tires are mounted, including associated wheel suspensions of the motor vehicle, wherein the motor vehicle is moved on a roadway. In this case, in a learning phase which is carried out during at least one drive of the motor vehicle, value pairs are respectively calculated from values for a current rack force F Zst_akt of the rack and from values for a current side force F Sv_akt acting on the motor vehicle, which are calculated from driving dynamic operating parameters. determined. Here, a plurality of pairs of values a slope m act for at least one line that describes a proportionality between the current rack force F Zst_akt and the current side force F Sv_akt determined, wherein m akt applies to the slope:
Somit wird in Ausgestaltung zum Bestimmen des Reibungsbeiwerts u. a. ein Zusammenhang zwischen der Zahnstangenkraft FZst und der Querbeschleunigung bzw. der Seitenkraft FSv, die auf das Kraftfahrzeug wirkt, genutzt. Die aktuell wirkende Seitenkraft wird hierzu aus Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs, bspw. fahrdynamischen bzw. kinematischen Größen zum Beschreiben einer Bewegung des Kraftfahrzeugs, berechnet. Thus, in an embodiment for determining the friction coefficient, inter alia, a relationship between the rack force F Zst and the lateral acceleration or the lateral force F Sv , which acts on the motor vehicle, used. For this purpose, the currently acting lateral force is calculated from operating parameters of the motor vehicle, for example driving dynamics or kinematic variables, for describing a movement of the motor vehicle.
Nach der Lernphase wird über einen Gefahrenindikator GI eine mögliche Abweichung der aktuellen Zahnstangenkraft FZst_akt von der Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref unter Berücksichtigung einer konstruktiven Zahnstangenkraft FZst_akt_k bestimmt, wobei für den Gefahrenindikator GI gilt: After the learning phase, a possible deviation of the actual rack force F Zst_akt from the reference rack force F Zst_ref is determined via a danger indicator GI taking into account a constructive rack force F Zst_akt_k , whereby the following applies to the danger indicator GI:
Die Lernphase wird in der Regel dann durchgeführt, nachdem Räder des Kraftfahrzeugs mit Reifen neu bereift worden sind. The learning phase is usually carried out after wheels of the motor vehicle have been repurposed with tires.
Außerdem kann das Verfahren mit einem geringstmöglichen Signal-Umfang betrieben werden, so dass nur eine geringe Anzahl von Werten von Betriebsparametern, die üblicherweise einem Steuergerät über Signale bereitgestellt werden, erforderlich ist. Dies betrifft beispielsweise Werte für den eingeschlagenen Lenkwinkel mindestens eines Rads, die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Vorwärts- bzw. Längsrichtung und/oder die Querbeschleunigung. Von dem Steuergerät des Kraftfahrzeugs wird nur die geringe Anzahl an gemessenen und/oder ermittelten Werten von Betriebsparametern verwendet, um keine weitere Messtechnik und hohe Steuergeräte-Ressourcen einsetzen zu müssen. In addition, the method can be operated with the lowest possible signal volume, so that only a small number of values of operating parameters, which are usually provided to a control unit via signals, are required. This relates for example to values for the steering angle of at least one wheel, the speed of the motor vehicle in the forward or longitudinal direction and / or the lateral acceleration. Only a small number of measured and / or determined values of operating parameters are used by the control unit of the motor vehicle in order to avoid having to use any further measuring technology and high control unit resources.
Das erfindungsgemäße System bzw. eine entsprechende Anordnung ist zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs ausgebildet, das eine Lenkanlage mit einer Zahnstange aufweist, mit der Räder an einer Achse, auf denen Reifen aufgezogen sind, inklusive zugehöriger Radaufhängungen des Kraftfahrzeugs gelenkt werden, wobei das Kraftfahrzeug auf einer Fahrbahn bewegt wird. Das System umfasst ein Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, einen Reibungsbeiwert oder eine davon abgeleitete Größe zwischen einem jeweiligen Reifen und der Fahrbahn unter Berücksichtigung eines Fahrzustands, einer Kinematik der Lenkanlage, einer Kinematik der Achse, eines Verhaltens der Reifen auf den Rädern und/oder deren Nachlaufstrecke als charakteristischer Größe zu ermitteln. Das Steuergerät ist weiterhin dazu ausgebildet, sich ändernde Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs und der Reifen durch eine Lernphase, die während mindestens einer Fahrt des Kraftfahrzeugs durchzuführen ist, zu erkennen und zu berücksichtigen. The system according to the invention or a corresponding arrangement is designed for operating a motor vehicle which has a steering system with a toothed rack, with which wheels are steered on an axle on which tires are mounted, including associated wheel suspensions of the motor vehicle, the motor vehicle being mounted on a roadway is moved. The system includes a control unit configured to calculate a coefficient of friction or a quantity derived therebetween between a respective tire and the road in consideration of a running condition, a steering mechanism kinematics, a kinematics of the axle, a behavior of the tires on the wheels, and / or determine their caster distance as a characteristic size. The control unit is further configured to recognize and take account of changing operating parameters of the motor vehicle and of the tires by a learning phase that is to be carried out during at least one drive of the motor vehicle.
Im Rahmen der vorgestellten Verfahren wird mit der mindestens einen Gerade mit der Steigung makt ein linearer Ansatz zum Ermitteln der Seitenkraft bzw. Querbeschleunigung genutzt. Der Reibungsbeiwert ist alternativ oder ergänzend lediglich unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und des Lenkwinkels mindestens eines Rads zu ermitteln. In einer weiteren Ausgestaltung wird bzw. werden zum Bestimmen des Reibungsbeiwerts die Achskinematik der Achse und/oder die Lenkkinematik der Lenkanlage zur genaueren Bestimmung des Reibungsbeiwerts berücksichtigt. In the context of the presented method, a linear approach for determining the lateral force or lateral acceleration is used with the at least one straight line with the gradient m act . The coefficient of friction is alternatively or additionally determined only taking into account the speed of the motor vehicle and the steering angle of at least one wheel. In another embodiment, the axle kinematics of the axle and / or the steering kinematics of the steering system are taken into account for determining the coefficient of friction for more precise determination of the coefficient of friction.
Das hier vorgestellte Verfahren basiert auf der Ableitung von Kraft- bzw. Drehmomentenverhältnissen im Bereich radführender Komponenten des Kraftfahrzeugs. Dies kann bspw. durch die Ermittlung einer Zahnstangenkraft in der Lenkanlage des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden. Ein sich dabei ergebendes Signal kann aus internen Betriebsparametern der Lenkanlage abgeleitet werden, wie dies z. B. bei Umsetzung einer Maßnahme für ein sog. Electric-Power-Steering (EPS) möglich ist. Alternativ werden Maßnahmen zum Messen äquivalenter Kräfte bzw. Momente, z. B. mittels einer zusätzlich angebrachten Sensorik im Bereich einer Radführung, bspw. durch Dehnmessstreifen an Spurstangen oder einer Momenten-Sensorik, eingesetzt. The method presented here is based on the derivation of force or torque ratios in the area of wheel-guiding components of the motor vehicle. This can be done, for example, by determining a rack force in the steering system of the motor vehicle. A resulting signal can be derived from internal operating parameters of the steering system, as z. B. in implementing a measure for a so-called. Electric Power Steering (EPS) is possible. Alternatively, measures for measuring equivalent forces or moments, z. B. by means of an additionally mounted sensors in the field of a wheel, for example. By strain gauges on tie rods or torque sensors used.
Falls nur für zwei der genannten Betriebsparameter, hier bspw. für die Geschwindigkeit und den Lenkwinkel, eingehende Signale mit gemessenen Werten zur Verfügung stehen, wird zum Bestimmen des Reibungsbeiwerts ein Simulationsmodell eingesetzt, für das mindestens eine Annahme getroffen wird und/oder in das mindestens eine Abfrage integriert ist. If only for two of the mentioned operating parameters, here for example for the speed and the steering angle, incoming signals with measured values are available, a simulation model is used to determine the friction coefficient for which at least one assumption is made and / or in the at least one Query is integrated.
In Ausgestaltung wird der Reibungsbeiwert der Reifen des Kraftfahrzeugs auf der Fahrbahn über eine Veränderung eines Rückstellmoments des mindestens einen Reifens geschätzt. In an embodiment, the friction coefficient of the tires of the motor vehicle on the roadway is estimated via a change in a restoring torque of the at least one tire.
Tritt eine signifikante Abweichung von aktuell gemessenen Wertepaaren von einer Geraden auf, die bei Hochreibwertverhältnissen und somit bei einem hohen Reibungsbeiwert ermittelt wurde, kann durch einen Grad der Abweichung eine Abnahme des Reibungsbeiwerts quantifiziert werden. If a significant deviation from currently measured value pairs occurs from a straight line which was determined at high frictional value ratios and thus at a high coefficient of friction, a degree of the deviation can be used to quantify a decrease in the coefficient of friction.
Solange von einem Reifen weniger als ca. 50% des verfügbaren Reibungsbeiwerts µ ausgenutzt werden, treten keine merklichen Gleitbewegungen in der Reifenaufstandsfläche auf. Dadurch ist die Nachlaufstrecke des Reifens näherungsweise konstant, d. h. die Seitenkraft greift immer im gleichen Abstand hinter einer Mitte des Reifens bzw. des Rads an. Hierdurch steigt das Rückstellmoment des Reifens proportional zur übertragenen Seitenkraft. Zumindest bei kleinen Lenkwinkeln ist die Zahnstangenkraft zum Rückstellmoment des Reifens ebenfalls proportional, somit ist zwischen der aktuellen Zahnstangenkraft FZst_akt und der aktuellen Seitenkraft FSv_akt näherungsweise die Proportionalität gegeben. Falls deutlich mehr als 50% des Reibungsbeiwerts ausgenutzt werden, so beginnt der Reifen im hinteren Bereich der Reifenaufstandsfläche zu gleiten, wobei die Nachlaufstrecke abnimmt. Die gemessene Zahnstangenkraft wird dadurch geringer. Aus der Abweichung zwischen der auftretenden Zahnstangenkraft und der Zahnstangenkraft, die bei dieser Seitenkraft aus der zuvor angelernten Proportionalität zwischen der Zahnstangenkraft und der Seitenkraft berechnet wird, kann auf den momentan verfügbaren Kraftschluss zwischen dem Reifen und der Fahrbahn geschlossen werden. As long as less than about 50% of the available coefficient of friction μ is utilized by a tire, no noticeable sliding movements occur in the tire contact patch. As a result, the trailing distance of the tire is approximately constant, ie the lateral force always attacks at the same distance behind a center of the tire or the wheel. As a result, the restoring torque of the tire increases in proportion to the transferred lateral force. At least for small steering angles, the rack-and-pinion force is also proportional to the restoring torque of the tire, so the approximate proportionality between the actual rack-and-pinion force F Zst_akt and the current side force F Sv_akt is approximated. If significantly more than 50% of the Friction coefficient be exploited, the tire begins to slide in the rear of the tire contact patch, the trailing distance decreases. The measured rack force is thereby reduced. From the deviation between the occurring rack force and the rack force, which is calculated at this side force from the previously learned proportionality between the rack force and the lateral force, can be concluded that the currently available adhesion between the tire and the road.
In weiterer Ausgestaltung wird berücksichtigt, dass die Nachlaufstrecke von einer Seitenkraft, die auf das Kraftfahrzeug wirkt, abhängig ist. Üblicherweise wird die Nachlaufstrecke auf einer Strecke mit hohem Reibungsbeiwert µ in Abhängigkeit von der wirkenden Seitenkraft bestimmt. Die Nachlaufstrecke nimmt als Funktion der Radlast durch eine größere Aufstandsfläche eines Rads zu, wobei eine maximale Seitenkraft und die Aufstandsfläche nahezu proportional zu einer Zunahme einer jeweiligen Radlast steigen. In a further embodiment, it is considered that the trailing distance is dependent on a lateral force which acts on the motor vehicle. Usually, the trailing distance is determined on a route with a high coefficient of friction μ as a function of the acting lateral force. The trailing distance increases as a function of the wheel load by a larger footprint of a wheel, wherein a maximum lateral force and the footprint increase almost in proportion to an increase of a respective wheel load.
In der Regel werden Werte für einen eingeschlagenen Lenkwinkel mindestens eines Rads und für eine Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs von einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs als gemessene Betriebsparameter verwendet. As a rule, values for a selected steering angle of at least one wheel and for a longitudinal speed of the motor vehicle are used by a control device of the motor vehicle as measured operating parameters.
Üblicherweise wird eine Seitenkraft berechnet, die an einer als Vorderachse ausgebildeten Achse und/oder lenkbaren Achse des Kraftfahrzeugs wirkt. Usually, a lateral force is calculated which acts on an axle formed as a front axle and / or steerable axle of the motor vehicle.
Die wirksame Nachlaufstrecke wird in Ausgestaltung berechnet. Dies kann bedeuten, dass ein hoher Reibungsbeiwert µ bzw. ein Hochreibungsbeiwert, der sich theoretisch auf die wirksame Nachlaufstrecke auswirkt, berechnet wird. The effective overrun distance is calculated in an embodiment. This may mean that a high coefficient of friction μ or a high friction coefficient, which theoretically affects the effective tracking distance, is calculated.
Die theoretische Nachlaufstrecke ist hier jene Nachlaufstrecke, die sich am Reifen ergibt, wenn keine Gleitbewegungen auftreten und optimale Bedingungen für den Reibungsbeiwert herrschen. Unter der Annahme, dass die theoretische Nachlaufstrecke unabhängig von der wirkenden Seitenkraft bzw. Querbeschleunigung konstant ist, ist aus der theoretischen Nachlaufstrecke die Proportionalität zwischen der Zahnstangenkraft und die Seitenkraft, die mit der hierfür vorgesehenen Gerade darstellbar ist, abzuleiten. Die wirksame Nachlaufstrecke ist hingegen die tatsächlich im Fahrbetrieb an den Reifen wirkende Nachlaufstrecke. Bei geringer Ausnutzung des Reibungsbeiwerts sind die beiden Nachlaufstrecken in guter Näherung identisch. Bei einer Ausnutzung von deutlich mehr als 50% des Reibungsbeiwerts ist die wirksame Nachlaufstrecke merklich geringer als die theoretische Nachlaufstrecke. Die dabei auftretende Zahnstangenkraft wird somit ebenfalls geringer. The theoretical caster distance here is the caster distance which results on the tire when no sliding movements occur and optimal conditions for the friction coefficient prevail. Assuming that the theoretical caster distance is constant independently of the lateral force acting or lateral acceleration, the proportionality between the rack force and the lateral force, which can be represented by the straight line provided for this purpose, can be derived from the theoretical caster distance. The effective overrun distance, on the other hand, is actually the overrun track that actually acts on the tire while driving. With low utilization of the coefficient of friction, the two overrun sections are to a good approximation identical. At a utilization of significantly more than 50% of the coefficient of friction, the effective overrun distance is noticeably less than the theoretical overrun distance. The occurring rack power is thus also lower.
In einer möglichen Ausgestaltung wird für die berechnete wirksame Nachlaufstrecke das Ausschlusskriterium überprüft. Hierbei wird für den Fall, dass der Wert der Querbeschleunigung größer als ein unterer Grenzwert, von z. B. 0,5 m/s2, und/oder kleiner als ein oberer Grenzwert, von z. B. 1 m/s2, ist, die Betriebsparameter zur Auswertung der Zahnstangenkraft erneut angepasst werden. Falls die Querbeschleunigung größer als der obere Grenzwert oder gleich dem oberen Grenzwert ist, wird ein Vergleich von Werten einer theoretischen Nachlaufstrecke nR_theo mit Werten einer wirksamen Nachlaufstrecke nR_wirk durchgeführt. In one possible embodiment, the exclusion criterion is checked for the calculated effective overrun distance. In this case, in the event that the value of the lateral acceleration is greater than a lower limit, z. B. 0.5 m / s 2 , and / or less than an upper limit, z. B. 1 m / s 2 , is the operating parameters for the evaluation of the rack force to be adjusted again. If the lateral acceleration is greater than the upper limit value or equal to the upper limit value, a comparison of values of a theoretical trailing distance n R_theo with values of an effective trailing distance n R_wirk is performed.
Dabei wird einer Schätzung des Reibungsbeiwerts nur dann vertraut, wenn das Ausschlusskriterium nicht erfüllt ist, wobei zur Beurteilung des Ausschlusskriteriums bspw. Werte des Antriebsmoments an der Achse, eine Beschleunigung d2δ/dt2 des Lenkwinkels δ sowie eine Ableitung der Beschleunigung des Lenkwinkels betrachtet wird, wodurch vermieden wird, dass bei einer stark schwankenden Beschleunigung d2δ/dt2 des Lenkwinkels Nulldurchgänge der Beschleunigung d2δ/dt2 des Lenkwinkels als gültig angesehen werden. Als weitere Betriebsparameter werden ein Verhältnis der Geschwindigkeit dδ/dt des Lenkwinkels zur Geschwindigkeit vx des Kraftfahrzeugs und der Bremsdruck betrachtet. Das Ausschlusskriterium liegt vor, wenn ein Wert eines der voranstehend genannten Betriebsparameter größer als ein jeweils hierfür zu definierender und/oder festzulegender Grenzwert ist. In this case, an estimate of the coefficient of friction is only trusts if the exclusion criterion is not satisfied, for example evaluating the exclusion criterion considered values of the drive torque on the axle, an acceleration d 2 δ / dt 2 of the steering angle δ and a derivative of the acceleration of the steering angle is avoided, thereby avoiding that at a strongly fluctuating acceleration d 2 δ / dt 2 of the steering angle zero crossings of the acceleration d 2 δ / dt 2 of the steering angle are considered valid. As a further operating parameter, a ratio of the speed dδ / dt of the steering angle to the speed v x of the motor vehicle and the brake pressure are considered. The exclusion criterion is when a value of one of the above-mentioned operating parameters is greater than a respective limit value to be defined and / or defined for this purpose.
Alternativ oder ergänzend wird eine Schätzung des Reibungsbeiwerts nur dann durchgeführt, falls die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs größer als ein hierfür vorgesehener Minimalwert ist, damit unter anderem eine Auflösung der Gierrate bzw. Giergeschwindigkeit ausreichend genau ist, und falls von einem Fahrwerkregelsystem kein Regeleingriff vorliegt. Alternatively or additionally, an estimate of the coefficient of friction is only carried out if the speed of the motor vehicle is greater than a minimum value provided for this, so that inter alia a resolution of the yaw rate or yaw rate is sufficiently accurate, and if there is no control intervention by a chassis control system.
In weiterer Ausgestaltung wird der Fall berücksichtigt, dass eine wirksame Nachlaufstrecke größer als die theoretische Nachlaufstrecke ist. Demnach entsprechen Werte von Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs nicht hierfür vorgesehenen Werten, die zur Bestimmung der theoretischen Nachlaufstrecke verwendet worden sind. In diesem Fall wird die ermittelte Nachlaufstrecke zum Anpassen der Betriebsparameter zur Auswertung der Zahnstangenkraft verwendet. Falls jedoch der Wert der wirksamen Nachlaufstrecke kleiner als der hierfür vorgesehene theoretische Wert wird, wird dieser Wert zur Abschätzung des maximal nutzbaren Reibungsbeiwerts verwendet. In a further embodiment, the case is taken into account that an effective trailing distance is greater than the theoretical trailing distance. Accordingly, values of operating parameters of the motor vehicle do not correspond to values provided for this, which have been used to determine the theoretical tracking distance. In this case, the determined overrun distance for adjusting the operating parameters for evaluation the rack power used. However, if the value of the effective trailing distance becomes smaller than the theoretical value provided therefor, this value is used to estimate the maximum usable coefficient of friction.
In der Regel wird eine Abhängigkeit des Reibungsbeiwerts entweder durch eine mathematische Funktion oder durch ein Kennfeld dargestellt, wobei für den Fall, dass eine ermittelte, wirksame Nachlaufstrecke unterhalb eines Grenzwerts liegt, der von der Seitenkraft abhängig ist, und kein Ausschlusskriterium vorliegt, der Reibungsbeiwert geschätzt wird. In general, a dependency of the coefficient of friction is represented either by a mathematical function or by a characteristic map, wherein in the event that a determined, effective trailing distance is below a limit value which depends on the lateral force and no exclusion criterion exists, the coefficient of friction is estimated becomes.
Das erfindungsgemäße System bzw. die entsprechende Anordnung umfasst mindestens einen Sensor zum Erfassen von mindestens einem bspw. fahrdynamischen und/oder kraftfahrzeugspezifischen Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs und ist dazu ausgebildet, das voranstehend vorgestellte Verfahren durchzuführen. The system according to the invention or the corresponding arrangement comprises at least one sensor for detecting at least one, for example, driving dynamics and / or motor vehicle-specific operating parameter of the motor vehicle and is designed to carry out the method presented above.
Das Steuergerät umfasst ein Modul, das zum Schätzen des Reibungsbeiwerts µ unter Berücksichtigung eines Simulationsmodells ausgebildet ist. The control unit comprises a module which is designed to estimate the friction coefficient μ taking into account a simulation model.
Das Steuergerät ist zudem dazu ausgebildet, einen Referenzwert für die Zahnstangenkraft ausschließlich aus einem Lenkwinkel mindestens eines Rads und einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu bestimmen. The control unit is also designed to determine a reference value for the rack-and-pinion force exclusively from a steering angle of at least one wheel and a speed of the motor vehicle.
Das vorgestellte Verfahren ist üblicherweise adaptiv durchführbar, wobei diverse, üblicherweise kraftfahrzeugspezifische Betriebsparameter bzw. Kenngrößen des Kraftfahrzeugs über dessen Lebensdauer, bspw. durch betriebsbegleitende Aktualisierungen, anzupassen sind. The presented method is usually adaptive feasible, wherein various, usually motor vehicle-specific operating parameters or characteristics of the motor vehicle over its lifetime, for example. By in-service updates are adjusted.
Das Verfahren erreicht durch Betrachtung des Reifennachlaufs als charakteristischer Größe zur Ermittlung des Reibungsbeiwerts eine hohe Stabilität. Hierbei ist eine Radlastverteilung (links – rechts) an der Vorderachse aufgrund einer Querbeschleunigung bei einer Kurvenfahrt zu berücksichtigen. Außerdem ist eine Kinematik der Vorderachse und deren Einfluss eines Verhaltens der Kraftübertragung auf die Spurstangen zu berücksichtigen. Bei dem Verfahren werden eine Funktion der Reifen, eine Beeinflussung eines Reifennachlaufs und ein resultierender Krafteinleitungspunkt in die Reifenaufstandsfläche durch Reifen-Längs-Kräfte und Reifen-Quer-Kräfte sowie unterschiedliche Radlasten betrachtet, wobei die Vorderachse auch durch einen Motor des Kraftfahrzeugs angetrieben werden kann. The method achieves high stability by considering the tire slip as a characteristic amount for determining the friction coefficient. Here, a wheel load distribution (left - right) on the front axle due to a lateral acceleration when cornering must be considered. In addition, a kinematics of the front axle and their influence of a behavior of the power transmission to the tie rods to be considered. In the method, a function of the tires, an influence of a tire wake and a resultant force introduction point in the tire footprint by tire longitudinal forces and transverse tire forces and different wheel loads are considered, wherein the front axle can also be driven by an engine of the motor vehicle.
Somit ist eine Reduktion notwendiger Betriebsparameter auf den Lenkwinkel und die Geschwindigkeit zum Vereinfachen des Verfahrens und zur schnellen Realisierung auf einem EPS-Steuergerät mit einfacher Algorithmik möglich. Thus, a reduction of necessary operating parameters on the steering angle and the speed to simplify the process and for quick implementation on an EPS controller with simple algorithms is possible.
Bei dem Verfahren wird in weiterer Ausgestaltung während mindestens einer Fahrt des Kraftfahrzeugs eine das Reifenrückstellmoment charakterisierende Größe als Betriebsparameter in Relation zur wirksamen Seitenkraft, die an diesem Rad zwischen Reifen und Fahrbahn wirkt, gesetzt. Diese Betrachtung kann auch achsweise oder auf das gesamte Kraftfahrzeug bezogen durchgeführt werden. In the method, in a further refinement, during at least one drive of the motor vehicle, a variable characterizing the tire return torque is set as the operating parameter in relation to the effective lateral force acting on this wheel between the tire and the roadway. This consideration can also be carried out axle by axle or based on the entire motor vehicle.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird bspw. angenommen, dass zwischen der aktuellen Zahnstangenkraft und der aktuellen Seitenkraft der über die Gerade darstellbare linearer Zusammenhang besteht. Bei einer hierbei zu berücksichtigenden Näherung werden alle nichtlinearen Effekte aus einer Radaufhängung des Kraftfahrzeugs, die z. B. von Lenkwinkeln und Wankwinkeln abhängig sind, vernachlässigt. Dabei wird aus mehreren Wertepaaren eine Steigung makt für mindestens eine Gerade bzw. Ausgleichsgerade, die eine Proportionalität zwischen der Zahnstangenkraft und der Seitenkraft beschreibt, ermittelt. In one embodiment of the method, for example, it is assumed that there is a linear relationship between the current rack force and the current lateral force that can be represented by the straight line. In an approximation to be considered in this case, all nonlinear effects from a suspension of the motor vehicle, the z. B. of steering angles and roll angles are neglected. In this case, from a plurality of pairs of values, a gradient m.sub.actu is determined for at least one straight line or equalizing straight line which describes a proportionality between the rack-and-pinion force and the lateral force.
Somit wird die zu ermittelnde Steigung makt bei dieser Ausgestaltung über eine Ausgleichsrechnung berechnet, wobei das Produkt aus den Wertepaaren FZst_akt(t) für die aktuelle Zahnstangenkraft und FSv_akt(t) für die aktuelle Seitenkraft, die jeweils zu demselben Zeitpunkt ermittelt werden, gebildet und anschließend aufsummiert wird. Eine dabei ermittelte Summe wird durch die Summe aller Quadrate der zu den Zeitpunkten jeweils ermittelten Seitenkräften FSv_akt(t) geteilt. Thus, the slope m akt to be determined in this embodiment is calculated via a compensation calculation, wherein the product of the value pairs F Zst_akt (t) for the current rack force and F Sv_akt (t) for the current side force, which are determined at the same time, is formed and then added up. A sum determined in this case is divided by the sum of all squares of the lateral forces F Sv_akt (t) respectively determined at the times.
Alternativ wird eine Gleichung für eine Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref = makt·FSv + b und somit für eine Soll-Zahnstangenkraft, die bei Betrieb des Kraftfahrzeugs herrschen sollte, ermittelt. Dabei wird mit einem konstanten Wert b ein Offset und/oder ein Wert für eine konstruktive Zahnstangenkraft FZst_akt_k beschrieben. Die Steigung makt hängt u. a. von einem Druck und einer Temperatur eines Reifens eines Rads ab. Alternatively, an equation for a reference rack force F Zst_ref = m akt · F Sv + b and thus for a desired rack force, which should prevail during operation of the motor vehicle, is determined. In this case, an offset and / or a value for a constructive rack force F Zst_akt_k is described with a constant value b. The slope m akt depends inter alia on a pressure and a temperature of a tire of a wheel.
Werte für die aktuelle Zahnstangenkraft FZst_akt werden zu deren Ermittlung gemessen oder alternativ berechnet, wohingegen Werte für eine auf das Kraftfahrzeug wirkende Seitenkraft FSv zu deren Ermittlung berechnet oder alternativ gemessen werden. Values for the current rack force F Zst_akt are measured for their determination or alternatively calculated, whereas values for a side force F Sv acting on the motor vehicle are calculated for their determination or alternatively measured.
Zum Bestimmen der Steigung makt wird ein direkter Zusammenhang zwischen der gemessenen, aktuellen Zahnstangenkraft FZst_akt und der aktuellen Seitenkraft FSv_akt ausgewertet. Alternativ können auch Wertepaare aus Werten der Zahnstangenkraft FZst_akt und zugeordneten Werten der Querbeschleunigung ausgewertet werden. In order to determine the slope m.sub.akt , a direct relationship between the measured, actual rack force F.sub.Zst_akt and the current side force F.sub.S_akt is evaluated. Alternatively, value pairs can also be evaluated from values of the rack force F Zst_akt and associated values of the lateral acceleration.
Zum Ermitteln der aktuellen Zahnstangenkraft FZst_akt bei nicht konstantem Lenkwinkel δ kann ein Wert für die bspw. gemessene Zahnstangenkraft FZst_gem mit zumindest einem Korrekturwert FZst_korr korrigiert werden. Für die aktuelle Zahnstangenkraft gilt: For determining the current rack force F Zst_akt at a non-constant steering angle δ, a value for the, for example, measured rack force F Zst_gem can be corrected with at least one correction value F Zst_korr . For the current rack power applies:
Hierbei ist FZst_gem die gemessene Zahnstangenkraft, JRad eine Massenträgheit jener Komponenten, u. a. der Räder, des Kraftfahrzeugs, die bei einer Lenkung um den Lenkwinkel δ bewegt werden. d2 δ/dt2 bzw. δ ist eine Lenkbeschleunigung, ΘRad eine rotatorische Massenträgheit der Räder, d δ/dt bzw. δ eine Lenkgeschwindigkeit, nRad eine Drehzahl eines bewegten Rads und hw ein wirksamer Spurhebel. cγ ist das Verhältnis der Sturzänderung bezogen auf eine Lenkwinkeländerung beim Einschlagen der Räder. Ein erster Korrekturwert FZst_korr1 beschreibt eine Massenträgheit, für die gilt:
Ein zweiter Korrekturwert FZst_korr2 beschreibt Kreiselkräfte, wobei gilt: A second correction value F Zst_korr2 describes centrifugal forces , where:
In der Regel wird hier nur der erste Korrekturwert FZst_korr1 verwendet. Eine ergänzende Verwendung des zweiten Korrekturwerts FZst_korr2 ist nur optional vorgesehen. As a rule, only the first correction value F Zst_korr1 is used here. An additional use of the second correction value F Zst_korr2 is only optional.
Auf Basis einer aktuell ermittelten charakteristischen Größe des Reifenrückstellmoments und einer zusätzlichen Größe, die zur aktuell wirkenden Seitenkraft äquivalent ist, wird auf einen aktuell verfügbaren Kraftschluss zwischen der Fahrbahn und den auf den Rädern aufgezogenen Reifen und somit den Reibungsbeiwert µ geschlossen. On the basis of a currently determined characteristic size of the tire return torque and an additional variable which is equivalent to the currently acting lateral force, a currently available adhesion between the road and the tires mounted on the wheels and thus the coefficient of friction μ is concluded.
Das Reifenrückstellmoment bzw. Rückstellmoment des Reifens entsteht dadurch, dass die Seitenkraft um die Nachlaufstrecke versetzt hinter der Mitte des Rads angreift. Dabei ist das Rückstellmoment ein Produkt aus der Seitenkraft und der Nachlaufstrecke. Bei bekannter Seitenkraft kann somit aus dem Rückstellmoment die Nachlaufstrecke und umgekehrt aus der Nachlaufstrecke das Rückstellmoment berechnet werden. Die Nachlaufstrecke ist somit eine charakteristische Größe des Reifenrückstellmoments. The tire return torque or restoring torque of the tire arises from the fact that the lateral force engages offset by the caster distance behind the center of the wheel. The restoring moment is a product of the lateral force and the trailing distance. With known lateral force can thus be calculated from the restoring torque, the trailing distance and vice versa from the trailing distance, the restoring moment. The trailing distance is thus a characteristic variable of the tire return torque.
Die Lernphase, die während des Verfahrens durchführbar ist, wird u. a. bei einem Wechsel eines Betriebsbereichs des Kraftfahrzeugs durchgeführt und dabei die Steigung makt aktualisiert, nachdem Räder des Kraftfahrzeugs neu bereift worden sind. Alternativ oder ergänzend wird eine Lernphase durchgeführt, nachdem ein Modus bzw. ein Betriebsbereich eines Fahrwerks des Kraftfahrzeugs verändert worden ist. Dabei können für unterschiedliche Fahrwerkmodi Werte für unterschiedliche Steigungen hinterlegt sein. The learning phase, which can be carried out during the method, is carried out, inter alia, when changing an operating range of the motor vehicle and thereby updates the gradient m.sub.new after wheels of the motor vehicle have been re-frosted. Alternatively or additionally, a learning phase is carried out after a mode or an operating range of a chassis of the motor vehicle has been changed. In this case, values for different gradients can be stored for different suspension modes.
Es ist auch möglich, die Lernphase zur Adaption von Betriebsparametern in regelmäßigen zeitlichen Abständen und/oder nach einer bestimmten zurückgelegten Strecke durchzuführen und somit die Steigung makt zu aktualisieren, wodurch eine Abnutzung der verwendeten Reifen berücksichtigt werden kann. It is also possible to carry out the learning phase for the adaptation of operating parameters at regular time intervals and / or after a certain distance covered, and thus to update the gradient m akt , whereby wear of the tires used can be taken into account.
In weiterer Ausgestaltung wird eine erste Gerade mit einer ersten Steigung makt für eine Fahrtrichtung bzw. Lenkung nach links und eine zweite Gerade mit einer zweiten Steigung makt für eine Fahrtrichtung bzw. Lenkung nach rechts ermittelt. In a further embodiment, a first straight line with a first pitch m akt for a direction of travel or steering to the left and a second straight line with a second pitch m akt for a direction of travel or steering to the right are determined.
Das erfindungsgemäße System umfasst den mindestens einen Sensor zum kontinuierlichen Erfassen von mindestens einem Betriebsparameter, bspw. des Lenkwinkels von mindestens einem Rad, eines Lenkradwinkels, um den das Lenkrad gedreht wird, der Seitenkraft FSv und der Querbeschleunigung ay sowie von Kraft- bzw. Momentenverhältnissen in radführenden Elementen der Radaufhängung bzw. der Lenkanlage bzw. eines Lenksystems des Kraftfahrzeugs. Die Zahnstangenkraft FZst_akt wird in Ausgestaltung aus anderen sensorisch ermittelten Betriebsparametern abgeleitet. The system according to the invention comprises the at least one sensor for continuously detecting at least one operating parameter, for example the steering angle of at least one wheel, a steering wheel angle about which the steering wheel is rotated, the lateral force F Sv and the lateral acceleration a y and of force or Torque ratios in Radführenden elements of the suspension or the steering system or a steering system of the motor vehicle. The rack force F Zst_akt is derived in design from other sensory operating parameters.
In Ausgestaltung des Verfahrens wird unter anderem die Zahnstangenkraft eines Zahnstangenlenksystems ermittelt. In an embodiment of the method, among other things, the rack force of a rack and pinion steering system is determined.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleiche Bezugsziffern bezeichnen gleiche Komponenten. The figures are described coherently and comprehensively, like reference numerals designate like components.
In
Die hier vorgestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems
Die in den
Die Diagramme aus
Das Diagramm aus
Die aktuelle Zahnstangenkraft FZst_akt ist in Ausgestaltung in einen ersten Anteil, der eine Nachlaufstrecke bzw. einen Nachlauf der Reifen auf den Rädern
Durch einen Doppelpfeil
Das Diagramm aus
Eine vierte, hier gestrichelt angedeutete Gerade
Im vorliegenden Fall schneidet die fünfte Gerade
Das Diagramm aus
Das Diagramm aus
Das Diagramm aus
Zusätzlich ist in
Mit der vorliegenden ersten Ausführungsform des Verfahrens ist u. a. eine Schätzung eines Reibungsbeiwerts µ der Reifen des Kraftfahrzeugs
Hierbei wird für kleine Querbeschleunigungen ein, wie oben bereits ausgeführt, vereinfachender, linearer Ansatz bzw. Zusammenhang zwischen der Seitenkraft FSv bzw. FSv_akt und der Zahnstangenkraft FZst bzw. FZst_akt verwendet, wobei eine ermittelbare Funktion durch die Gerade mit der Steigung makt beschrieben werden kann. Diese Gerade wird üblicherweise bei einer Durchführung des Verfahrens gelernt, bspw. neu angelernt, und demnach aktualisiert. Mit der über die Gerade zu beschreibenden Funktion können Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs
Bei Durchführung des Verfahrens wird gemäß Gleichung (G1) die Seitenkraft FSv des Kraftfahrzeugs
Gleichung (G1) umfasst die Masse m des Kraftfahrzeugs sowie einen Abstand lh eines Schwerpunkts des Kraftfahrzeugs zu dessen Hinterachse in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs, die Querbeschleunigung ay des Kraftfahrzeugs
Zum Bestimmen einer aktuellen Zahnstangenkraft FZst_akt kann in Ausgestaltung eine aktuell gemessene Zahnstangenkraft FZst_gem zumindest über die Massenträgheit ΘRad des Rads und eine Beschleunigung d2δ/dt2 des Lenkwinkels bzw. eines Einschlagwinkels eines Rads
Die konstruktive Zahnstangenkraft FZst_akt_k wird, wie Gleichung (G3) zeigt, aus einer Achskinematik berechnet und ist proportional zu der Seitenkraft FSv, wobei kSv eine Steigung und somit ein Verhältnis der konstruktiven Zahnstangenkraft FZst_akt_k zu der Seitenkraft FSv beschreibt. Hierzu wird auf die Geraden
Aus der Seitenkraft FSv oder Querbeschleunigung ay wird über Gleichung (G4) eine Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref berechnet, die eine Gerade beschreibt. Die Steigung makt der Gerade variiert über den Reifendruck und die Temperatur, wobei hierfür Korrekturfaktoren angegeben werden können. Ein Parameter b, welcher gemäß der Gleichung (G4) auch angelernt werden kann, beschreibt einen Offset bzw. Mindestwert, den die Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref auch dann aufweist, wenn die Seitenkraft FSv null ist:
Weiterhin wird gemäß der Gleichungen (G5.1) und (G5.1) zunächst jeweils der Mittelwert aller ermittelten Zahnstangenkräfte und aller ermittelten Seitenkräfte gebildet: Furthermore, in accordance with equations (G5.1) and (G5.1), first the mean value of all determined rack forces and of all determined lateral forces is formed:
In einem nachfolgenden Schritt werden gemäß der Gleichung (G6.1) die Abweichungen aller ermittelten, zeitabhängigen Werte der Zahnstangenkraft von dem Mittelwert der Zahnstangenkraft gebildet:
Entsprechend werden gemäß der Gleichung (G6.2) die Abweichungen aller ermittelten, zeitabhängigen Werte der Seitenkraftkraft von dem Mittelwert der Seitenkraft gebildet:
Mit diesen Werten wird die Steigung makt einer Ausgleichsgeraden laut Gleichung (G7) ermittelt: These values are used to determine the slope m akt of a regression line according to equation (G7):
Danach wird in einem weiteren Schritt ein Wert für den Offset b bestimmt, für den Gleichung (G8) gilt:
Beispiele für die Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref sind anhand der Geraden
Die maximal mögliche Seitenkraft FSv_max wird über Gleichung (G9) berechnet. Hierbei wird angenommen, dass diese erreicht wird, wenn die aktuelle Zahnstangenkraft FZst_akt den Wert der konstruktiven Zahnstangenkraft FZst_akt_k aufweist. Unter dieser Annahme ergibt sich für Gleichung (G9): The maximum possible lateral force F Sv_max is calculated via equation (G9). It is assumed that this is achieved when the actual rack force F Zst_akt has the value of the constructive rack force F Zst_akt_k . Under this assumption, equation (G9) yields:
Hier ist eine weitere Steigung aSv zu berücksichtigen, wie sie bspw. die Geraden
Über Gleichung (G10) wird ein Gefahrenindikator GI berechnet, der dazu genutzt wird, um bei geringen Abweichungen der gemessenen, aktuellen Zahnstangenkraft FSv_akt zur Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref keine Fehlwarnung zu generieren. Equation (G10) is used to calculate a hazard indicator GI which is used to generate no false warning with slight deviations of the measured, actual rack force F Sv_akt from the reference rack force F Zst_ref .
Wenn der Gefahrenindikator GI unter einen hierfür vorgesehenen Grenzwert fällt, der je nach Messgenauigkeit ca. 0.8 beträgt, wird eine Schätzung für einen Reibungsbeiwert µ durchgeführt, der über Gleichung (G11) berechnet wird: If the hazard indicator GI falls below a limit specified for this, which is approximately 0.8 depending on the measurement accuracy, an estimate is made for a coefficient of friction μ, which is calculated using equation (G11):
Hier beschreibt FNv eine auf die Räder
Wird das Kraftfahrzeug ohne neues Anlernen der Steigung makt von Sommerreifen (SR) auf Winterreifen (WR) umgestellt, wird permanent eine Fehlwarnung bereitgestellt, wenn der Gefahrenindikator GI geringer als der Grenzwert ist. Dies kann vermieden werden, wenn für den innerhalb der Ellipse
Mit Gleichung (G10) kann z. B. im Bereich einer Querbeschleunigung von 0,5 bis 2 m/s2 oder einer entsprechenden Seitenkraft FSv eine neue Steigung makt für die Gerade gelernt werden. With equation (G10) can z. B. in the range of a lateral acceleration of 0.5 to 2 m / s 2 or a corresponding lateral force F Sv a new slope m akt be learned for the line.
Ein Lernen und/oder Anpassen wird im Rahmen des Verfahrens durchgeführt, wobei die Steigung makt über mehrere Kurvenfahrten gemittelt wird, ohne dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs
In
Für Links- und Rechtskurven können die Steigung makt und der Offset b getrennt ermittelt werden. Wenn sich hierbei unterschiedliche Werte bei Links- und Rechtskurven ergeben, kann daraus auf unterschiedliche Einstellungen von Radführungsgrößen, wie z. B. Spur und Sturz, auf unterschiedliche Reifenzustände, wie z. B. Typ, Profiltiefe und Druck eines Reifens auf einer linken und einer rechten Seite des Kraftfahrzeugs sowie einseitige Beladungszustände als Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs geschlossen werden. For left and right curves, the slope m akt and the offset b can be determined separately. If this results in different values for left and right turns, it can be different settings of Radführungsgrößen, such. B. lane and camber, to different tire conditions, such. B. type, tread depth and pressure of a tire on a left and a right side of the motor vehicle and unilateral loading conditions are closed as operating parameters of the motor vehicle.
Damit werden in Ausgestaltung neue Vorgehensweisen zur Ermittlung für diese Betriebsparameter bzw. Größen des Kraftfahrzeugs generiert. In this way, new procedures for determining these operating parameters or variables of the motor vehicle are generated in an embodiment.
Bei der voranstehend vorgestellten ersten Ausführungsform des Verfahrens wird von Vereinfachungen ausgegangen, wobei berücksichtigt wird, dass für sämtliche Betriebsparameter Signale, über die diese dem Steuergerät
Allerdings ist es möglich, dass dem Steuergerät
Das bereits anhand von
Dabei ist ein erstes Teilmodul
Ein drittes Teilmodul
Werte für den Reibungsbeiwert µ werden mit dem dritten Teilmodul
Bei der zweiten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Satz von Betriebsparametern zur Berechnung des Reibungsbeiwerts µ verwendet. Dabei gilt für eine Funktion zum Beschreiben des Reibungsbeiwerts µ entweder µ = f(ay, dψ/dt, v, FZst) oder µ = f(ay, dψ/dt, v, Mrück). Hierbei ist neben den bereits beschriebenen Betriebsparametern Mrück ein Rückstellmoment zu berücksichtigen. Der vorgesehene Satz und somit eine entsprechende Funktion zur Berechnung des Reibungsbeiwerts µ wird weiterhin auf µ = f(δ, v, FZst) reduziert. In the second embodiment of the method, a set of operating parameters is used to calculate the coefficient of friction μ. The following applies for a function to describe the friction coefficient μ either μ = f (y a, dψ / dt, v, F Zst) or μ = f (y a, dψ / dt, v, M re). Here, in addition to the operating parameters M already described above, a restoring moment must be taken into account. The proposed set and thus a corresponding function for calculating the coefficient of friction μ is further reduced to μ = f (δ, v, F Zst ).
Die beiden jeweils in
In dem ersten Diagramm aus
Die gemessene Zahnstangenkraft und die Referenz-Zahnstangenkraft sind näherungsweise gleich groß. Es wird kein Niederreibungsbeiwert detektiert. The measured rack force and the reference rack force are approximately equal. No reduction coefficient is detected.
Das erste Diagramm aus
Die Kurven
Bei der zweiten Ausführungsform des Verfahrens wird innerhalb des Steuergeräts
Dabei wird berücksichtigt, dass sowohl die Zahnstangenkraft, als auch die Seitenkraft an den Rädern mit zunehmender Querbeschleunigung in unkritischen Fahrzuständen steigen. Außerdem sind auf einer Fahrbahn mit hohem bzw. maximalem Reibungsbeiwert (
Die Ermittlung des theoretischen Referenzwerts für die Zahnstangenkraft wird mit Hilfe eines Simulationsmodells, bspw. eines Einspurmodells, ausschließlich auf Grundlage lenkungsinterner Signale für Betriebsparameter, d. h. für die Geschwindigkeit, den Lenkwinkel und die Geometrie des Kraftfahrzeugs, durchgeführt. Für hierbei zu berücksichtigende Werte der Querbeschleunigung und der Gierrate als weitere Betriebsparameter werden in diesem Fall keine eingehenden Signale benötigt, da Werte für diese Betriebsparameter innerhalb des anhand von
Aufgrund des Umstands, dass nur für zwei Betriebsparameter, hier für die Geschwindigkeit v und den Lenkwinkel δ, eingehende Signale zur Verfügung stehen, können für das Simulationsmodell einige vereinfachende Annahmen getroffen werden. So wird eine näherungsweise Berechnung der Gierrate zunächst unter der Annahme, dass eine Schräglaufwinkeldifferenz zwischen der Vorderachse und der Hinterachse Null ist, durchgeführt. Ein Einfluss der Schräglaufwinkeldifferenz wird anschließend über eine weitere Korrekturfunktion, die analog zu jener Referenz-Zahnstangenkraft zu verwenden ist, berücksichtigt. Darüber hinaus werden ein Einfluss der Achlastverschiebung aufgrund einer Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs sowie ein Einfluss einer Massenträgheit und/oder Gierbeschleunigung um die Hochachse des Kraftfahrzeugs auf die Referenz-Zahnstangenkraft vernachlässigt, zumal die hierfür benötigten Signale ebenfalls nicht verfügbar sind. Die Einflüsse sind näherungsweise in der Korrekturfunktion enthalten. Auf Grundlage dessen wird in Ausgestaltung des Verfahrens ein genäherter und/oder verringerter Reibungsbeiwert, der nur von wenigen weiteren Betriebsparametern abhängig ist, identifiziert. Due to the fact that incoming signals are only available for two operating parameters, here for the speed v and the steering angle δ, some simplifying assumptions can be made for the simulation model. Thus, an approximate calculation of the yaw rate is first made on the assumption that a skew angle difference between the front axle and the rear axle is zero. An influence of the skew angle difference is then taken into account via a further correction function, which is to be used analogously to that reference rack force. In addition, an influence of the axial shift due to a longitudinal acceleration of the motor vehicle and an influence of inertia and / or yaw acceleration about the vertical axis of the motor vehicle to the reference rack force are neglected, especially since the signals required for this purpose are also not available. The influences are approximately contained in the correction function. On the basis of this, in an embodiment of the method, an approximated and / or reduced coefficient of friction, which depends only on a few further operating parameters, is identified.
In kritischen Fahrzuständen, wie zum Beispiel bei einem Über- oder Untersteuern, verringert sich ein Verlauf der Zahnstangenkraft über der Querbeschleunigung ebenfalls, sobald das Kraftahrzeug zu rutschen beginnt. Um für diesen Fall eine Fehldiagnose des Simulationsmodells auf einen verringerten Reibungsbeiwert zu vermeiden, werden in das Simulationsmodell diverse Abfragen integriert. So wird berücksichtigt, dass eine Ausgabe eines verringerten Reibungsbeiwerts nur dann zulässig ist, wenn sich das Kraftfahrzeug in einem bestimmten Fahrzustand befindet. Der Reibungsbeiwert ist bspw. von der Geschwindigkeit, dem Lenkwinkel, der geschätzten Querbeschleunigung und der geschätzten Gierrate abhängig. Durch eine geeignete Wahl der besagten Betriebsparameter kann die Vermeidung von Fehldiagnosen gewährleistet werden. In critical driving conditions, such as oversteer or understeer, a progression of rack force over lateral acceleration also decreases as the vehicle begins to slip. In order to avoid a misdiagnosis of the simulation model to a reduced coefficient of friction for this case, various queries are integrated into the simulation model. Thus, it is considered that an output of a reduced coefficient of friction is only permissible if the motor vehicle in a certain driving condition is located. The coefficient of friction is, for example, dependent on the speed, the steering angle, the estimated lateral acceleration and the estimated yaw rate. By a suitable choice of said operating parameters, the avoidance of misdiagnosis can be ensured.
Das in
Dabei ist in einem ersten Schritt
Darauf basierend werden in einem fünften Schritt
In einem zehnten Schritt
Die Darstellung in
Das Diagramm aus
Details zur Berechnung des wirksamen kraftschlussabhängigen Rückstellmoments gemäß dem fünften Schritt
Auf Grundlage des im vierten Schritt
Das Diagramm aus
Das Diagramm aus
Eine Gerade
Wie in
Bei der ersten Ausführungsform des Verfahrens wird die Steigung der Gerade
Da eine zweite Linearisierung aber bei den meisten Kraftfahrzeugen nur bei kleinen Lenkwinkeln, die bei Überlandfahrten üblich sind, zu vernachlässigbaren Fehlern führt, stellt die erste Ausführungsform des Verfahrens einen Sonderfall der dritten Ausführungsform dar. Die erste Ausführungsform ist einfacher zu realisieren, schränkt aber den Gültigkeitsbereich und die Genauigkeit des Verfahrens ein. However, since a second linearization leads to negligible errors in most motor vehicles only in the case of small steering angles, which are common in overland driving, the first embodiment of the method represents a special case of the third embodiment. The first embodiment is easier to implement, but limits the scope and the accuracy of the procedure.
Das Diagramm aus
Das Flussdiagramm aus
Bei Durchführung der dritten Ausführungsform des Verfahrens ist für die Betriebsparameter eine höhere Detektionsgüte zu erreichen, wobei u. a. eine Kinematik und ein Nachlaufverhalten der Reifen berücksichtigt werden. When carrying out the third embodiment of the method, a higher detection quality can be achieved for the operating parameters, wherein u. a. a kinematics and a follow-up behavior of the tires are taken into account.
Bei Ausnutzung detaillierter Kenntnisse einer Kinematik der Lenkanlage
Die bei einem Kraftfahrzeug mit Fahrdynamikregelung serienmäßig vorhandenen Betriebsparameter bzw. Messgrößen, d. h. die Längsbeschleunigung, die Querbeschleunigung sowie eventuell eine Vertikalbeschleunigung, der Lenkwinkel, die Gierrate, die Geschwindigkeit und die Zahnstangenkraft, die wie bereits beschrieben, bestimmt wird, sind für die dritte Ausführungsform des Verfahrens ausreichend. The operating parameters or measured variables which are standard available in a motor vehicle with vehicle dynamics control, d. H. the longitudinal acceleration, the lateral acceleration and possibly a vertical acceleration, the steering angle, the yaw rate, the speed and the rack force, which is determined as already described, are sufficient for the third embodiment of the method.
Im dem zweiten Schritt
Durch die Querbeschleunigung ay ergibt sich eine dynamische Radlastverlagerung. Die dynamische Radlaständerung ∆FNv bei stationärer Kurvenfahrt ist somit gemäß Gleichung (G12) eine Funktion der Querbeschleunigung:
Vereinfacht kann auch angenommen werden, dass das Verhältnis einer Wankabstützung beider Achsen des Kraftfahrzeugs, die durch Achskinematik, Feder- und Stabilisatorraten verursacht wird, dem Verhältnis der statischen Achslast entspricht. Sofern auch Auswirkungen einer Verlagerung des Schwerpunkts innerhalb einer Kurve nach außen vernachlässigt werden, ist aus einer Höhe hs des Schwerpunkts und einer Spurweite bv eine Änderung der Radlast an einer Achse über Gleichung (G13) näherungsweise zu bestimmen: Simplified, it can also be assumed that the ratio of a rolling support of both axles of the motor vehicle, which is caused by axle kinematics, spring and stabilizer rates, corresponds to the ratio of the static axle load. If the effects of a shift of the center of gravity within a curve are also neglected, then from a height h s of the center of gravity and a track width b v, a change of the wheel load on an axis can be approximated using equation (G13):
Somit ist eine Änderung der Radlast direkt proportional zur Querbeschleunigung ay. Ist ein Verhältnis von Differenzen der Radlasten der Vorder- und Hinterachse bei einer Kurvenfahrt bspw. aus dem Simulationsmodell bzw. einer Simulationsrechnungen bekannt, kann in obiger Gleichung (G13) der Term lh/l durch das Verhältnis der Wankabstützung der als Vorderachse ausgebildeten Achse zur gesamten Wankabstützung beider Achsen des Kraftfahrzeugs ersetzt werden. Thus, a change in the wheel load is directly proportional to the lateral acceleration a y . If a ratio of differences in the wheel loads of the front and rear axles during cornering, for example, from the simulation model or a simulation calculations known in the above equation (G13), the term l h / l by the ratio of roll support of the axis formed as a front axle entire roll support of both axles of the motor vehicle to be replaced.
Die gesamte Achslast der Vorderachse ist unter Vernachlässigung von aerodynamischen Kräften in Abhängigkeit der Längsbeschleunigung ax und Erdbeschleunigung g näherungsweise mit folgender Gleichung (G14) zu bestimmen: The total axle load of the front axle, neglecting aerodynamic forces as a function of the longitudinal acceleration a x and gravitational acceleration g, is approximately determined by the following equation (G14):
Daraus ergibt sich für die Radlast am linken Rad
Sind weitere Sensoren oder Algorithmen im Kraftfahrzeug
Weiter wird in einem weiteren Schritt unter Ausnutzung der Kenntnis der Lenkkinematik, des Lenkradwinkels δH und der beiden Lenkwinkel δl, δr der Räder
Aus der mit dem kraftfahrzeuginternen Sensor gemessenen Querbeschleunigung ay, der Gierrate bzw. Giergeschwindigkeit dψ/dt, und dem mittleren Lenkwinkel δVA der Räder
Hierbei ist m die Masse des Kraftfahrzeugs, lh der Abstand des Schwerpunkts des Kraftfahrzeugs
In dem parallelen fünften Schritt
Bei einer Achsschenkellenkung wird das kurveninnere Rad stärker als das kurvenäußere Rad eingeschlagen (vgl.
Für das kurvenäußere Rad bewirkt eine auftretende Erhöhung der Radlast eine annähernd proportionale Vergrößerung des Nachlaufs des Reifens und einen größeren Anteil an der gesamten übertragenen Seitenkraft. Am kurveninneren Rad wird durch eine auftretende Erhöhung der Radlast umgekehrt eine annähernd proportionale Verringerung des Nachlaufs des Reifens und ein geringerer Anteil an der gesamten übertragenen Seitenkraft bewirkt, d. h. die beiden Räder tragen abhängig von der Querbeschleunigung unterschiedlich stark zum gesamten Rückstellmoment bei. Da je nach Einschlagwinkel die wirksamen Spurhebel unterschiedlich groß sind, haben die Rückstellmomente an beiden Rädern unterschiedlich starke Auswirkung auf die Zahnstangenkraft. Für die Zahnstangenkraft gilt Gleichung (G21):
Die beim Kraftfahrzeug
Dabei ist nur der erste Anteil zum Rückstellmoment vom Kraftschluss abhängig und wird nachfolgend für das linke Rad mit MRµl und für das rechte Rad mit MRµr bezeichnet. Daher werden alle weiteren Anteile des Rückstellmoments während der Fahrt unter Berücksichtigung der bekannten Kinematik des Fahrwerks und der Lenkanlage
Das Rückstellmoment Mkonr für die rechte Seite des Kraftfahrzeugs
Hierbei beschreibt ∆M(γ) das durch Sturz am linken bzw. rechten Rad
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens kann zusätzlich eine Auswirkung einer Elastokinematik berücksichtigt werden, wobei die oben genannten Betriebsparameter ergänzend in Abhängigkeit von Kräften, die auf das linke und/oder rechte Rad wirken, betrachtet werden. Weiterhin kann zusätzlich eine Verformung eines jeweiligen Reifens, die ebenfalls von den am linken bzw. rechten Rad wirkenden Kräften und Momenten sowie vom Sturzwinkel abhängig ist, bei der Berechnung der voranstehend genannten Betriebsparameter berücksichtigt werden. In a further embodiment of the method, an effect of an elastokinematics can additionally be taken into account, with the above-mentioned operating parameters additionally being considered as a function of forces acting on the left and / or right wheel. Furthermore, a deformation of a respective tire, which is also dependent on the forces and moments acting on the left or right wheel and on the camber angle, can additionally be taken into account in the calculation of the above-mentioned operating parameters.
Außerdem beschreibt ΘzRadl bzw. ΘzRadr die Trägheit bzw. Massenträgheit jener Komponenten, u. a. des linken bzw. rechten Rads
Abhängig von der Genauigkeitsanforderung können auch nur einzelne Anteile der Gleichungen (G22) bzw. (G23) berücksichtigt werden. Depending on the accuracy requirement, only individual parts of the equations (G22) or (G23) can be taken into account.
Zur Bestimmung der an den einzelnen Rädern
Alternativ kann eine radabhängige Aufteilung der Seitenkraft auch als Funktion des Lenkwinkels, der wirkenden Seitenkraft oder anderer fahrdynamischer Betriebsparameter bzw. Größen, bspw. der Querbeschleunigung, betrachtet werden. Alternatively, a wheel-dependent division of the lateral force can also be considered as a function of the steering angle, the acting lateral force or other driving dynamic operating parameters or variables, for example the lateral acceleration.
Mit den aus den Gleichungen (G22) bzw. (G23) bestimmten Rückstellmomenten Mkonl und Mkonr wird jener Anteil der Zahnstangenkraft, der nicht durch kraftschlussabhängige Rückstellmomente der Reifen erzeugt wird und hiervon unabhängig ist, als FZst_kon bezeichnet und über Gleichung (G26) bestimmt: With the restoring moments M konl and M konr determined from the equations (G22) and (G23), the portion of the rack-and-pinion force which is not generated by restraint-dependent restoring moments of the tires and is independent of this is designated as F Zst_kon and via equation (G26) certainly:
Dieser hier konstruktive Anteil der Zahnstangenkraft wird von der wirkenden, aktuellen und/oder gemessenen Zahnstangenkraft FZst_gem abgezogen, woraus gemäß Gleichung (G27) jene Zahnstangenkraft berechnet wird, die durch das kraftschlussabhängige Rückstellmoment der Reifen
Daraus wird mit Gleichung (G28) der mittlere Spurhebel hW berechnet: From this, equation (G28) is used to calculate the mean track lever h W :
Unter der vereinfachten Annahme, dass sich die Seitenkräfte entsprechend der dynamischen Radlasten verteilen und der Einfluss der Radlast auf die Nachlaufstrecke vernachlässigt wird, gilt mit einem Betriebsparameter FNVA für eine Achslast bzw. eine Normalkraft, die auf die Vorderachse wirkt, für den wirksamen Spurhebel Gleichung (G29): Under the simplified assumption that the lateral forces are distributed according to the dynamic wheel loads and the influence of the wheel load on the caster distance is neglected, with an operating parameter F NVA for an axle load or a normal force acting on the front axle for the effective toe lever equation (G29):
Zur Erhöhung der Genauigkeit kann auch eine Funktion (G30), die das Verhältnis der Momente als Funktion einer Änderung der Radlast und damit der Querbeschleunigung ausdrückt, verwendet werden:
Im letzten Schritt
Das so erhaltene Rückstellmoment ist in ausreichender Genauigkeit nur noch von der an der Achse übertragenen Seitenkraft und dem Kraftschluss abhängig. Eine derartige zweidimensionale Abhängigkeit kann entweder durch eine mathematische Funktion oder durch ein Kennfeld beschrieben und aus einem grundsätzlichen Verhalten des Rückstellmoments eines Reifens abgeleitet werden. Das Rückstellmoment des jeweiligen Reifens entsteht dadurch, dass die Seitenkraft um eine Nachlaufstrecke des Reifens nach hinten versetzt außermittig angreift. Daher wird aus diesem Rückstellmoment und der wirksamen Seitenkraft die wirksame Nachlaufstrecke berechnet, was im achten Schritt
Als Referenz wird hierbei im neunten Schritt
Obige Gleichung (G32) zum Bestimmen der Nachlaufstrecke kann in bestimmten Betriebsbedingungen fehlerhafte Ergebnisse liefern, wenn gleichzeitig über die gelenkten Räder
Außerdem können durch Gleichung (G32) fehlerhafte Ergebnisse geliefert werden, wenn das Kraftfahrzeug
Falls die Lenkanlage
Bei sehr geringen Querbeschleunigungen ergeben sich für Zähler und Nenner der Gleichung (G32) sehr kleine Werte. Demnach können geringe Sensorfehler und zeitversetzte Schwankungen zu großen Abweichungen bei der Nachlaufstrecke führen. At very low lateral accelerations, the numerator and denominator of the equation (G32) result in very small values. Accordingly, small sensor errors and time-offset fluctuations can lead to large deviations in the trailing distance.
Um den oben genannten Fehlern Rechnung zu tragen, wird einer Schätzung des Reibungsbeiwerts nur vertraut, wenn hierfür im zehnten Schritt
Ist ein Wert eines der voranstehend genannten Betriebsparameter größer als ein jeweils hierfür zu definierender und/oder festzulegender Grenzwert, ist das Ausschlusskriterium erfüllt (ja). Außerdem wird eine Schätzung des Reibungsbeiwerts nur durchgeführt, falls die Geschwindigkeit größer als ein hierfür vorgesehener Minimalwert ist, damit unter anderem die Auflösung der Gierrate bzw. Giergeschwindigkeit ausreichend genau ist, und falls von einem Fahrwerkregelsystem kein Regeleingriff vorliegt. If a value of one of the above-mentioned operating parameters is greater than a respective limit value to be defined and / or defined for this purpose, the exclusion criterion is met (yes). In addition, an estimate of the friction coefficient is only performed if the speed is greater than a minimum value provided for this purpose, so that inter alia the resolution of the yaw rate or yaw rate is sufficiently accurate, and if there is no control intervention by a chassis control system.
Liegt kein Ausschlusskriterium vor, wird die Querbeschleunigung bzw. die Seitenkraft an der Achse betrachtet. Liegt ein Wert der Querbeschleunigung ay, die der Seitenkraft bei stationärer Kurvenfahrt entspricht, in einem Bereich von bspw. 0,5 bis 1 m/s2 vor, wie im Flussdiagramm aus
Falls der Wert der Querbeschleunigung bspw. größer als 1 m/s2 ist, wird im zwölften Schritt
In dem Diagramm aus
Der Punkt
Bei einem Kraftfahrzeug mit einem Hinterradantrieb ist auch während Beschleunigungsvorgängen in einer Kurve eine Schätzung des Reibungsbeiwerts bzw. Kraftschlusses möglich, sofern nicht durch ein Sperrdifferenzial starke Giermomente erzeugt werden. Während des Beschleunigungsvorgangs mit der Beschleunigung ax ändert sich hierbei eine dynamische Achslast an der Vorderachse. In a motor vehicle with a rear-wheel drive, an estimate of the coefficient of friction or frictional connection is also possible during acceleration processes in a curve, unless strong yawing moments are generated by a limited-slip differential. During the acceleration process with the acceleration a x , this changes a dynamic axle load on the front axle.
Um auch in diesem Fall eine zufriedenstellende Schätzgüte zu erhalten, wird die dynamische Änderung auch bei der Berechnung des wirksamen Rückstellmoments und der bei hohem Reibungsbeiwert µ theoretisch wirksamen Nachlaufstrecke berücksichtigt. Hier wird in gleicher Weise wie bei der Aufteilung der Rückstellmomente auf die beiden Räder
Durch Änderung des Verhältnisses der Achslast an der Vorderachse zu einem Druck der Reifen an den Rädern
Falls das Kraftfahrzeug
Das Anlernen wird bei auftretenden Querbeschleunigungen für eine Linkskurve in einem Bereich von ca. 0,5 m/s2 bis ca. 1 m/s2 und für eine Rechtskurve von ca. –0,5 m/s2 bis ca. –1 m/s2 durchgeführt. The learning becomes at occurring lateral accelerations for a left turn in a range of about 0.5 m / s 2 to about 1 m / s 2 and for a right turn from about -0.5 m / s 2 to about -1 m / s 2 performed.
Für Paare an Werten für einen Anteil der Zahnstangenkraft FZst_Rµ und die Seitenkraft FSv in mindestens einem der voranstehend genannten Bereichen für die Querbeschleunigung, die jeweils zu gleichen Zeitpunkten gemessenen werden, wird fortlaufend oder nach Erreichen einer vorgewählten Anzahl an Paaren von Werten für diese beiden Betriebsparameter nach der Methode des minimalen Fehlerquadrats gemäß Gleichung (G34) eine Ausgleichskurve ermittelt und durch die gemessenen Werte gelegt:
Hierbei sollte n mindestens 1 betragen, genauere Ergebnisse werden aber für Werte von n, die 2 oder größer sind, erzielt. Here, n should be at least 1, but more accurate results will be obtained for values of n that are 2 or greater.
Der Wert b wird zur Korrektur eines möglichen Offsets von der ermittelten Zahnstangenkraft abgezogen. Aus dem Wert A1 wird die theoretische Nachlaufstrecke bei einer Seitenkraft FSv gleich Null gemäß Gleichung (G35) berechnet:
Dieser Wert wird zur Anpassung der theoretischen Nachlaufstrecke an veränderte Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs
Bei der Bestimmung der Ausgleichskurve kann zumindest ein Teil der Koeffizienten An für n ≥ 2 vorgegeben werden, so dass in Ausgestaltung auch sämtliche Koeffizienten An vorgegeben werden. Durch diese Maßnahme ist bei einem hohen Kraftschluss und/oder Reibungsbeiwert µ ein zu einem Rückstellmoment des jeweiligen Reifens
Zeigt sich beim Vergleich der Nachlaufstrecken im zwölften Schritt
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