DE4229504B4 - Verfahren zur Regelung der Fahrzeugstabilität - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Regelung der Fahrzeugstabilität,
bei dem der Lenkwinkel (δ), die Fahrzeuggeschwindigkeit (vf), die Querbeschleunigung (aq) und die Giergeschwindigkeit (ω) ermittelt werden,
bei dem in Abhängigkeit des Lenkwinkels (δ) und der Fahrzeuggeschwindigkeit (vf) eine stationäre Sollgiergeschwindigkeit (ωsoll0) ermittelt wird,
bei dem in Abhängigkeit der Querbeschleunigung (aq) und der Fahrzeuggeschwindigkeit (vf) ein Begrenzungswert (ωsoll1) für den Sollwert der Giergeschwindigkeit ermittelt wird,
bei dem der Sollwert (ωsoll) für die Giergeschwindigkeit gemäß einer vorgegebenen Beziehung aus der stationären Sollgiergeschwindigkeit (ωsoll0) und dem Begrenzungswert (ωsoll1) berechnet wird,
bei dem eine Abweichung (Δω) zwischen der ermittelten Giergeschwindigkeit (ω) und dem Sollwert (ωsoll) für die Giergeschwindigkeit ermittelt wird,
bei dem in Abhängigkeit der ermittelten Abweichung (Δω) Radschlupfänderungen vorgenommen werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sollwert der Giergeschwindigkeit (ωsoll) zumindest für einen Betriebszustand des Fahrzeugs größer als der Begrenzungswert (ωsoll1) ist und der Sollwert der Giergeschwindigkeit (ωsoll) in diesem zumindest...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
  • Stand der Technik
  • In der DE 37 31 756 A1 wird ein Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs bei Kurvenfahrt beschrieben. Der Regelung liegt ein Grenzwertverlauf der Giergeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Lenkwinkel zugrunde; dieser Verlauf ist auch von der Fahrzeuggeschwindigkeit und vom Reibbeiwert abhängig. Wird ein dem Lenkradeinschlag zugeordneter Grenzwert bei gegebener Fahrzeuggeschwindigkeit und gegebenem Reibbeiwert nicht erreicht, so wird zur Erhöhung der Seitenstabilität Bremsdruck abgebaut.
  • Aus der gattungsbildenden DE 40 30 704 A1 ist ein Verfahren zur Verbesserung der Beherrschbarkeit von Kraftfahrzeugen beim Bremsen bekannt. Dabei werden Sollschlupfwerte ermittelt und mit einem ABS eingeregelt.
  • Gemessen werden dabei die Giergeschwindigkeit, der Lenkwinkel, die Radgeschwindigkeiten sowie der Vordruck oder Radbremsdruck. Geschätzt werden dabei die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, die Radschlupfwerte, die Bremskräfte, die Reifenkräfte sowie die Quergeschwindigkeit. Unter Zuhilfenahme eines einfachen Fahrzeugmodells werden daraus Sollschlupfwerte ermittelt.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Verbesserung von Stabilität und Lenkbarkeit eines durch eine Fahrdynamikregelung geregelten Fahrzeugs.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 13 gelöst.
  • Vorteile der Erfindung
  • Bei der Erfindung macht man sich die Erkenntnis zu Nutze, dass sich bei Fahrdynamikregelsystemen zur Verbesserung von Fahrzeugbeherrschbarkeit und Stabilität die Giergeschwindigkeit als besonders geeignete Regelgröße erwiesen hat, da sie mit Sensoren direkt gemessen aber auch abgeschätzt werden kann und durch Änderung der Radschlupfwerte oder der Schräglaufwinkel und damit durch das Aufbringen von Giermomenten gut steuerbar ist.
  • Es sind, wie oben gezeigt, bereits Verfahren zur Festlegung eines Sollwertes für die Giergeschwindigkeit bekannt. Das Neue des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass das Fahrzeug nicht nur, wie vom Fahrer gewünscht, auf Lenkwinkelvorgaben reagiert, sondern außerdem einen vom Haftreibbeiwert der Straße abhängigen stabilen Zustand aufrechterhält, bei dem sich der Schwimmwinkel nicht weiter erhöht.
  • Die dazu benötigten Messsignale sind wie gesagt, Lenkwinkel δ, Querbeschleunigung aq, Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vF und als Regelgröße die Giergeschwindigkeit ω.
  • Bei der gemessenen Querbeschleunigung ist mit Messfehlern durch die Wankbewegung des Fahrzeugs und dabei auftretenden Gravitationskomponenten zu rechnen. Dies wird beim erfindungsgemäßen Verfahren berücksichtigt.
  • Die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit kann mit ausreichender Genauigkeit von bereits bekannten ABS- bzw. ASR-Regelsystemen zur Verfügung gestellt werden.
  • Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung detailliert beschrieben werden. Es zeigen
  • 1 ein Blockschaltbild einer Fahrdynamikregelung, bei der die erfindungsgemäße Festlegung der Sollgiergeschwindigkeit eingesetzt werden kann.
  • 2 eine Ausbildungsmöglichkeit für die Sollwertberechnung (Block 1) der 1.
  • 3 der Verlauf der Sollgiergeschwindigkeit gemäß der Erfindung.
  • 1 zeigt wie die hier beschriebene Sollwertberechnung in einem Fahrdynamikregelkonzept eingesetzt werden kann. Eine Sollwertberechnung (Block 1) verarbeitet die Eingangsgrößen Lenkwinkel δ (vom Fahrer (6) vorgegeben), Querbeschleunigung aq und Fahrzeuggeschwindigkeit vF. Der Sollwert ωsoll wird mit der gemessenen Giergeschwindigkeit ω verglichen (in Vergleicher 2) und die Differenz wird einem Regler 3 zugeführt, der geeignete Stellsignale u ausgibt. Ein Steller 4, bei dem es sich z.B. um einen Schlupfregelkreis mit Bremsdruckmodulation (s. DE-A1- 40 30 724) handeln kann, beeinflusst durch Radschlupfänderungen das auf Fahrzeug wirkende Giermoment MGier, wodurch sich die gemessene Giergeschwindigkeit ω in der gewünschten Weise ändert. Der Regler 3 kann z.B. entsprechend der modellgestützten Regelung der DE-A1 40 30 704 ausgebildet sein.
  • Bei der Erfindung werden folgende Rechenoperationen zur Gewinnung der Sollgiergeschwindigkeit durchgeführt:
    Zunächst wird eine stationäre Soll-Giergeschwindigkeit berechnet, die vom Lenkwinkel δ und von der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vF abhängt.
    Figure 00030001
    wobei L der Radstand ist.
  • vCH ist dabei die charakteristische Geschwindigkeit des Fahrzeugs, mit der das Maß der Untersteuerungstendenz festgelegt werden kann, ggf. auch abhängig vom Fahrzustand (angetrieben, freirollend, gebremst). Sie kann z.B. 25 m/s betragen.
  • Dies geschieht in einem Block 20 der 2.
  • Als weiterer Rohwert für die Soll-Giergeschwindigkeit wird die Größe ωsoll1 berechnet: ωsoll1 = aq/vF mit der Querbeschleunigung aq.
  • ωsoll1 wird betragsgemäß nach unten auf einen Wert begrenzt, der dem niedrigsten auf öffentlichen Straßen vorkommenden Wert für die Querbeschleunigung bei Kreisfahrten im Grenzbereich entspricht, z.B. 0.7 m/s2. ωsoll1 ≥ 0.7/vF für ωsoll0 > 0 ωsoll1 ≤ –0.7/vF für ωsoll0 < 0
  • Diese Bestimmung von ωsoll1 wird in einem Block 21 durchgeführt. Wesentlich für die Erfindung ist die Art, wie diese beiden Werte ωsoll0 und ωsoll1 verwendet werden, um die eigentliche Soll-Giergeschwindigkeit ωsoll zu bestimmen.
  • Hier die Gleichungen zur Berechnung von ωsoll. Zuerst wird in einem Block 22 eine Zwischengröße x ermittelt: x = (ωsoll1/ωsoll0 – k)n/(1 – k)n mit k = konst und 0 < k < 1
    mit n = konst und 0 < n
  • Der Parameter k wird fahrzeugabhängig vorgegeben und ist z.B. 0,5.
  • Der Exponent n wird fahrzeugabhängig vorgegeben und ist z.B. 0,5 oder 1.
  • Die Zwischengröße x wird noch zwischen Null und Eins begrenzt: 0 ≤ x ≤ 1
  • Ein weiterer Block 23 bildet dann die Soll-Giergeschwindigkeit ωsoll gemäß: ωsoll = x·ωsoll0 + (1 – x)·ωsoll1
  • Das bedeutet, dass wenn ωsoll0 kleiner ist als ωsoll1 (alle Werte positiv, für negative Werte gilt entsprechendes), dann ist ωsoll gleich ωsoll0, der Sollwert für die Giergeschwindigkeit entspricht also der Fahrervorgabe, es wird nicht im Grenzbereich gefahren. Dies zeigt das Diagramm der 3 im Bereich I. In 3 ist ωsoll aufgezeichnet, wie es sich aus der obigen Berechnung ergibt, wobei hier eine konstante Fahrzeuggeschwindigkeit vF und eine konstante Querbeschleunigung aq unterstellt ist.
  • Ist ωsoll0 größer als ωsoll1/k, bei k = 0.5 also z.B. mindestens doppelt so groß, dann wird durch ωsoll0 (entspricht dem Fahrerwunsch) die für ein stabiles Fahrverhalten zulässige Giergeschwindigkeit ωsoll1 weit überschritten und als Sollwert ωsoll wird ωsoll1 verwendet (Bereich III der 3).
  • Dazwischen (Bereich II) folgt ωsoll zunächst dem Wert ωsoll0 und wird dann auf ωsoll1 abgesenkt.
  • Durch dieses Vorgehen wird folgendes erreicht:
    • – Bei Fahrten unterhalb des Grenzbereichs (ωsoll0 und ωsoll1 sind ähnlich groß oder ωsoll0 ist kleiner) wirken sich Fehler in der gemessenen Querbeschleunigung nicht aus, da als Giersollwert überwiegend ωsoll0 verwendet wird. Eine Begrenzung von ωsoll auf einen etwa zu kleinen Wert ωsoll1 kann nicht stattfinden. Der Fahrerwunsch wird voll berücksichtigt.
    • – Ist ωsoll0 deutlich größer als ωsoll1 (Fahrt im Grenzbereich, der Fahrer wünscht einen engeren Kurvenradius als physikalisch möglich ist), dann wird die Soll-Giergeschwindigkeit auf den Wert ωsoll1 begrenzt. Dadurch wird die Fahrzeugstabilität sichergestellt.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Regelung der Fahrzeugstabilität, bei dem der Lenkwinkel (δ), die Fahrzeuggeschwindigkeit (vf), die Querbeschleunigung (aq) und die Giergeschwindigkeit (ω) ermittelt werden, bei dem in Abhängigkeit des Lenkwinkels (δ) und der Fahrzeuggeschwindigkeit (vf) eine stationäre Sollgiergeschwindigkeit (ωsoll0) ermittelt wird, bei dem in Abhängigkeit der Querbeschleunigung (aq) und der Fahrzeuggeschwindigkeit (vf) ein Begrenzungswert (ωsoll1) für den Sollwert der Giergeschwindigkeit ermittelt wird, bei dem der Sollwert (ωsoll) für die Giergeschwindigkeit gemäß einer vorgegebenen Beziehung aus der stationären Sollgiergeschwindigkeit (ωsoll0) und dem Begrenzungswert (ωsoll1) berechnet wird, bei dem eine Abweichung (Δω) zwischen der ermittelten Giergeschwindigkeit (ω) und dem Sollwert (ωsoll) für die Giergeschwindigkeit ermittelt wird, bei dem in Abhängigkeit der ermittelten Abweichung (Δω) Radschlupfänderungen vorgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert der Giergeschwindigkeit (ωsoll) zumindest für einen Betriebszustand des Fahrzeugs größer als der Begrenzungswert (ωsoll1) ist und der Sollwert der Giergeschwindigkeit (ωsoll) in diesem zumindest einen Betriebszustand nicht auf den Begrenzungswert (ωsoll1) reduziert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugstabilität bei Kurvenfahrt geregelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Betriebszustand, für den der Sollwert der Giergeschwindigkeit (ωsoll) größer als der Begrenzungswert (ωsoll1) ist, zumindest durch den Lenkwinkel (δ) charakterisiert ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelte Abweichung einem Regler (3) zugeführt wird, der in Abhängigkeit der Abweichung Stellsignale (u) für einen Steller (4) ausgibt, wobei die Radschlupfänderungen durch den Steller mit Hilfe von Bremsdruckmodulationen vorgenommen werden, wobei durch die Radschlupfänderungen ein Giermoment auf das Fahrzeug aufgebracht wird, durch welches sich die Giergeschwindigkeit (ω) des Fahrzeuges an den Sollwert für die Giergeschwindigkeit (ωsoll) annähert.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stationäre Sollgiergeschwindigkeit (ωsoll0) mit Hilfe der Beziehung
    Figure 00080001
    ermittelt wird, wobei L der Radstand des Fahrzeuges und vch die charakteristische Geschwindigkeit des Fahrzeuges ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungswert (ωsoll1) für den Sollwert der Giergeschwindigkeit (ωsoll) mit Hilfe der Beziehung
    Figure 00080002
    ermittelt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungswert (ωsoll1) für den Sollwert der Giergeschwindigkeit (ωsoll) betragsmäßig nach unten auf einen Wert begrenzt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung des Begrenzungswertes (ωsoll1) die Querbeschleunigung gemäß der Beziehungen aq = aqmin für aq > 0 und aq < aqmin und aq = aqmin für aq < 0 und aq > –aqmin vorgegeben wird, wobei ausgehend von der Querbeschleunigung in den sonstigen Fällen der für die Querbeschleunigung gemessene Wert beibehalten wird, wobei aqmin dem niedrigsten auf öffentlichen Straßen vorkommenden Wert für die Querbeschleunigung bei Kreisfahrten im Grenzbereich entspricht.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert für die Giergeschwindigkeit (ωsoll) gemäß der Beziehung ωsoll = x·ωsoll0 + (1 – x)·ωsoll1ermittelt wird, wobei x eine Zwischengröße darstellt, die in Abhängigkeit der stationären Sollgiergeschwindigkeit (ωsoll0) und des Begrenzungswertes (ωsoll1) für den Sollwert der Giergeschwindigkeit (ωsoll) ermittelt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischengröße mit Hilfe der Beziehung
    Figure 00090001
    ermittelt wird, wobei sie zwischen 0 und 1 begrenzt wird, und wobei der Parameter k fahrzeugabhängig zwischen 0 und 1 vorgegeben wird, und der Exponent n fahrzeugabhängig größer 0 vorgegeben wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert für die Giergeschwindigkeit (ωsoll) – bei niedrigem Lenkwinkel (δ) linear mit dem Lenkwinkel (δ) ansteigt, – bei großem Lenkwinkel (δ) auf den Begrenzungswert (ωsoll1) für den Sollwert der Giergeschwindigkeit (ωsoll) begrenzt wird, und – dazwischen einen Übergangsbereich aufweist, in welchem der Sollwert für die Giergeschwindigkeit (ωsoll) zunächst der stationären Sollgiergeschwindigkeit (ωsoll0) folgt und dann auf den Begrenzungswert (ωsoll1) für den Sollwert der Giergeschwindigkeit abgesenkt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, bei dem die stationäre Sollgiergeschwindigkeit (ωsoll0) kleiner als der Begrenzungswert (ωsoll1) für den Sollwert der Giergeschwindigkeit ist, als Sollwert für die Giergeschwindigkeit (ωsoll) die stationäre Giergeschwindigkeit (ωsoll0) verwendet wird, daß für den Fall, bei dem die stationäre Sollgiergeschwindigkeit größer als der durch einen fahrzeugabhängigen Parameter (k) dividierte Begrenzungswert (ωsoll1) für den Sollwert der Giergeschwindigkeit ist, wobei der fahrzeugabhängige Parameter (k) kleiner als 1 ist, als Sollwert für die Giergeschwindigkeit (ωsoll) der Begrenzungswert (ωsoll1) für den Sollwert der Giergeschwindigkeit verwendet wird, und daß in einem Übergangsbereich der Sollwert für die Giergeschwindigkeit (ωsoll) zunächst der stationären Sollgiergeschwindigkeit (ωsoll0) folgt und dann auf den Begrenzungswert (ωsoll1) für den Sollwert der Giergeschwindigkeit abgesenkt wird.
  13. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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