DE10143355B4

DE10143355B4 - Regelschaltung zum Regeln der Fahrstabilität eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE10143355B4
Application number: DE10143355.7A
Authority: DE
Inventors: Dr. Herrmann Torsten
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2001-09-04
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2019-03-21
Anticipated expiration: 2021-09-05
Also published as: DE10143355A1

Abstract

Regelschaltung zum Regeln der Fahrstabilität eines Fahrzeugs, bei der die zur Festlegung des Bahnverlaufs bestimmenden Eingangsgrößen in eine Fahrzeugmodellschaltung eingegeben werden, welche aufgrund eines Eigenschaften des Fahrzeugs nachbildenden Fahrzeugreferenzmodells mindestens einen Sollwert für eine Regelgröße in Abhängigkeit von im Fahrzeugreferenzmodell abgelegten Parametern bestimmt und wenigstens einer der Parameter einer Schräglaufsteifigkeit eines oder mehrerer Reifen entspricht, die in Abhängigkeit von wenigstens einer separat ermittelten Messgröße variiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Regelschaltung die Schräglaufsteifigkeit (c_h,neu) zumindest der Reifen der Hinterachse unter Berücksichtigung
-einer Instationarität der Fahrzeugbewegung und der Querneigung der Fahrbahn und/oder
-der Fahrzeugbewegung und der Wankneigung des Fahrzeugs ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelschaltung zum Regeln der Fahrstabilität eines Fahrzeugs, bei der die zur Festlegung des Bahnverlaufs bestimmenden Eingangsgrößen in eine Fahrzeugmodellschaltung eingegeben werden, welche aufgrund eines Eigenschaften des Fahrzeugs nachbildenden Fahrzeugreferenzmodells mindestens einen Sollwert für eine Regelgröße in Abhängigkeit von im Fahrzeugreferenzmodell abgelegten Parametern bestimmt und wenigstens einer der Parameter einer Schräglaufsteifigkeit eines oder mehrerer Reifen entspricht, die in Abhängigkeit von wenigstens einer separat ermittelten Messgröße variiert wird.
Für die Sollwertbildung der ESP Gierratenregelung wird zur Abbildung der querdynamischen Fahrzeugeigenschaften ein lineares Einspurmodell verwendet. Die physikalischen Parameter des Modells werden anhand von Messungen zu charakteristischen Manövern im linearen Fahrzustand für jedes Fahrzeug einmalig offline identifiziert. Werden im Betrieb nun Veränderungen am Fahrzeug vorgenommen, die Einfluss auf dessen Eigenlenkverhalten haben (z.B. Reifen mit weicherer Mischung, Winterreifen, starke Beladungszustände), so können im Extremfall ESP Fehlanregelungen und/oder zu späte Regelungseintritte erfolgen.
Um derartige Veränderungen des Eigenlenkverhaltens im Betrieb zu kompensieren, wurde eine Online Adaption des Referenzmodells im ESP Code aufgenommen. Das Grundprinzip besteht darin, bei stationärem Fahrzeugverhalten im stabilen, linearen Bereich mithilfe des gemessenen Lenkwinkels, der Gierrate und der Fahrzeuggeschwindigkeit aus der stationären Übertragungsfunktion des Fahrzeugs eine Korrektur für die Schräglaufsteifigkeit der Hinterachse zu bestimmen ( WO 99/ 67 115 ).
Hierzu wurde aus der stationären Übertragungsfunktion $\frac{\dot{ψ}}{δ} = \frac{v}{l + v^{2} E G}$
wobei

ψ̇ -: gemessene Gierrate des Fahrzeugs
δ -: gemessener Lenkwinkel am Rad
1 -: Abstand der Fahrzeugzeugachsen (Radstand)
v -: gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit
EG -: Eigenlenkgradient des Fahrzeugs

E G = \frac{m (c_{h} \cdot l_{h} - c_{v} \cdot l_{v})}{c_{h} \cdot c_{v} \cdot l}

m -: Fahrzeugmasse
c_v-: Gesamtseitensteifigkeit Vorderachse
c_h-: Schräglaufsteifigkeit Reifen Hinterachse
l_v-: Abstand Vorderachse/Schwerpunkt
l_h-: Abstand Hinterachse/Schwerpunkt
l -: Radstand

c_{h} = \frac{m l_{v}}{\frac{l^{2}}{v_{2}} - \frac{δ l}{v \dot{ψ}} + \frac{l_{h} m}{c_{v}}}

Diese Gleichung ist strenggenommen nur für den stationären Fahrzeugzustand gültig, sodass sie nur in diesem Zustand verwendet werden kann. Der Zustand wird anhand einiger Bedingungen erkannt (z.B. Gierbeschleunigung und Lenkwinkelgeschwindigkeit kleiner als ein Grenzwert). Um dennoch eine ausreichende Anzahl von Adaptionszyklen im Betrieb zu erhalten, dürfen diese Grenzwerte bestimmte Werte jedoch nicht unterschreiten. Hierdurch können jedoch Fehler auftreten, die das Ergebnis aus Gleichung (3) wiederum relativ stark beeinträchtigen können. Die Ursache liegt in fehlenden Modelltermen in dieser Gleichung.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelschaltung zum Regeln der Fahrstabilität eines Fahrzeugs zu schaffen, durch die eine genauere Ermittlung der Schräglaufsteifigkeiten eines oder mehrerer Reifen ermöglicht wird und durch die die Adaptionszyklen erhöht werden können.
Die Erfindung bezieht sich auf den Gegenstand der WO 99/ 67 115 A1 auf die vollinhaltlich verwiesen wird und deren vollständige Offenbarung Bestandteil dieser Anmeldung ist.
Beschreibung der Erfindung
Gelöste Aufgabe
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in der Regelschaltung die Schräglaufsteifigkeit c_h,neu unter Einbeziehung der Fahrzeugbewegung und/oder der Querneigung der Fahrbahn und/oder der Wankbewegung ermittelt wird.
Die Erfindung sieht also vor, den instationären Satz der Gleichungen des linearen Einspurmodells zur Ableitung einer Bestimmungsgleichung für die Schräglaufsteifigkeit der Hinterachse zu verwenden. Hierdurch werden auch die instationären Gleichungsterme berücksichtigt (Terme, die proportional zur Gierbeschleunigung und Schwimmwinkelgeschwindigkeit sind), so daß innerhalb der Grenzwerte für die Erkennung des stationären Adaptionszustands Fehler durch Verletzung der Stationarität vermieden werden. Desweiteren ist eine Aufweitung der Grenzwerte möglich, sodass auch die Anzahl der möglichen Adaptionszyklen und damit die Effektivität der Adaption gesteigert werden kann.
Desweiteren wird vorgeschlagen, die Bestimmungsgleichung der Schräglaufsteifigkeit dergestalt zu erweitern, dass auch die Querneigung der Fahrbahn und die Wankneigung des Fahrzeugs und die durch sie eingeleiteten Modellterme mit aufgenommen werden. Auch durch ihr Fehlen wird im Betrieb das Ergebnis der Gleichung (3) meist verfälscht.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Lösungselemente
Das wichtigste Lösungselement ist die Bestimmungsgleichung für die Schräglaufsteifigkeit unter Berücksichtigung der Instationarität der Fahrzeugbewegung, der Querneigung der Fahrbahn und der Wankneigung des Fahrzeugs. Dabei können erfindungsgemäß die Bestimmungsgleichungen für die Schräglaufsteifigkeit unter Berücksichtigung der Instationarität der Fahrzeugbewegung und der Querneigung der Fahrbahn und/oder der Fahrzeugbewegung und der Wankneigung des Fahrzeugs, also die Modellterme einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander, verwendet werden.
Die Basis für die Bestimmungsgleichung sind das Kraft- und Momentengleichgewicht des linearen Einspurmodells :
Kraftgleichgewicht : $m a_{q, f} = F_{s, h} + F_{s, v} = c_{v} (δ + β - \frac{l_{v} \dot{ψ}}{v}) + c_{h} (β + \frac{l_{h} \dot{ψ}}{v})$
mit

α_q,f: Querbeschleuniung des Fahrzeugs parallel zur Fahrbahnoberfläche
F_s,h: Querkraft an der Hinterachse
F_s,v: Querkraft an der Vorderachse
β: Schwimmwinkel des Fahrzeugs

Momentengleichgewicht : $Θ \ddot{ψ} = l_{v} c_{v} (δ + β - \frac{l_{v} \dot{ψ}}{v}) - l_{h} (β + \frac{l_{h} \dot{ψ}}{v})$
mit

Θ: Drehträgheit des Fahrzeugs
ψ̈: Gierbeschleunigung des Fahrzeugs

Aus den Gleichungen (4) und (5) lässt sich direkt die gewünschte Bestimmungsgleichung in der folgenden Form ableiten: $c_{h, n e u} = \frac{m l_{v} \frac{a_{q, f}}{v \dot{ψ}} - \frac{Θ \ddot{ψ}}{v \dot{ψ}}}{\frac{l^{2}}{v^{2}} - \frac{δ l}{v \dot{ψ}} + \frac{l_{h} m \frac{a_{q, f}}{v \dot{ψ}}}{c_{v}} + \frac{Θ \ddot{ψ}}{c_{v} v \dot{ψ}}}$
Im Vergleich zu Gleichung (3) sind die genannten Korrekturterme enthalten. Neben den bisherigen Messgrössen treten nun auch die Gierbeschleunigung des Fahrzeugs, die direkt gemessen wird und die Fahrzeugquerbeschleunigung parallel zur Fahrbahnoberfläche auf. Sind weder Fahrbahnneigung, noch Wankneigung des Fahrzeugs vorhanden, so ist diese gleich der im Fahrzeugkoordinatensystem gemessenen Querbeschleunigung a_q,m . Sind beide Neigungen vorhanden, besteht zwischen der gemessenen Querbeschleunigung und Querbeschleunigung des Fahrzeugs bezüglich des Ruhesystems a_q die folgende Beziehung : $a_{q, m} = a_{q} cos (α_{q} + α_{w}) - g sin (α_{q} + α_{w})$

mit

α_q -: Querneigung der Fahrbahn
α_w: Wankneigung des Fahrzeugs

Dabei wurde als Modell für die Wankbewegung des Fahrzeugs angenommen, das sich der Momentanpol der Bewegung auf der Fahrbahnoberfläche befindet. Die Beziehung zwischen der Querbeschleunigung parallel zur Fahrbahnoberfläche und der Querbeschleunigung im Ruhesystem lautet $a_{q, f} = a_{q} cos α_{q} - g sin α_{q}$
Mit Gl.(7) und (8) folgt die gesuchte Bestimmungsgleichung für die Querbeschleunigung parallel zur Fahrbahnoberfläche aus Gl.(6) bei vorhandener Fahrbahnquerneigung und Fahrzeugwankneigung zu : $a_{q, f} = a_{q, m} \frac{cos α_{q}}{cos (α_{q} + α_{w})} + g cos α_{q} tan (α_{q} + α_{w}) - g sin α_{q}$

oder für kleine Querneigungs- und Wankwinkel in guter Näherung: $a_{q, f} = a_{q, m} + g α_{w}$
Die Querbeschleunigung (a_q,f) parallel zur Fahrbahn wird bevorzugt bei vorhandener geringer Querneigung der Fahrbahn und geringer Wankneigung des Fahrzeugs nach der Beziehung (10) geschätzt.
Der Wankwinkel kann approxiert werden durch (Annahme einer reinen Wanksteifigkeit ohne Wankträgheit): $α_{w} \approx - 5 \dots Grad / g * a_{q, f}$
Damit ist die gesuchte Bestimmungsgleichung ermittelt. Desweiteren kann man aus Gl.(7) und der instationären Beziehung $a_{q} = v (- \dot{β} + \dot{ψ})$
die Beziehung $a_{q, m} = v (- \dot{β} cos (α_{q} + α_{w}) + \dot{ψ} cos (α_{q} + α_{w}) - \frac{g}{v} sin (α_{q} + α_{w}))$
ermitteln, wodurch deutlich wird, dass die gemessene Querbeschleunigung im Fahrzeugkoordinatensystem die Effekte durch die Schwimmwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs, Querneigung der Fahrbahn und Wankneigung des Fahrzeugs erfasst.

Claims

Regelschaltung zum Regeln der Fahrstabilität eines Fahrzeugs, bei der die zur Festlegung des Bahnverlaufs bestimmenden Eingangsgrößen in eine Fahrzeugmodellschaltung eingegeben werden, welche aufgrund eines Eigenschaften des Fahrzeugs nachbildenden Fahrzeugreferenzmodells mindestens einen Sollwert für eine Regelgröße in Abhängigkeit von im Fahrzeugreferenzmodell abgelegten Parametern bestimmt und wenigstens einer der Parameter einer Schräglaufsteifigkeit eines oder mehrerer Reifen entspricht, die in Abhängigkeit von wenigstens einer separat ermittelten Messgröße variiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Regelschaltung die Schräglaufsteifigkeit (c_h,neu) zumindest der Reifen der Hinterachse unter Berücksichtigung -einer Instationarität der Fahrzeugbewegung und der Querneigung der Fahrbahn und/oder -der Fahrzeugbewegung und der Wankneigung des Fahrzeugs ermittelt wird.
Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berücksichtigung einer Instationarität der Fahrzeugbewegung in der Regelschaltung die Schräglaufsteifigkeit (c_h,neu) zumindest der Reifen der Hinterachse unter Einbeziehung weiterer Messgrößen, die die Gierbeschleunigung und die Querbeschleunigung des Fahrzeugs parallel zur Fahrbahn wiedergeben, ermittelt wird.
Regelschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Regelschaltung die Schräglaufsteifigkeit (c_h,neu) der Reifen der Hinterachse in einem Modell unter Einbeziehung instationärer Gleichungstherme nach der Beziehung $c_{h, n e u} = \frac{m l_{v} \frac{a_{q, f}}{v \dot{ψ}} - \frac{Θ \ddot{ψ}}{v \dot{ψ}}}{\frac{l^{2}}{v^{2}} - \frac{δ l}{v \dot{ψ}} + \frac{l_{h} m \frac{a_{q, f}}{v \dot{ψ}}}{c_{v}} + \frac{Θ \ddot{ψ}}{c_{v} v \dot{ψ}}}$
bestimmt wird, mit m Fahrzeugmasse l_v Abstand Vorderachse/Schwerpunkt a_q,f Querbeschleunigung des Fahrzeugs parallel zur Fahrbahnoberfläche v gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit ψ̇ gemessene Gierrate des Fahrzeugs Θ Drehträgheit des Fahrzeugs ψ̈ Gierbeschleunigung des Fahrzeugs l Abstand der Fahrzeugzeugachsen δ gemessener Lenkwinkel am Rad l_h Abstand Hinterachse/Schwerpunkt c_v Schräglaufsteifigkeit der Reifen der Vorderachse.
Regelschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Regelschaltung die Schräglaufsteifigkeit (c_v) der Reifen der Vorderachse konstant bleibt.
Regelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Querbeschleunigung (α_q,f) parallel zur Fahrbahn bei vorhandener Querneigung der Fahrbahn und Wankneigung des Fahrzeugs nach einem Modell ermittelt wird.
Regelschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querbeschleunigung (α_q,f) parallel zur Fahrbahn bei vorhandener Querneigung der Fahrbahn und Wankneigung des Fahrzeugs nach der Beziehung $a_{q, f} = a_{q, m} \frac{cos α_{q}}{cos (α_{q} + α_{w})} + g cos α_{q} tan (α_{q} + α_{w}) - g sin α_{q}$
mit α_q Querneigung der Fahrbahn α_w Wankneigung des Fahrzeugs a_q,m im Fahrzeugkoordinatensystem gemessene Querbeschleunigung ermittelt wird.