DE102004056108A1 - Estimation method for the center of gravity of a vehicle for use with a vehicle ABS system, in which it is determined from longitudinal forces acting on the wheels, vehicle longitudinal acceleration, and wheel separation - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur näherungsweisen Ermittlung der Schwerpunktlage eines Fahrzeuges bezüglich der Längsrichtung des Fahrzeugs insbesondere zur Verwendung in einem Anti-Blockier-System des Fahrzeuges.The The invention relates to a method for the approximate determination of Center of gravity of a vehicle with respect to the longitudinal direction of the vehicle in particular for use in an anti-lock system of the vehicle.
In modernen Steuerungs- und Sicherheitssystemen für Kraftfahrzeuge kann zusätzlich zu anderen Informationen auch die Auswertung der Schwerpunklage des Fahrzeuges, üblicherweise bezogen auf die Fahrzeuglängsrichtung, bedeutsam sein. So kann nämlich bei elektronischen Stabilitätssystemen, beispielsweise während eines Bremsvorgangs, die Kenntnis des aktuellen Fahrzeugschwerpunkts Vorteile für den Regeleingriff haben. Insbesondere ist die Kenntnis über den aktuellen Schwerpunkt bei einem Bremsvorgang mit einem Anti-Blokier-System (ABS) relevant, da der Schwerpunkt des Fahrzeugs Einfluss auf die Regelgüte des ABS haben kann. So kann beispielsweise ein möglichst minimaler Bremsweg erreicht werden. Der Schwerpunkt des Fahrzeuges wird dabei als Parameter für die Dosierung der Bremskraft verwendet.In Modern control and safety systems for motor vehicles may be in addition to other information also the evaluation of the gravity of the Vehicle, usually related to the vehicle longitudinal direction, be significant. That is how it can be in electronic stability systems, for example during a braking process, the knowledge of the current vehicle center of gravity Benefits for have the control intervention. In particular, the knowledge about the current focus during braking with an anti-blockage system (ABS) relevant because the vehicle's center of gravity affects the control quality of the ABS can have. For example, the least possible braking distance be achieved. The center of gravity of the vehicle is used as a parameter for the Dosing of the braking force used.
Für die Ermittlung dieser Schwerpunktlage muss in der Regel ein hoher technischer Aufwand betrieben werden. Bisher sind nur Systeme bekannt, die zusätzlich zu den im Fahrzeug be kannten Systemkomponenten eines weitergehenden apparatetechnischen Aufwands bedürfen. Alle anderen Ermittlungsverfahren haben sich als zu ungenau oder als zu langsam erwiesen.For the investigation This center of gravity usually has a high technical complexity operate. So far only systems are known, in addition to be known in the vehicle system components of a more extensive require apparatus technical effort. All other preliminary investigations have proven to be too inaccurate or proved too slow.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem auf vergleichsweise einfache Weise mit nur geringem zusätzlichen Aufwand die Schwerpunktlage in Längsrichtung eines Fahrzeuges vergleichsweise genau ermittelt werden kann.Of the The invention is therefore based on the object of specifying a method with the in a comparatively simple way with little additional Effort the center of gravity in the longitudinal direction a vehicle can be determined comparatively accurate.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem zur näherungsweisen Ermittlung der Schwerpunktlage eines Fahrzeuges in Längsrichtung aus den Längskräften der Räder, dem Steigungswinkel der Straße, der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs und dem Radabstand ein Schätzwert für den Schwerpunkt des Fahrzeuges in Längsrichtung bestimmt wird.These The object is achieved according to the invention by to an approximation Determining the center of gravity of a vehicle in the longitudinal direction from the longitudinal forces of Bikes, the pitch angle of the road, the longitudinal acceleration of the vehicle and the wheelbase an estimate of the center of gravity of the vehicle longitudinal is determined.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass mit den üblicherweise bei einem Fahrzeug und insbesondere mit denen in den Sicherheitssystemen vorhandenen Messgrößen sich die Schwerpunktlage und die Schwerpunktlageveränderung des Fahrzeuges ausreichend genau schätzen lässt. Die Erfindung geht also davon aus, dass kein zusätzlicher gerätetechnischer Aufwand betrieben werden muss, da sich durch eine entsprechende Kombination der genannten Messgrößen ein Schätzwert für die Schwerpunktlage eines Fahrzeuges ermitteln lässt.The Invention is based on the consideration from that with the usual in a vehicle and in particular with those in the safety systems existing measured variables themselves the center of gravity and the change of the center of gravity of the vehicle are sufficient estimate exactly leaves. The invention thus assumes that no additional device technology Effort must be operated, as by a corresponding Combination of the mentioned variables estimated value for the Determining the center of gravity of a vehicle.
Dazu führt insbesondere die Tatsache, dass zwischen den Radaufstandskräften, aus der sich die Schwerpunktlage des Fahrzeugs ergibt, und den Längskräften der Räder des Kraftfahrzeuges eine Analogie besteht. Die auf die Räder wirken den Längskräfte sind wiederum rekonstruierbar. Weiterhin ist im Falle eines Verzögerungsvorgangs mit Hilfe eines Anti-Blockier-Systems davon auszugehen, dass die Reibwerte aller Räder näherungsweise identisch sind, so dass das Verhältnis der Radaufstandskraft der Summe der vorderen zu den hinteren Rädern dem analogen Verhältnis der Längskraft der Räder entspricht.To leads in particular the fact that between the wheel contact forces, from which the center of gravity of the vehicle, and the longitudinal forces of Wheels of the Motor vehicle is an analogy. The wheels act on the Longitudinal forces are again reconstructable. Furthermore, in case of a delay process with the help of an anti-lock system assume that the coefficients of friction of all wheels are approximately identical, so the ratio the wheel-up force of the sum of the front to the rear wheels analog ratio the longitudinal force the wheels equivalent.
Vorteilhafterweise setzt sich der Schätzwert für die Schwerpunktlage daher aus zwei Summanden zusammen. Der erste Summand setzt sich aus dem halben Radabstand multipliziert mit einem längskraftabhängigen Koeffizienten der Räder zusammen. Der zweite Summand entspricht vorteilhafterweise der von der Längsbeschleunigung und dem Steigungswinkel der Strasse abhängigen Höhe des Fahrzeugschwerpunktes. Der Längskraftabhängige Koeffizient setzt sich zweckmäßigerweise aus dem Quotient der Differenz der Längskraft der vorderen und hinteren Rädern und der Summe der Längskraft aller Räder zusammen. Dies entspricht bei einer Verlagerung des Schwerpunktes des Fahrzeuges in Längsrichtung der prozentuellen Längskraftverschiebung in Fahrzeuglängsrichtung. Multipliziert man diesen Koeffizienten nun mit der Hälfte des Radabstandes erhält man einen entfernungsdarstellenden Summanden des Schätzwertes. Auf diese Weise wird berücksichtigt, dass sich die Schwerpunktlage bei einem Kraftfahrzeug in der Regel nicht genau in der Mitte der Räder befindet, da sich der Fahrzeugschwerpunkt durch das vergleichsweise hohe Gewicht des Motors entsprechend verschiebt.advantageously, the estimated value settles for the Center of gravity therefore composed of two summands. The first addendum is made up of half the wheelbase multiplied by a longitudinal force-dependent coefficient the wheels together. The second addend advantageously corresponds to that of the longitudinal acceleration and the slope angle of the road dependent height of the vehicle's center of gravity. Of the Longitudinal force-dependent coefficient expires expediently from the quotient of the difference of the longitudinal force of the front and rear wheels and the sum of the longitudinal force all wheels together. This corresponds to a shift of the center of gravity of the vehicle in the longitudinal direction the percentage longitudinal force shift in the vehicle longitudinal direction. Multiply this coefficient by half the wheelbase receives you get a distance-representing summand of the estimate. In this way it is considered that the center of gravity in a motor vehicle usually not exactly in the middle of the wheels is because the vehicle's center of gravity by the comparatively high weight of the engine moves accordingly.
Um die Längsbeschleunigung des Fahrzeuges bei der Ermittlung des Schätzwertes mit einzubeziehen, wird zur Ermittlung des zweiten Summanden vorzugsweise die Höhe des Fahrzeugschwer punktes mit dem Quotient der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs und der Erdbeschleunigung und mit dem Kehrwert des cosinus des Straßensteigungswinkel multipliziert. Damit fließt auch der Steigungswinkel der Straße in die Berechnung ein. Durch den Kehrwert des cosinus des Straßensteigungswinkels wird die Höhe des Fahrzeuges in eine in Längsrichtung des Fahrzeuges verlaufende Entfernungskomponente gewandelt. Das Verhältnis von Fahrzeuglängsbeschleunigung zur Erdbeschleunigung entspricht dem Anteil der Beschleunigung des Fahrzeuges, die sich in Richtung der Längsbewegung des Fahrzeugschwerpunktes auswirkt.In order to include the longitudinal acceleration of the vehicle in the determination of the estimated value, the height of the vehicle heavy point is preferably multiplied by the quotient of the longitudinal acceleration of the vehicle and the gravitational acceleration and with the reciprocal of the cosine of the road gradient angle to determine the second summand. Thus, the slope angle of the road flows into the Be bill. The reciprocal of the cosine of the road gradient angle, the height of the vehicle is converted into a running in the longitudinal direction of the vehicle distance component. The ratio of vehicle longitudinal acceleration to gravitational acceleration corresponds to the proportion of the acceleration of the vehicle, which acts in the direction of the longitudinal movement of the vehicle's center of gravity.
Um aus dem ermittelten Schätzwerten ein für weitere Anwendungen verlässliche geschätzte Schwerpunktlage des Fahrzeuges zu ermitteln, der keine Extremwerte aufweist und dessen Verlauf vergleichsweise geglättet ist, werden eine Anzahl von Schätzwerten zweckmäßigerweise gefiltert. Dadurch kann ein kontinuierliches Signal gewonnen werden, das keine weit auseinanderliegenden Messwerte aufweist. Gemessene Extremwerte des Fahrzeugschwerpunktes können so herausgefiltert werden. Für eine derartige Filterung sind verschieden Berechnungsverfahren wie beispielsweise eine Durchschnittsbildung oder eine anders strukturierte Glättung der Messwerte denkbar.Around from the estimated values one for more reliable applications estimated Center of gravity of the vehicle to determine the no extreme values and whose course is comparatively smoothed, become a number of estimates expediently filtered. As a result, a continuous signal can be obtained which has no widely spaced measured values. measured Extreme values of the vehicle's center of gravity can thus be filtered out. For one Such filtering are various calculation methods such as an averaging or otherwise structured smoothing of the Measurements conceivable.
Für eine einfache und gute Glättung der Schätzwerte zur Ermittlung der Schwerpunktslage wird vorteilhafterweise ein gleitender Durchschnitt aus einer Anzahl von Schätzwerten berechnet. Dieser gleitende Durchschnitt kann dabei auch ein Mittelwert der ermittelten Schätzwerte sein.For a simple and good smoothing the estimates for determining the center of gravity is advantageously a moving average calculated from a number of estimates. This moving average can also be an average of the determined estimates be.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die zur Ermittlung der Schwerpunktlage das Fahrzeuges benötigten Werte einerseits bekannt sind und alle anderen Werte mit Hilfe der im Fahrzeug enthaltenen Systeme, wie insbesondere der Sicherheitssysteme wie ABS, messbar sind. Aus diesen Werten lässt sich mit der beschriebenen Berechnungsvorschrift eine Abschätzung für die Schwerpunktlage in Längsrichtung des Fahrzeuges berechnen. Das beschriebene Berechnungsverfahren stellt daher eine sehr einfache Methode dar, um einen Schätzwert für die Lage des Fahrzeugschwerpunktes in Längsrichtung zu berechnen. Außerdem können die veränderlichen Werte wie die Längsbeschleunigung des Fahrzeuges oder die Längskraft der Räder sehr schnell und mit einer hohen zeitlichen Frequenz aufgenommen werden, so dass dies auch eine hohe Dynamik bei der Ermittlung der Schwerpunktlage ermöglicht.The particular advantages of the invention are that the values required to determine the center of gravity of the vehicle On the one hand are known and all other values with the help of in the Vehicle contained systems, in particular the security systems like ABS, are measurable. From these values can be with the described Calculation rule an estimate for the Center of gravity in the longitudinal direction of the vehicle. The calculation method described therefore provides a very simple method to estimate the location of the vehicle center of gravity in the longitudinal direction to calculate. Furthermore can the changeable Values like the longitudinal acceleration of the vehicle or the longitudinal force the wheels recorded very fast and with a high temporal frequency so that this also has a high dynamic in determining the Center of gravity allows.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand zweier Graphen näher erläutert. Darin zeigen:One embodiment The invention will be explained in more detail with reference to two graphs. Show:
Der unten angefügten Bezugszeichenliste sind die Erklärungen zu den Formeln zu entnehmen.Of the attached below Reference numerals are the explanations to take to the formulas.
In
Für das ABS und andere Sicherheitssysteme des Kraftfahrzeuges ist eine Kenntnis der Schwerpunktlage in Längsrichtung des Fahrzeuges von Vorteil, da dieser Wert als Parameter in Sicherheitssysteme wie des ABS eingehen. Deshalb wird diese Lage über einen Schätzwert im Kraftfahrzeug ermittelt.For the ABS and other safety systems of the motor vehicle is a knowledge the center of gravity in the longitudinal direction the vehicle advantageous because this value as a parameter in safety systems as the ABS come in. Therefore, this situation will be over estimated in the Motor vehicle determined.
Grundsätzlich kann die Lage des Fahrzeugschwerpunktes über die Aufstandskräfte ermittelt werden. Für das Rad vorne links lässt sich diese Aufstandskraft zu näherungsweise berechnen.In principle, the position of the vehicle's center of gravity can be determined via the contact forces. For the front left wheel, this uprising power can be approximate.
Für die anderen Räder gelten die entsprechenden Berechnungsvorschriften:For the others Wheels apply the corresponding calculation rules:
Der Quotient aus der Aufstandskraft der Vorderräder und Hinterräder beträgt bei Beachtung obiger Gleichungen:Of the Quotient of the Aufstandskraft of the front wheels and rear wheels is in consideration above equations:
Um die Aufstandskräfte durch Größen ersetzten zu können, die messbar sind, wird eine Analogie zwischen den Aufstandskräften und den Längskräften der Räder gebildet. Diese berechnet sich zuAround the rioting forces replaced by sizes to be able to which are measurable, becomes an analogy between the insurgents and the longitudinal forces of Wheels formed. This is calculated to
Bei einer angenommenen Abbremsung mit einem Anti-Blockier-System kann näherungsweise angenommen werden, dass die sich ergebenden Reibwerte für alle Räder identisch sind. Daraus folgt:at An assumed deceleration with an anti-lock braking system may be approximate assume that the resulting coefficients of friction are identical for all wheels are. It follows:
Fügt man die letzteren beiden Gleichungen zusammen folgt darausDo you add the the latter two equations together follows from it
Wenn man nun IH und 1/IV mit dem Radabstand Iges und x ersetzt ergibt sich für die Schwerpunktlage in x Richtung des Kraftfahrzeuges in Abhängigkeit vom Abtastzeitpunkt k:If now I H and 1 / I V replaced with the wheelbase I ges and x results for the center of gravity in x direction of the motor vehicle depending on the sampling time k:
Aus
- FF
- Kraft am Radforce at the wheel
- IV I V
- Entfernung Vorderachse zu Fahrzeug-Schwerpunktdistance Front axle to vehicle center of gravity
- IH I H
- Entfernung Hinterachse zu Fahrzeug-Schwerpunktdistance Rear axle to vehicle center of gravity
- Iges I sat
- Radabstand,wheelbase,
- aa
- Längsbeschleunigung des Fahrzeugslongitudinal acceleration of the vehicle
- bb
- Spurbreitegauge
- gG
- Erdbeschleunigung,acceleration due to gravity,
- hH
- Höhe des Schwerpunktes des FahrzeugsHeight of the center of gravity of the vehicle
- kk
- Abtastzeitpunktsampling
- x ^(k)x ^ (k)
- Schätzwert für die Schwerpunktlage inEstimated value for the center of gravity in
- Längsrichtung des Kraftfahrzeugeslongitudinal direction of the motor vehicle
- xKFZ,est x car, est
- erwartete Lage des Schwerpunktes in Längsrichtungexpected Position of the center of gravity in the longitudinal direction
- des Kraftfahrzeugesof motor vehicle
- xKFZ x car
- Lage des Schwerpunktes in Längsrichtung deslocation the center of gravity in the longitudinal direction of
- Kraftfahrzeugesmotor vehicle
- xx
- längs zum Fahrzeugesalong the vehicle
- yy
- quer zum Fahrzeugescrosswise to the vehicle
- zz
- senkrecht zum Fahrzeugperpendicular to the vehicle
- αStr, αFahr α Str , α driving
- Steigungswinkel der Fahrbahnlead angle the roadway
- μμ
- Kraftschlussbeiwertadhesion coefficient
- HLHL
- hinten linksbehind Left
- HRMR
- hinten rechtsbehind right
- VLVL
- vorne linksahead Left
- VRVR
- vorne rechtsahead right
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