DE102005058594B4

DE102005058594B4 - Feststellung von Parametern geringer Ordnung für eine Fahrzeug-Überschlagregelung

Info

Publication number: DE102005058594B4
Application number: DE102005058594.9A
Authority: DE
Inventors: Geoffrey B. Bauer
Original assignee: Continental Teves Inc
Current assignee: Continental Teves Inc
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2017-11-02
Anticipated expiration: 2025-12-08
Also published as: DE102005058594A1; US7239952B2; US20060122758A1

Abstract

Methode zum Schutz gegen das Überschlagen eines Fahrzeugs (100), wobei die Methode folgendes umfasst: Feststellung der Querbeschleunigung (U) eines Fahrzeugs; Feststellung der Wankrate (Y) eines Fahrzeugs; Schätzung eines Masseverteilungsparameters n1; Erzeugung eines optimierten Masseverteilungsparameters n*1, auf der Basis der Querbeschleunigung (U), der Wankrate (Y) und des Masseverteilungsparameters n1; und Einführung des optimierten Masseverteilungsparameters n*1 in ein Stabilitätsregelungssystem (11) eines Fahrzeugs.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und eine Methode zum Schutz eines Fahrzeugs gegen Überschlagen.
Vor Kurzem wurden Systeme für die Dynamikregelung in Fahrzeugen eingeführt, mit denen die Karosseriemerkmale des Fahrzeugs gemessen werden und die Dynamik des Fahrzeugs auf der Basis der gemessenen Karosseriemerkmale geregelt wird. Bestimmte Systeme messen beispielsweise Fahrzeugmerkmale, um das Überschlagen des Fahrzeugs zu verhindern oder das Kippen (oder das Wanken des Fahrzeugs) zu regeln. Die Kippregelung hält das Fahrzeug in einer Ebene oder fast in einer Ebene parallel zur Fahrbahn und die Überschlagregelung hält die Fahrzeugräder auf der Fahrbahn. Bei bestimmten Systemen wird eine Kombination aus Gier- und Kippregelung verwendet, um das Fahrzeug bei einer Kurvenfahrt in der horizontalen Ebene zu halten. Im Handel erhältliche Beispiele für diese Systeme sind als aktive Überschlagschutzsysteme (active rollover prevention = ARP) und Stabilitätsregelungssysteme (rollover stability control = RSC) bekannt.
Das Spektrum der Bedingungen, die während des Betriebs eines Fahrzeugs auftreten können, ist zu groß, um praktisch während der Entwicklung und der Produktion des Fahrzeugs bewertet werden zu können. Daher wird die Einstellung der Stabilitätsregelung für das Fahrzeug normalerweise mit einer extremen Dachlast ausgeführt, um eine ausreichende Sicherheit zu haben, dass das System bei Fahrbahnbedingungen, die bei Einsatz des Fahrzeugs auftreten können, in geeigneter Art und Weise reagiert.
Wenn die Stabilitätsregelung mit Dachlast eingestellt wird, ist das Ergebnis besser als bei einer Einstellung unter normalen Lastbedingungen. So regiert das System auch auf geringe Störungen sehr empfindlich.
Herkömmliche System berücksichtigen außerdem die Längsdynamik des Fahrzeugs, um die Masse des Systems zu schätzen. Diese Systeme geben daher keinen Hinweis auf die Art und Weise, wie die Masse im Hinblick auf die Wankachse verteilt ist (d. h. das Wank-Trägheitsmoment).
Aus der DE 100 19 417 A1 ist eine Anordnung zum Erkennen eines bevorstehenden Überrollvorgangs eines Fahrzeugs bekannt, welche in Abhängigkeit vom Neigungswinkel des Fahrzeugs um seine Längsachse eine kritische Drehrate des Fahrzeugs um die Längsachse ermittelt, die erforderlich wäre, um ein Überrollen hervorzurufen. Für den Fall, dass sie ein für ein Böschungskippen des Fahrzeugs charakteristisches Bewegungsverhalten des Fahrzeugs detektiert, ermittelt die Anordnung einen Vorhersagewert für die Drehrate des Fahrzeugs nach einem fiktiven Aufprall der Räder an einer Fahrzeuglängsseite auf den Boden aus einer vor dem fiktiven Aufprall herrschenden Drehrate, dem Impuls des Fahrzeugs in Richtung seiner Hochachse und dem Drehimpuls des Fahrzeug-Schwerpunktes vor dem fiktiven Aufprall, und die Anordnung signalisiert einen bevorstehenden Überrollvorgang, wenn der Vorhersagewert der Drehrate die kritische Drehrate übersteigt.
In der DE 101 25 871 A1 ist ein Überschlags-Erfassungssystem beschrieben, welches zur Bestimmung des Auslösezeitpunktes von in einem Fahrzeug eingesetzten Rückhaltevorrichtungen vorgesehen ist und einen Querbeschleunigungssensor, einen Wankratendetektor, einen Wankwinkeldetektor und eine Reglerschaltung umfasst. Die Reglerschaltung legt in Reaktion auf den Wankratensensor und den Wankwinkeldetektor einen bestimmten Überschlags-Grenzwert fest, berechnet als Funktion des bestimmten Überschlags-Grenzwerts und der Querbeschleunigung einen angepassten Grenzwert und erzeugt in Reaktion auf den angepassten Grenzwert ein Steuersignal.
Die DE 103 44 911 A1 offenbart ein Antiblockiersystem für ein Fahrzeug mit einem Bremspedal, einem Bremsenmodulator und einer Steuerung, die mit dem Bremsenmodulator in Verbindung steht und die eine Fahrzeugverzögerung als eine Funktion einer Bremspedalstellung misst, eine erste Tabelle mit der Fahrzeugverzögerung und der Bremspedalstellung aktualisiert, einen Reibungskoeffizienten einer Straßenoberfläche basierend auf der ersten Tabelle schätzt und ein Schlupfziel für zumindest ein Rad schätzt, das auf einem geschätzten maximalen Schlupf des zumindest einen Rades vor Verlust an Traktion minus eines geschätzten Potentials für einen Fahrzeugüberschlag basiert.
ZUSAMMENFASSUNG
Bei der Erfüllung der obigen Anforderung sowie der Lösung der zahlreichen Nachteile und anderer Beschränkungen dieser Technik stellt die vorliegende Erfindung ein System und eine Methode zur Verfügung, die einen Parameter im Verhältnis zu der Masse des beladenen Fahrzeugs sowie auch zur Masseverteilung schätzt.
Allgemein betrachtet, stellt das System gemäß der vorliegenden Erfindung die Querbeschleunigung und Wankrate des Fahrzeugs fest und schätzt den Masseverteilungsparameter. Das System erzeugt dann einen optimierten Masseverteilungsparameter, der auf der Querbeschleunigung, der Wankrate und dem Masseverteilungsparameter basiert und überträgt den optimierten Masseverteilungsparameter an die Stabilitätsregelung.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung sowie aus den Ansprüchen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm eines Systems, das gemäß der vorliegenden Erfindung einen Parameter im Verhältnis zu der Masse eines Fahrzeugs und zur Masseverteilung feststellt, und
2 ist ein Freikörperbild eines Fahrzeugs, in dem die auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte dargestellt werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In 1 wird ein System dargestellt, das die Grundsätze der vorliegenden Erfindung umfasst und mit 10 bezeichnet wird. Das System 10 liefert korrigierte Parameter für ein Stabilitätsregelungssystem 11, das in einem Fahrzeug 100 (2) eingebaut ist, um die Neigung des Fahrzeugs, unter tatsächlichen Fahrbedingungen umzukippen, zu reduzieren. Daher ist System 10 in der Lage, sich bei Veränderungen der Last auf das Fahrzeug und der Lastverteilung in Echtzeit anzupassen. In Bezug auf 2 wird das folgende Wankmodell in System 10 eingebaut. Das Wankmodell verlangt, dass die Summe der Momente Null ist, was bedeutet: ΣM = O Gleichung 1 und ergibt Iθ = mhu – Kθ – cθ ., Gleichung 2 wobei
I dem Trägheitsmoment in Wankrichtung entspricht,
θ .. der Wankbeschleunigung entspricht,
θ . der Wankrate entspricht,
θ dem Wankwinkel entspricht,
m der gesamten Masse entspricht,
K dem Wankwiderstand entspricht,
c dem Wankdämpfungskoeffizienten entspricht,
u der Querbeschleunigung entspricht und
h der Höhe des Schwerpunkts von der Wankachse entspricht.
Bei Umstellung von Gleichung 2 ergibt sich
Daher entspricht das Wankmodell im zeitkontinuierlichen System im Zustandsraum
Die C-Matrix wird in Abhängigkeit von dem verwendeten Sensor gewählt. In diesem Fall wird ein Wankratensensor eingesetzt, sodass C = [0 1]
Wir weisen darauf hin, dass die obige Diskussion darauf abzielt, eine Lösung für den Zustandsvektor x(t) unter zeitkontinuierlichem Aspekt zu erhalten. Daher wird das in Gleichung 4 beschriebene System normalerweise nach dem folgenden Ausdruck diskretisiert. ẋ(k) = A_dx(k – 1) + B_du(k) y(k) = Cx(k) Gleichung 5 wobei k den k. Zeitschritt kennzeichnet und
A_d = I_n + AT,
B_d = BT,
und wobei
I_n die Einheitsmatrix der n. Ordnung darstellt, die in diesem Fall eine Einheitsmatrix zweiter Ordnung ist und
T dem Zeitschritt entspricht.
Die Umwandlung der diskretisierten Zustandsraumgleichung (Gleichung 5) zur Übertragung des Funktionsraums, der hier als z angegeben wird, führt zu: Y(z) / U(z) = C(zI_n – A_d)^–1B_d, Gleichung 6 so dass
wobei
n₁, n₂ = Tmh / I ,
d₁ = Tc – 2I / I , und
d₂ = I – Tc + T²K
Daher ist U(z) die Querbeschleunigung im Raum z und Y(z) entspricht der jeweiligen Wankrate.
Erweitert man Gleichung 7, ergibt sich: Y(z) + d₁Y(z)z^–1 + d₂Y(z)z–2 = n₁U(z)z^–1 – n₂U(z)z^–2, oder Y(z) = n₁U(z)z^–1 – n₂U(z)z^–2 – d₁Y(z)z^–1 – d₂Y(z)z^–2 Gleichung 8 die generalisiert werden kann als Y(·) = U^T(·)*Θ ^ Gleichung 9 wobei Θ ^ = [n₁, n₂, d₁, d₂] dem Parametervektor entspricht und Y(·), U^T(·) bekannt sind (d. h. gemessen wurden).
Da d₁ und d₂ keine Funktionen von m und h sind, können d₁ und d₂ im Voraus berechnet werden, so dass nur n₁ und n₂ geschätzt werden müssen. Beobachtet man, dass n₁ = n₂ ist, entspricht die umgekehrte z-Transformierte der Übertragungsfunktion Y(k) + d₁Y(k – 1) + d₂Y(k – 2) = n₁[U(k – 1) – U(k – 2)], Gleichung 10.
Auf diese Weise sind die Variablen von Gleichung 9 skalar. Der geschätzte Parameter n₁ ist eine Funktion der Fahrzeugmasse und des Trägheitsmoments der Karosserie um die Wankachse. Kehren wir zu 1 zurück, stellt das System 10 mit Hilfe des Beschleunigungsmessers 13 eine Querbeschleunigung U und mit Hilfe eines Wankratensensors 15 eine Wankrate Y fest und schätzt einen Masseverteilungsparameter n₁. Das System 10 multipliziert dann den Masseverteilungsparameter n₁ mit der Querbeschleunigung U in einem Multiplikator 12, um eine geschätzte Wankrate Y ^ zu definieren. Die Wankrate Y wird in einem Vergleicher 14 mit der geschätzten Wankrate Y ^ verglichen, um einen Fehlerparameter ε zu definieren. Das System 10 umfasst einen Optimierungsfilter 16, der den Fehlerparameter ε mit der Verstärkung γ des Tuningfilters 12 multipliziert, um einen korrigierten Masseverteilungsparameter n₁ zu definieren. Das System 10 umfasst auch einen zweiten Vergleicher 18, der den korrigierten Masseverteilungsparameter n ^₁ mit dem geschätzten Masseverteilungsparameter n₁ vergleicht, um einen optimierten Masseverteilungsparameter n*₁ zu definieren, der in das Stabilitätsregelungssystem eingegeben wird. Die Schätzung des Masseverteilungsparameters n₁ kann mit der (rekursiven) Methode der kleinsten Fehlerquadrate (RLS) oder einer anderen geeigneten Methode durchgeführt werden. Ein Beispiel für einen RLS-Algorithmus, der in Verbindung mit dem in 1 dargestellten System verwendet wird, ist
wobei
die Eingaben:
U(k) der aktuellen gemessenen Querbeschleunigung entspricht,
u = (U(k – 1) – U(k – 2)), und
Y(k) = aktuelle gemessene Wankrate ist;
die Schätzungen:
Y_hat(k) dem geschätzten Wert der linken Seite von Gleichung 10 und
n_hat(k) dem geschätzten Wert von n₁ entspricht.
die optimierbaren Parameter:
P der Konvarianz-Matrix entspricht, in der nur die Anfangsbedingung P(0) gewählt wird,
Lambda ein Vergessensfaktor (forgetting factor) ist, der dafür sorgt, dass der Algorithmus sich weniger auf die älteren Schätzwerte verlässt und
der Wert „3” eine Zahl ist, mit der U(k) verglichen wird, und ebenso ein optimierbarer Wert ist, der vom eingesetzten Wankmodell abhängt;
und die anderen Variablen:
phi einer Zwischenvariable zur Vereinfachung der Darstellung und Reduzierung der Verarbeitungszeit entspricht,
gamma(k) der Verstärkung entspricht,
k dem aktuellen Zeitschritt entspricht, so dass k – 1 der vorhergehende Zeitschritt und k – 2 die vorletzte Zeitschritt ist.
sysorder der Ordnung des zu schätzenden Systems entspricht, die in diesem Fall eins beträgt.
eye der Einheitsmatrix entspricht und
abs dem absoluten Wert entspricht.
Weitere Ausführungen sind im Umfang der folgenden Ansprüche enthalten.

Claims

Methode zum Schutz gegen das Überschlagen eines Fahrzeugs (100), wobei die Methode folgendes umfasst: Feststellung der Querbeschleunigung (U) eines Fahrzeugs; Feststellung der Wankrate (Y) eines Fahrzeugs; Schätzung eines Masseverteilungsparameters n₁; Erzeugung eines optimierten Masseverteilungsparameters n*₁, auf der Basis der Querbeschleunigung (U), der Wankrate (Y) und des Masseverteilungsparameters n₁; und Einführung des optimierten Masseverteilungsparameters n*₁ in ein Stabilitätsregelungssystem (11) eines Fahrzeugs.
Methode nach Anspruch 1, die ferner die Erzeugung eines korrigierten Masseverteilungsparameters n ^₁, umfasst, wobei der optimierte Masseverteilungsparameter n*₁ auf der Querbeschleunigung (U), der Wankrate (Y) und einem Vergleich zwischen dem Masseverteilungsparameter n₁ und dem korrigierten Masseverteilungsparameter n ^₁ basiert.
Methode nach Anspruch 2, wobei diese Methode ferner die Multiplikation des Masseverteilungsparameters n₁ mit der Querbeschleunigung (U) des Fahrzeugs umfasst, um eine geschätzte Wankrate (Y ^) zu definieren, und der korrigierte Masseverteilungsparameter n ^₁ auf der geschätzten Wankrate (Y ^) basiert.
Methode nach Anspruch 3, wobei die Methode ferner den Vergleich der Wankrate (Y) mit der geschätzten Wankrate (Y ^) umfasst, um einen Fehlerparameter (e) zu definieren.
Methode nach Anspruch 4, die ferner die Multiplikation des Fehlerparameters (e) mit der Verstärkung (γ) eines Optimierungsfilters (16) umfasst, um den korrigierten Masseverteilungsparameter n ^₁ zu definieren.
System (10) zum Schutz eines Fahrzeugs (100) gegen das Überschlagen, das folgendes umfasst: einen Sensor (15), der die Querbeschleunigung (U) des Fahrzeugs misst; einen zweiten Sensor (13), der eine Wankrate (Y) des Fahrzeugs misst; einen Multiplikator (12), der einen geschätzten Masseverteilungsparameter n₁ mit der Querbeschleunigung (U) multipliziert. um eine geschätzte Wankrate (Y ^) zu definieren; und einen Vergleicher (18), der Informationen über die Wankrate (Y), die geschätzte Wankrate (Y ^) und den geschätzten Masseverteilungsparameter n₁ empfängt und einen optimierten Masseverteilungsparameter (n*₁) erzeugt, der an das Stabilitätsregelungssystem (11) des Fahrzeugs übertragen wird.
System nach Anspruch 6, das ferner einen zweiten Vergleicher (14) umfasst, der die Wankrate (Y) mit der geschätzten Wankrate (Y ^) vergleicht, um einen Fehler (e) zu definieren, wobei die vom ersten Vergleicher (18) empfangenen Informationen auf dem Fehler (e) und dem geschätzten Masseverteilungsparameter n₁ basieren.
System nach Anspruch 7, das ferner einen Optimierungsfilter (16) umfasst, der den Fehler (e) mit einer Verstärkung (γ) multipliziert, um einen korrigierten Masseverteilungsparameter n ^₁ zu definieren.
System nach Anspruch 8, wobei der erste Vergleicher (18) den korrigierten Masseverteilungsparameter n ^₁ mit dem geschätzten Verteilungsparameter n₁ vergleicht, um den optimierten Masseverteilungsparameter n*₁ zu definieren.