DE102009026572A1 - Motor vehicle movement controlling arrangement, has distribution unit determining respective contribution of electronic stability program actuators and active front steering actuator to production of vehicle yaw moment - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Fahrzeugbewegungssteuerung.The The invention relates to an arrangement and a method for vehicle movement control.
In dem vergangenen Jahrzehnt ist die Entwicklung elektrohydraulischer Bremssysteme von Kunden im Automobilbereich sehr positiv aufgenommen worden, da derartige Systeme die Fahrsicherheit wesentlich steigern. Diese auch als elektronisches Stabilitätsprogramm (= ESP) bekannten Bremssysteme dienen zur Steuerung des Gierverhaltens eines Fahrzeuges und tragen somit zur Verbesserung der Richtungsstabilität des Fahrzeuges bei.In Over the past decade, the development has been more electrohydraulic Brake systems from customers in the automotive sector received very positively since such systems significantly increase driving safety. This also as electronic stability program (= ESP) known braking systems are used to control the yaw behavior of a Vehicle and thus contribute to improving the directional stability of the Vehicle at.
Des Weiteren wurden erst vor nicht langer Zeit elektromechanische Lenkaktuatoren im Markt eingeführt. Diese Systeme zur aktiven Vorderachslenkung (auch als AFS-Systeme bezeichnet) dienen dazu, die Dynamik des Fahrzeuges mittels aktiver Steuerung des Lenkwinkels der Vorderräder zu steuern.Of Furthermore, not so long ago electromechanical steering actuators introduced in the market. These systems for active front axle steering (also known as AFS systems) are used to control the dynamics of the vehicle by actively controlling the steering angle of the front wheels to control.
Mit zunehmender Popularität von AFS- und ESP-Systemen steigt die Wahrscheinlichkeit, dass diese Systeme gemeinsam in Fahrzeugen zum Einsatz kommen. Da die in Längsrichtung und in Querrichtung wirkenden Reifenkräfte hochgradig nichtlinear sowie miteinander gekoppelt sind, ist es aus Gründen der Sicherheit und zur Optimierung des Fahrverhaltens wesentlich, dass hierbei ein gewisser Grad an Integration erzielt wird. Mit Integration ist hier gemeint, dass die Lenk- und Bremssysteme nicht als unabhängige Systeme angesehen werden, sondern dass die Wechselwirkung bzw. Kopplung zwischen den Systemen berücksichtigt werden muß. Die erforderlichen Regelungsvorgänge bezüglich der Gierbewegung des Fahrzeuges müssen dann auf die Lenk- und Bremsaktuatoren verteilt werden. Zwischen den beiden Extremsituationen einer ausschließlichen Verwendung des Lenkaktuators und einer ausschließlichen Verwendung der Bremsaktuatoren gibt es unzählige weitere Möglichkeiten für die Verteilung der erforderlichen Regelungseingriffe.With Increasing popularity of AFS and ESP systems is increasing the likelihood of these systems being common in vehicles be used. Since the longitudinal and in the transverse direction acting tire forces highly non-linear and with each other For reasons of safety and for reasons of safety and security Optimization of driving behavior essential that this is a certain Degree of integration is achieved. By integration is meant here that the steering and braking systems are not considered independent systems but that interaction or coupling between the systems. The required regulatory procedures regarding the yawing motion of the vehicle must then be directed to the steering and brake actuators are distributed. Between the two extreme situations an exclusive use of the steering actuator and an exclusive use of the brake actuators there are countless other possibilities for the distribution of the required regulatory intervention.
In herkömmlichen Lösungen zur Integration eines AFS-Systems und eines ESP-Systems werden ESP-Eingriffe vorrangig behandelt, wobei AFS-Systeme im Wesentlichen in Verbindung mit eher komfortbezogenen Systemen, wie z. B. für eine variable Lenkübersetzung oder zur Einparkhilfe, eingesetzt werden.In conventional solutions for integrating an AFS system and an ESP system, priority is given to ESP interventions, where AFS systems are essentially associated with more comfort-related Systems, such. B. for a variable steering ratio or for parking assistance.
Aus
der
Des
Weiteren sind aus der
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung und ein Verfahren zur Fahrzeugbewegungssteuerung in einem Fahrzeug bereitzustellen, welche eine effiziente Verteilung der erforderlichen Regelungsvorgänge im Hinblick auf ein optimales Fahrverhalten und unter Berücksichtigung der Aktuatoranforderungen sowie der Anforderungen hinsichtlich des Fahrkomforts ermöglichen.It is an object of the present invention, an arrangement and to provide a vehicle motion control method in a vehicle, which is an efficient distribution of the required regulatory processes in terms of optimum driving behavior and taking into account the actuator requirements and the requirements regarding the Allow driving comfort.
Diese Aufgabe wird durch die Anordnung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 bzw. das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 7 gelöst.These The object is achieved by the arrangement according to the features of the independent claim 1 and the method according to the Characteristics of independent claim 7 solved.
Eine Anordnung zur Fahrzeugbewegungssteuerung in einem Fahrzeug, wobei das Fahrzeug ein ESP-System mit ESP-Aktuatoren zum selektiven Bremsen einzelner Räder des Fahrzeuges und ein AFS-System mit wenigstens einem AFS-Aktuator zur Steuerung des Lenkwinkels von Rädern des Fahrzeuges aufweist, weist auf:
- – eine Fahrzeug-Gierregelungseinheit, welche auf Basis von für Fahrereingaben und/oder Fahrzustandsparameter charakteristischen Eingangssignalen ein zur Erzielung einer gewünschten Fahrzeugbewegung erforderliches Fahrzeuggiermoment ermittelt; und
- – eine Verteilungseinheit, welche in Abhängigkeit vom aktuellen Fahrzustand den jeweiligen Beitrag sowohl der ESP-Aktuatoren als auch des wenigstens einen AFS-Aktuators zur Erzeugung des Fahrzeuggiermomentes bestimmt.
- A vehicle yaw control unit which determines a vehicle yaw moment required to achieve a desired vehicle movement on the basis of input signals characteristic of driver inputs and / or driving state parameters; and
- - A distribution unit, which depending on the current driving condition, the respective contribution both the ESP actuators and the at least one AFS actuator for generating the Fahrzeuggiermomentes determined.
Durch die Erfindung wird eine weitreichende Integration eines AFS-Systems und eines ESP-Systems erzielt. Die Verteilung der Regelungsvorgänge auf die AFS-Aktuatoren und die ESP-Aktuatoren erfolgt abhängig von dem tatsächlichen bzw. aktuellen Fahrzeugzustand. Dies bedeutet, dass für einen vorgegebenen, tatsächlichen Fahrzeugzustand der effizienteste Weg zur Verwendung der Lenk- und Bremsaktuatoren berechnet wird. Bei der Berechnung der effizientesten Einsatzweise der Lenk- und Bremsaktuatoren können unterschiedliche Kriterien berücksichtigt werden. In erster Linie sind die Anforderungen und Randbedingungen der Aktuatoren zu erfüllen. Des Weiteren können zusätzliche Anforderungen, z. B. hinsichtlich des Fahrkomforts und der Handling- bzw. Handhabungs-Eigenschaften berücksichtigt werden. Durch den erfindungsgemäßen Ansatz wird letztendlich ein Gesamtregelungssystem realisiert, welches von den Vorteilen eines aktiven Fahrwerksystems profitiert und darüber hinaus das Fahrverhalten aufgrund der Ausnutzung von Synergieeffekten zwischen den beiden Systemen ”AFS-System” und ”ESP-System” verbessert.By The invention will be a far-reaching integration of an AFS system and an ESP system. The distribution of regulatory operations on the AFS actuators and the ESP actuators is dependent from the actual vehicle state. This means that for a given, actual Vehicle state the most efficient way to use the steering and Brake actuators is calculated. When calculating the most efficient Operation of the steering and brake actuators may be different Criteria are taken into account. First and foremost are the Requirements and boundary conditions of the actuators. Furthermore, additional requirements, z. B. in terms of ride comfort and handling or handling properties be taken into account. By the invention Approach ultimately a total control system is realized, which benefits from the benefits of an active suspension system and above In addition, the driving behavior due to the exploitation of synergy between the two systems "AFS system" and "ESP system" improved.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform treten bei der in der erfindungsgemäßen Anordnung realisierten Integration eines AFS-Systems und eines ESP- Systems in einem Handling-Bereich bzw. -Modus des Fahrzeuges nur Lenkeingriffe auf, so dass keine Verringerung des Fahrkomforts und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgt. In einem Stabilitätsbereich bzw. -Modus werden hingegen sowohl Lenkeingriffe als auch Bremseingriffe zur Stabilisierung des Fahrzeuges verwendet. Der erfindungsgemäße Ansatz führt im Vergleich zu herkömmlichen Systemen zu einer Verbesserung des Fahrverhaltens, wobei Fahrfreude und Fahrkomfort im Handling-Bereich unter gleichzeitiger Verbesserung der Fahrstabilität im Stabilitätsbereich gesteigert werden.According to one preferred embodiment occur in the in the inventive Arrangement realized integration of an AFS system and an ESP system in a handling area or mode of the vehicle only steering interventions on, so no reduction in ride comfort and / or vehicle speed he follows. Be in a stability range or mode however, both steering interventions and braking interventions for stabilization used of the vehicle. The inventive Approach leads compared to conventional systems to an improvement of the driving behavior, whereby driving pleasure and driving comfort in the Handling range while improving driving stability be increased in the stability range.
Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Verfahren in einfacher Weise auf die Verwendung unterschiedlicher Aktuatoren wie z. B. elektronischer Differentiale (”E-Diff”) oder aktiver Dämpfungsvorrichtungen (CDC) erweitert werden.Of Furthermore, the inventive method can in easy way to use different actuators such as B. Electronic differentials ("E-Diff") or active damping devices (CDC).
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Fahrzeugbewegungssteuerung in einem Fahrzeug, wobei das Fahrzeug ein ESP-System mit ESP-Aktuatoren zum selektiven Bremsen einzelner Räder des Fahrzeuges und ein AFS-System mit wenigstens einem AFS-Aktuator zur Steuerung des Lenkwinkels von Rädern des Fahrzeuges aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- – Ermitteln, auf Basis von für Fahrereingaben und/oder Fahrzustandsparameter charakteristischen Eingangssignalen, eines zur Erzielung einer gewünschten Fahrzeugbewegung erforderlichen Fahrzeuggiermomentes, und
- – Festlegen, in Abhängigkeit vom aktuellen Fahrzustand, des jeweiligen Beitrages sowohl der ESP-Aktuatoren als auch des wenigstens einen AFS-Aktuators zur Erzeugung dieses Fahrzeuggiermomentes.
- Determining, on the basis of input signals characteristic of driver inputs and / or driving state parameters, a vehicle yawing moment required to achieve a desired vehicle movement, and
- - Set, depending on the current driving condition, the respective contribution of both the ESP actuators and the at least one AFS actuator for generating this Fahrzeuggiermomentes.
Weitere Ausgestaltungen sind der Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.Further Embodiments are the description and the dependent claims refer to.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Abbildung näher erläutert.The Invention will be described below with reference to a preferred embodiment with reference to the attached figure in more detail explained.
Gemäß
Dieser
Gierraten-Sollwert wird an eine Fahrzeug-Gierregelungseinheit
Das
durch die Fahrzeug-Gierregelungseinheit
Sensoren
Die Verteilung des benötigten Fahrzeuggiermoments wird mittels Lösung eines beschränkten Fehlerquadrat-Optimierungsproblems, d. h. eines Fehlerquadrat-Optimierungsproblems mit Randbedingungen, bestimmt. Dieses Fehlerquadrat-Optimierungsproblem kann wie folgt formuliert werden: The distribution of the required vehicle yaw moment is determined by solving a constrained least squares optimization problem, ie, an error squares optimization problem with constraints. This least squares optimization problem can be formulated as follows:
Dabei bezeichnet Aact2body eine im Folgenden noch näher erläuterte Matrix, welche die Aktuatorkräfte in Beziehung zu den Fahrzeugkarosseriekräften setzt, und Fact bezeichnet die für die erforderlichen Lenkeinwirkungen an den Vorderrädern und die erforderlichen Bremseinwirkungen an jedem Rad notwendigen Aktuatorkräfte.In this case, A act2body denotes a matrix which will be explained in more detail below, which relates the actuator forces to the vehicle body forces, and F act denotes the actuator forces required for the required steering actions on the front wheels and the required braking actions on each wheel.
Fbody bezeichnet die erforderliche Karosseriekraft, welche aus den nachfolgenden Signalen zusammengesetzt ist:
- – Fahrzeuggiermoment-Anforderungssignal: Das Fahrzeuggiermoment-Anforderungssignal stellt das erforderliche, auf das Kraftfahrzeug einwirkende Giermoment dar. Dabei ist das Fahrzeuggiermoment-Anforderungssignal insofern inkrementell, als es nicht das absolute Giermoment angibt, sondern ein zusätzliches Giermoment bezogen auf den tatsächlichen bzw. aktuellen Fahrzeugzustand bzw. Zeitpunkt.
- – Lenk-Brems-Verteilungssignal (optional): Das Lenk-Brems-Verteilungssignal steht für eine geforderte Verteilung auf die Lenkaktuatoren und die Bremsaktuatoren. Das Lenk-Brems-Verteilungssignal ist durch die Größe der Fahrzeuggiermoment-Anforderung bestimmt, welche durch Einsatz von Lenkeingriffen erzeugt werden soll. Beispielsweise entspricht ein Wert des Lenk-Brems-Verteilungssignals von 100% dem ausschließlichen Einsatz von Lenkaktuatoren, und ein Wert des Signals von 0% entspricht dem ausschließlichen Einsatz von Bremsaktuatoren.
- – Brems-Verteilungssignal (optional) Das Brems-Verteilungssignal steht für die erforderliche Verteilung der Bremskräfte auf die Vorderachse und die Hinterachse. Das Brems-Verteilungssignal ist definiert durch die Größe des Giermomentes, welches an der Vorderachse erzeugt werden sollte. Beispielsweise entspricht ein Wert des Brems-Verteilungssignals von 100% einem ausschließlich an der Vorderachse vorgenommenen Bremsvorgang, und ein Wert des Signals von 50% entspricht einem gleichermaßen an der Vorderachse und der Hinterachse vorgenommenen Bremsvorgang.
- – Längskraft-Anforderungssignal (optional) Das Längskraft-Anforderungssignal steht für eine erforderliche Bremskraft auf das Fahrzeug (d. h. eine negative Beschleunigung). Idealerweise sollte das Längskraft-Anforderungssignal Null betragen, da eine Verzögerung bzw. Geschwindigkeitsverringerung aufgrund von Bremseinwirkungen minimiert werden sollte. Es kann jedoch in bestimmten Situationen aus Sicherheitsgründen erforderlich sein, die Fahrzeuggeschwindigkeit rasch zu reduzieren.
- Vehicle yaw moment request signal: The vehicle yaw moment request signal represents the required yaw moment acting on the motor vehicle. The vehicle yaw moment request signal is incremental insofar as it does not indicate the absolute yaw moment but an additional yaw moment related to the actual vehicle state Time.
- - Steering-Brake Distribution Signal (optional): The steering-brake distribution signal represents a demanded distribution on the steering actuators and the brake actuators. The steering brake distribution signal is determined by the magnitude of the vehicle yaw moment request to be generated by using steering interventions. For example, a value of the steering brake distribution signal of 100% corresponds to the exclusive use of steering actuators, and a value of the signal of 0% corresponds to the exclusive use of brake actuators.
- - Brake distribution signal (optional) The brake distribution signal represents the required distribution of braking forces on the front and rear axles. The brake distribution signal is defined by the magnitude of the yaw moment that should be generated at the front axle. For example, a value of the brake distribution signal of 100% corresponds to a braking operation made exclusively on the front axle, and a value of the signal of 50% corresponds to a braking operation made equally on the front axle and the rear axle.
- Longitudinal force request signal (optional) The longitudinal force request signal represents a required braking force on the vehicle (ie, a negative acceleration). Ideally, the longitudinal force request signal should be zero because deceleration due to braking effects should be minimized. However, in certain situations, for safety reasons, it may be necessary to reduce vehicle speed rapidly.
Unter sämtlichen Fahrzeugkarosseriekraft-Anforderungssignalen kommt dem Fahrzeuggiermoment-Anforderungssignal die größte Bedeutung zu. Die übrigen Anforderungssignale können in einer Standard-Einstellung deaktiviert sein. In dieser Situation wird die Verteilung vollständig durch die berechneten Reifengradienten bestimmt. Dies bedeutet, dass die zur Steuerung des Gierverhaltens des Fahrzeuges effizientesten Aktuatoren verwendet werden. Die weiteren Anforderungssignale, d. h. das Lenk-Brems-Verteilungssignal, das Brems-Verteilungssignal und das Längskraft-Anforderungssignal, können zusammen mit den Aktuatorgrenzwerten Fact.min und Fact.max dazu verwendet werden, die Leistungsfähigkeit bzw. das Betriebsverhalten der Regelungsanordnung an weitere Randbedingungen wie z. B. den Fahrkomfort, die Handling-Eigenschaften und das subjektive Fahrempfinden anzupassen.Of all the vehicle body force request signals, the vehicle yaw request signal is the most important. The remaining request signals may be disabled in a default setting. In this situation, the distribution is completely determined by the calculated tire gradients. This means that the most efficient actuators to control the yawing behavior of the vehicle are used. The further request signals, ie the steering brake distribution signal , the brake distribution signal and the longitudinal force request signal , can be used together with the actuator limit values F act.min and F act.max to further the performance or the operating behavior of the control arrangement Boundary conditions such. B. adjust the ride comfort, handling characteristics and subjective driving experience.
Die Aktuatorkräfte sind gegeben durch Fact = [ΔδF, ΔFx,FL, ΔFx,FR, ΔFx,RL, ΔFx,RR] und repräsentieren die erforderlichen Lenkeinwirkungen an den Vorderrädern und die erforderlichen Bremseinwirkungen an jedem Rad. Alternativ können die Bremseinwirkungen auch anstelle einer Änderung der Längskraft über Änderungen des Längs-Bremsschlupfes formuliert werden.The actuator forces are given by F act = [Δδ F , ΔF x, FL , ΔF x, FR , ΔF x , R L, ΔF x, RR ] and represent the required steering inputs at the front wheels and the required braking actions at each wheel the braking actions are also formulated instead of a change in the longitudinal force via changes in the longitudinal brake slip.
Die Matrix Aact2body stellt eine Matrix dar, welche die Aktuatorkräfte in Beziehung zu den Fahrzeugkarosseriekräften setzt. Diese Matrix wird mittels der geometrischen Information über das Fahrzeug und den Reifengradienten, welche im laufenden Betrieb (online) aus einem statischen/dynamischen Reifenmodell in der Reifengradientberechnung (CPFD) berechnet werden, ermittelt.The matrix A act2body represents a matrix that relates the actuator forces to the vehicle body forces. This matrix is determined by means of the geometric information about the vehicle and the tire gradients which are calculated during operation (online) from a static / dynamic tire model in the tire gradient calculation (CPFD).
Gemäß
Die Größen Fact.min und Fact.max stellen den unteren bzw. den oberen Grenzwert für Lenk- und Bremseingriffe dar. Diese Signale können dazu verwendet werden, Aktuatorgrenzen oder eine Vorab(”a-priori”)-Information bezüglich der Fahrzeugdynamik zu implementieren (beispielsweise: ”keine Bremsung an den Hinterrädern in Situationen mit Übersteuerung”).The magnitudes F act.min and F act.max represent the lower and upper limits for steering and braking interventions, respectively. These signals can be used to impart actuator limits or advance ("a priori") vehicle dynamics information implement (for example: "no braking on the rear wheels in situations with oversteer").
Ein Beispiel für eine Implementierung von Aktuatorgrenzen ist in Tabelle 1 gezeigt.One Example of an implementation of actuator limits is shown in Table 1.
Tabelle 1: Table 1:
Im Handling-Bereich werden gemäß Tabelle 1 ausschließlich Lenkeingriffe dazu verwendet, das Gierverhalten des Fahrzeuges zu steuern. Im Stabilitätsbereich werden gemäß Tabelle 1 sowohl Lenk- als auch Bremseingriffe dazu verwendet, die Fahrzeugbewegung zu steuern. Die Lenkeingriffe werden verwendet, solange der laterale Schwimmwinkel (”slip angle”) αF kleiner ist als αS. Der Wert αS stellt den Wert des Rad-Schwimmwinkels dar, bei dem die lateralen Reifenkräfte in Sättigung übergehen. Dies bedeutet, dass der Fahrer gegenüber Situationen mit Untersteuerung geschützt ist, da bei Überschreitung der Sättigungsgrenze, typischerweise bei einem Wert von αS = 10°, zusätzlich Lenkeingriffe verwendet werden, um das laterale ”Schwimmen” (”lateral wheel slip”) zu reduzieren.In the handling area, according to Table 1, only steering interventions are used to control the yaw behavior of the vehicle. In the stability area, according to Table 1, both steering and braking interventions are used to control the vehicle movement. The steering interventions are used as long as the lateral slip angle α F is smaller than α S. The value α S represents the value of the wheel slip angle at which the lateral tire forces transition into saturation. This means that the driver is protected from understeer situations, because when the saturation limit is exceeded, typically at a value of α S = 10 °, additional steering interventions are used to reduce lateral "lateral slip" ,
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Gierregelung kann in einfacher Weise dahingehend erweitert werden, dass unterschiedliche aktive Fahrwerkssystems (E-Diff, CDC) vorgesehen sein können. Wenngleich bei dem Verfahren der Erfindung gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel die erforderlichen longitudinalen Bremskräfte an den Rädern berechnet werden, können mittels einer Änderung der Aktuatorgrenzen, d. h. von Fact.min und Fact.max, auch Traktionskräfte von einem Differentialgetriebe berücksichtigt werden.The method according to the invention for yaw control can be extended in a simple way to the effect that different active suspension systems (E-Diff, CDC) can be provided. Although in the method of the invention according to the described embodiment, the required longitudinal braking forces are calculated at the wheels, by means of a change of the actuator limits , ie of F act.min and F act.max , also traction forces from a differential gear can be taken into account.
Zusammenfassend kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Realisierung einer Integration in aktiven Fahrwerkssystemen hinsichtlich Lenk- und Bremseingriffen eingesetzt werden. Durch das Verfahren wird das gesamte Regelungsverhalten durch Ausnutzung von Synergieeffekten zwischen den Lenkaktuatoren und den Bremsaktuatoren (d. h. durch eine Kopplung zwischen longitudinalen und lateralen Reifenkräften) verbessert. Ferner wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Optimierung des Regelungssystems in Bezug auf die Anforderungen sowohl hinsichtlich des Fahrverhaltens als auch des subjektiven Fahrempfindens vereinfacht. Durch den modularen Aufbau werden Flexibilität und Kompatibilität der erfindungsgemäßen Anordnung gesteigert.In summary, the inventive method for realizing an integration in akti gearing systems with regard to steering and braking interventions. The method improves overall control performance by utilizing synergy between the steering actuators and the brake actuators (ie, by coupling longitudinal and lateral tire forces). Furthermore, the method according to the invention simplifies optimization of the control system with respect to the requirements both with regard to the driving behavior and the subjective driving sensation. The modular design increases flexibility and compatibility of the arrangement according to the invention.
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