DE102009056674B4

DE102009056674B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Beeinflussung der Querdynamik eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102009056674B4
Application number: DE102009056674.0A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Laumanns Nando; Felix KALLMEYER; Andre Kujawski
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2023-11-30
Anticipated expiration: 2029-12-03
Also published as: DE102009056674A1

Abstract

Vorrichtung zur Beeinflussung der Querdynamik eines Kraftfahrzeugs, umfassend:- einen oder mehrere Aktuatoren (4) zur radindividuellen Einstellung von Antriebs- und Bremsmomenten,- einen Fahrdynamikbeobachter (2), der auf der Grundlage eines Referenzmodells des Fahrzeugs eine Gierrate und/oder Gierbeschleunigung bereitstellt,- eine Vorsteuerung (31) zur Erzeugung einer ersten Stellsignalkomponente für den bzw. die Aktuatoren (4) auf der Grundlage eines ersten Signals, das einen Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrtrichtung repräsentiert sowie eines zweiten Signals, das einen Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit repräsentiert,- einen Regler (32), dem als Eingangsgröße eine Gierraten- und/oder Gierbeschleunigungsdifferenz aufgeschaltet ist, die aus einem Sollwert und einem Istwert gebildet wird, wobei der Sollwert durch den Fahrdynamikbeobachter (2) ermittelt und der Istwert gemessen oder aus gemessenen Fahrzeugparametern ermittelt wird, und als Ausgangssignal eine zweite Stellsignalkomponente für den bzw. die Aktuatoren (4) bereitstellt. dadurch gekennzeichnet, dassin der Vorsteuerung (31) die Grundeinstellung des Stellsignals für den bzw. die Aktuatoren (4) erfolgt, wohingegen über den Regler (32) Modellierungsungenauigkeiten und Umwelteinflüsse kompensiert werden,dem Fahrdynamikbeobachter (2) das erste Signal, das einen Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrtrichtung repräsentiert, und das zweite Signal, das einen Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit repräsentiert, als Eingangsgrößen aufgeschaltet sind und der Fahrdynamikbeobachter (2) hieraus eine Wunschbewegung des Fahrzeugs in Form der Gierrate und/oder Gierbeschleunigung ermittelt, undfür die Vorsteuerung (31) als Eingangsgrößen lediglich das erste Signal, das einen Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrtrichtung repräsentiert, das zweite Signal, das einen Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit repräsentiert, sowie die vom Fahrdynamikbeobachter (2) bereitgestellte Wunschbewegung des Fahrzeugs zur Berechnung eines durch die erste Stellsignalkomponente repräsentierten vorzusteuernden Moments benutzt werden;wobei das kombinierte Stellsignal aus der ersten Stellsignalkomponente (s1) und der zweiten Stellsignalkomponente (s2) ein zur Realisierung einer gewünschten Fahrzeugbewegung erforderliches Zusatzgiermoment (MZ,TV) durch Torque Vectoring repräsentiert, undwobei das aus den beiden Stellsignalkomponenten (s1, s2) gebildete Stellsignal dazu dient, über den bzw. die Aktuatoren (4) am Fahrzeug das Zusatzgiermoment (MZ,TV) durch Torque Vectoring zu bewirken und der Aufbau besagten Zusatzgiermoments (MZ,TV) durch eine Aufteilung von Antriebsmomenten, einen Bremseingriff oder die Kombination aus beidem realisiert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Fahrzeugquerdynamik und insbesondere auf eine aktive Beeinflussung des Gierwinkels von Kraftfahrzeugen. Letzteres wird gelegentlich auch als Active Yaw oder Torque Vectoring bezeichnet.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 8. Solche sind aus DE 10 2006 033 635 A1 bekannt.
Weitere Vorrichtungen und Verfahren sind aus EP 1 886 864 A1 bekannt.
Herkömmliche offene Differentiale ermöglichen eine Kurvenfahrt eines Kraftfahrzeugs, indem an den Fahrzeugrädern einer Achse unterschiedliche Drehzahlen zugelassen werden. Das Antriebsmoment wird gleichmäßig auf beide Räder übertragen. Den fahrdynamischen Eigenschaften sind hierbei jedoch dahingehend Grenzen gesetzt, dass die Traktion des Rads mit der besseren Haftung durch das Rad mit der geringeren Haftung beschränkt wird. Dies macht sich insbesondere bei glatter Fahrbahn oder bei schneller Kurvenfahrt bemerkbar.
Mittels eines Sperrdifferenzials, das die Antriebsräder z.B. durch Reibung zumindest teilweise miteinander koppelt, können Traktion und Fahrdynamik verbessert werden. Durch die Sperrung wird jedoch die Kurvenfahrt erschwert, so dass das Fahrzeug zum Untersteuern neigt. Regelbare Differenzialsperren kombinieren die Kurvenwilligkeit eines offenen Differenzials mit der verbesserten Traktion eines Sperrdifferenzials. Durch eine intelligente Logik, die den jeweiligen Fahrzustand berücksichtigt, wird das Differenzial nur in dem Maß geschlossen, wie es die jeweilige Fahrsituation erfordert. Gleichwohl ist auch ein geregeltes Sperrdifferenzial nur in Ausnahmesituationen in der Lage, ein Fahrzeug kurvenwilliger machen. Die vorteilhaften Eigenschaften eines Quersperrenprinzips lassen sich überwiegend nur im Grenzfahrbereich erfahren. Prinzipbedingt kann ein Sperrdifferenzial bestehende Drehzahlunterschiede nicht vergrößern bzw. ein größeres Moment auf ein schneller drehendes Rad übertragen.
Weiterhin ist es allgemein bekannt, durch automatische Bremseingriffe den Gierwinkel eines Kraftfahrzeugs zu beeinflussen, um Fahrzeugdynamik und Fahrsicherheit zu verbessern. Beim Bremseingriff wird jedoch Antriebsenergie in Reibungsverluste umgesetzt, was einer dynamischen Fahrweise entgegengerichtet ist.
Torque Vectoring Differenziale, wie sie beispielsweise aus DE 103 17 316 A1 , DE 10 2004 001 019 A1 , DE 10 2005 040 253 B3 , DE 10 2007 020 356 A1 oder US 7 267 628 B2 bekannt sind, ermöglichen es, wahlweise ein schnelleres oder langsameres Rad mit höherem Antriebsmoment zu beaufschlagen. Hierbei wird ein im Prinzip beliebig vorgebbares Antriebsmoment an einem Rad subtrahiert und am gegenüberliegenden Rad addiert. Die Summe der Antriebsmomente der Räder einer Achse bleibt gleich, wodurch die Fahrgeschwindigkeit nicht beeinflusst wird. Durch Torque Vectoring, d.h. eine Ansteuerung des Torque Vectoring Differenzials zwecks gezielter Verteilung des Antriebsmoments auf die Fahrzeugräder kann bei dynamischem Fahren die Stabilität des Fahrzeugs verbessert werden, so dass ein Eingriff eines Elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) hinausgezögert wird. Sobald allerdings das ESP einen kritischen Fahrzustand erkennt, übernimmt es die Kontrolle und deaktiviert das Torque Vectoring System.
Ferner ist es möglich, bei allradgetrieben Fahrzeugen das vom Fahrzeugmotor bereitgestellte Antriebsmoment zum Beispiel über ein Torque Vectoring Differenzial auch variabel auf die Fahrzeugachsen zu verteilen.
Ein zentrales Problem bei Torque Vectoring Systemen stellt die Ermittlung der erforderlichen Radmomente, d.h. der Antriebs- und Bremsmomente an den Fahrzeugrädern dar.
Aus der DE 10 2008 032 763 A1 ist in diesem Zusammenhang bekannt, mittels eines Fahrdynamikbeobachters eine Sollgierrate für das Fahrzeug zu bestimmen und anschließend die Abweichung zu einer gemessenen Ist-Gierrate zu ermitteln. Die Gierratendifferenz ist einem Fahrdynamikregler aufgeschaltet, mit dem unter anderem ein Stellsignal generiert wird, das über ein Torque Vectoring Differenzial sowie das Fahrzeugbremssystem eine Einstellung von radindividuellen Antriebs- und Bremsmomenten ermöglicht.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine robuste Einstellung der Radmomente eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, die sich durch ein hochdynamisches und harmonisches Ansprechen auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Querdynamik eines Kraftfahrzeugs gemäß Patentanspruch 1 sowie weiterhin durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 8 gelöst.
Das aus den Stellsignalkomponenten gebildete Stellsignal bewirkt über den bzw. die Aktuatoren am Fahrzeug ein Giermoment durch Torque Vectoring. Der Aufbau des zusätzlichen Giermoments kann durch eine Aufteilung von Antriebsmomenten, einen Bremseingriff oder die Kombination aus beidem realisiert werden.
Der Vorsteueranteil, das heißt die erste Stellsignalkomponente, beruht auf Größen, die rauschfrei, zuverlässig und unverzögert vorliegen. Dadurch ist ein hochdynamischer, gleichwohl harmonischer Eingriff möglich.
Mit der zweiten Stellsignalkomponente, die parallel zu der ersten Stellsignalkomponente generiert wird, können vor allem Modellierungsungenauigkeiten und Umwelteinflüsse kompensiert werden.
Durch die Vorsteuerung bleibt die am Regler anliegende Regeldifferenz in den meisten Fällen wesentlich geringer als in einer Vorrichtung ohne Vorsteuerung.
Hierdurch werden eine höhere Regelstabilität erzielt und höhere Reglerverstärkungen möglich.
Die geringen Reglereingriffe tragen ferner zu einer größeren Harmonie der Regelung der Radmomente bei.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
Der Fahrdynamikbeobachter ist vorzugsweise derart konfiguriert, um mithilfe des ersten Signals, welches den Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrtrichtung repräsentiert, und mithilfe des zweiten Signals, welches den Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit repräsentiert, eine Soll-Gierrate und/oder eine Soll-Gierbeschleunigung zu ermitteln. Entsprechende Signale werden in der Vorsteuerung genutzt, um die erste Stellsignalkomponente zu generieren. Von der Vorsteuerung sowie dem Regler benötigte Signale werden so lediglich einmal berechnet.
Bevorzugt ist das dem Fahrdynamikbeobachter zugrundeliegende Referenzmodell des Fahrzeugs ein Einspurmodell. Es hat sich gezeigt, dass ein solches in der Lage ist, geeignete Führungsgrößen zur Ansteuerung von Fahrdynamikregelsystemen zu liefern. Im Vergleich zu Mehrspurmodellen ist der benötigte Rechenaufwand erheblich geringer. In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind in dem Fahrdynamikbeobachter Größen rückgekoppelt, die einen Schwimmwinkel an Vorder- und Hinterachse repräsentieren.
Zur Verbesserung der Güte der Regelung kann dem Regler als weitere Eingangsgröße ein die Fahrgeschwindigkeit repräsentierendes Signal aufgeschaltet werden, so dass ein Regeleingriff durch den Regler fahrgeschwindigkeitabhängig möglich ist.
Wie oben bereits ausgeführt, kann die Regelung der Radmomente durch Torque Vectoring sowohl über eine gezielte Verteilung des Antriebsmoments auf unterschiedliche Fahrzeugräder und/oder Fahrzeugachsen und/oder durch einen Bremseingriff erzielt werden. Im erstgenannten Fall ist am Fahrzeug mindestens ein Aktuator in Form eines Torque Vectoring Differenzial vorgesehen, das in herkömmlicher Art und Weise, beispielsweise wie in den oben genannten Veröffentlichungen ausgebildet sein kann. Ein Bremseingriff kann über dem Fachmann bekannte Radbremsen realisiert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Darstellung der Struktur einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beeinflussung der Querdynamik eines Kraftfahrzeugs,
2 eine schematische Darstellung der Struktur des Fahrdynamikreglers mit Vorsteuerung und Regler,
3 eine Detailansicht des Fahrdynamikbeobachters, und in
4 eine Detailansicht der Vorsteuerung und des Reglers im Fahrdynamikregler.

Die in 1 schematisch dargestellte Vorrichtung zur Beeinflussung der Querdynamik eines Kraftfahrzeugs umfasst folgende Basiskomponenten, nämlich Eingabeelemente 1, mit denen der Fahrerwunsch hinsichtlich Fahrtrichtung und Fahrgeschwindigkeit erfasst wird, einen Fahrdynamikbeobachter 2, der auf der Grundlage eines Referenzmodells des Fahrzeugs bestimmte Sollwerte in Bezug auf das Gierverhalten bereitstellt, einen Fahrdynamikregler 3, sowie einen oder mehrere Aktuatoren 4 zur Beeinflussung der Radmomente bzw. der Längskräfte an den Fahrzeugrädern.
Mit dem bzw. den Aktuatoren 4 ist es möglich, eine radindividuelle Einstellung von Antriebs- und Bremsmomenten vorzunehmen, um unabhängig von der Lenkung ein Giermoment zu erzeugen. Insbesondere kann trotz Geradeausstellung der Fahrzeugräder ein Gieren des Fahrzeugs, d.h. ein Drehen um dessen Hochachse erzielt werden. Ferner kann einem durch den Lenkeinschlag der Fahrzeugräder verursachten Giermoment ein zusätzliches Giermoment überlagert werden. Dies erfolgt vorzugsweise mittels eines oder mehrerer Torque Vectoring Differenziale, welche es gestatten, wahlweise ein schnelleres oder langsameres Rad einer Achse mit höherem Antriebsmoment zu beaufschlagen und/oder die Verteilung des Antriebsmoments die auf Vorder- und Hinterachse zu beeinflussen. Ein vermindertes Antriebsmoment oder Bremsmoment kann auch über am Fahrzeug vorhandene Radbremsen dargestellt werden.
Die Ermittlung der erforderlichen Antriebs- und Bremsmomente bzw. entsprechender Stellsignale zur Beeinflussung des querdynamischen Fahrverhaltens soll nachfolgend näher erläutert werden. Dabei kommt ein kombinierter Vorsteuer-Regler-Ansatz auf der Basis eines invertierten Einspurmodells zur Anwendung.
Der Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrtrichtung lässt sich mittels eines Lenkradwinkelsensors erfassen. Hiermit ist aufgrund der mechanischen Gegebenheiten des Fahrzeugs letztlich auch der Lenkwinkel δ_va an der Vorderachse bekannt.
Der Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit kann beispielsweise durch Auswertung der Signale eines Fahrpedalsensors ermittelt werden, der die Fahrpedalstellung erfasst. Alternativ oder ergänzend können zur Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit auch weitere Sensoren, beispielsweise Raddrehzahlsensoren an den Fahrzeugrädern ausgewertet werden. Entsprechende Signale sind an Fahrzeugen, die mit einem Antiblockiersystem oder einem Elektronischen Stabilitätsprogramm ausgerüstet sein, in der Regel verfügbar.
Aus Lenkradwinkel und Fahrpedalstellung wird die Wunschbewegung des Fahrzeugs ermittelt.
Wie 3 zeigt, sind dem Fahrdynamikbeobachter 2 ein erstes Signal, das einen Lenkradwinkel und damit einen Lenkwinkel δ_va an der Vorderachse repräsentiert, sowie ein zweites Signal xap, das die Fahrpedalstellung und damit die vom Fahrer gewünschte Fahrgeschwindigkeit repräsentiert, als Eingangsgrößen aufgeschaltet. Anhand dieser Eingangsgrößen werden in dem Fahrdynamikbeobachter 2 auf der Grundlage eines Referenzmodells des Fahrzeugs unter anderem fortlaufend eine Gierrate Ψ̇_ref und/oder Gierbeschleunigung Ψ̇_ref berechnet und als Ausgangsgrößen bereitgestellt.
Der Fahrdynamikbeobachter 2 beinhaltet ein Reifenmodell 21, mit dem aus den Schräglaufwinkeln α_v und α_h der Fahrzeugräder an der Vorder- und Hinterachse die an den Achsen wirkenden Seitenkräfte F_yv und F_yh wie folgt ermittelt werden. $F_{y v} = c_{a v} \cdot α_{v}$
$F_{y h} = c_{a h} \cdot α_{h}$
wobei c_av und c_ah Schräglaufsteifigkeiten an Vorder- und Hinterachse darstellen. Dabei werden die Schräglaufwinkel α_v und α_h an den jeweiligen Rädern einer Achse als gleich groß vorausgesetzt.
Mittels der Seitenkräfte der Vorder- und Hinterachse F_yv und F_yh lassen sich in einem weiteren Modul 22 die im Fahrzeugschwerpunkt wirkenden Kräfte und Momente, insbesondere die Querkraft F_y und das Giermoment M_z berechnen. Es gilt insbesondere: $M_{Z} = F_{y v} \cdot I_{v} + F_{y h} \cdot I_{h}$
wobei l_v den Abstand zwischen Vorderachse und Fahrzeugschwerpunkt und l_h den Abstand zwischen Hinterachse und Fahrzeugschwerpunkt darstellt.
In Verbindung mit dem den Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit repräsentierenden Signal xap können aus der Querkraft F_y und dem Giermoment M_z durch Integration unter Berücksichtigung der geometrischen Gegebenheiten des Fahrzeugs in einem weiteren Modul 23 die Gierrate Ψ̇_ref und die Gierbeschleunigung Ψ̇_ref berechnet werden. Ferner können die Geschwindigkeit in Fahrzeuglängsrichtung v_x und die Geschwindigkeit in Fahrzeugquerrichtung v_y berechnet werden. Für letztere gilt: $v_{y} = \int \frac{F_{y}}{m} - \dot{Ψ} \cdot ν_{x}$
Mit Hilfe der so ermittelten Größen lassen sich in einem weiteren Modul 24 die Schwimmwinkel β_v und β_h an Vorder- und Hinterachse wie folgt berechnen: $β_{ν} = \frac{ν_{y} + \dot{Ψ} \cdot x_{ν}}{ν_{x}}$
$β_{h} = \frac{ν_{y} + \dot{Ψ} \cdot x_{h}}{ν_{x}}$
Die die Schwimmwinkel β_v und β_h an Vorder- und Hinterachse repräsentierenden Signale sind in dem Fahrdynamikbeobachter 2 rückgekoppelt und werden zur Berechnung der o.g. Schräglaufwinkel α_v und α_h wie folgt verwendet: $α_{ν} = β_{ν} - δ_{v a}$
$α_{h} = β_{h}$
Die Ausgangsgrößen des Fahrdynamikbeobachters 2, nämlich die Gierrate Ψ̇_ref und die Gierbeschleunigung Ψ̇_ref dienen neben dem ersten, den Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrtrichtung repräsentierenden Signal und dem zweiten, den Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit repräsentierenden Signal als Eingangsgrößen für den Fahrdynamikregler 3, wie dies in 4 dargestellt ist.
Weiterhin werden aus am Fahrzeug verfügbaren, gemessenen Parametern die aktuelle Gierrate Ψ̇_ist und gegebenenfalls weiterhin die aktuelle Gierbeschleunigung Ψ̇_ist ermittelt. Entsprechende Signale können beispielsweise über ein Bussystem dem Fahrdynamikregler 3 bereitgestellt werden.
2 zeigt die Reglerstruktur des Fahrdynamikreglers 3. Dieser umfasst zum einen eine Vorsteuerung 31, in der eine erste Stellsignalkomponente s₁ für den bzw. die Aktuatoren 4 zur radindividuellen Einstellung von Antriebs- und Bremsmomenten generiert wird. Weiterhin umfasst der Fahrdynamikregler 3 zusätzlich einen Regler 32, der parallel zu der Vorsteuerung 31 angeordnet ist und eine zweite Stellsignalkomponente s₂ für den bzw. die Aktuatoren 4 generiert. Das kombinierte Stellsignal aus den Komponenten s₁ und s₂ repräsentiert das zur Realisierung der gewünschten Fahrzeugbewegung erforderliche Zusatzgiermoment durch Torque Vectoring M_Z,TV.
Sowohl die Vorsteuerung 31 als auch der Regler 32 sind mit dem Fahrdynamikbeobachter 2 verbunden. Dabei erhält die Vorsteuerung 31 als Führungsgrößen die Soll-Gierrate Ψ̇_ref, die Soll-Gierbeschleunigung Ψ̇_ref, den Lenkradwinkel und die Fahrgeschwindigkeit, während am Regler 32 die Soll-Gierrate Ψ̇_ref und/oder die Soll-Gierbeschleunigung Ψ̇_ref eingangsseitig genutzt werden. Wie 2 zeigt, liegt am Regler 32 ein Differenzsignal aus Soll-Gierrate Ψ̇_ref und Ist-Gierrate Ψ̇_ist und/oder Soll-Gierbeschleunigung Ψ̈_ref und Ist-Gierbeschleunigung Ψ̈_ist an. Der Regeleingriff im Regler 32 kann insbesondere auch fahrgeschwindigkeitsabhängig erfolgen, wozu das Signal xap auch dem Regler 32 übermittelt wird.
Die Kombination von Vorsteuerung 31 und Regler 32 im Verbund mit einem Fahrdynamikbeobachter 2 gestattet eine hochdynamische Beeinflussung der Fahrzeuggierrate. In der Vorsteuerung 31 erfolgt dabei die Grundeinstellung des Stellsignals für den bzw. die Aktuatoren 4. Da als Eingangsgrößen lediglich die Fahrgeschwindigkeit und der Lenkradwinkel bzw. korrespondierende Parameter zur Berechnung der Referenzwerte und des vorzusteuernden Moments benutzt werden und diese Eingangsgrößen rauschfrei, zuverlässig und unverzögert vorliegen, können Torque Vectoring Eingriffe hochdynamisch erfolgen. Zudem kann die Vorsteuerung 31 den Regler 32 wirksam entlasten, was zu einem harmonischen Fahrverhalten führt. Die am Eingang des Reglers 32 anliegende Regeldifferenz ist wesentlich geringer als in einem Fahrdynamikregler ohne Vorsteuerung 31. Über den Regler 32 werden vor allem Modellierungsungenauigkeiten und Umwelteinflüsse kompensiert. Dadurch ergibt sich ein stabiles System, das zudem hohe Reglerverstärkungen zulässt.
Von dem vorstehend erläuterten Aufbau kann insbesondere hinsichtlich der Konfiguration des Fahrdynamikbeobachters 2 und der Eingabeelemente 1 abgewichen werden, solange gewährleistet wird, dass dem Fahrdynamikregler 3 Signale übermittelt werden, die einen Fahrerwunsch hinsichtlich Fahrtrichtung und Fahrgeschwindigkeit möglichst rauschfrei und unverzögert repräsentieren.
Zur Beeinflussung der Querdynamik eines Kraftfahrzeugs durch radindividuelle Einstellung von Antriebs- und/oder Bremsmomenten wird man vorzugsweise wie folgt verfahren.
Mittels den Fahrerwunsch hinsichtlich Fahrtrichtung und Fahrgeschwindigkeit repräsentierender Signale, beispielsweise einem vom Fahrer vorgegebenen Lenkradwinkel und einer vom Fahrer vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit, werden anhand eines Referenzmodells des Fahrzeugs auf der Grundlage eines Einspurmodells Sollwerte für die Gierrate und/oder die Gierbeschleunigung des Fahrzeugs ermittelt.
Aus den genannten fahrerseitigen Eingangsgrößen und/oder mittels des Referenzmodells gewonnener Sollwerte wird eine erste Stellsignalkomponente s₁ für den bzw. die Aktuatoren 4 generiert. Dabei stellt die erste Stellsignalkomponente s₁ in der Regel den Hauptanteil eines Zusatzgiermoments M_Z,TV durch Torque Vectoring dar.
Aus den Sollwerten des Referenzmodells sowie aus korrespondierenden, gemessenen oder aus gemessenen Fahrzeugparametern ermittelten Istwerten wird ferner eine Gierraten- und/oder Gierbeschleunigungsdifferenz gebildet.
Parallel zu der Generierung der ersten Stellsignalkomponente s₁ wird aus der Gierraten- und/oder Gierbeschleunigungsdifferenz eine zweite Stellsignalkomponente s₂ für den bzw. die Aktuatoren 4 generiert. Diese wird der ersten Stellsignalkomponente s₁ aufaddiert, um am Fahrzeug das gewünschte Zusatzgiermoment zu erzeugen.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
Bezugszeichenliste

1: Eingabeelemente
2: Fahrdynamikbeobachter
3: Fahrdynamikregler
4: Aktuator(en)
21: Reifenmodell
22: Modul
23: Modul
24: Modul
31: Vorsteuerung
32: Regler
Fyv: Seitenkraft an der Vorderachse
Fyh: Seitenkraft an der Hinterachse
Fy: Querkraft
Mz: Giermoment
MZ,TV: Zusatzgiermoment durch Torque Vectoring
s1: Stellsignalkomponente
s2: Stellsignalkomponente
xap: Fahrgeschwindigkeitsignal
αv: Schräglaufwinkel der Vorderachse
αh: Schräglaufwinkel der Hinterachse
βv: Schwimmwinkel an der Vorderachse
βh: Schwimmwinkel an der Hinterachse
δva: Lenkwinkel
Ψ̇ist: Ist-Gierrate
Ψ̇ist: Ist-Gierbeschleunigung
Ψ̇ref: Soll-Gierrate
Ψ̇ref: Soll-Gierbeschleunigung

Claims

Vorrichtung zur Beeinflussung der Querdynamik eines Kraftfahrzeugs, umfassend: - einen oder mehrere Aktuatoren (4) zur radindividuellen Einstellung von Antriebs- und Bremsmomenten, - einen Fahrdynamikbeobachter (2), der auf der Grundlage eines Referenzmodells des Fahrzeugs eine Gierrate und/oder Gierbeschleunigung bereitstellt, - eine Vorsteuerung (31) zur Erzeugung einer ersten Stellsignalkomponente für den bzw. die Aktuatoren (4) auf der Grundlage eines ersten Signals, das einen Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrtrichtung repräsentiert sowie eines zweiten Signals, das einen Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit repräsentiert, - einen Regler (32), dem als Eingangsgröße eine Gierraten- und/oder Gierbeschleunigungsdifferenz aufgeschaltet ist, die aus einem Sollwert und einem Istwert gebildet wird, wobei der Sollwert durch den Fahrdynamikbeobachter (2) ermittelt und der Istwert gemessen oder aus gemessenen Fahrzeugparametern ermittelt wird, und als Ausgangssignal eine zweite Stellsignalkomponente für den bzw. die Aktuatoren (4) bereitstellt. dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorsteuerung (31) die Grundeinstellung des Stellsignals für den bzw. die Aktuatoren (4) erfolgt, wohingegen über den Regler (32) Modellierungsungenauigkeiten und Umwelteinflüsse kompensiert werden, dem Fahrdynamikbeobachter (2) das erste Signal, das einen Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrtrichtung repräsentiert, und das zweite Signal, das einen Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit repräsentiert, als Eingangsgrößen aufgeschaltet sind und der Fahrdynamikbeobachter (2) hieraus eine Wunschbewegung des Fahrzeugs in Form der Gierrate und/oder Gierbeschleunigung ermittelt, und für die Vorsteuerung (31) als Eingangsgrößen lediglich das erste Signal, das einen Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrtrichtung repräsentiert, das zweite Signal, das einen Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit repräsentiert, sowie die vom Fahrdynamikbeobachter (2) bereitgestellte Wunschbewegung des Fahrzeugs zur Berechnung eines durch die erste Stellsignalkomponente repräsentierten vorzusteuernden Moments benutzt werden; wobei das kombinierte Stellsignal aus der ersten Stellsignalkomponente (s₁) und der zweiten Stellsignalkomponente (s₂) ein zur Realisierung einer gewünschten Fahrzeugbewegung erforderliches Zusatzgiermoment (M_Z,TV) durch Torque Vectoring repräsentiert, und wobei das aus den beiden Stellsignalkomponenten (s₁, s₂) gebildete Stellsignal dazu dient, über den bzw. die Aktuatoren (4) am Fahrzeug das Zusatzgiermoment (M_Z,TV) durch Torque Vectoring zu bewirken und der Aufbau besagten Zusatzgiermoments (M_Z,TV) durch eine Aufteilung von Antriebsmomenten, einen Bremseingriff oder die Kombination aus beidem realisiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrdynamikbeobachter (2) mithilfe des ersten Signals, das den Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrtrichtung repräsentiert sowie des zweiten Signals, das den Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit repräsentiert, eine Sollgierrate und/oder eine Sollgierbeschleunigung ermittelt und entsprechende Signale der Vorsteuerung als Eingangsgrößen aufgeschaltet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Fahrdynamikbeobachter (2) zugrundeliegende Referenzmodell des Fahrzeugs ein Einspurmodell ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fahrdynamikbeobachter (3) den Schwimmwinkel repräsentierende Größen rückgekoppelt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Regler (32) als weitere Eingangsgröße ein die Fahrgeschwindigkeit repräsentierendes Signal aufgeschaltet ist und der Regler (32) derart konfiguriert ist, dass ein Regeleingriff fahrgeschwindigkeitabhängig erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein bzw. der Aktuator (4) ein Torque Vectoring Differenzial zur variablen Aufteilung eines Antriebsmoments auf unterschiedliche Fahrzeugräder und/oder Fahrzeugachsen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator (4) eine Radbremse ist.
Verfahren zur Beeinflussung der Querdynamik eines Kraftfahrzeugs durch radindividuelle Einstellung von Antriebs- und/oder Bremsmomenten, bei dem - anhand eines Referenzmodells des Fahrzeugs aus erfassten Eingangsgrößen in Bezug auf eine von Fahrer vorgegebene Fahrtrichtung und Fahrgeschwindigkeit Sollwerte für die Gierrate und/oder Gierbeschleunigung des Fahrzeugs ermittelt werden, - aus den Eingangsgrößen und/oder mittels des Referenzmodells gewonnener Sollwerte eine erste Stellsignalkomponente generiert wird, - aus den vom Referenzmodell bereitgestellten Sollwerten sowie aus korrespondierenden, gemessenen oder aus gemessenen Fahrzeugparametern ermittelten Istwerten eine Gierraten- und/oder Gierbeschleunigungsdifferenz gebildet wird, und - parallel zu der Generierung der ersten Stellsignalkomponente aus der Gierraten- und/oder Gierbeschleunigungsdifferenz eine zweite Stellsignalkomponente generiert und der ersten Stellsignalkomponente aufaddiert wird, wobei das aus den Komponenten gebildete Stellsignal dazu verwendet wird, um durch radindividuelle Einstellung von Antriebs- und/oder Bremsmomenten am Fahrzeug ein Zusatzgiermoment zu erzeugen dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stellsignalkomponente aus einer Vorsteuerung gewonnen wird und die Grundeinstellung für das Stellsignal bildet, wohingegen die zweite Stellsignalkomponente Modellierungsungenauigkeiten und Umwelteinflüsse ausregelt, einem Fahrdynamikbeobachter ein erstes Signal, das einen Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrtrichtung repräsentiert, und ein zweites Signal, das einen Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit repräsentiert, als Eingangsgrößen aufgeschaltet sind und der Fahrdynamikbeobachter hieraus eine Wunschbewegung des Fahrzeugs in Form der Gierrate und/oder Gierbeschleunigung des Fahrzeugs ermittelt, und für die Vorsteuerung als Eingangsgrößen lediglich das erste Signal, das einen Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrtrichtung repräsentiert, das zweite Signal, das einen Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit repräsentiert, sowie die vom Fahrdynamikbeobachter bereitgestellte Wunschbewegung des Fahrzeugs zur Berechnung eines durch die erste Stellsignalkomponente repräsentierten vorzusteuernden Moments benutzt werden, wobei das kombinierte Stellsignal aus der ersten Stellsignalkomponente (s₁) und der zweiten Stellsignalkomponente (s₂) ein zur Realisierung einer gewünschten Fahrzeugbewegung erforderliches Zusatzgiermoment (M_Z,TV) durch Torque Vectoring repräsentiert, und wobei das aus den beiden Stellsignalkomponenten (s₁, s₂) gebildete Stellsignal dazu dient, über den bzw. die Aktuatoren (4) am Fahrzeug das Zusatzgiermoment (M_Z,TV) durch Torque Vectoring zu bewirken und der Aufbau besagten Zusatzgiermoments (M_Z,TV) durch eine Aufteilung von Antriebsmomenten, einen Bremseingriff oder die Kombination aus beidem realisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangsgrößen ein vom Fahrer vorgegebener Lenkradwinkel und eine vom Fahrer vorgegebene Fahrpedalstellung erfasst werden.