DE102010052583A1 - Method for defining manipulated variable value for determining dynamic state of motor vehicle, involves comparing desired value with estimated value and determining manipulated variable corresponding to difference value - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Festlegen des Wertes einer Stellgröße, welche in einem Kraftfahrzeug einen fahrdynamischen Zustand desselben bestimmt, und zwar aufgrund eines Soll-Werts für eine diesen fahrdynamischen Zustand betreffende (oder zumindest in einem Aspekt beschreibende) Ausgangsgröße.The invention relates to a method for determining the value of a manipulated variable which determines a driving dynamic state thereof in a motor vehicle, on the basis of a desired value for an output variable relating to this driving dynamic state (or at least descriptive in one aspect).
Im Rahmen einer Steuerung oder einer Regelung wird eine solche Stellgröße typischerweise festgelegt. Beispielsweise ist die Ausgangsgröße eine Querbeschleunigung oder eine Gierrate des Kraftfahrzeugs, die somit die sog. Fahrzeugquerdynamik betrifft. Die Querbeschleunigung bzw. Gierrate stellt sich in Abhängigkeit von Eingangsgrößen ein, nämlich insbesondere einem an einer Lenkhandhabe eingestellten Lenkhandhabenwinkel (Lenkradwinkel), einer Stellung eines Fahrpedals („Gaspedals”) und einer Stellung eines Bremspedals. Es versteht sich von selbst, dass die Querbeschleunigung oder Gierrate von dem Radius der Kurve abhängt, den das Kraftfahrzeug durchfährt, und dieser Radius ist eben vom Lenkhandhabenwinkel abhängig. Die Stellung des Fahrpedals bestimmt, in welchem Ausmaß das Kraftfahrzeug durch einen Motor zu beschleunigen ist, die Stellung eines Bremspedals bestimmt, in welchem Ausmaß das Kraftfahrzeug gebremst wird. Die Eingangsgrößen sind von einem Fahrzeugführer (oder allgemein einer Bedienperson) vorgegebene Größen, die durch ein Steuerungs- oder Regelungssystem in dem Kraftfahrzeug nicht unmittelbar beeinflusst werden können. Beeinflussbar ist aber eine Stellgröße. Als Beispiel für eine Stellgröße kann der an einer Vorderradlenkung des Kraftfahrzeugs eingestellte Lenkwinkel genannt werden, ein an einer Hinterradlenkung des Kraftfahrzeugs eingestellter Lenkwinkel, ein positives Drehmoment, mit dem zumindest ein Rad beaufschlagt wird, oder ein negatives Drehmoment (Bremsmoment), mit dem zumindest ein Rad beaufschlagt wird. Durch Beeinflussung des an Rädern des Kraftfahrzeugs eingestellten Lenkwinkels und der Drehgeschwindigkeit einzelner Räder lässt sich unmittelbar die Querbeschleunigung bzw. Gierrate auf einen Soll-Wert festlegen.As part of a control or regulation such a manipulated variable is typically set. For example, the output variable is a lateral acceleration or a yaw rate of the motor vehicle, which thus relates to the so-called vehicle transverse dynamics. The lateral acceleration or yaw rate adjusts depending on input variables, namely, in particular, a steering handle angle (steering wheel angle) set on a steering handle, a position of an accelerator pedal ("accelerator pedal") and a position of a brake pedal. It goes without saying that the lateral acceleration or yaw rate depends on the radius of the curve which the motor vehicle passes through, and this radius depends precisely on the steering handle angle. The position of the accelerator pedal determines to what extent the motor vehicle is to be accelerated by a motor, the position of a brake pedal determines the extent to which the motor vehicle is braked. The input variables are variables predefined by a vehicle driver (or generally an operator) that can not be directly influenced by a control or regulation system in the motor vehicle. However, a manipulated variable can be influenced. As an example of a manipulated variable, the steering angle set at a front wheel steering of the motor vehicle, a steering angle set at a rear wheel steering of the motor vehicle, a positive torque applied to at least one wheel, or a negative torque (braking torque) with which at least one is Wheel is applied. By influencing the steering angle set on the wheels of the motor vehicle and the rotational speed of individual wheels, the lateral acceleration or yaw rate can be set directly to a desired value.
Kennzeichen einer Steuerung ist, dass vom Soll-Wert auf den Wert der Stellgröße zurückgerechnet wird. Es wird ermittelt, bei welchem Wert für die Stellgröße sich der Soll-Wert einstellt. Hierzu wird ein fahrdynamisches Modell verwendet, z. B. ein lineares Einspurmodell des Kraftfahrzeugs. Das Modell wird bei der Steuerung gewissermaßen umgekehrt, weil eben das Modell angibt, wie sich aus der Stellgröße der Soll-Wert ergibt und seine Umkehrung angibt, für welchen Soll-Wert welche Stellgröße die richtige ist.The characteristic of a control system is that it is calculated back from the setpoint value to the value of the manipulated variable. It is determined at which value for the manipulated variable sets the target value. For this purpose, a vehicle dynamics model is used, for. B. a linear single-track model of the motor vehicle. The model is in a sense reversed in the control, because just the model indicates how the set value results from the manipulated variable and its inversion indicates for which setpoint value which correcting variable is the right one.
Bei einer Regelung wird ein Ist-Wert für die Ausgangsgröße gemessen und mit einem Soll-Wert verglichen: Die Differenz zwischen Soll-Wert und Ist-Wert bestimmt unmittelbar den Wert der Stellgröße. Idealerweise stellt sich bei einer Regelung kurzfristig der richtige Soll-Wert ein.In a closed-loop control, an actual value for the output variable is measured and compared with a setpoint value: The difference between setpoint value and actual value directly determines the value of the manipulated variable. Ideally, in the case of a regulation, the correct target value is established at short notice.
Der Vorteil einer Regelung besteht darin, dass auch bei leicht veränderten Umständen (z. B. bei einer Änderung des Gewichts des beladenen Fahrzeugs, einer Änderung der Reibwerte der Fahrbahn etc.) der richtige Wert eingestellt wird. Nachteilig an einer Regelung ist, dass wegen der Notwendigkeit der Messung des Ist-Wertes, weil insbesondere bei der Gierrate der zugehörige Sensor eine gewisse Zeit braucht, die Reaktion nicht unmittelbar ist, was dazu führt, dass nicht unter allen Umständen eine stabile Übereinstimmung von Ist-Wert und Soll-Wert erzielt wird.The advantage of a closed-loop control system is that the correct value is set even in the case of slightly changed circumstances (eg when the weight of the loaded vehicle changes, the road surface friction coefficient changes). A disadvantage of a scheme is that because of the need to measure the actual value, because in particular the yaw rate of the associated sensor takes a certain amount of time, the reaction is not immediate, which means that not in all circumstances, a stable match of actual Value and target value is achieved.
Der Vorteil der Steuerung besteht darin, dass der Wert für die Stellgröße direkt aus dem Soll-Wert für die Ausgangsgröße berechnet werden kann, sodass sich in der Regel so gut wie kein Phasenverzug ergibt. Die Ansteuerung bleibt auch stabil. Nachteilig an der Steuerung ist aber, dass man nur dann ein optimales Folgeverhalten erreicht, wenn das in der Steuerung verwendete (umgekehrte) Modell die Realität besonders gut wiedergibt. Ein Modell kann naturgemäß die Realität aber nur näherungsweise wiedergeben, sodass der Wert für die Stellgröße nicht immer der zu 100% richtige Wert ist. Auch mögliche Störungen wie Messrauschen und Stöße bei der Fahrt des Kraftfahrzeugs werden bei einer Steuerung nicht berücksichtigt.The advantage of the controller is that the value for the manipulated variable can be calculated directly from the setpoint value for the output variable so that as a rule there is virtually no phase delay. The control remains stable. A disadvantage of the control, however, is that it achieves optimum follow-up behavior only if the (reversed) model used in the control reproduces the reality particularly well. Of course, a model can only approximate the reality so that the value for the manipulated variable is not always 100% correct. Even possible disturbances such as measurement noise and shocks when driving the motor vehicle are not taken into account in a controller.
Es wäre wünschenswert, könnte man die Vorteile der Steuerung mit den Vorteilen der Regelung verbinden.It would be desirable to be able to combine the benefits of control with the benefits of control.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Festlegen des Wertes einer Stellgröße, gemäß der eingangs genannten Gattung, bereitzustellen, das sowohl mehr Vorteile als die bekannte Steuerung als auch mehr Vorteile als die bekannte Regelung aufweist.It is therefore an object of the invention to provide a method for determining the value of a manipulated variable, according to the aforementioned type, which has both more advantages than the known control and more advantages than the known control.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.The object is achieved by a method having the features of patent claim 1.
Erfindungsgemäß wird aus einem Ist-Wert von zumindest einer Eingangsgröße anhand eines Modells ein Schätzwert für die Ausgangsgröße berechnet. Der Schätzwert stellt eine Näherung für den tatsächlichen Ist-Wert dar, man könnte ihn auch als „Pseudo-Ist-Wert” bezeichnen. Der Schätzwert bestimmt dann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens den Wert für die Stellgröße.According to the invention, an estimated value for the output variable is calculated from an actual value of at least one input variable on the basis of a model. The estimate is an approximation of the true actual value, which could be called a "pseudo-actual value". The estimated value then determines the value for the manipulated variable in the context of the method according to the invention.
Dadurch, dass der Schätzwert den Wert für die Stellgröße bestimmt, kann auf die Messung des Ist-Werts verzichtet werden. Dann werden diejenigen Nachteile vermieden, die aufgrund der Zeitverzögerung bei der Messung des Ist-Werts beim Festlegen eines Wertes einer Stellgröße auftreten.The fact that the estimated value determines the value for the manipulated variable, can be dispensed with the measurement of the actual value. Then those will be Avoid disadvantages that occur due to the time delay in the measurement of the actual value when setting a value of a manipulated variable.
Es wird vorliegend ausgenützt, dass bestimmte Eingangsgrößen ohnehin ermittelt (gemessen) werden, und es muss nicht abgewartet werden, bis sich aus den Eingangsgrößen ein Wert für die Ausgangsgröße ergibt. Vielmehr können die Werte für die Eingangsgrößen unmittelbar verwendet werden, um den Schätzwert zu ermitteln. Der Schätzwert trägt somit den tatsächlichen Gegebenheiten frühzeitig Rechnung und erlaubt daher eine schnelle Anpassung der Stellgröße.In the present case, it is utilized that certain input variables are determined (measured) in any case, and it is not necessary to wait until a value for the output variable results from the input variables. Rather, the values for the input variables can be used directly to determine the estimated value. The estimated value thus takes account of the actual conditions at an early stage and therefore allows a fast adjustment of the manipulated variable.
Die Anpassung der Stellgröße kann im Rahmen einer Art von Regelung erfolgen, und zwar wird eine Differenz von Soll-Wert und Schätzwert für die Ausgangsgröße durch Variation der Stellgröße auf einen Wert von Null geregelt. Mit anderen Worten wird der Schätzwert auf den Soll-Wert geregelt. Bei dieser Art von Regelung muss der Ist-Wert gar nicht mehr ermittelt werden, und er wird durch den Schätzwert als „Pseudo-Ist-Wert” ersetzt. Bei dieser andersartigen Regelung ergibt sich eher ein stabiler Zustand als bei der herkömmlichen Regelung, weil es nicht mehr den Zeitversatz zwischen den Eingangsgrößen und dem Gewinnen des Messwerts für die Ausgangsgröße gibt. Die Berechnungen können insbesondere sehr schnell erfolgen, wesentlich schneller als in der Messung.The adjustment of the manipulated variable can be done in the context of a kind of regulation, namely, a difference between the target value and the estimated value for the output variable by varying the manipulated variable to a value of zero. In other words, the estimated value is regulated to the desired value. In this type of regulation, the actual value no longer has to be determined, and it is replaced by the estimated value as a "pseudo-actual value". In this different regulation, a stable state is obtained rather than in the conventional regulation, because there is no longer the time offset between the input variables and the acquisition of the measured value for the output variable. In particular, the calculations can be very fast, much faster than in the measurement.
Die Erfindung kann auch durch eine bestimmte Art von Steuerung realisiert sein, und zwar erfolgt eine Steuerung dann unter Verwendung eines weiteren (nämlich eines umgekehrten) Modells wie bei normalen Steuerungen, wobei aber die Parameter, die in dem Modell verwendet sind, von dem Schätzwert beeinflusst werden und daher variabel sind. Auf diese Weise kann unter Verwendung des Schätzwerts das (umgekehrte) Modell regelmäßig an die tatsächlichen Gegebenheiten angepasst werden, diese andersartige Steuerung hat daher diesbezüglich Vorteile gegenüber der herkömmlichen Steuerung, bei der das Modell nicht angepasst wird.The invention can also be realized by a certain type of control, in which case a control is then carried out using a further (namely a reversed) model as in normal controls, but the parameters used in the model are influenced by the estimated value and are therefore variable. In this way, using the estimated value, the (inverse) model can be regularly adjusted to the actual conditions, this different type of control therefore has advantages in this respect over the conventional control, in which the model is not adapted.
Die Ausgangsgröße, Stellgröße und Eingangsgröße sind bevorzugt diejenigen Größen, die in der obigen Beschreibung des Standes der Technik genannt wurden. Die Ausgangsgröße kann zusätzlich auch ein Schwimmwinkel, eine Seitenkraft, eine Längskraft, ein Radlängsschlupf oder ein Radquerschlupf sein.The output variable, manipulated variable and input variable are preferably those quantities which have been mentioned in the above description of the prior art. In addition, the output variable may also be a slip angle, a side force, a longitudinal force, a longitudinal wheel slip or a wheel slip slip.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet das Modell, mit Hilfe dessen der Schätzwert berechnet wird, Parameter, die beim laufenden Betrieb des Kraftfahrzeugs wiederholt neu bestimmt werden. Ein solches Modell kann man auch als „adaptives Modell” bezeichnen, weil es sich an die tatsächlichen Gegebenheiten mit ausreichender Schnelligkeit anpassen kann. Es kann die Schnelligkeit, mit der die Parameter jeweils neu bestimmt werden, geringer sein als die Schnelligkeit mit der jeweils wieder ein neuer Schätzwert und ein neuer Wert für die Stellgröße bestimmt werden; denn die Umgebungsbedingungen ändern sich weniger schnell als die Eingangsgrößen. Ein Beispiel für einen solchen in einem Modell verwendeten Parameter ist die Schräglaufsteifigkeit an einem Rad, gegebenenfalls eine für die Vorderräder, und eine für die Hinterräder bestimmte, die in ein lineares Einspurmodell als Parameter eingeht. Ist die Ausgangsgröße die Gierrate, so lässt sich durch Anpassung der Schräglaufsteifigkeiten alleine bereits das lineare Einspurmodell relativ gut an die tatsächlichen Gegebenheiten anpassen.In a preferred embodiment of the invention, the model by which the estimated value is calculated uses parameters that are repeatedly redetermined during ongoing operation of the motor vehicle. Such a model can also be called an "adaptive model" because it can adapt to the actual circumstances with sufficient speed. The speed with which the parameters are newly determined in each case can be less than the speed with which a new estimated value and a new value for the manipulated variable are again determined; because the environmental conditions change less quickly than the input variables. An example of such a parameter used in a model is the skew stiffness on a wheel, optionally one for the front wheels, and one for the rear wheels, which is a parameter in a linear one-track model. If the output variable is the yaw rate, then by adapting the skew stiffnesses alone, the linear single-track model can be adapted relatively well to the actual conditions.
Bevorzugt ist bei dieser Ausführungsform, bei der die Parameter jeweils neu bestimmt werden, vorgesehen, dass aus den Eingangsgrößen mit Hilfe des Modells ein Schätzwert für eine Messgröße bestimmt wird. Die Parameter werden so lange variiert, bis der Schätzwert für die Messgrößen nach einem vorbestimmten Kriterium auf einen Messwert für die Messgröße abgeglichen ist. (Das vorbestimmte Kriterium kann beinhalten, dass der Schätzwert „so weit als möglich” mit dem Messwert übereinstimmt, d. h. zum Beispiel mit einer bestimmten Genauigkeit).In this embodiment, in which the parameters are respectively newly determined, it is preferably provided that an estimated value for a measured variable is determined from the input variables with the aid of the model. The parameters are varied until the estimated value for the measured variables is matched to a measured value for the measured variable according to a predetermined criterion. (The predetermined criterion may include that the estimate "as much as possible" coincides with the measurement, i.e., for example, with a certain accuracy).
Ein solches Verfahren ist Gegenstand der anhängigen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2010 050 278.2. Dort ist beschrieben, dass ein Kalman-Filter oder allgemein ein Beobachter verwendet werden kann, um das Abgleichen der Parameter zu bewerkstelligen.Such a method is the subject of the pending patent application with the
Bevorzugt ist die Messgröße bei dieser bevorzugten Ausführungsform gleich der Ausgangsgröße, d. h. es kann also der selbe Schätzwert doppelt verwendet werden, er geht einmal in die Stellgröße ein und außerdem wird er mit dem Messwert verglichen.In this preferred embodiment, the measured variable is preferably equal to the output variable, ie. H. So it can be used twice the same estimate, he goes once in the manipulated variable and also it is compared with the measured value.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben, in derHereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described with reference to the drawing, in which
Bei einer reinen Steuerung wird ein Soll-Wert SW festgelegt, und aus dem Soll-Wert wird unter Verwendung eines sog. inversen Modells der Wert St einer Stellgröße ermittelt, die ja das eigentliche dynamische System
Vorliegend sei das System
Bei einer Regelung wird aus dem System
Nachteilig an der Steuerung ist, dass es keine Rückkopplung zwischen Ist-Wert zum Soll-Wert gibt. Ist das inverse Modell
Nachteilig an der Regelung gemäß
Dieser Schätzwert SchW wird dann in einem ähnlichen Komperator K' mit dem Sollwert SW verglichen, und das Differenzsignal ΔSSch wird dann einem Regler
Abweichend von der Ausführungsform gemäß
Die Ausführungsform gemäß
Das adaptive Modell
Die jeweilige Neubestimmung der Schräglaufsteifigkeit kann auf wesentlich einfachere Art erfolgen als das Durchlaufen der Schleife
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