DE102012217672A1

DE102012217672A1 - Verfahren zum Einstellen der Gierdämpfung an einem zweispurigen zweiachsigen Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102012217672A1
Application number: DE201210217672
Authority: DE
Inventors: Dirk Odenthal; Michael Sailer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2014-06-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Gierdämpfung an einem zweispurigen zweiachsigen Kraftfahrzeug, wobei auf einen vom Fahrer vorgegebenen Lenkwunsch hin ein zusätzliches auf das Fahrzeug wirkendes Dämpf-Giermoment erzeugt wird, welches im zeitlichen Verlauf der Gierrate des Fahrzeugs ein durch den Lenkwunsch verursachtes Überschwingen verringert. Dabei wird das Dämpf-Giermoment ohne Rückführung einer das Gierverhalten des Fahrzeugs wiedergebenden Messgröße durch eine Steuerung vorgegeben, welche als einzige Eingangsgrößen die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und den vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel berücksichtigt und weiterhin auf das Einspurmodell oder eine andere Modelldarstellung zur Erklärung der stationären und instationären Querdynamik von zweispurigen Kraftfahrzeugen mit den darin enthaltenen Modellparametern zugreift, wobei dieses Dämpf-Giermoment mittels eines einzigen geeigneten Aktuators dargestellt wird. Vorzugsweise wird die Größe des zu erzeugenden Dämpf-Giermoments über in der Steuerung hinterlegte Faktoren ermittelt, welche die (prozentuale) Relation zur fahrzeugspezifischen Gierdämpfung angeben, die systemimmanent ohne ein zusätzliches Dämpf-Giermoment wirkt. Es können in Abhängigkeit von weiteren aktuellen Randbedingungen verschiedene Prozeduren für die Steuerung des Dämpf-Giermomentes wirksam werden, die zu unterschiedlich stark ausgeprägten Dämpf-Giermomenten führen und es kann dem Fahrer die relative Stärke des gestellten Dämpf-Giermoments visuell mitgeteilt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Gierdämpfung an einem zweispurigen zweiachsigen Kraftfahrzeug, wobei auf einen vom Fahrer vorgegebenen Lenkwunsch hin ein zusätzliches auf das Fahrzeug wirkendes Dämpf-Giermoment erzeugt wird, welches im zeitlichen Verlauf der Gierrate des Fahrzeugs ein durch den Lenkwunsch verursachtes Überschwingen verändert, insbesondere verringert. Zum Stand der Technik wird insbesondere auf die EP 1 336 548 B1 und daneben auf die DE 10 2005 037 479 A1 und auf die WO 2006/007908 A1 verwiesen.
Beispielsweise aus der erstgenannten Schrift ist es bekannt, dass an einem zweispurigen Straßen-Fahrzeug die Gierdämpfung der Fahrzeug-Lenkung gezielt und dabei insbesondere in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs verändert werden kann. Bekanntlich reagiert ein Fahrzeug auf eine Lenk-Vorgabe des Fahrers, mit welcher insbesondere die lenkbaren Vorderäder des Fahrzeugs, gegebenenfalls zusätzlich dessen Hinterräder mit einem erheblich kleineren Lenkwinkel als die Vorderräder gelenkt, d. h. um ihre Lenkdrehachse (Spreizachse) verschwenkt werden, mit einer beispielsweise als zeitlicher Verlauf der Gierrate darstellbaren Sprungantwort, welche ein gewisses Überschwingen aufweist. Dieses Überschwingen klingt entsprechend der dem Fahrzeug eigenen Gierdämpfung ab. Diese dem Fahrzeug eigene, auch als fahrzeugspezifische Gierdämpfung bezeichnete Gierdämpfung ist systemimmanent wirksam und insbesondere durch die Gestaltung des Fahrwerks sowie durch die Gesamt-Auslegung des Fahrzeugs vorgegeben und weiterhin von den aktuellen Randbedingungen abhängig.
Zur Darstellung eines gewünschten Fahrverhaltens des Fahrzeugs, welches für den Fahrer beim Lenken spürbar ist, kann die fahrzeugspezifische Gierdämpfung durch Erzeugung eines zusätzlichen auf das Fahrzeug wirkenden Giermoments gezielt verändert werden. Dieses zusätzliche Giermoment wird vorliegend als Dämpf-Giermoment bezeichnet. Ein solches zusätzliches Dämpf-Giermoment kann bei einer in der bereits genannten EP 1 336 548 B1 beschriebenen geregelten Einrichtung zur Steuerung des dynamischen Verhaltens eines Fahrzeugs durch einen Regler, der eine Einstellungsfunktion für die geschwindigkeitsabhängige Dämpfung der Bewegung des Fahrzeugs um eine definierte Achse unabhängig von den übrigen Eigenschaften des Fahrzeugs um diese definierte Achse aufweist, dargestellt werden. Dabei ist in dieser genannten Schrift ein entsprechender Regler allgemein für beliebige Achsen (im Raum) vorgeschlagen, dem aktuelle mittels Sensoren ermittelte Angaben zur Fahrzeug-Dynamik rückgeführt werden, so dass neben der Gierdämpfung bezüglich einer Drehbewegung um die Hochsachse auch Nickbewegungen des Fahrzeug-Aufbaus (um die Fzg.-Querachse) und Wankbewegungen des Fahrzeug-Aufbaus (um die Fzg.-Längsachse) entsprechend bedämpft werden können.
Es hat sich gezeigt, dass die im Stand der Technik gemäß der EP 1 336 548 B1 vorgeschlagenen Eingriffe eines Reglers insbesondere für die Erzeugung eines zusätzlichen Dämpf-Giermoments nicht zuverlässig reproduzierbar dargestellt bzw. umgesetzt werden können. Die vom Regler erwarteten bzw. benötigten fahrdynamischen Rückführgrößen sind nämlich oftmals stark verrauscht, kommen gelegentlich zu spät und sind darüber hinaus von der Fahrbahn und den Umweltbedingungen abhängig, weswegen mit dieser bekannten Einrichtung eine durch Aufbringen eines Dämpf-Giermoments gewünschte Steigerung des Fahrkomforts insbesondere im dynamischen Linearbereich nicht erzielbar ist. Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Lösung dieser Aufgabe ist für ein Verfahren zum Einstellen der Gierdämpfung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass das (zusätzliche) Dämpf-Giermoment ohne Rückführung einer das Gierverhalten des Fahrzeugs wiedergebenden Messgröße durch eine Steuerung vorgegeben wird, welche als einzige Eingangsgrößen die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und den vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel berücksichtigt und weiterhin auf das Einspurmodell oder eine andere Modelldarstellung zur Erklärung der stationären und instationären Querdynamik von zweispurigen Kraftfahrzeugen mit den darin enthaltenen Modellparametern zugreift, und dass dieses Dämpf-Giermoment mittels eines einzigen geeigneten Aktuators dargestellt wird.
Erfindungsgemäß wird anstelle einer Regelung eine Steuerung verwendet, die ohne Rückführung von die Dynamik des Fahrzeugs wiedergebenden Messgrößen auskommt. Damit ist nicht nur eine sichere Reproduzierbarkeit gewähreistet, sondern es ist vorteilhafterweise eine äußerst schnelle, kurzfristige Reaktion auf eine Lenkvorgabe des Fahrers darstellbar. Die im Rahmen der Steuerung berücksichtigten Eingangsgrößen sind samt und sonders eindeutig und liegen auch zur Verwendung in anderen die Fahrdynamik beeinflussenden Prozessen bereits vor. Einer schnellen Beeinflussung der Sprungantwort des Systems auf eine Lenkvorgabe ist auch das weitere kennzeichnende Merkmal förderlich, dass ein einziger Aktuator solchermaßen angesteuert wird, dass das gewünschte Dämpf-Giermoment auf das Fahrzeug einwirkt. Für einen solchen Aktuator kommen verschiedene Verstellsysteme der Fahrwerks-Aktuatorik moderner Zweispur-Kraftfahrzeuge in Frage. Neben einem Lenkungssteller für die lenkbaren Vorderräder (beispielsweise in Form eines Überlagerungsstellers an der Lenksäule bzw. Lenkspindel) kann ein Lenksteller für lenkbare Hinterräder zum Einsatz kommen, aber auch Aktuatoren zur einseitigen Beeinflussung der Fahrzeug-Längsdynamik, d. h. indem nur ein Rad oder die Räder auf einer Fahrzeug-Seite verzögert oder beschleunigt werden. Weiterhin ist die Gierdynamik auch durch einen die Vertikaldynamik des Fahrzeugs beeinflussenden Aktutor beeinflussbar, so dass auch mit einem hinsichtlich seiner Dämpfungscharakteristik verstellbarem Schwingungsdämpfer oder mit einer oder einem hinsichtlich der Federrate verstellbaren Tragfeder oder Stabilisator ein geeignetes Dämpf-Giermoment aufgebracht werden kann. Schließlich kann auch ein Aktuator zur Beeinflussung der Längskraftverteilung zwischen der Vorderachse und der Hinterachse des Fahrzeugs zum Einsatz kommen, wobei die Längskräfte in Form von Zug oder Schub wirken können, d. h. das Fahrzeug beschleunigen oder verzögern können. Unter Verwendung der geläufigen Fachausdrücke können beispielsweise ein Aktuator einer „Aktivlenkung” oder einer Hinterradlenkung zum Einsatz kommen, ferner Aktuatoren für radindividuellen Bremseneingriff an der Vorderachse oder an der Hinterachse, oder Aktuatoren für sog. Torquevectoring oder für eine Wankstabilisierung, ferner Aktuatoren von Verstelldämpfern oder einer sog. Active BodyControl, weiterhin eine geregelte Hinterachssperre oder Vorderachssperre oder geeignete Aktuatoren eines Allrad-Antriebssystems, die das Antriebsmoment geeignet zwischen Vorderachse und Hinterachse verteilen, sowie ein funktionaler Allrad-Antrieb zweier entkoppelt unabhängig ansteuerbarer Achsen und das Torque-Vectoring mittels Radnabenmotoren, wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist.
Wenn die Größe des zu erzeugenden Dämpf-Giermoments über in der Steuerung hinterlegte Faktoren ermittelt wird, welche die (beispielsweise prozentuale) Relation zur fahrzeugspezifischen Gierdämpfung angeben, die systemimmanent ohne ein zusätzliches Dämpf-Giermoment wirkt, so ist eine besonders einfache Systemabstimmung am Fahrzeug möglich. Ein Applikateur, der die erfindungsgemäße Steuerung für ein Fahrzeug bzw. einen Fahrzeug-Typ auslegt, kann somit insbesondere in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs vorgeben, um wieviel, d. h. um welchen Faktor stärker (oder schwächer) als die fahrzeugspezifische Gierdämpfung die mit einer Umsetzung der erfindungsgemäßen Steuerung dann tatsächlich am Fahrzeug wirksame Gierdämpfung sein soll.
Wenn dann in der täglichen Fahrpraxis die erfindungsgemäße Steuerung anhand der aktuellen Randbedingungen, nämlich anhand der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und anhand des vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkels den hinterlegten spezifischen Faktor ermittelt, so muss weiterhin die unter diesen Randbedingungen wirkende fahrzeugspezifische Gierdämpfung bekannt sein, damit ein gewünschtes zusätzliches Dämpf-Giermoment gestellt werden kann. Bevorzugt wird die besagte fahrzeugspezifische Gierdämpfung anhand des Einspurmodells oder anhand einer anderen Modelldarstellung zur Erklärung der stationären und instationären Querdynamik von zweispurigen Kraftfahrzeugen unter Berücksichtigung der darin enthaltenen notwendigen Modellparameter in einer elektronischen Steuereinheit rechnerisch ermittelt, wobei es sich bei den genannten Modellparametern beispielsweise um die Schräglaufsteifigkeiten der Vorderachse und der Hinterachse des Fahrzeugs oder diesen Größen entsprechende Größen, nämlich um den Quotienten dieser Schräglaufsteifigkeiten und die sog. charakteristischen Geschwindigkeit des Fahrzeugs handeln kann, weiterhin um die Fahrzeug-Fahrgeschwindigkeit, den aktuellen vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel, die Fahrzeug-Masse und die Position von dessen Schwerpunkt oder die Masseträgheit des Fahrzeugs um die Hochachse. Dabei können solche Modellparameter entweder fest appliziert sein oder auf grundsätzlich bekannte Weise mittels eines geeigneten Beobachtermodells in einer bzw. der (genannten) elektronischen Steuereinheit aus dem zurückliegenden Verhalten des Fahrzeugs geschätzt werden.
Die erfindungsgemäße Steuerung selbst kann mit unterschiedlichen Reglerstrukturen arbeiten. Bevorzugt in Betracht kommen eine 1DOF-Struktur oder ein PID-Regler oder ein geregeltes VS-Modell oder eine inverse Modellvorsteuerung. Dabei kann eine dem Fachmann bekannte Aktuatorkompensation im Hinblick auf ein möglichst günstiges Übertragungsverhalten (des Aktuators) durchgeführt werden.
Im Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass verschiedene Prozeduren für eine erfindungsgemäße Steuerung eines Dämpf-Giermomentes in der bzw. einer geeigneten elektronischen Steuereinheit hinterlegt sind, die zu unterschiedlich stark ausgeprägten Dämpf-Giermomenten führen. Dabei können diese verschiedenen Prozeduren in Abhängigkeit von zumindest einer weiteren aktuellen Randbedingung von der elektronischen Steuereinheit selbst ausgewählt werden oder es kann eine diese verschiedenen hinterlegten Prozeduren vom Fahrer des Fahrzeugs auswählbar sein. Insbesondere im letztgenannten Fall kann dem Fahrer die relative Stärke des gestellten Dämpf-Giermoments insbesondere visuell (über eine geeignete Anzeige) mitgeteilt werden. In diesem Sinne kann somit eine Anpassung der erfindungsgemäßen Funktion über ein geeignetes Bedienelement, so bspw. einen sog. Fahrerlebnisschalter oder einen Taster zur Abschaltung eines elektronischen Stabilisierungsprogramms oder anderes vorgenommen werden. Dabei kann die erfindungsgemäße Funktion in einem grundsätzlich auf hohe Sicherheit ausgelegten Fahrmodus besonders stark ausprägt sein, d. h. ein besonders hohes Dämpf-Giermoment erzeugen, während in einem „sportlicheren” Modus, in welchem beispielsweise auch ein elektronisches Stabilisierungsprogramm im wesentlichen abgeschaltet ist, eine relative schwache (zusätzliche) Gierdämpfung zur Wirkung kommt. Es ist aber auch eine selbsttätige Anpassung der erfindungsgemäßen Funktion hinsichtlich der Intensität der Gierdämpfung an aktuelle Umfeldinformationen, zu welchen auch „Vorausschau”-Informationen zählen möglich, wobei solche Umfeldinformationen bspw. kamerabasiert oder radarbasiert oder über eine sog. „car2car-Kommunikation”, d. h. durch Informationsaustausch mit anderen Kraftfahrzeugen, gewonnen werden können. Als weiteres Beispiel sei hier ein sog. Ausweichassistent genannt, welcher eine Ausweichsituation erkennt und daraufhin die maximal mögliche Gierdämpfung (im Sinne fahrsituationsadaptiven Gierdämpfung) einstellt.
Die beigefügten Figuren zeigen zwei mögliche Reglerstrukturen, mit denen die erfindungsgemäße Funktion bzw. Steuerung zum Stellen eines zusätzlichen Dämpf-Giermoments, welches im übrigen ausdrücklich auch negativ sein kann, so dass hiermit die wirksame Gierdämpfung gegenüber der fahrzeugspezifischen Gierdämpfung verringert werden kann, dargestellt werden kann. Dabei zeigt 1 eine Struktur mit einem PID-Regler und 2 eine 1DOF-Struktur. Die in den Figuren enthaltenen Buchstaben und Abkürzungen stehen dabei für folgende Größen oder Begriffe:

δ_VA,ss: Vorderachs-Radlenkwinkel entsprechend einer Lenkwinkelvorgabe des Fahrers
δ_HA,ss: Hinterachs-Radlenkwinkel entsprechend einer Lenkwinkelvorgabe des Fahrers
v: Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs
r_d: Wunschgierrate des Fahrzeugs
r: Gierrate des Fahrzeugs
ΔMz_d: Dämpf-Giermoment = (zusätzliches) Dämp-Giermoment
ΔMz_d,aktkomp: Dämpf-Giermoment mit Aktuatorkompensation hinsichtlich möglichst günstigem Übertragungsverhalten
PID: PID-Regler
ESM: Einspurmodell, mit welchem die weiter oben genannte fahrzeugspezifische Gierdämpfung ermittelt wird
Wunsch-ESM: Einspurmodell, welches unter der Verwendung der erfindungsgemäßen Steuerung oder Funktion die gewünschte Gierdämpfung und somit auch das gewünschte Dämpf-Giermoment enthält

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1336548 B1 [0001, 0003, 0004]
DE 102005037479 A1 [0001]
WO 2006/007908 A1 [0001]

Claims

Verfahren zum Einstellen der Gierdämpfung an einem zweispurigen zweiachsigen Kraftfahrzeug, wobei auf einen vom Fahrer vorgegebenen Lenkwunsch hin ein zusätzliches auf das Fahrzeug wirkendes Dämpf-Giermoment erzeugt wird, welches im zeitlichen Verlauf der Gierrate des Fahrzeugs ein durch den Lenkwunsch verursachtes Überschwingen verändert, insbesondere verringert, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpf-Giermoment ohne Rückführung einer das Gierverhalten des Fahrzeugs wiedergebenden Messgröße durch eine Steuerung vorgegeben wird, welche als einzige Eingangsgrößen die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und den vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel berücksichtigt und weiterhin auf das Einspurmodell oder eine andere Modelldarstellung zur Erklärung der stationären und instationären Querdynamik von zweispurigen Kraftfahrzeugen mit den darin enthaltenen Modellparametern zugreift, und dass dieses Dämpf-Giermoment mittels eines einzigen geeigneten Aktuators dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des zu erzeugenden Dämpf-Giermoments über in der Steuerung hinterlegte Faktoren ermittelt wird, welche die (prozentuale) Relation zur fahrzeugspezifischen Gierdämpfung angeben, die systemimmanent ohne ein zusätzliches Dämpf-Giermoment wirkt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die fahrzeugspezifische Gierdämpfung anhand des Einspurmodells oder anhand einer anderen Modelldarstellung zur Erklärung der stationären und instationären Querdynamik von zweispurigen Kraftfahrzeugen unter Berücksichtigung der darin enthaltenen notwendigen Modellparameter ermittelt wird, bei welchen Modellparametern es sich beispielsweise um die Schräglaufsteifigkeiten der Vorderachse und Hinterachse des Fahrzeugs, die Fahrzeug-Fahrgeschwindigkeit, den aktuellen vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel, die Fahrzeug-Masse und die Position von dessen Schwerpunkt oder die Masseträgheit des Fahrzeugs um die Hochachse handeln kann.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung mit einer der folgenden Reglerstrukturen arbeitet: • 1DOF-Struktur • PID-Regler • geregeltes VS-Modell • inverse Modellvorsteuerung
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vom Fahrer des Fahrzeugs verschiedene Prozeduren für die Steuerung des Dämpf-Giermomentes wählbar sind, die zu unterschiedlich stark ausgeprägten Dämpf-Giermomenten führen.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von weiteren aktuellen Randbedingungen verschiedene Prozeduren für die Steuerung des Dämpf-Giermomentes wirksam werden, die zu unterschiedlich stark ausgeprägten Dämpf-Giermomenten führen.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei dem Fahrer die relative Stärke des gestellten Dämpf-Giermoments insbesondere visuell mitgeteilt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Stellen des Dämpf-Giermoments einer der folgenden Aktuatoren zum Einsatz kommt, nämlich ein Aktuator • zur Beeinflussung des Lenkwinkels an Vorderrädern oder Hinterrädern, oder • zur individuellen Verzögerung oder Beschleunigung eines Rades, oder • zur Beeinflussung der Vertikaldynamik • zur Beeinflussung der Längskraftverteilung zwischen der Vorderachse und der Hinterachse des Fahrzeugs
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktuatorkompensation im Hinblick auf ein möglichst günstiges Übertragungsverhalten durchgeführt wird.