DE10341412A1

DE10341412A1 - Fahrdynamikregelsystem für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE10341412A1
Application number: DE10341412A
Authority: DE
Inventors: Urs Bauer; Ralf Dr. Schwarz
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2005-01-05
Also published as: CN1787939A; CN1787939B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrdynamikregelsystem für Fahrzeuge, mit mindestens einer Signalverteilung, der Fahrzeugdaten, Umweltdaten und Daten bzgl. des Fahrerwunsches als Eingangsdaten zugeführt werden und mehreren steuer- bzw. regelbaren Subsystemen, die die Dynamik des Fahrzeugs modifizieren, wie eine fahrerunabhängig verstellbare Lenkung, ein fahrerunabhängig verstellbares Fahrwerk, eine fahrerunabhängig verstellbare Bremse und einen fahrerunabhängig verstellbaren Antriebsstrang. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Daten der Signalverteilung einer zentralen Ermittlungseinheit (Fahrzustanderkennung, Fahrerwunscherkennung) zugeführt werden, dass die zentrale Ermittlungseinheit aus den Daten der Signalverteilung ein zentrales Regelziel ermittelt und diese Daten bzgl. des zentralen Regelziels einer zentralen Stellgrößenverteilung bzw. einem zentralen Fahrzustandsregler zugeführt werden, der in einer interaktiven Kommunikation mit den Subsystemen diese Subsysteme derart ansteuert, dass das Regelziel von den Subsystemen am Fahrzeug umgesetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrdynamikregelsystem für Fahrzeuge, mit mindestens einer Signalverteilung, der Fahrzeugdaten, Umweltdaten und Daten bzgl. des Fahrerwunsches als Eingangsdaten zugeführt werden und mehreren steuer- bzw. regelbaren Subsystemen, die die Dynamik des Fahrzeugs modifizieren, wie eine fahrerunabhängig verstellbare Lenkung, ein fahrerunabhängig verstellbares Fahrwerk, eine fahrerunabhängig verstellbare Bremse und einen fahrerunabhängig verstellbaren Antriebsstrang.
Sowohl der Komfort als auch die Sicherheitstechnik nehmen in Fahrzeugen immer mehr zu. Dies führt dazu, dass Fahrzeuge mit immer mehr elektronischen und elektromechanischen Komponenten bzw. Subsystemen ausrüstet werden. Jedes Subsystem bedingt sein eigenes Steuergerät um Sensorsignale zu plausibilisieren, aufzubereiten, Stellsignale zu berechnen und seine Aktuatoren einzuregeln. Jedes dieser Subsysteme bzw. Steuergeräte arbeitet aber für sich (Stand-alone) und weiß oft nichts von den anderen.
Neben Komfortsystemen, wie automatische Scheibenheber, Außenspiegelverstellung etc. nimmt vor allem auch die Zahl an Subsystemen zur Beeinflussung bzw. Verbesserung des Fahrverhaltens bzw. der Fahrdynamik und zur Verbesserung der Si cherheit stark zu. Auch bei den Subsystemen zur Beeinflussung des Fahrverhaltens bzw. der Fahrdynamik ist der Trend zu mehr Elektronik und Elektromechanik zu beobachten. Zu den Subsystemen mit welchen das Fahrverhalten aktiv d.h. unabhängig vom Fahrer, beeinflußt werden kann, zählen das elektronische Bremssystem, das aktive Lenksystem, aktive bzw. semiaktive Fahrwerkskomponenten sowie bei Fahrzeugen mit regelbaren Zwischengetrieben auch das Antriebssystem. Jedes dieser Subsysteme soll das Fahrzeug derart beeinflussen, dass sich Verbesserungen im Fahrverhalten ergeben. Die Schwerpunkte der Regelalgorithmen liegen je nach Subsystem in unterschiedlichen Bereichen (Sicherheit, Handling oder Komfort). Die Subsysteme werden daher primär nur für ihr jeweiliges Regelziel bzw. ihr Haupteinsatzgebiet abgestimmt. Die Einsatzgebiete bzw. die Schwerpunkte der einzelnen Subsysteme überlappen sich jedoch in weiten Bereichen des fahrdynamischen Einsatzbereichs von Fahrzeugen. Jedes dieser Subsysteme arbeitet für sich alleine (Stand-alone), obwohl oft die gleichen fahrdynamischen Größen beeinflußt bzw, eingeregelt werden sollen (1 am Beispiel der Horizontalregelung). Das führt dazu, dass der Applikationsaufwand, vor allem für die gegenseitige Absicherung der einzelnen Subsysteme gegeneinander, sehr groß ist und resultiert in funktionalen Einschränkungen für jedes Subsystem (d.h, jedes Subsystem kann sein Regelungsziel nicht ideal erreichen, da es die anderen Subsysteme nicht einschränken bzw. behindern darf).
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Funktionalität einer Fahrdynamikregelung zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch dass die Daten der Signalverteilung einer zentralen Fahrzustanderkennung zugeführt werden, dass die zentrale Ermittlungseinheit aus den Daten der Signalverteilung ein zentrales, gesamtheitliches Regelziel ermittelt und diese Daten bzgl. des zentralen Regelziels einer zentralen Stellgrößenverteilung zugeführt werden, die in einer interaktiven Kommunikation mit den Subsystemen diese Subsysteme derart ansteuert, dass das Regelziel von den Subsystemen am Fahrzeug umgesetzt wird, reduziert sich der Applikationsaufwand, vor allem für die gegenseitige Absicherung der einzelnen Subsysteme gegeneinander, und die funktionalen Einschränkungen für jedes der Subsysteme entfallen.
Die Aufteilung erfolgt durch den zentralen Fahrzustandsregler bzw. die Stellgrößenverteilung selbst. Der Fahrzustandsregler bzw. die Stellgrößenverteilung ist ein Mehrgrößenregler und die entsprechende Aufteilung der Stellanforderungen auf die einzelnen Subsysteme basiert auf der Reglerauslegung (Reglerkonzept, Regleransatz, Regleralgorithmus) selbst, einem dem Regler vorgegebenen Gütekriterium bzw. Optimierungskriterium oder mittels abstimmbarer Gewichtungsfaktoren (Gewichtung entsprechend Stärke und Aktivierungsreihenfolge der Subsysteme). Beispielsweise kann es das Ziel dieser Aufteilung sein, dass bei geringer Instabilitätstendenz die Stabilitsierungsanforderung aus Komfortgründen erst auf das Fahrwerk und die Lenkung verteilt werden. Bei größerer Instabilitätstendenz sind zusätzlich noch die Bremse bzw. der Antriebsstrang berücksichtigen. Aus dieser Zielvorgabe lassen sich je nach Regleransatz ein Gütekriterium oder auch entsprechende Gewichtungsfaktoren für den Reglerentwurf bzw. den Regler ableiten.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Vorteile der Erfindung
Das Zusammenfassen aller Regelfunktionen der einzelnen Aktuatoren in einem zentralen Fahrdynamikregelalgorithmus (integrierter Ansatz) hat gegenüber der Stand-Alone Variante diverse Vorteile sowohl fahrdynamisch als auch topologisch bzw. systemtechnisch:

• Die verschiedenen Subsysteme bzw. intelligente Aktuatoren werden beim integrierten Ansatz von einem in sich geschlossenen Regelalgorithmus angesteuert. Somit ist das harmonische Zusammenspiel der einzelnen intelligenten Aktuatoren strukturell gesichert. Die Regelung des Fahrzustands ist gesichert, da sich die einzelnen intelligenten Aktuatoren nicht gegenseitig negativ beeinflussen können.
• Die Möglichkeit zur Erweiterung des zentralen Fahrdynamikreglers um neue intelligente Aktuatoren ist einfach, da der Komplexitätszuwachs bescheiden ist.
• Die gegenseitige Berücksichtigung der intelligenten Aktuatoren im Regelansatz resultiert in geringerem Applikationsaufwand (bei den Stand-alone Subsystemen müssen diese durch Fahrversuche gegeneinander abgesichert werden). Bei Erweiterungen des Stand-Alone Subsystemnetzes steigt die Komplexität ernorm an, was sich vor allem in einem stark zunehmenden Applikationsaufwand äußert.
• Die zentrale Vernetzung der einzelnen intelligenten Aktuatoren im Regelansatz resultiert in einer geringen Buslast und wenigen physikalischen Schnittstellen zwischen dem Zentralrechner und den intelligenten Aktuato ren. Würden die Stand-Alone Subsysteme „vernetzt", so würde dies zu einem nur schwer kontrollierbaren und pflegbaren Kommunikationsaufkommen zwischen den Stand-Alone Subsystemen führen.
• Die Verlagerung und Zusammenfassung bzw. Integration aller Regelfunktionen, Fahrzustandserkennungen und Fahrerinterpretationen von den Subsystemen in ein zentrales Steuergerät führt zu Kosteneinsparungen. Die einzelnen intelligenten Aktuatoren benötigen für das Ausführen ihrer Grundfunktionen (Steuerungen) weniger Rechenleistung. Somit können bei den intelligenten Aktuatoren günstigere und leistungsärmere Recheneinheiten mit weniger physikalischem Speicherbedarf zum Einsatz kommen.
• Der Aufwand für die Erweiterung und Pflege der gesamten im Fahrzeug vorhandenen Software reduziert sich, da nicht mehr wie bei den Stand-alone Subsystemen für jedes Subsystem eigene Regelalgorithmen, eine Fahrzustandserfassung und Fahrerwunscherkennung nötig sind. Die Regelalgorithmen, die Fahrzustandserfassung und die Fahrerwunscherkennung sind beim integrierten Ansatz nur einmal zentral zu erweitern und pflegen.
• Klare und eindeutige Trennung von Grundfunktionen (Steuerungen) und fahrdynamischen Regelfunktionen (Einregeln von Fahrzustandsgrößen mittels Rückführung von fahrdynamisch relevanten Größen wie beispielsweise der Gierrate, Querbeschleunigung, Schwimmwinkel, etc.).

Das optimale Zusammenspiel der einzelnen Subsysteme resultiert in einem optimalen Regelverhalten bzw. einem optimalen Erreichen der Regelziele bei ganzfahrzeugseitiger Betrachtung. Um ein optimales Zusammenspiel der einzelnen Subsyste me zu gewährleisten, werden alle übergeordneten Regelfunktionen der einzelnen Subsysteme zentral in einem Regelalgorithmus zusammengefaßt (integriert). D.h. daß alle Funktionen die das Fahrzeug durch Rückführungen, also Regelung von Fahrzustandsgrößen, beeinflussen zentral in einem Regelalgorithmus zusammengefaßt werden. Am Beispiel der Horizontalregelung bedeutet das nach 2, daß die einzelnen Subsysteme (Bremssystem, Lenksystem, Fahrwerkssystem und Antriebsystem) zu intelligenten Aktuatoren werden. Die Regelung des fahrdynamischen Zustands erfolgt aus einem zentralen übergeordneten Regelalgorithmus, der die einzelnen intelligenten Aktuatoren gezielt anspricht um seine Regelungsziele zu erreichen. Ein intelligenter Aktuator regelt nicht nur Sollwerte des übergeordneten Fahrdynamikreglers ein, sondern meldet dem übergeordneten Fahrdynamikregler auch seinen aktuellen Zustand, sowie sein noch mögliches Stellpotential zurück, so daß dies der übergeordnete Fahrdynamikregler in seiner Regelstrategie berücksichtigen kann. Jeder intelligente Aktuator hat darüber hinaus Grundfunktionen: Diese Grundfunktionen sind ihrerseits reine Steuerungen, d.h. sie agieren ohne Rückführung/Rückkopplung von fahrdynamischen Größen. Beispielsweise ist dies beim Bremssystem die elektronische Bremskraftverteilung, bei einem aktiven Lenksystem eine geschwindigkeitsabhängige Veränderung der Lenkübersetzung oder bei einem Fahrwerkssystem mit aktiven Stabilisatoren die Wankmomentenverteilung gesteuert von der Querbeschleunigung. Alle Regelfunktionen bzw. Rückführungen und Einregelungen von fahrdynamischen Größen laufen im zentralen Fahrdynamikregelalgorithmus. Auch die Bestimmung des aktuellen Fahrzustands und die Bestimmung des Fahrerwunsches erfolgen zentral in einem, dem übergeordneten Fahrdynamikregler vorgeschalteten, Block (2).
Bild 2 zeigt eine erfindungsgemäße Fahrdynamikregelung 10, die eine Signalverteilung 11 aufweist. Die Signalverteilung erhält Eingangsdaten von dem Fahrzeug 12 (Messgrößen wie z.B. der Querbeschleunigung, der Gierwinkelgeschwindigkeit,), dem Fahrer 13 (Fahrerrichtungswunsch per Lenkwinkel und/oder Gaspedal-, Bremspedalstellung) und der Umwelt 14 (sofern messbar z.B. der Fahrbahnneigungswinkel, Fahrbahnreibwert, usw.). Die Signalverteilung 11 ist mit einer Ermittlungseinheit 15(Fahrzustandserkennung, Fahrerwunscherkennung) und der Stellgrößenverteilung bzw. der Ermittlungseinheit des zentralen Fahrzustandsreglers 16 und den Subsystemen 17 bis 20 verbunden. Der Ermittlungseinheit 15 werden Eingangsdaten der Systeme Fahrer, Fahrzeug und Umwelt zur Verfügung gestellt und die Ermittlungseinheit 15 bestimmt aus diesem Signal das vom Fahrer gewünschte Sollverhalten des Fahrzeugs sowie nicht messbare Zustands- und Umgebungsgrößen (z.B. Fahrbahnreibwert) und stellt diese Größen dem zentralen Fahrzustandsregler in Block 16 zur Verfügung. Die Stellgrößenverteilung bzw, der zentrale Fahrzustandsregler 16 kommuniziert interaktiv mit der Signalverteilung 11 und stellt dieser auch Daten über die Stellgrößen zur Verfügung. Diese können der Ermittlungseinheit 15 rückgekoppelt werden. Die Stellgrößenverteilung bzw. der zentrale Fahrzustandsregler ist mit jedem der Subsysteme interaktiv verbunden und erteilt auf diesem Weg seine Stellkommandos an die einzelnen Fahrwerksubsysteme, erhält aber auf diese Weise auch Informationen über deren Zustand (z.B. funktionsfähig, teilweise funktionsfähig, nicht funktionsfähig) und über deren aktuelles Stellpotential und berücksichtigt diese Informationen der z.B. Fahrwerksubsysteme in seinen Stellanforderungen. Die Subsysteme 17–20 regeln diese Stellkommandos des zentralen Fahrzustandsreglers ein und stellen ihrerseits der Signalverteilung 11 die von ihnen eingeregelten Ist-Werte bzw. den Ist-Zustand des jeweiligen Subsystems zur Verfügung, welche diese Informationen im geschlossenen Regelkreis wiederum der Ermittlungseinheit 15 (Fahrzustandserkennung und Signalaufbereitung) zur Verfügung stellt.

Claims

Fahrdynamikregelsystem für Fahrzeuge, mit mindestens einer Signalverteilung, der Fahrzeugdaten, Umweltdaten und Daten bzgl. des Fahrerwunsches als Eingangsdaten zugeführt werden und mehreren steuer- bzw. regelbaren Subsystemen, die die Dynamik des Fahrzeugs modifizieren, wie eine fahrerunabhängig verstellbare Lenkung, ein fahrerunabhängig verstellbares Fahrwerk, eine fahrerunabhängig verstellbare Bremse und einen fahrerunabhängig verstellbaren Antriebsstrang, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten der Signalverteilung einer zentralen Ermittlungseinheit (Fahrzustanderkennung, Fahrerwunscherkennung) zugeführt werden, dass die zentrale Ermittlungseinheit aus den Daten der Signalverteilung ein zentrales Regelziel ermittelt und diese Daten bzgl. des zentralen Regelziels einer zentralen Stellgrößenverteilung bzw. einem zentralen Fahrzustandsregler zugeführt werden, der in einer interaktiven Kommunikation mit den Subsystemen diese Subsysteme derart ansteuert, dass das Regelziel von den Subsystemen am Fahrzeug umgesetzt wird.
Fahrdynamikregelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung des Regelziels auf die Subsysteme in Abhängigkeit von deren aktuellen Stellpotential sowie deren möglichen Beitrag zu dem aktuellen Regelziel erfolgt.
Fahrdynamikregelsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung des Regelziels auf die Subsysteme weiterhin in Abhängigkeit von deren aktuellen Zustand erfolgt.
Fahrdynamikregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung des Regelziels auf die Subsysteme weiterhin in Abhängigkeit von dem aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs erfolgt.
Fahrdynamikregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Regelziel in der zentralen Fahrzustandserkennung (15) ermittelt und vom zentralen Fahrzustandregler (psip-, beta-Regler) bzw. von der Stellgrößenverteilung (16) auf die Subsyteme aufgeteilt wird.
Fahrdynamikregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung des zentralen Regelziels auf die Subsysteme nach Maßgabe eines dem zentralen Fahrzustandsregler bzw. der Stellgrößenverteilung vorgegebenen Reglerkonzeptes bzw. Regleralgorithmus erfolgt, einem dem Fahrzustandsregeler bzw. der Stellgrößenverteilung (16) vorgegebenen Gütekriterium bzw. Optimierungskriterium oder mittels abstimmbarer Gewichtungsfaktoren.
Fahrdynamikregelsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Gewichtung entsprechend Stärke und Aktivierungsreihenfolge der Subsysteme erfolgt.