DE10360404A1 - Verfahren zur Dämpfung von Wankbewegungen und zur Steuerung oder Regelung der Querdynamik eines Fahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur Dämpfung von Wankbewegungen und zur Steuerung oder Regelung der Querdynamik eines Fahrzeugs Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dämpfung von Wankbewegungen eines Fahrzeugs um seine Längsachse. Der Lenkwinkel an den lenkbaren Rädern des Fahrzeugs wird fahrerunabhängig in Abhängigkeit von einer die Wankbewegung des Fahrzeugs um seine Längsachse beschreibenden Wankgröße beeinflusst.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dämpfung von Wankbewegungen eines Fahrzeugs um seine Längsachse.
  • Es ist bekannt durch aktive Lenkeingriffe eine Giergeschwindigkeitsregelung zu realisieren, um den fahrdynamischen Zustand des Fahrzeugs zu stabilisieren.
    •
  • Ausgehend hiervon soll auch eine Dämpfung der Wankbewegung erreicht werden.
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Der Lenkwinkel (δ) an den lenkbaren Rädern, insbesondere den Vorderrädern des Fahrzeugs wird Fahrer unabhängig in Abhängigkeit von einer die Wankbewegung des Fahrzeugs um seine Längsachse beschreibenden Wankgröße beeinflusst. Als Wankgröße kommen die Wankgeschwindigkeit und/oder die Wankbeschleunigung in Betracht, wobei insbesondere folgende Beziehung verwendet werden kann:
    Figure 00010001
    mit
    A: Term zur Bestimmung des Lenkwinkels in Abhängigkeit von der Giergeschwindigkeit,
    K1, K2: Vorgebbare Faktoren
  • Der Term A ergibt sich beispielsweise zu
    Figure 00020001
    mit
    lv: Abstand des Fahrzeugschwerpunktes von der Vorderachse
    αv: Schräglaufwinkel an der Vorderachse
    β: Schwimmwinkel des Fahrzeugs
    vx: Fahrzeug-Längsgeschwindigkeit
  • Durch die Berücksichtigung der Wankgeschwindigkeit und/oder der Wankbeschleunigung bei der Regelung der Giergeschwindigkeit kann die Wankdämpfung und/oder die Wankfrequenz verbessert werden. Die Wankgeschwindigkeit und die Wankbeschleunigung können gemessen oder geschätzt (z. B. Kalman-Filter) werden.
  • Als Modell für die Wankdynamik gilt folgende Gleichung:
    Figure 00020002
    mit
    D: Dämpfung
    K:
    hSp: Höhe des Schwerpunkts
    m: Fahrzeugmasse
    Ixx: Trägheitsmoment um die Fahrzeuglängsachse x
  • Dabei gilt für die natürliche Frequenz
    Figure 00030001
    und für das Dämpfungsmaß
  • Figure 00030002
  • In Gleichung (2) kann m ay durch die Summe der Seitenkraft (Sv) auf die Vorderräder und der Seitenkraft (SH) auf die Hinterräder ersetzt werden:
    Figure 00030003
    wobei zur Vereinfachung ohne Einlaufverhalten der Seitenkräfte und im linearen Bereich gilt:
  • Figure 00030004
  • Die Seitenkraft auf die Vorderräder ist proportional zum Lenkwinkel an der Vorderachse.
  • Aus (6) und (5) erhält man:
  • Figure 00030005
  • Mit δV = δV,Regler – K1Φ . ergibt sich aus Gleichung (7)
  • Figure 00030006
  • Figure 00040001
  • Aus Gleichung (8) ist zu erkennen, dass mit dem Faktor K1 die Dämpfung variiert bzw. vergrößert werden kann.
  • Wegen des Einlaufverhaltens der Seitenkräfte sV und sH wird auch die Wankbeschleunigung gedämpft und nicht nur die Wankgeschwindigkeit:
  • Figure 00040002
  • K1 und K2 sind frei wählbar. Durch das Einstellen dieser beiden Faktoren K1 und K2 kann der Fahrkomfort beeinflusst werden. Die Einstellung kann abhängig vom Fahrzeugtyp beispielsweise empirische ermittelt werden.
  • Um auf einen Sensor zur Messung des Wankwinkels, der Wankgeschwindigkeit oder der Wankbeschleunigung verzichten zu können, kann anhand der folgenden Methode die Wankgeschwindigkeit und der Wankwinkel geschätzt werden.
    •
  • Gemäß der Fig. wird die Gleichung (2) in einem Steuergerät des Fahrzeugs simuliert, wobei die gemessene Querbeschleunigung ay des Fahrzeugschwerpunktes als Eingangsgröße verwendet wird und nach einer Multiplikation mit einem Fahrzeug abhängigen Faktor
    Figure 00040003
    einem ersten Eingang eines Knotens zugeführt wird. Der Ausgangswert des Knotens wird durch zwei in Reihe geschaltete Integratoren zwei mal integriert, wobei man durch die erste Integration den Schätzwert
    Figure 00040004
    für die Wankgeschwindigkeit und nach der zweiten Integration den Schätzwert Φ ^ für den Wankwinkel erhält. Die geschätzte Wankgeschwindigkeit wird mit einem Faktor
    Figure 00050001
    multipliziert und mit negativem Vorzeichen einem zweiten Eingang des Knotens zugeführt. Der geschätzte Wankwinkel wird mit einem Faktor
    Figure 00050002
    multipliziert und mit negativem Vorzeichen einem dritten Eingang des Knotens zugeführt.
  • Zusätzlich oder alternativ zu der Beeinflussung des Lenkwinkels kann das Wankverhalten des Fahrzeugs auch über Einzelradbremseingriffe beeinflusst werden. Werden sowohl Brems- als auch Lenkeingriffe durchgeführt, so ist die Stärke und Dauer des Lenkeingriffs auf die Stärke und Dauer des Bremseingriffs abzustimmen bzw. umgekehrt.
  • Als unabhängiger Gedanke besteht bei einer Vierradlenkung die Möglichkeit, bei der Regelung der Querdynamik eines Fahrzeugs den Schwimmwinkel und die Giergeschwindigkeit voneinander zu entkoppeln:
  • 1. Möglichkeit
  • Wenn man den Hinterachs-Schwimmwinkel und den Vorderachs-Schwimmwinkel regelt, kann der Fahrzeug-Schwimmwinkel gemessen oder geschätzt werden. Wenn die Querbeschleunigung und die Gierbeschleunigung gemessen wird, kann die Regelgleichung für den Hinterachs-Schwimmwinkel und den Vorderachs-Schwimmwinkel unabhängig vom Fahrzeug-Schwimmwinkel aufgestellt werden.
  • 2. Möglichkeit
    Figure 00050003
  • Vereinfacht man Gleichung (9) durch die Vernachlässigung des Einlaufverhaltens der Seitenkräfte und unter der Annahme einer konstanten Längsgeschwindigkeit vx dann ergibt sich nach zeitlicher Ableitung von Gleichung (9):
  • Figure 00060001
  • Somit sind alle Größen (ψ .,
    Figure 00060002
    ay, vx) messbar. Anstatt βH,soll und βV,soll können β .H,soll und β .V,soll geregelt werden.
    Figure 00060003
    jeweils mit K1, K2: Frei wählbarer Verstärkungsfaktor
  • 3. Möglichkeit
  • Anstatt die Giergeschwindigkeit und den Fahrzeug-Schwimmwinkel zu entkoppeln, werden bei der Querdynamikregelung die Giergeschwindigkeit und die Schwimmwinkelgeschwindigkeit entkoppelt. Dadurch kann man auf eine Messung des Schwimmwinkels verzichten.
  • Figure 00070001
  • Leitet man Gleichung (15) zeitlich ab erhält man:
  • Figure 00070002
  • Diese Gleichung (16) bestimmt die Schwimmwinkelgeschwindigkeitsregelung an der Hinterachse des Fahrzeugs. Als Sollwert wird die Soll-Schwimmwinkelgeschwindigkeit für die Hinterachse berechnet:
  • Figure 00070003
  • Die Regelgröße ergibt sich zu
  • Figure 00070004
  • Zusätzlich kann an der Vorderachse des Fahrzeugs eine Giergeschwindigkeitsregelung erfolgen. Auf diese Weise entkoppelt man die Giergeschwindigkeitsregelung (Vorderachse) von der Schwimmwinkelgeschwindigkeitsregelung (Hinterachse). Der Vorteil besteht dabei darin, dass die Schwimmwinkelgeschwindigkeit im Gegensatz zum Schwimmwinkel messbar ist.
  • 4. Möglichkeit
  • Anstatt einer Regelung ist bei dieser Möglichkeit eine Steuerung vorgesehen. Dabei sind genaue Kenntnisse von Fahrzeugparametern, wie z. B. Reifenkennlinien von Vorteil. Gibt man die Soll-Giergeschwindigkeit, den Soll-Fahrzeug-Schwimmwinkel und deren jeweilige zeitliche Ableitungen vor, kann der Solllenkwinkel an der Vorder- und Hinterachse bestimmt werden.
  • Es gilt:
    Figure 00080001
    m·ay = Sv + SH (20)
  • Figure 00080002
  • Draus werden die Sollwerte für die Seitenkräfte bzw. die Lenkwinkel an Vorder- und Hinterachse bestimmt. Man ersetzt in den Gleichungen (19) bis (21) die Giergeschwindigkeit, die Gierbeschleunigung, den Schwimmwinkel, die Seitenkraft an der Vorderachse und die Seitenkraft an der Hinterachse durch die jeweiligen Sollwerte. Mit αy = νx(ψ .Soll – β .Soll) ergibt sich:
  • Figure 00080003
  • Dabei gilt für die Schräglaufwinkel an der Vorder- und Hinterachse: αV,Soll = SV –1(SV,Soll) (24) αH,Soll = SH –1(SH,Soll) (25)SH –1 und SH –1 ist dabei die invertierte stationäre Seitenkraft an der Hinter- bzw. Vorderachse.
  • Daraus ergeben sich die Solllenkwinkel an Vorder- und Hinterachse zu:
  • Figure 00090001

Claims (6)

  1. Verfahren zur Dämpfung von Wankbewegungen eines Fahrzeugs um seine Längsachse, dadurch gekennzeichnet, dass Fahrer unabhängig der Lenkwinkel an den lenkbaren Rädern der Vorderachse des Fahrzeugs in Abhängigkeit von einer die Wankbewegung des Fahrzeugs um seine Längsachse beschreibenden Wankgröße beeinflusst wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Wankgröße die Wankgeschwindigkeit (Φ .) und/oder die Wankbeschleunigung (
    Figure 00100001
    ) verwendet werden.
  3. Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Querdynamik eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung einer die Querdynamik des Fahrzeugs beschreibenden Querdynamikgröße unabhängig vom Schwimmwinkel des Fahrzeugs erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Querdynamikgröße die Giergeschwindigkeit und/oder die Schwimmwinkelgeschwindigkeit verwendet wird.
  5. Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Querdynamik eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass an der einen Achse des Fahrzeugs die Regelung einer ersten die Querdynamik des Fahrzeugs beschreibenden Querdynamikgröße und an der anderen Achse des Fahrzeugs die Regelung einer zweiten die Querdynamik des Fahrzeugs beschreibenden Querdynamikgröße erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung oder Regelung der Querdynamik durch gezieltes Bremsen einzelner Räder und/oder durch Fahrer unabhängige Lenkeingriffe erfolgt.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2013083208A3 (de) * 2011-12-09 2014-12-24 Wabco Gmbh Fahrstabilisierungsverfahren, fahrstabilisierungseinrichtung und fahrzeug damit

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