DE112004002252B4

DE112004002252B4 - Verfahren zum Unterstützen eines Fahrzeugbedieners beim Stabilisieren eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE112004002252B4
Application number: DE112004002252T
Authority: DE
Inventors: Fred Galkowski; Thomas Berthold; Thomas Raste; Urs Bauer
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2003-12-04
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2024-12-04
Also published as: DE112004002251D2; EP1807300A1; CN1890146A; KR20060120681A; JP2007513008A; DE112004002252D2; CN100445148C; EP1807300B1; JP2007513009A; US20070239333A1; US8078361B2; EP1692031A1; WO2005054040A1; US20080040002A1; WO2005054039A1; KR101205251B1; US7496436B2; CN1890147A; KR101225936B1; KR20060117333A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrzeugbedieners beim Stabilisieren eines Fahrzeugs, bei dem ein Lenkstrang des Fahrzeugs mit einem Zusatzlenkmoment beaufschlagt wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein erster Anteil des Zusatzlenkmoments in Abhängigkeit einer Lenkwinkelabweichung zwischen einem momentanen Lenkwinkel an lenkbaren Rädern des Fahrzeugs und einem Solllenkwinkel bestimmt wird, wobei die Lenkwinkelabweichung in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen einem momentanen Wert einer Gierrate des Fahrzeugs und einem Wert einer Referenzgierrate bestimmt wird, und wobei der Wert der Referenzgierrate anhand eines Wertes wenigstens einer von dem Fahrer vorgegebenen Größe in einem Fahrzeugmodell ermittelt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrzeugbedieners beim Stabilisieren eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Vielzahl moderner Fahrzeuge ist bereits mit einer Gierratenregelung (ESP) ausgestattet, die ein Fahrzeug in kritischen Fahrsituationen stabilisiert. Die Regelung basiert dabei auf radindividuellen Bremseingriffen und Eingriffen in die Motorsteuerung, die vorgenommen werden, wenn das Fahrzeugverhalten von einem vorgegebenen Sollverhalten abweicht. Die Regeleingriffe sind für den Fahrzeugbediener sehr deutlich spürbar und damit sehr unkomfortabel, so dass sie üblicherweise erst dann vorgenommen werden, wenn bereits eine erhebliche Abweichung zu dem Sollverhalten festgestellt wird.
Es ist ferner bekannt, in kritischen Fahrsituationen durch Regeleingriffe in die Lenkung des Fahrzeugs unabhängig von den Lenkvorgaben des Fahrzeugbedieners einen Lenkwinkel einzustellen, der den Fahrzustand des Fahrzeugs stabilisiert. Diese Eingriffe werden von dem Fahrer nicht als erhebliche Beeinträchtigung empfunden und können somit bereits bei geringeren Abweichungen von dem Sollverhalten vorgenommen werden. Hierfür muss das Fahrzeug jedoch mit einem geeigneten Lenksystem, beispielsweise einer Überlagerungslenkung oder einer Steer-by-Wire-Lenkung ausgerüstet sein. Zudem besteht die Gefahr von fehlerhaften Regeleingriffen, welche die Stabilität des Fahrzeugs erheblich beeinträchtigen können.
Daher ist es wünschenswert, den Fahrer des Fahrzeugs zu Beginn eines instabilen Fahrverhaltens und insbesondere bei seiner Kursführungsaufgabe lediglich zu unterstützen, ohne dass Stellgrößen, wie beispielsweise der Lenkwinkel des Fahrzeugs, direkt eingestellt werden.
Aus der DE 195 27 334 A1 ist ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrzeugbedieners beim Stabilisieren eines Fahrzeugs bekannt, bei dem ein Lenkstrang des Fahrzeugs mit einem Zusatzlenkmoment beaufschlagt wird. Dabei wird ein erster Anteil des Zusatzlenkmoments in Abhängigkeit einer Lenkwinkelabweichung zwischen einem momentanen Lenkwinkel an lenkbaren Rädern des Fahrzeugs und einem Solllenkwinkel bestimmt. Die Lenkwinkelabweichung wird in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen einem momentanen Wert einer Gierrate des Fahrzeugs und einem Wert einer Referenzgierrate bestimmt und der Wert der Referenzgierrate wird anhand eines Wertes wenigstens einer von dem Fahrer vorgegebenen Größe in einem Fahrzeugmodell ermittelt.
Die DE 100 32 340 A1 offenbart ein Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs, bei dem eine variable Momentenunterstützung des Fahrerlenkwunsches und ein von einem Fahrdynamikregler ausgelöster Eingriff in die Stellung der gelenkten Räder ohne gegenseitige Beeinträchtigung realisierbar sind.
Die internationale Patentanmeldung WO 02/062647 A1 beschreibt ein Lenksystem für ein Fahrzeug, bei dem der Fahrzeugbediener eine haptische Information über den Fahrzustand erhält. In Abhängigkeit einer Abweichung zwischen der Gierrate des Fahrzeugs und einer Referenzgierrate wird dabei durch einen Elektromotor ein Lenkmoment eingestellt, durch das die Lenkung leicht- bzw. schwergängiger wird.
Hierdurch erhält der Fahrer jedoch keine konkreten Vorgaben dazu, wie er das Fahrzeug stabilisieren kann, wenn ein instabiler Fahrzustand vorliegt. Insbesondere unerfahrene Fahrer wissen jedoch, beispielsweise in einer Unter- oder Übersteuersituation nicht, in welcher Weise sie reagieren müssen, um einen stabilen Fahrzustand zu erreichen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass der Fahrer eines Fahrzeugs zuverlässig bei der Stabilisierung des Fahrzeugs unterstützt wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrzeugbedieners beim Stabilisieren eines Fahrzeugs bereit, bei dem ein Lenkstrang des Fahrzeugs mit einem Zusatzlenkmoment beaufschlagt wird, das sich dadurch auszeichnet, dass ein erster Anteil des Zusatzlenkmoments in Abhängigkeit einer Lenkwinkelabweichung zwischen einem momentanen Lenkwinkel an lenkbaren Rädern des Fahrzeugs und einem Solllenkwinkel bestimmt wird, wobei die Lenkwinkelabweichung in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen einem momentanen Wert einer Gierrate des Fahrzeugs und einem Wert einer Referenzgierrate bestimmt wird, und wobei der Wert der Referenzgierrate anhand eines Wertes wenigstens einer vom Fahrer vorgegebenen Größe in einem Fahrzeugmodell ermittelt wird.
Es hat sich dabei jedoch gezeigt, dass durch das Aufbringen des Zusatzlenkmoments insbesondere bei Fahrzeugen, die mit einem ESP-Regler zum Regeln einer Gierratenabweichung ausgerüstet sind, zu Instabilitäten kommen kann. Dies konnte darauf zurückgeführt werden, dass die Referenzgierrate durch die Lenkbewegungen des Fahrers, die dieser aufgrund der Unterstützung anhand des Zusatzlenkmoments ausführt, beeinflusst wird. Durch die wechselseitige Beeinflussung zwischen dem Wert des Zusatzlenkmoments und dem Wert der Referenzgierrate kam es dabei teilweise zu Schwingungen in der Gierrate, bei denen sich das Fahrzeug ”aufschaukelte”.
Zur Vermeidung dieses Problems ist es vorgesehen, dass das Zusatzlenkmoment dann zurückgenommen wird, wenn die momentane Gierrate des Fahrzeugs betragsmäßig unter einen Wert der Referenzgierrate sinkt, der zu dem Zeitpunkt des Beginns einer instabilen Fahrsituation ermittelt wird.
Durch ein derartiges Verfahren kann der Fahrer zuverlässig und wirkungsvoll dabei unterstützt werden, einen Solllenkwinkel einzustellen, der den Fahrzustand des Fahrzeugs, beispielsweise in einer Übersteuersituation stabilisiert.
Die Referenzgierrate wird dabei vorzugsweise in Abhängigkeit eines von dem Fahrzeugbediener eingestellten Lenkwinkels ermittelt und berücksichtigt so das von dem Fahrer gewünschte Fahrverhalten des Fahrzeugs.
Hierdurch konnte eine stabile Regelung des Fahrzustandes des Fahrzeugs erreicht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Lenkwinkelabweichung in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen einem momentanen Wert der Gierrate des Fahrzeugs und dem Wert der Referenzgierrate bestimmt wird, der zu einem Zeitpunkt eines Beginns einer instabilen Fahrsituation ermittelt wird.
Auch hierdurch lässt sich eine wechselseitige Beeinflussung zwischen dem Wert des Zusatzlenkmoments und dem Wert der Referenzgierrate vermeiden und eine stabile Regelung erreichen.
Der Zeitpunkt des Beginns einer instabilen Fahrsituation wird vorzugsweise durch eine Aktivierungslogik bestimmt. Zweckmäßigerweise greift die Aktivierungslogik dabei auf Ergebnisse einer Fahrsituationserkennung zu.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein zweiter Anteil des Zusatzlenkmoments in Abhängigkeit eines geschätzten Wertes eines Reifenrückstellmoments bestimmt wird.
Durch die Berücksichtigung des Reifenrückstellmoments wird es dabei ermöglicht, den momentanen Fahrbahnzustand bei den Regeleingriffen zu berücksichtigen. Insbesondere ergibt sich dabei ein unterschiedliches Reifenrückstellmoment für verschiedene Reibwerte der Fahrbahn, so dass der Wert des Zusatzlenkmoments diesen angepasst werden kann.
Das Reifenrückstellmoment wird vorzugsweise durch einen Störgrößenbeobachter geschätzt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Zusatzlenkmoment durch eine Addition des ersten und des zweiten Anteils ermittelt.
Dies erlaubt es, den aus der Lenkwinkelabweichung abgeleiteten Regelanteil des Zusatzlenkmoments und den aus dem Reifenrückstellmoment ermittelten Anteil, der als Störanteil angesehen werden kann, unabhängig voneinander zu bestimmen, so dass ein verwendeter Lenkwinkelregler sehr einfach und zuverlässig ausgeführt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Betrag des Zusatzlenkmoments limitiert wird.
Hierdurch wird werden Regeleingriffe verhindert, bei denen das Zusatzlenkmoment so groß wird, dass der Fahrer die Kontrolle über die Lenkung des Fahrzeugs verlieren kann.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren.
Von den Figuren zeigt
1 eine schematische Darstellung eines Regelsystems zum Ermitteln eines Zusatzlenkmoments,
2 ein Blockschaltbild mit einer Übersicht über ein Regelsystem zum Ermitteln eines Zusatzlenkmoments in einer Übersteuersituation,
3 eine Ausgestaltung eines Blocks des in dem in der 2 dargestellten Blockschaltbildes zum Erkennen der Fahrsituation,
4 eine Ausgestaltung eines Blocks des in dem in der 2 dargestellten Blockschaltbildes, der eine Aktivierungslogik enthält,
5 eine erste Ausführungsform eines Blocks des in dem in der 2 dargestellten Blockschaltbildes zum Ermitteln des Solllenkwinkels,
6 eine zweite Ausführungsform eines Blocks des in dem in der 2 dargestellten Blockschaltbildes zum Ermitteln des Solllenkwinkels,
7 eine erste Ausgestaltung eines Blocks des in dem in der 2 dargestellten Blockschaltbildes zum Schätzen des Reifenrückstellmoments,
8 eine zweite Ausgestaltung eines Blocks des in dem in der 2 dargestellten Blockschaltbildes zum Schätzen des Reifenrückstellmoments,
9 eine Ausgestaltung eines Blocks des in dem in der 2 dargestellten Blockschaltbildes zum Schätzen eines Fahrerlenkmoments,
10 eine Ausgestaltung eines Lenkwinkelreglers,
11 eine Ausgestaltung eines Blocks des in dem in der 2 dargestellten Blockschaltbildes zur Störgrößenaufschaltung,
12 eine Veranschaulichung einer Limitierung des Zusatzlenkmoments,
13 ein Blockschaltbild mit einer Übersicht über ein Regelsystem zum Ermitteln eines Zusatzlenkmoments in einer Untersteuersituation,
14 eine Ausgestaltung eines Blocks des in dem in der 13 dargestellten Blockschaltbildes zum Erkennen der Fahrsituation,
15 eine Ausgestaltung eines Blocks des in dem in der 13 dargestellten Blockschaltbildes, der eine Aktivierungslogik enthält,
16 eine Ausgestaltung eines Blocks des in dem in der 13 dargestellten Blockschaltbildes zum Ermitteln des Solllenkwinkels,
17 eine Ausführungsform eines Lenkwinkelreglers und
18 eine Ausgestaltung eines Blocks des in dem in der 13 dargestellten Blockschaltbildes zum Limitieren des Zusatzlenkmoments.
Es wird von einem zweiachsigen, vierrädrigen Kraftfahrzeug mit lenkbaren Rädern an einer Vorderachse ausgegangen. Die Lenkung des Fahrzeugs ist vorzugsweise als Zahnstangenlenkung ausgeführt, die mit einer elektrischen Servolenkung ausgerüstet ist. Im konventionellen Betrieb der Servolenkung wird der Lenkstrang durch einen EPS-Servomotor (EPS = Electric Power Steering) mit einem zusätzlichen Lenkmoment beaufschlagt, welches das von dem Fahrer aufgebrachte Lenkmoment verstärkt. Der Fahrerlenkwunsch wird dabei anhand eines Handlenkmoments M_H ermittelt, das mittels eines in eine Lenkstange der Lenkung eingebrachten Torsionsstabs gemessen wird.
Zum Einstellen einer Zusatzlenkmomentanforderung M_DSR (DSR = Driver Steering Recommendation) zur Fahrerunterstützung wird die elektrische Servolenkung genutzt, die dabei von einem Regler beispielsweise über eine Schnittstelle zum CAN-Bus des Fahrzeugs angesteuert wird. Der EPS-Servomotor dient dabei als Aktuator, der ein Lenkmoment M_DSR (DSR = Driver Steering Recommendation) in den Lenkstrang einbringt, welches einem limitierten Zusatzlenkmoment ΔM entspricht.
In ähnlicher Weise kann die Erfindung jedoch auch in Fahrzeugen mit anderen Lenksystemen, wie beispielsweise Lenksystemen mit einer hydraulischen Servolenkung oder mit einer Steer-by-Wire-Lenkung eingesetzt werden.
In 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Lenkstrang-Regelsystems 120 zum Ermitteln der Lenkmomentanforderung M_DSR in einer Übersicht dargestellt. Fahrsituationen in denen ein instabiler Fahrzustand des Fahrzeugs vorliegt, werden in den Blöcken 130 und 140 erkannt. Diese greifen dabei insbesondere auf Informationen zurück, die durch einen Fahrdynamikregler 110 bereitgestellt werden. Bei dem Fahrzustandsregler 110 kann es sich beispielsweise um ein ESP- und/oder ein ABS-System handeln. Eine Erkennung von kritischen Fahrsituationen, in denen das Fahrzeug übersteuert, wird vorzugsweise in dem Block 130 durchgeführt. In dem Block 140 wird ein Untersteuern des Fahrzeugs erkannt.
Entsprechend des erkannten instabilen Fahrzustands wird in einem Steueranteil des Reglesystems in den Blöcken 150 und 160 ein Solllenkwinkel δ_Soll berechnet, der auf eine der erkannten Fahrsituation angepasste Weise bestimmt wird.
Bei einem erkannten Übersteuern, das durch einen Lastwechsel oder einen Bremsvorgang in einer Kurve verursacht werden kann, wird dabei in dem Block 150 ein Solllenkwinkel δ_Soll berechnet, der den Fahrzustand möglichst schnell stabilisiert.
Eine Fahrsituation, in der das Fahrzeug untersteuert, kann typischerweise bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten und auf Fahrbahnen mit einem niedrigen Reibwert, wie beispielsweise auf einer eisbedeckten Fahrbahn, oder in einer Aquaplaning-Situation entstehen. Lenkbewegungen können eine Gierbewegung des Fahrzeugs in einer solchen Situation typischerweise nicht oder nur sehr wenig beeinflussen. Bei einem Reibwertwechsel von dem niedrigen auf einen hohen Reibwert können Lenkbewegungen des Fahrers jedoch zu von ihm nicht erwarteten, heftigen Reaktionen des Fahrzeugs und zum Schleudern führen. In einer Untersteuersituation besteht das Regelungsziel daher in einem Aufrechterhalten des bei der Erkennung der Situation vorliegenden Lenkwinkels, der in dem Block 160 bestimmt wird.
Ein Lenkwinkelregler 170, bei dem vorzugsweise eine Störgrößenaufschaltung vorgenommen wird, bestimmt das Zusatzlenkmoment ΔM, aus dem das Unterstützungsmoment M_DSR bestimmt wird, anhand dessen der Fahrer den Solllenkwinkel δ_Soll bequem einstellen kann. In einer Untersteuersituation wirkt das Zusatzlenkmoment ΔM den Lenkbewegungen entgegen, um diesen dabei zu unterstützen, den momentanen Lenkwinkel beizubehalten. Von den Blöcken 150 und 160 können dabei auch Parameter des Reglers 170, wie beispielsweise Verstärkungen oder Störgrößen, übergeben werden, um die Regelung in den verschiedenen Fahrsituationen in angepasster Weise vorzunehmen.
In dem Block 180 wird eine situationsabhängige Limitierung des Zusatzlenkmoments ΔM vorgenommen. Hierdurch wird das Zusatzlenkmoment ΔM insbesondere auf Werte begrenzt, die es dem Fahrer erlauben, Lenkbewegungen vorzunehmen, die nicht mit den Vorgaben des Regelsystems 120 übereinstimmen. Der Fahrer behält damit jederzeit die vollständige Kontrolle über das Fahrzeug.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des Anteils des Regelsystems 120, der die Regelung in einer Übersteuersituation vornimmt, also insbesondere ein die Blöcke 130, 150, 170 und 180 in der Prinzipdarstellung der 1 enthaltender Anteil, ist in einer als Blockschaltbild dargestellten Übersicht in der 2 gezeigt.
Das Teilsystem umfasst dabei insbesondere einen Block 210 zum Erkennen einer Übersteuersituation, einen Block 220, der eine Logikschaltung zum Aktivieren des Regelsystems enthält, einen Block 230 zum Schätzen von Störgrößen, wie insbesondere des Reifenrückstellmoments M_R und des Fahrerlenkmoments M_F, einen Block 240 zum Bestimmen des Solllenkwinkels δ_Soll, einen Lenkwinkelregler 250, einen Block 260 zur Störgrößenaufschaltung, sowie einen Block 270 zum Limitieren des Zusatzlenkmoments ΔM. Das limitierte Zusatzlenkmoment ΔM entspricht dabei der Lenkmomentanforderung M_DSR an den EPS-Servomotor.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Blocks 210 zum Erkennen der Übersteuersituation ist in der 3 dargestellt. Eine Übersteuersituation wird in dem Block 210 dann erkannt, wenn die Referenzgeschwindigkeit v_ref des Fahrzeugs größer als ein vorgegebener Schwellenwert S_v ist und wenn wenigstens eine der im Folgenden erläuterten weiteren Bedingungen erfüllt ist. Der Schwellenwert S_v liegt dabei beispielsweise zwischen 5 km/h und 20 km/h, vorzugsweise bei 10 km/h.
Eine erste weitere Bedingung für die Erkennung einer Übersteuersituation ist erfüllt, wenn

a) der Lenkwinkel δ_R an den lenkbaren Rädern das gleiche Vorzeichen hat, wie die Differenz ψ . – ψ ._ref zwischen der gemessenen Gierrate ψ . und einer in einem Fahrzeugreferenzmodell berechneten Referenzgierrate ψ ._ref,
b) der Betrag der Differenz ψ . – ψ ._ref größer als ein vorgegebener Schwellenwert S_ψ ist, und
c) ein SESP-Flag den Wert 1 aufweist.

Durch den Teil a) der Bedingung wird dabei sichergestellt, dass es sich bei der instabilen Fahrsituation um eine Übersteuersituation und um einen andersartigen instabilen Fahrzustand handelt. Anhand des Teils b) wird die momentane Fahrsituation daraufhin bewertet, ob ein kritischer Fahrzustand vorliegt. Der Schwellenwert S_ψ wird vorzugsweise der momentanen Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v_ref und dem momentan vorliegenden Reibwert angepasst, wobei hier beispielsweise der in einem ESP-System geschätzte Reibwert zugrunde gelegt werden kann. Die Anpassung erfolgt vorzugsweise anhand von Kennlinien oder einer Tabelle.
Das SESP-Flag wird durch eine weitere Fahrsituationserkennung bestimmt und nimmt den Wert 1 an, wenn eine Teilbremsung während einer Geradeausfahrt oder einer Kurvenfahrt oder ein Lastwechsel während einer Kurvenfahrt ermittelt wird. Andernfalls hat es den Wert 0.
Dabei wird anhand des Lenkwinkels δ_R an den lenkbaren Rädern des Fahrzeugs und dessen Änderungsrate δ ._R sowie anhand der gemessenen Querbeschleunigung a_y des Fahrzeugs und unter Einbeziehung von Erkennungsergebnisse eines ESP-System ermittelt, ob das Fahrzeug geradeaus oder in einer Kurve fährt.
Ferner wird anhand des Bremsdrucks in den Radbremsen und dessen zeitlichem Verlauf ermittelt, ob eine Instabilität des Fahrzeugs durch einen Bremseingriff des Fahrers entstehen kann.
Anhand der gemessenen Radgeschwindigkeiten und anhand des Motormoments und seines zeitlichen Verlaufs bzw. anhand der Fahrpedalstellung und ihres zeitlichen Verlaufs wird ferner ermittelt, ob eine Instabilität dadurch entstehen kann, dass der Fahrer das Motormoment schnell verringert.
Ferner wird das SESP-Flag anhand einer Übersteuertendenz bestimmt, anhand der Gierrate ψ . und ihrer Änderungsrate ermittelt. Zudem wird zur Koordinierung mit ABS-Regeleingriffen geprüft, ob sich ein Hinterrad des Fahrzeugs in einer ABS-Regelung befindet.
Eine zweite weitere Bedingung für das vorliegen einer Übersteuersituation ist erfüllt, wenn

a) die Änderungsrate β . des Schwimmwinkels β größer als ein vorgegebener Schwellenwert S_β ist, und
b) die Änderungsrate δ ._R des Lenkwinkels δ_R größer als ein vorgegebener Schwellenwert S_δ ist.

Hierdurch werden Übersteuersituationen frühzeitig erkannt, die insbesondere bei heckangetriebenen Fahrzeugen entstehen, wenn der Fahrer in einer Kurve beschleunigt. Die Schwellenwerte S_β und S_δ werden dabei in Fahrversuchen auf den jeweiligen Fahrzeugtyp abgestimmt.
Wird in dem Block 210 eine Übersteuersituation anhand der vorbeschriebenen Bedingungen erkannt, wird ein Übersteuerflag, welches das Ausgangssignal des Blocks 210 darstellt, auf den Wert 1 gesetzt. Das Übersteuerflag wird von dem Wert 1 auf den Wert 0 zurückgesetzt, wenn die genannten Bedingungen nicht mehr erfüllt sind. Vorzugsweise werden dabei jedoch kleinere Schwellenwerte zugrunde gelegt, so dass die Regelung durch eine Hysterese beruhigt wird.
Das Übersteuerflag dient als Eingangssignal für den Block 220, der die Aktivierungslogik für die Regelung enthält. Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieses Blocks ist in 4 dargestellt.
Bei einem Zündungsneustart wird ein Übersteuer-Aktiv-Flag, welches das Ausgangssignal des Blocks 220 darstellt, auf den Wert 0 gesetzt. Eine Änderung auf den Wert 1 wird dann vorgenommen, wenn das Übersteuerflag den Wert 1 angenommen hat.
Innerhalb des Blocks 220 wird ein Speicher 410 durch das Übersteuer-Aktiv-Flag angesteuert, der vorzugsweise als flankengesteuerter Haltespeicher ausgeführt ist. Wechselt der Wert des Übersteuer-Aktiv-Flags zum Zeitpunkt t_ein von 0 auf 1, wird der Wert ψ ._ref(t_ein) der Referenzgierrate ψ ._ref in dem Speicher 410 gespeichert. Dieser Wert der Referenzgierrate ψ ._ref charakterisiert dabei den stationären Zustand des Fahrzeugs beim Eintritt in die Regelung zum Zeitpunkt t_ein, der durch die Regeleingriffe wiederherzustellen ist.
Weist das Übersteuer-Aktiv-Flag den Wert 1 auf, wird dieser auf den Wert 0 zurückgesetzt, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:

a) Das Übersteuerflag weist den Wert 0 auf (bzw. ändert seinen Wert von 1 auf 0).
b) Das Vorzeichen des Lenkwinkels δ_R ist verschieden von dem Vorzeichen der gemessenen Gierrate ψ . des Fahrzeugs (bzw. der Lenkwinkel δ_R ändert sein Vorzeichen im Vergleich zum Vorzeichen der Gierrate ψ .).
c) Der Wert der gemessenen Gierrate ψ . ist betragsmäßig kleiner als der Wert ψ ._ref(t_ein) der Referenzgierrate ψ ._ref (bzw. sinkt unter diesen Wert).

Anhand der Bedingung a) werden die Regeleingriffe zurückgenommen, wenn keine Übersteuersituation mehr vorliegt. Die Bedingung b) ist nur dann erfüllt, wenn der Fahrer während der Regelung sehr heftig und überzogen reagiert. Eine dadurch entstehende kritische Fahrsituation führt dabei zu einem ESP-Regeleingriff, der das Fahrzeug stabilisiert. Um hier Probleme einer Koordinierung zwischen der betrachteten Lenkwinkelregelung und den ESP-Regeleingriffen zu vermeiden, wird das Übersteuer-Aktiv-Flag hier auf den Wert 0 zurückgesetzt.
Aufgrund der Bedingung c) wird die Lenkwinkelregelung deaktiviert, wenn das Fahrzeug stabilisiert worden ist. Hierbei wird der Wert ψ ._ref(t_ein) anstelle des momentanen Wertes der Referenzgierrate ψ ._ref als Charakterisierung eines stabilen Fahrzustandes zugrunde gelegt, um wiederum eine wechselseitige Beeinflussung der Lenkwinkelregelung und der ESP-Regelung zu vermeiden.
Diese entsteht dadurch, dass die Referenzgierrate ψ ._ref durch die Lenkbewegungen des Fahrers, die dieser aufgrund der Unterstützung anhand des Zusatzlenkmoments ΔM ausführt, beeinflusst wird. Durch die wechselseitige Beeinflussung zwischen dem Wert des Zusatzlenkmoments ΔM und dem Wert der Referenzgierrate ψ ._ref kann die Gierratenabweichung des Fahrzeugs verstärkt werden, so dass es zu Schwingungen der Referenzgierrate ψ ._ref mit wachsender Amplitude kommen kann. Durch die entsprechenden Regeleingriffe der Lenkwinkelregelung und des ESP-Systems kann es hier zu einem ”Aufschaukeln” des Fahrzeugs kommen.
Durch die Abbruchbedingung c) konnte jedoch eine stabile Regelung erreicht werden, bei der die Probleme der Koordinierung vermieden werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Übersteuer-Flag zudem auch dann auf den Wert 0 zurückgesetzt, wenn das geschätzte von dem Fahrer aufgebrachte Fahrerlenkmoment M ^_F kleiner als ein Schwellenwert S_M ist. Anhand dieser Bedingung wird dabei eine Situation erkannt, in welcher der Fahrer das Lenkrad nicht mehr greift. Der Erkennung muss hier ein geschätzter Wert M ^_F für das Fahrerlenkmoment M_F zugrunde gelegt werden, da das im Lenkstrang gemessene Handmoment M_H auch durch die Regeleingriffe beeinflusst wird, die mittels des EPS-Servomotors vorgenommen werden. Das Fahrerlenkmoment M_F wird dabei in dem Block 230 geschätzt.
Zur Bestimmung des Solllenkwinkel δ_Soll bei dessen Einstellung der Fahrer durch die Regelung unterstützt werden soll, ist der Block 240 vorgesehen. Eine bevorzugte Ausführungsform dieses Blocks, die auf einer zeitoptimalen Regelung basiert, ist in der 5 dargestellt.
In dieser Ausführungsform wird zunächst ein Soll-Zusatzlenkwinkel Δδ_R aus der Abweichung ψ . – ψ ._ref(t_ein) zwischen der gemessenen Gierrate ψ . des Fahrzeugs und der zum Zeitpunkt bestimmten Referenzgierrate ψ ._ref ermittelt. Der Solllenkwinkel δ_Soll ergibt sich daraus durch Differenzbildung: δ_Soll = δ_R – Δδ_R
Die Referenzgierrate wird durch einen Speicher 510 bereitgestellt, der vorzugsweise wiederum als flankengesteuerter Haltespeicher ausgeführt ist und durch das Übersteuer-Aktiv-Flag angesteuert wird.
Der Ermittlung des Zusatzlenkwinkels Δδ_R wird ein Modell eines übersteuernden Fahrzeugs zugrunde gelegt, bei dem die Gierratenabweichung ψ . – ψ ._ref(t_ein) mit zunehmendem Zusatzlenkwinkel Δδ_R wächst. Insbesondere wird hier ein Modell mit der folgenden Übertragungsfunktion G(s) = L{ψ . – ψ .ref(t_ein)}/L{Δδ_R} gewählt, wobei L{.} die Laplace-Transformierte bezeichnet: G(s) = K / s(1 + sT)
Auf der Grundlage dieses Modells wird eine Steuergröße u aus einer Differenz zwischen der Eingangsgröße e = ψ ._ref(t_ein) – ψ . und der Größe S(e .) bestimmt, die in der Schaltlinie 520 ermittelt wird. Dabei gilt:
Vorzugsweise wird dabei eine linearisierte Form der Schaltlinie 520 verwendet, bei der gilt: S(e .) ≈ –0,31Te .
Der Parameter T kann beispielsweise in Fahrversuchen angepasst werden.
Die Bestimmung des Zusatzlenkwinkels Δδ_R erfolgt anhand einer Dreipunktkennlinie in dem Block 530. Der Wert δ_max legt dabei den maximal zulässigen Betrag für den Zusatzlenkwinkel Δδ_R fest. Darüber hinaus werden durch den Block 530 nur solche Steuergrößen u übergeben, die betragsmäßig größer als ein Unempfindlichkeitsparameter a sind. Diese Maßnahme dient zur Beruhigung der Regelung.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Blocks 240 zur Bestimmung des Solllenkwinkels δ_Soll ist in der 6 dargestellt. Dabei wird der Soll-Zusatzlenkwinkel Δδ_R aus der anhand eines Faktors K_β verstärkten Schwimmwinkelgeschwindigkeit β . und der anhand eines Faktors K_ψ verstärkten Abweichung ψ . – ψ ._ref zwischen der gemessenen Gierrate ψ . des Fahrzeugs und der Referenzgierrate ψ ._ref bestimmt. In dem Block 610 erfolgt dabei eine Arbitrierung, die vorzugsweise anhand einer Summenbildung aus den beschriebenen Eingangsgrößen des Blocks 610 oder anhand einer Maximalwertbildung erfolgt.
Der Solllenkwinkel δ_Soll wird in dieser Ausführungsform ebenfalls als Differenz zwischen dem Lenkwinkel δ_R an den lenkbaren Rädern und der ermittelten Lenkwinkeländerung Δδ_R bestimmt.
Der Block 230 in 2 hat die Aufgabe, das auf den Lenkstrang wirkende Reifenrückstellmoment M_R, welches durch die Seitenführungskräfte und Querkräfte der Reifen bewirkt wird und dem Handlenkmoment M_H entgegenwirkt, sowie das von dem Fahrer aufgebrachte Fahrerhandlenkmoment M_F zu schätzen. Zur Schätzung werden dabei in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung lineare Störgrößenbeobachter verwendet.
Dem in der 7 dargestellten Störgrößenbeobachter zum Schätzen des Reifenrückstellmoments M_R liegt dabei folgende Modellgleichung des Lenksystems zugrunde:
Dabei bezeichnet J das Trägheitsmoment des Lenkstrangs, M_M das von dem EPS-Servomotor aufgebrachte Lenkmoment, das beispielsweise aus dem Eingangsstrom des Motors ermittelt werden kann, i_L = δ_L/δ_R das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Lenkwinkel δ_L an der Lenksäule und dem Lenkwinkel δ_R an den lenkbaren Rädern des Fahrzeugs und i_M = δ_M/δ_R das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Aussteuerungswinkel δ_M des EPS-Servomotors und dem Lenkwinkel δ_R an den lenkbaren Rädern. Die Auswertung anhand von Gleichung 1 bezeigt sich dabei auf die Lenksäule.
Durch das Moment M_IR in Gleichung 1 werden eine zur Lenkwinkelgeschwindigkeit δ ._L proportionale viskose Reibung innerhalb des Lenkstrangs, die durch ein Gleiten auf einer geschmierten Oberfläche entsteht, sowie ein mit einer Auslenkung verbundenes Rückstellmoment innerhalb des Lenkstrangs (Federwirkung) berücksichtigt, das proportional zum Lenkwinkel δ_L ist. Das Moment M_IR hat somit die Form: M_IR = c₁δ_L + d₁δ ._L (2)
Die Proportionalitätskonstanten c₁ und d₁ können, ebenso wie das Trägheitsmoment J in Fahrversuchen ermittelt werden.
Anhand von Gleichung 1 errechnet der Störgrößenbeobachter eine geschätzte Lenkwinkelbeschleunigung
_L. Durch eine erste Integration erhält man daraus einen geschätzten Wert
_L für die Lenkwinkelgeschwindigkeit δ ._L , eine weitere Integration liefert aus der geschätzten Lenkwinkelgeschwindigkeit
_L einen geschätzten Lenkwinkel δ ^_L .
Die zeitliche Ableitung
_R des Schätzwerts M^_R für das Reifenrückstellmoment M_R wird in dem Störgrößenbeobachter aus der Abweichung zwischen dem geschätzten Lenkwinkel δ ^_L und dem gemessenen Lenkwinkel δ_L und aus der Abweichung zwischen der geschätzten Lenkwinkelgeschwindigkeit
_L und der aus den Messwerten des Lenkwinkelsensors abgeleiteten Lenkwinkelgeschwindigkeit δ ._L ermittelt, die über eine Verstärkungsmatrix L zum Eingang des Störgrößenbeobachters rückgekoppelt werden.
Es gilt somit:
Über die Verstärkungsmatrix L können zudem die geschätzte
Lenkwinkelbeschleunigung
_L und die geschätzte Lenkwinkelgeschwindigkeit
_L direkt anhand der Abweichungen zwischen den geschätzten Größen δ ^_L sowie
_L und den entsprechenden aus Messsignalen ermittelten Größen δ_L und δ ._L angepasst werden.
Zur Auslegung der Verstärkungen L_ij der Verstärkungsmatrix L können Standardverfahren der Regelungstheorie verwendet werden. Sie können beispielsweise durch Polvorgabe ermittelt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, einen nicht-linearen Störgrößenbeobachter gemäß der 8 zur Schätzung des Reifenrückstellmoments M_R zu verwenden.
Die Schätzung beruht dabei auf einem Modell des Lenkstrangs, in dem zusätzlich zu den Größen, die in dem bereits beschriebenen Modell verwendet werden, eine Coulomb'sche Reibung berücksichtigt wird, die bei einem Gleiten auf einer trockenen Kontaktfläche entsteht. Das durch Reibung entstehende innere Lenkmoment nimmt in diesem Modell eine Gestalt der Form M_IR = K_Fδ_L + K_Dδ ._L + K_Csgn(δ ._L) (3) an.
Dem in der 8 dargestellten Beobachter liegt wiederum die Modellgleichung 1 zugrunde, in die das innere Lenkmoment entsprechend Gleichung 4 eingesetzt wird. Die geschätzte Lenkwinkelgeschwindigkeit
_L der geschätzte Lenkwinkel δ ^_L werden auch hier durch Integration aus der geschätzten Lenkwinkelbeschleunigung
ermittelt.
Das zu schätzende Reifenrückstellmoment M ^_R ergibt sich hier aus der Differenz zwischen der geschätzten Lenkwinkelgeschwindigkeit
und der gemessenen Lenkwinkelgeschwindigkeit δ ._L sowie der Differenz zwischen dem geschätzten Lenkwinkel δ ^_L und dem gemessenen Lenkwinkel δ_L und wird zum Eingang des Störgrößenbeobachters rückgekoppelt:
Die Verstärkungsfaktoren h₁ und h₂ werden dabei in Fahrversuchen geeignet bestimmt, so dass das System insbesondere stabil ist und hinreichend genaue Werte für das Reifenrückstellmoment M_R geschätzt werden können.
Das geschätzte Reifenrückstellmoment M ^_R entspricht dem auf den Lenkstrang wirkenden Lastmoment M_Last. Durch Multiplikation mit einem Faktor i_L kann dieses Lastmoment M_Last, das hier auf die Lenkstange bezogen bestimmt wird, auf die lenkbaren Räder des Fahrzeugs bezogen werden.
Die Schätzung des Fahrerlenkmoments M_F wird vorzugsweise in analoger Weise wie die Schätzung des Reifenrückstellmoments M_R mittels eines linearen Störgrößenbeobachters vorgenommen, der in der 9 dargestellt ist. Dem Störgrößenbeobachter liegt dabei folgende Modellgleichung für das Drehverhalten des Lenkrads zugrunde, in die insbesondere die Differenz zwischen dem von dem Fahrer aufgebrachten Fahrerlenkmoment M_F und dem gemessen Handlenkmoment M_H eingeht: δ .._L = 1 / J(M_F – M_H – c₂δ_L – d₂δ .L) (4)
Durch den Term c₂δ_L + d₂δ_L werden wiederum eine viskose Reibung und eine Federwirkung berücksichtigt.
Zur Berechnung werden des geschätzten Fahrerlenkmoments M ^_F anhand von Gleichung 4 werden wiederum die geschätzte Lenkwinkelbeschleunigung
_L, die geschätzte Lenkwinkelgeschwindigkeit
_L und der geschätzte Lenkwinkel δ ^_L am Lenkrad verwendet.
Die zeitliche Ableitung
_F des geschätzten Fahrerlenkmoments M ^_F wird in dem Störgrößenbeobachter analog zu der Ableitung
_R des geschätzten Reifenrückstellmoments M ^_R in der 7 aus der Abweichung zwischen dem geschätzten Lenkwinkel δ ^_L und dem gemessenen Lenkwinkel δ_L und aus der Abweichung zwischen der geschätzten Lenkwinkelgeschwindigkeit δ ^_L und der aus den Messwerten des Lenkwinkelsensors abgeleiteten Lenkwinkelgeschwindigkeit δ ._L ermittelt, die über eine Verstärkungsmatrix 1 zum Eingang des Störgrößenbeobachters rückgekoppelt werden. Es gilt somit:
Durch Integration ergibt sich daraus das geschätzte Fahrerlenkmoment M ^_F .
Aus dem geschätzten Fahrerlenkmoment M ^_F kann, wie bereits erläutert worden ist, ermittelt werden, ob der Fahrer das Lenkrad während eines Regeleingriffs loslässt.
Das Zusatzlenkmoment ΔM wird anhand einer Lenkwinkelregelung in dem Block 250 und einer Störgrößenaufschaltung durch den Block 260 ermittelt.
Ein Blockschaltbild eines vorteilhaften Reglers 250 ist in der 10 gezeigt. Der Regelanteil M_Reg des Zusatzlenkmoments ΔM wird dabei in der dargestellten Ausführungsform des Reglers 250 aus der Summe eines ersten Anteils und eines zweiten Anteils bestimmt.
Der erste Anteil wird durch eine Verstärkung der Regelabweichung zwischen dem Solllenkwinkel δ_Soll und dem momentan vorliegenden Lenkwinkel δ_R an den lenkbaren Rädern des Fahrzeugs mit einem vorbestimmten Faktor K₂ mittels eines Proportionalreglers bestimmt.
Der zweite Anteil ergibt sich aus einer Regelabweichung der Lenkwinkelgeschwindigkeit δ ._R und wird in einem Zweig des Reglers 250 bestimmt, der als Kaskadenregler ausgeführt ist. Die Führungsgröße für einen inneren Regler wird dabei aus einer Multiplikation der Regelabweichung δ_Soll – δ_R des Lenkwinkels mit einem vorbestimmten Faktor K₁ ermittelt und entspricht einer Soll-Lenkwinkeländerung. Die Regelabweichung ergibt sich entsprechend aus der Differenz K₁(δ_Soll – δ_R) – δ ^_R zwischen der ermittelten Soll-Lenkwinkeländerung und der aus den Messwerten des Lenkwinkelsensors bestimmten Lenkwinkelgeschwindigkeit δ ._R .
Der innere Regler des Kaskadenreglers ist vorzugsweise als PD-Regler ausgeführt, so dass sich der zweite Anteil des Regelanteils M_reg des Zusatzlenkmoments wie folgt ergibt:
Anhand dieses zweiten Anteils des Regelanteils M_reg des Zusatzlenkmoments kann das System sehr schnell und wirkungsvoll eingreifen, wenn die Differenz zwischen dem Solllenkwinkel δ_Soll und dem momentanen Lenkwinkel δ_R durch Lenkbewegungen des Fahrrs vergrößert wird.
Der Anteil M_Stör des Zusatzlenkmoments ΔM ergibt sich aus dem mit einem Faktor K_S verstärkten geschätzten Lastlenkmoment M_Last und wird in dem Block 260 bestimmt, der in einem Blockschaltbild in 11 dargestellt ist. Die Berücksichtigung des Anteils M_Stör entspricht dabei einer Störgrößenaufschaltung, die es hier ermöglicht, die Fahrbahnbeschaffenheit zu berücksichtigen, die Lenkwinkelregelung jedoch in einfacher Weise unabhängig von diesem Einfluss durchführen zu können.
Zum Bestimmen des Zusatzlenkmoments ΔM werden die Anteile M_reg und M_Stör addiert. Die Summe wird ferner mit dem durch die Aktivierungslogik in Block 220 bestimmten Übersteuer-Aktiv-Flag multipliziert, so dass das Zusatzlenkmoment nur dann an den ESP-Servomotor übergeben wird, wenn das Übersteuer-Aktiv-Flag den Wert 1 aufweist.
Ferner erfolgt eine Limitierung des Zusatzlenkmoments in dem Block 270. Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieses Blocks ist anhand der 12 veranschaulicht.
Dabei wird zunächst die Leistung P_ΔM = ΔM·δ ._R des Regeleingriffs aus dem Zusatzlenkmoment ΔM und der Lenkwinkelgeschwindigkeit berechnet. Überschreitet diese betragsmäßig einen vorgegebenen Wert P_ΔM,max, dann wird das Unterstützungsmoment M_DSR mit dem der Lenkstrang durch den EPS-Servomotor beaufschlagt wird, auf den folgenden Wert begrenzt:
Ist dies nicht der Fall, so entspricht die Lenkmomentanforderung M_DSR an den EPS-Servomotor dem Zusatzlenkmoment ΔM.
Diese Limitierung ist insbesondere dann besonders sinnvoll, wenn darauf verzichtet wird zu erkennen, ob der Fahrer das Lenkrad losgelassen hat.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Anteils des Regelsystems 120, der die Regelung in einer Untersteuersituation vornimmt, ist in einer als Blockschaltbild dargestellten Übersicht in der 13 gezeigt.
Das Teilsystem umfasst dabei insbesondere einen Block 1310 zum Erkennen einer Untersteuersituation, einen Block 1320, der eine Logikschaltung zum Aktivieren des Regelsystems enthält, einen Block 1330 zum Bestimmen eines Solllenkwinkels δ_Soll, einen Lenkwinkelregler 1340 sowie einen Block 1350 zum Limitieren des Zusatzlenkmoments ΔM.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Blocks 1310 zum Erkennen der Untersteuersituation ist in der 14 dargestellt. Eine Untersteuersituation wird in dem Block 1310 dann erkannt, wenn die Referenzgeschwindigkeit v_ref des Fahrzeugs größer als ein vorgegebener Schwellenwert S_v ist, der zwischen 60 km/h und 120 km/h und vorzugsweise bei 80 km/h liegt, und wenn zusätzlich wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:

a) Ein Aquaplaning-Flag weist den Wert 1 auf.
b) Ein momentan vorliegender Reibwert μ der Fahrbahn ist kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert S.

Das Aquaplaning-Flag wird dabei vorzugsweise durch ein ESP-System des Fahrzeugs auf den Wert 1 gesetzt, wenn dieses eine Aquaplaning-Situation erkennt. Als momentaner Wert μ des Fahrbahnreibwert wird vorzugsweise ebenfalls der von einem ESP-System geschätzte Wert übernommen. Der Schwellenwert S_μ für den Reibwert μ liegt beispielsweise zwischen 0,05 und 0,2, vorzugsweise bei 0,1.
Wird in dem Block 1310 eine Untersteuersituation erkannt, wird ein Untersteuer-Flag, welches das Ausgangssignal des Blocks 1310 darstellt, auf den Wert 1 gesetzt. Wenn anhand der vorbeschriebenen Bedingungen keine Untersteuersituation erkannt wird, weist das Untersteuer-Flag den Wert 0 auf.
Das Untersteuer-Flag dient als Eingangssignal für den Block 1320, der die Aktivierungslogik der Regelung enthält. Eine bevorzugte Ausgestaltung des Blocks 1320 ist in der 15 dargestellt.
Bei einem Zündungsneustart wird von dem Block ein Untersteuer-Aktiv-Flag auf den Wert 0 gesetzt. Eine Änderung von dem Wert 0 auf den Wert 1 wird dann vorgenommen, wenn das Untersteuerflag den Wert 1 annimmt.
Weist das Übersteuer-Aktiv-Flag den Wert 1 auf, wird es auf den Wert 0 zurückgesetzt, wenn das Untersteuer-Flag den Wert 0 annimmt.
Der Solllenkwinkel δ_Soll, dessen Einstellung durch den Fahrer anhand der Regelung unterstützt werden soll, wird in dem Block 1330 ermittelt. Eine bevorzugte Ausführungsform des Blocks 1330 ist in der 16 dargestellt.
Der Block 1330 enthält dabei einen Speicher 1610, der vorzugsweise als ein flankengesteuerter Haltespeicher ausgeführt ist und durch das Übersteueraktiv-Flag angesteuert wird. Wechselt der Wert des Übersteuer-Aktiv-Flags zum Zeitpunkt t_ein von dem Wert 0 auf den Wert 1, wird der zum Zeitpunkt t_ein vorliegende Wert δ_R(t_ein) des Lenkwinkels δ_R an den lenkbaren Rädern des Fahrzeugs in dem Speicher 1610 gespeichert und von dem Block 1330 als Solllenkwinkel δ_Soll ausgegeben.
Das Zusatzlenkmoment ΔM wird durch eine Multiplikation eines Regelanteils M_reg mit dem Untersteuer-Aktiv-Flag bestimmt, und nimmt somit den Wert M_reg an, wenn des Untersteuer-Aktiv-Flag den Wert 1 aufweist. Ansonsten hat das Zusatzlenkmoment ΔM den Wert 0.
Der Regelanteil M_reg des Zusatzlenkmoments ΔM wird durch den Regler 1340 bestimmt. Eine vorteilhafte Ausführungsform dieses Reglers ist in der 17 dargestellt.
Der Regelanteil wird in dieser Ausführungsform aus einer Differenz zwischen einer verstärken Regelabweichung δ_Soll – δ_R und einer verstärkten Lenkwinkelgeschwindigkeit δ ._R bestimmt.
Die Verstärkungen werden dabei anhand von Kennlinien u_p(δ_Soll – δ_R) und u_D(δ ._R) in den Blöcken 1710 und 1720 ermittelt. Die Lenkwinkelgeschwindigkeit δ ._R wird mittels eines Differenziergliedes 1730 bestimmt, das durch einen geeigneten realen Differenzierer realisiert wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Differenzierglied 1730 um ein DT₁-Glied.
Zudem ist eine Limitierung des Zusatzlenkmoments ΔM vorgesehen, die in Abhängigkeit des momentanen Fahrzustands und der des momentanen Fahrerverhaltens durchgeführt wird. Ein Blockschaltbild einer Limitierungskomponente ist in der 18 dargestellt.
In dem Block 1810 wird eine geschwindigkeitsabhängige Limitierung vorgenommen, wobei in einem unteren Geschwindigkeitsbereich eine stärkere Begrenzung des Zusatzlenkmoments erfolgt, als in einem mittleren Geschwindigkeitsbereich. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige geschwindigkeitsabhängige Limitierung von vielen Fahrzeugbedienern als besonders komfortabel angesehen wird. In Bereichen hoher Geschwindigkeit wird eine starke Begrenzung des Zusatzlenkmoments vorgenommen, da Eingriffe hier bei einem Fehlverhalten des Fahrzeugbedieners zu einem erheblichen Schaden führen können. Die Begrenzung innerhalb des Blocks 1810 wird vorzugsweise anhand einer Kennlinie vorgenommen, die beispielsweise in Fahrversuchen bestimmt wird.
Der Block 1820 verringert das Zusatzlenkmoment mit einer größer werdenden Zeitdauer des Regeleingriffs. Hierdurch wird verhindert, dass aufgrund wachsender Fehler bei der Bestimmung der Eingangsgrößen, wie beispielsweise den Bremsdrücken, oder wachsenden Schätzfehlern, beispielsweise bei der Schätzung des Kurslenkwinkels bei einem Bremsvorgang während der Fahrt durch eine Kurve, fehlerhaft Regeleingriffe vorgenommen werden. In der Regel wird der Fahrzeugbediener dabei nach einer gewissen Zeitdauer des Eingriffs in der er auf die Gefahrensituation aufmerksam gemacht und zur Stabilisierung des Fahrzeugs angeleitet wird, selbst in der Lage sein, die Lenkregelaufgabe vollständig zu übernehmen.
Ferner ist eine Limitierung vorgesehen, die das Verhalten des Fahrzeugbedieners berücksichtigt. In dem Block 1830 wird dabei aus dem gemessenen von dem Fahrzeugbediener aufgebrachten Handlenkmoment M_H und der momentanen Regelabweichung des Lenkwinkels ermittelt, ob der Fahrzeugbediener den Vorgaben des Regelsystems folgt, oder ob er sich ihnen widersetzt. Dabei kann durch eine zeitlich fortschreitende Betrachtung und Auswertung dieser Größen eine Größe gebildet werden, die ein Maß für das Widersetzen des Fahrers ist. Überschreitet diese Größe einen vorbestimmten Schwellenwert, wird das Zusatzlenkmoment durch den Block 1830 bis auf den Wert Null reduziert.
Ferner wird in dem Block 1840 eine Dynamikbegrenzung durchgeführt, bei welcher der Anstieg bzw. der Abfall des Zusatzlenkmoments begrenzt wird, um ein zu schnelles Aufbringen des Zusatzlenkmoments auf das Lenkrad zu verhindern. Ohne diese Begrenzung wäre es bei einer sehr hohen Dynamik des EPS-Servomotors möglich, dass dem Fahrzeugbediener das Lenkrad durch ein plötzliches Einsteuern des Zusatzlenkmoments aus der Hand geschlagen wird.
Das Ausgangssignal der in Limitierungskomponente ist die Lenkmomentanforderung M_DSR an den ESP-Servomotor. In einer Untersteuersituation unterstützt das Lenkmoment M_DSR den Fahrer dabei, heftige Lenkwinkeländerung zu vermeiden, so dass ein Schleudern des Fahrzeugs beim Wechsel auf einen Hochreibwert verhindert wird.

Claims

Verfahren zum Unterstützen eines Fahrzeugbedieners beim Stabilisieren eines Fahrzeugs, bei dem ein Lenkstrang des Fahrzeugs mit einem Zusatzlenkmoment (ΔM) beaufschlagt wird, wobei ein erster Anteil des Zusatzlenkmoments (ΔM) in Abhängigkeit einer Lenkwinkelabweichung zwischen einem momentanen Lenkwinkel (δ_R) an lenkbaren Rädern des Fahrzeugs und einem Solllenkwinkel (δ_Soll) bestimmt wird, wobei die Lenkwinkelabweichung in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen einem momentanen Wert einer Gierrate (ψ .) des Fahrzeugs und einem Wert einer Referenzgierrate ( ψ ._ref ) bestimmt wird, und wobei der Wert der Referenzgierrate ( ψ ._ref ) anhand eines Wertes wenigstens einer von dem Fahrer vorgegebenen Größe in einem Fahrzeugmodell ermittelt wird. dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzlenkmoment (ΔM) zurückgenommen wird, wenn die momentane Gierrate (ψ .) des Fahrzeugs betragsmäßig unter einen Wert der Referenzgierrate ( ψ ._ref ) sinkt, der zu einem Zeitpunkt eines Beginns einer instabilen Fahrsituation ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzgierrate ( ψ ._ref ) in Abhängigkeit eines von dem Fahrzeugbediener eingestellten Lenkwinkels (δ_R) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwinkelabweichung in Abhängigkeit einer Abweichung der momentanen Gierrate (ψ .) des Fahrzeugs von dem Wert der Referenzgierrate ( ψ ._ref ) ermittelt wird, der zu einem Zeitpunkt eines Beginns einer instabilen Fahrsituation ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt des Beginns einer instabilen Fahrsituation durch eine Aktivierungslogik bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungslogik zum Ermitteln des Beginns einer instabilen Fahrsituation auf Ergebnisse einer Fahrsituationserkennung zugreift.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Anteil des Zusatzlenkmoments (ΔM) in Abhängigkeit eines geschätzten Wertes eines Reifenrückstellmoments (M_R) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Reifenrückstellmoment (M_R) durch einen Störgrößenbeobachter geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzlenkmoment (ΔM) durch eine Addition des ersten und des zweiten Anteils ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des Zusatzlenkmoments (ΔM) limitiert wird.