DE19615311A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung einer die Fahrzeugbewegung repräsentierenden Bewegungsgröße - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Regelung einer die Fahrzeugbewegung repräsentierenden BewegungsgrößeInfo
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Description
Systeme zur Regelung des Verhaltens von Kraftfahrzeugen sind
aus dem Stand der Technik in vielerlei Modifikationen be
kannt. So kennt man beispielsweise Antiblockierregelungs
systeme sowie Antriebsschlupfregelungssysteme, die darauf
abzielen, das gewohnte Fahrzeugverhalten weitgehend auch in
längsdynamisch kritischen Situationen aufrechtzuerhalten.
Desweiteren kennt man auch Regelungssysteme, wie die gesteu
erte oder geregelte Allradlenkung, die Fahrwerkregelung oder
die Fahrdynamikregelung. Diese Systeme sollen das Fahrzeug
so beeinflussen, daß es auch in querdynamisch kritischen Si
tuationen sein gewohntes Fahrverhalten zeigt.
Allen obengenannten Systemen ist gemein, daß im allgemeinen
aus Meß- und Schätzgrößen Sollgrößen bestimmt werden. Durch
einen Vergleich dieser Sollgrößen mit Istwerten, die bei
spielsweise mittels Sensoren bestimmt werden, werden Stell
größen ermittelt. Mit Hilfe dieser Stellgrößen werden sich
im Fahrzeug befindliche Aktuatoren angesteuert. Durch den
von den Aktuatoren ausgeführten Eingriff wird das Verhalten
des Fahrzeuges so beeinflußt, daß sich der Istwert der vor
gegebenen Sollgröße annähert.
Für die obengenannten Systeme ist die Querbeschleunigung als
Meßgröße von unterschiedlicher Bedeutung. Bei einigen der
obengenannten Systeme wird eine vorhandene Querbeschleuni
gung dergestalt berücksichtigt, daß bei vorhandener Querbe
schleunigung in Abhängigkeit ihres Wertes die zur Betätigung
der Aktuatoren ermittelten Stellgrößen korrigiert werden.
So zeigt z. B. die DE-OS 34 21 732 ein Antiblockierregel
system, mit dem das Fahrverhalten eines Fahrzeuges während
eines Bremsvorganges bei einer Kurvenfahrt verbessert wird.
Hierzu ist dieses Antiblockierregelsystem zusätzlich mit ei
nem Querbeschleunigungssensor ausgestattet, dessen Meßwert
während des Bremsvorganges mit einem Schwellwert verglichen
wird. Bei Überschreiten dieses Schwellwertes durch den Meß
wert des Querbeschleunigungssensor wird das Einlaßventil für
die Hinterachse so angesteuert, daß wenigstens eine Zeit
lang der Bremsdruck in den Radbremszylinder der Hinterachse
nur gering bzw. nicht erhöht wird. In diesem Fall behält die
Hinterachse nahezu die volle Seitenstabilität, wodurch das
Fahrverhalten des Fahrzeuges während des Bremsvorganges bei
einer Kurvenfahrt verbessert wird.
Ebenso zeigt die DE-OS 34 21 700 ein Antiblockierregel
system, welches mit einem Querbeschleunigungssensor ausge
stattet ist. Wie allgemein bekannt, können bei Fahrbahnen
mit stark asymmetrischen Reibbeiwerten aufgrund einer durch
ein Antiblockierregelsystem durchgeführten Bremsung erheb
liche Giermomente auftreten, da die Räder der Fahrzeugseite
mit trockenen Fahrbahn greifen und das Fahrzeug verzögern,
die Räder auf der Fahrzeugseite mit der glatten Fahrbahn je
doch nicht. Um in diesem Fall die hohen Giermomente zu ver
meiden, wird der Bremsdruck am Rad mit höherem Reibbeiwert
in Abhängigkeit vom Bremsdruck am Rad mit niedrigerem Reib
beiwert begrenzt. Allerdings treten dieselben unterschied
lichen Bremskräfte auch bei Kurvenbremsungen auf, bei denen
gleichzeitig eine hohe Querbeschleunigung vorliegt. In die
sem Fall ist jedoch eine Giermomentenbegrenzung, die zu Be
ginn der Abbremsung nicht die optimalen Bremskräfte zuläßt,
schädlich. Um die beiden vorgenannten Situationen, zum einen
Bremsung in einer Kurve, zum anderen Bremsung auf einer
Fahrbahn mit stark asymmetrischen Reibbeiwerten, unterschei
den zu können, wird ein bekanntes Antiblockierregelsystem
mit einem Querbeschleunigungssensor ausgestattet. Der Meß
wert des Querbeschleunigungssensors wird mit einer vorgege
benen Querbeschleunigungsschwelle verglichen. Bei Über
schreiten der Querbeschleunigungsschwelle, d. h. wird auf
Durchfahren einer Kurve erkannt, wird ein weiterer Druck
aufbau am Rad mit höherem Reibbeiwert zugelassen. Somit wird
die Giermomentenbegrenzung verändert bzw. u. U. teilweise
aufgehoben. Durch den eingefügten Querbeschleunigungssensor
wird demzufolge zum einen die gewünschte Fahrstabilität bei
Kurvenbremsung und zum anderen die gewünschte Verbesserung
der Beherrschbarkeit auf asymmetrischen Fahrbahnen erreicht.
Zusätzlich zu den Antiblockierregelungssystemen kann die
Querbeschleunigung auch bei Antriebsschlupfsystemen von Be
deutung sein. Die DE-PS 34 17 423 beschreibt eine Vortriebs
regelungseinrichtung für ein Fahrzeug, bei der die Reduzie
rung des Motordrehmomentes in Abhängigkeit einer gemessenen
Querbeschleunigung vorgenommen wird. Hierbei wird in Abhän
gigkeit eines Vergleiches des gemessenen Wertes der Querbe
schleunigung mit einem vorgegebenen Wert für die Querbe
schleunigung entschieden, ob die Reduzierung des Motor
drehmomentes zum einen bereits vorgenommen wird, wenn ein
angetriebenes Fahrzeugrad eine Durchdrehneigung zeigt oder
zum anderen erst dann, wenn beide angetriebenen Fahrzeugrä
der Durchdrehneigung zeigen.
Wie bereits oben schon erwähnt wird u. a. auch in der Fahr
werkregelung die Querbeschleunigung berücksichtigt. So wird
in der DE-OS 41 21 954 ein Verfahren zur Gewinnung der Gier
geschwindigkeit und/oder Quergeschwindigkeit beschrieben,
welches beispielsweise bei der Fahrwerkregelung zum Einsatz
kommt. Zu diesem Zweck werden die Querbeschleunigung und die
Lenkwinkel der beiden Achsen mittels Sensoren gemessen. Aus
gehend von diesen Meßgrößen wird unter Verwendung eines Zu
standsschätzers die Giergeschwindigkeit und die Fahrzeug
quergeschwindigkeit geschätzt. Diese Größen können dann im
Rahmen einer Fahrwerkregelung weiterverarbeitet werden.
Auch bei Fahrdynamikregelungssystemen ist die Querbeschleu
nigung von Bedeutung. Ein solches System zeigt beispiels
weise die DE-OS 42 43 717. In dieser Schrift wird ein Ver
fahren zur Regelung der Fahrzeugstabilität beschrieben. Bei
diesem Verfahren wird ein Giergeschwindigkeits-Sollwert er
mittelt und ein Giergeschwindigkeits-Istwert gemessen. Aus
dem Vergleich beider Größen erhält man die Abweichung des
Istwerts vom Sollwert. In Abhängigkeit dieser Abweichung
werden Bremsdrucksteuerventile dergestalt angesteuert, daß
ein zusätzliches Giermoment erzeugt wird, um den Istwert dem
Sollwert anzugleichen. Die Schrift zeigt 2 Möglichkeiten,
wie man den Giergeschwindigkeits-Sollwert berechnen kann.
Zum einen zeigt sie, wie man ausgehend vom Lenkwinkel und
der Fahrzeuggeschwindigkeit den Giergeschwindigkeits-Soll
wert berechnen kann. Diese Art der Berechnung gilt für den
linearen Bereich. Gleichzeitig zeigt die Schrift, daß der
Giergeschwindigkeits-Sollwert ebenfalls in Abhängigkeit der
Querbeschleunigung und der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet
werden kann. Diese Art der Berechnung gilt für den
nichtlinearen Bereich.
In der in der Automobiltechnischen Zeitschrift (ATZ) 96
(1994) Heft, auf den Seiten 674 bis 689 erschienenen Veröf
fentlichung "FDR- Die Fahrdynamikregelung von Bosch" wird
ebenfalls ein Fahrdynamikregelungssystem beschrieben. Diesem
Artikel entnimmt der Fachmann beispielsweise im Bild 5 auf
der Seite 677, daß u. a. zur Bestimmung von Schätzgrößen die
mittels eines Querbeschleunigungssensors gemessene
Querbeschleunigung verwendet wird (siehe hierzu Bild 4 auf
derselben Seite).
Anhand der oben aufgeführten Beispiele ist erkennbar, daß
der Querbeschleunigung als Meßgröße im Zusammenhang mit der
Regelung des Fahrzeugverhaltens eine große Bedeutung zu
kommt. U.U. führt eine gemessene und mit Fehlern behaftete
Querbeschleunigung zu einem Fehlverhalten der Regelung.
Im Normalfall wird die Querbeschleunigung mittels eines
Querbeschleunigungssensors gemessen. Diese Messung der Quer
beschleunigung findet in einem Inertialsystem statt. Somit
gehen in den Wert der gemessenen Querbeschleunigung neben
den Querkräften, die am Fahrzeug aufgrund der Fahrzeugbewe
gung angreifen, auch die Kräfte ein, die durch eine querge
neigte Fahrbahn verursacht werden. Dagegen liegen den oben
beschriebenen Regelverfahren zur Berechnung von benötigten
Größen für gewöhnlich fahrbahnfeste Koordinatensysteme zu
grunde. Solche fahrbahnfesten Koordinatensysteme haben die
Eigenschaft, daß in ihnen die Fahrbahn keine Querneigung
aufweist, und die darin verwendete Querbeschleunigung folg
lich auch keine Anteile aufweist, die durch eine Querneigung
der Fahrbahn hervorgerufen werden. Aufgrund dieser Situation
- gemessene Querbeschleunigung in einem Inertialsystem und
benötigte Querbeschleunigung in einem fahrbahnfesten Koordi
natensystem - würde man einen Fehler machen, wenn man die in
dem Inertialsystem gemessene Querbeschleunigung direkt, ohne
Umrechnung in dem fahrbahnfesten Koordinatensystem verwenden
würde.
In der DE-PS 43 25 413 ist ein Verfahren zur Bestimmung das
Fahrverhalten charakterisierender Größen beschrieben, bei
dem diese Problematik, Verwendung einer in einem Inertial
system gemessenen Querbeschleunigung in einem fahrbahnfesten
Koordinatensystem, berücksichtigt wird. Ausgangspunkt dieses
Verfahrens sind hierfür Bewegungsgleichungen, die die Quer
bzw. Längsdynamik des Fahrzeugs in der Ebene beschreiben.
Diese Bewegungsgleichungen werden durch auf einem Fahrzeug
modell beruhenden Meßgleichungen ergänzt. In diesem Ansatz
ist die Querneigung der Fahrbahn als Zustandsgröße berück
sichtigt. Somit können die das Fahrverhalten charakterisie
renden Größen unter Berücksichtigung der Querneigung der
Fahrbahn bestimmt werden. Als Meßgrößen gehen in dieses Ver
fahren die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, die Längsbeschleu
nigung des Fahrzeuges, die Querbeschleunigung des Fahrzeugs,
die Gierwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs, der Lenkwinkel
sowie die Raddrehzahlen der einzelnen Räder verwendet. Das
Verfahren dient u. a. der Berechnung des Schwimmwinkels.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, bestehende Sy
steme zur Regelung von die Fahrzeugbewegung repräsentie
renden Größen dahingehend zu optimieren, daß bei der Erfas
sung der Querbeschleunigung die Querneigung der Fahrbahn be
rücksichtigt wird. Die ermittelte Querneigung der Fahrbahn
kann somit zur Korrektur der im einem Inertialsystem gemes
senen und in einem fahrbahnfesten Koordinatensystem verwen
deten Querbeschleunigung herangezogen werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 ge
löst.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie mit dem entspre
chenden Verfahren ist eine gute Beherrschbarkeit des Fahr
zeuges möglich. Weitere Vorteile ergeben sich auch in Ver
bindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Zeich
nung sowie Beschreibung des Ausführungsbeispieles.
Die Zeichnung besteht aus den Fig. 1 bis 10. In den
Fig. 1 bis 5 wird der der Erfindung zugrundeliegende physika
lische Sachverhalt aufgezeigt. Anhand von Fig. 6 wird das
Konzept des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens zur Be
stimmung der Querneigung der Fahrbahn dargestellt. Die
Fig. 7 bis 9 zeigen Blockschaltbilder zur Beschreibung des
erfindungsgemäßen Regelungssystems in verschiedenen Detai
liertheitsgraden. Fig. 10 stellt in einem Flußdiagramm den
Ablauf des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens dar. Es sei
darauf hingewiesen, daß Blöcke mit derselben Bezeichnung in
unterschiedlichen Figuren dieselbe Funktion haben.
Die Erfindung geht von Regelungssystemen aus, mit denen das
Fahrzeugverhalten beeinflußt werden kann. Beispielsweise
seien hier genannt: Antiblockierregelungssysteme, Antriebs
schlupfregelungssysteme, Systeme für die Fahrwerkregelung
oder die Fahrdynamikregelung. All diesen Systemen ist ge
mein, daß die von ihnen vorgenommene Regelung bezüglich ei
nes fahrbahnfesten Koordinatensystems abläuft.
Falls bei einem dieser Systeme die Querbeschleunigung in ir
gendeiner Art und Weise in die Regelung eingeht, und diese
mittels eines Querbeschleunigungssensors gemessen wird, so
kann man aufgrund der Tatsache einen Fehler machen, daß die
Querbeschleunigung mittels eines Querbeschleunigungssensors
in einem Inertialsystem gemessen, die Querbeschleunigung
jedoch in einem fahrbahnfesten Koordinatensystem benötigt
wird.
Um dies zu verdeutlichen, soll der physikalische Sachverhalt
betrachtet werden. Der Querbeschleunigungssensor mißt im
Inertialsystem eine Querbeschleunigung, die diesen in Fahr
zeugquerrichtung angreifenden Kräften proportional ist. So
mit geht in diese gemessene Querbeschleunigung neben den
Querkräften, die am Fahrzeug aufgrund der Fahrzeugbewegung
angreifen und die für die jeweilige Regelung im fahrbahn
festen Koordinatensystem von Bedeutung sind, auch die Hang
abtriebskraft ein, die durch die Querneigung der Fahrbahn
zustandekommt. Nimmt man keine Korrektur der gemessenen
Querbeschleunigung vor, so führt diese Hangabtriebskraft zu
Fehlern in der jeweiligen Regelung. Die Fehler in der jewei
ligen Regelung kommen dadurch zustande, daß die im Inertial
system gemessene Querbeschleunigung Anteile aufweist, die
durch die Hangabtriebskraft zustande kommen, die Fahrbahn im
fahrbahnfesten Koordinatensystem jedoch keine Querneigung
aufweist, und die somit für die Regelung benötigte Querbe
schleunigung keine Anteile aufweisen darf, die durch die
Hangabtriebskraft bzw. durch die Querneigung der Fahrbahn
zustande kommen. Durch eine Transformation der im Inertial
system gemessenen Querbeschleunigung in das fahrbahnfeste
Koordinatensystem kann man erreichen, daß der aufgrund der
Querneigung der Fahrbahn zustandekommende Anteil der Querbe
schleunigung eliminiert wird.
Zur Veranschaulichung sei hierzu auf die Bilder 1a bzw. 1b
der Fig. 1 verwiesen.
In beiden Bildern ist ein Fahrzeug dargestellt, welches eine
stationäre Kurvenfahrt auf einer quergeneigten Fahrbahn be
schreibt. In Bild 1a ist die Fahrbahn so quergeneigt, daß
die dadurch entstehende Mangabtriebskraft Fh der aufgrund
der Kurvenfahrt entstehenden Zentrifugalkraft Fz entgegenge
setzt gerichtet ist. Das heißt, aufgrund der quergeneigten
Fahrbahn ist der Wert der Querbeschleunigung, der durch den
Querbeschleunigungssensor gemessen wird, im Betrag kleiner
als der Wert, der eigentlich aufgrund der Kurvenfahrt zu er
warten wäre.
Fig. 1b zeigt den Fall, daß aufgrund der quergeneigten
Fahrbahn die Hangabtriebskraft Fh und die Zentrifugalkraft
Fz gleichgerichtet sind. In diesem Fall mißt der Querbe
schleunigungssensor eine Querbeschleunigung, die im Betrag
größer ist als die, die man aufgrund der Kurvenfahrt erwar
ten würde.
In beiden Fällen ist folglich der mittels des Querbeschleu
nigungssensors gemessene Wert der Querbeschleunigung durch
einen Querbeschleunigungsanteil, der durch die Hangabtriebs
kraft zustandekommt, verfälscht.
In Fig. 2 ist die stationäre Kurvenfahrt eines Fahrzeuges
in einer horizontalen Ebene gezeigt. Bei der stationären
Kurvenfahrt in einer horizontalen Ebene tritt am Fahrzeug
als einzige Querkraft die Zentrifugalkraft Fz auf. Durch die
Zentrifugalkraft Fz entsteht die Zentrifugalbeschleunigung,
die von der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vl und dem Kurven
radius r der Kurve abhängt, die das Fahrzeug durchfährt. Für
die Zentrifugalbeschleunigung az gilt beispielsweise:
az = vl * vl/r, (1)
die in diesem Fall (Schwimmwinkel = Null) gleichzeitig die
Querbeschleunigung ayin ist. ayin stellt die in diesem Fall
mit einem Querbeschleunigungssensor gemessene Querbeschleu
nigung dar. Fig. 2 zeigt weiter, daß das Fahrzeug aufgrund
der Kurvenfahrt eine Drehbewegung um seine Hochachse mit der
Gierrate omega ausführt. Die Gierrate omega läßt sich in
diesem Fall, wie die nachfolgende Gleichung zeigt, durch die
Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vl und der Kurvenradius r be
schreiben:
omega = vl/r (2)
Bei einer stationären Kurvenfahrt in einer horizontalen
Ebene besteht zwischen der Querbeschleunigung ayin, in die
sem Fall die Zentrifugalbeschleunigung az, und der Gierrate
omega allgemein ein linearer Zusammenhang. Dieser kann bei
spielsweise aus den obigen Gleichungen (1) und (2) hergelei
tet werden:
ayin = az = vl * omega. (3)
Dieser Zusammenhang ist in Fig. 3 dargestellt. Die im
Schaubild eingezeichnete Gerade unterteilt die Ebene in zwei
Bereiche, die mit "schieben" bzw. "schleudern" bezeichnet
sind. Im Bereich "schieben" liegt ein stabiles Verhalten des
Fahrzeuges vor. Im Bereich "schleudern" liegt dagegen ein
instabiles Verhalten des Fahrzeuges vor. Durch Erfassung der
Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vl, der Querbeschleunigung ayin
und der Gierrate omega erhält man einen beliebigen Punkt in
dieser Ebene, der das Verhalten des Fahrzeuges beschreibt.
Punkte in der Teilebene "schieben" sind dadurch gekennzeich
net, daß die Gierrate omega kleiner ist, als man aufgrund
der Werte der Querbeschleunigung ayin und der Fahrzeuglängs
geschwindigkeit vl erwarten dürfte. Punkte in der Teilebene
"schleudern" sind dadurch gekennzeichnet, daß die Gierrate
omega größer ist, als man aufgrund der Werte der Querbe
schleunigung ayin und der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vl
erwarten dürfte. Folglich liegt in der Teilebene "schieben"
ein untersteuerndes Verhalten des Fahrzeuges vor. Im Teilbe
reich "schleudern" dagegen ein übersteuerndes Verhalten des
Fahrzeuges.
Beschreibt das Fahrzeug eine stationäre Kurvenfahrt auf ei
ner quergeneigten Fahrbahn, so treten zum einen die Zentri
fugalbeschleunigung az und zum anderen eine Querbeschleuni
gungskomponente ayoff, die aufgrund der quergeneigten Fahr
bahn zustandekommt, auf. Die Querbeschleunigungskomponente
ayoff wird durch die Gravitationskonstante g und den Quer
neigungswinkel alpha der Fahrbahn beschrieben. Für die Quer
beschleunigungskomponente gilt beispielsweise der Zusammen
hang
ayoff = g * sin(alpha). (4)
In dem in Bild 1a dargestellten Fall mißt der Querbeschleu
nigungssensor eine Querbeschleunigung ayin, die sich aus der
Zentrifugalbeschleunigung az und einer aufgrund der Quernei
gung der Fahrbahn zustandekommenden Querbeschleunigungskom
ponente ayoff wie folgt zusammensetzt:
ayin = az - ayoff
= az - g * sin(alpha), mit alpha < 0. (5)
= az - g * sin(alpha), mit alpha < 0. (5)
Hierbei gilt für die Zentrifugalbeschleunigung az der in
Gleichung (1) genannte Zusammenhang. Wie man sieht, ist auf
grund des positiven Querneigungswinkels der Fahrbahn die
mittels des Querbeschleunigungssensors gemessene Querbe
schleunigung ayin um den Beitrag ayoff, der durch die Hang
abtriebskraft zustand kommt, verringert.
Die für den Fall, der in Bild 1b dargestellt ist, mittels
des Querbeschleunigungssensors gemessene Querbeschleunigung
ayin, wird ebenfalls durch Gleichung (4) beschrieben. Aller
dings ist in diesem Fall der Querneigungswinkel alpha der
Fahrbahn negativ. Somit ist die gemessene Querbeschleunigung
ayin um den Anteil ayoff der durch die Hangabtriebskraft zu
standekommt, angehoben.
Der durch Gleichung (4) beschriebene Sachverhalt ist in dem
Schaubild in Fig. 4 dargestellt. Die Situation, stationäre
Kurvenfahrt in einer horizontalen Ebene, die in Fig. 2 dar
gestellt ist, ist ebenfalls im Schaubild der Fig. 4 enthal
ten (alpha = 0).
Das Schaubild zeigt, daß die Querbeschleunigung ayin, die
mit dem Querbeschleunigungssensor gemessen wird, aus der
Querbeschleunigung az, die bei einer entsprechenden statio
nären Kurvenfahrt in einer horizontalen Ebene vorliegen
würde, dadurch hervorgeht, daß sie um den Anteil der Querbe
schleunigung ayoff, der durch die quergeneigte Fahrbahn zu
standekommt, verschoben wird. Da die Querbeschleunigung, die
für Regelungen, die bezüglich eines fahrbahnfesten Koordina
tensystems ablaufen, eingesetzt wird, darf diese Querbe
schleunigung keine Anteile enthalten, die aufgrund einer
quergeneigten Fahrbahn zustande kommen. Anschaulich bedeutet
dies ausgehend von Fig. 4: Die gemessene Querbeschleunigung
ayin muß um den Anteil, der durch die quergeneigte Fahrbahn
zustandekommt, zurückverschoben werden, so daß sie auf der
Geraden mit alpha = 0 zu liegen kommt.
Die Korrektur der mit dem Querbeschleunigungssensor gemesse
nen Querbeschleunigung ayin kann nur vorgenommen werden,
wenn sich das Fahrzeug in einem stabilen Zustand befindet
(Teilbereich "schieben"). Dies bedeutet für die Korrektur
der mit dem Querbeschleunigungssensor gemessenen Querbe
schleunigung ayin, daß zunächst festgestellt werden muß, ob
sich das Fahrzeug in einem stabilen Zustand befindet oder
nicht. Bei Vorliegen eines stabilen Zustandes kann dann der
Anteil ayoff der Querbeschleunigung bestimmt werden, der
durch die quergeneigte Fahrbahn zustandekommt.
Die im fahrbahnfesten Koordinatensystem benötigte Querbe
schleunigung ayff läßt sich aus der mit dem Querbeschleuni
gungssensor gemessenen Querbeschleunigung ayin und der Quer
beschleunigungskomponente ayoff darstellen:
ayff = ayin + g * sin(alpha). (6)
Um die durch den Querbeschleunigungssensor im Inertialsystem
gemessene Querbeschleunigung ayin korrigieren zu können, muß
die Querneigung alpha der Fahrbahn und somit der durch sie
verursachte Anteil
ayoff = g * sin(alpha) (7)
der Querbeschleunigung mittels einer Erkennung bestimmt wer
den.
Um die Querneigung der Fahrbahn bzw. den durch sie verur
sachten Anteil ayoff der Querbeschleunigung bestimmen zu
können, muß, wie bereits erwähnt, gewährleistet sein, daß
sich das Fahrzeug in einem stabilen Zustand befindet. Folg
lich muß vor einer möglichen Korrektur der Querbeschleuni
gung zunächst untersucht werden, ob sich das Fahrzeug in ei
nem stabilen Zustand befindet.
Das Kriterium, anhand dessen unterschieden werden kann, ob
sich das Fahrzeug in einem stabilen oder in einem instabilen
Zustand befindet, soll zunächst anhand der Fig. 4 und daran
anschließend anhand der Fig. 5 erläutert werden.
In Fig. 4 ist der Einfluß der quergeneigten Fahrbahn auf
die mit dem Querbeschleunigungssensor gemessene Querbe
schleunigung ayin dargestellt. Wie Fig. 4 zeigt, wird auf
grund der quergeneigten Fahrbahn die Gerade für die Querbe
schleunigung verschoben. Somit kann in Abhängigkeit der er
faßten Werte für die Querbeschleunigung ayin, die Gierrate
omega und die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vl nicht mehr
eindeutig festgestellt werden, ob sich das Fahrzeug in einem
stabilen ("schieben") oder in einem instabilen Zustand
("schleudern") befindet.
Anhand von Fig. 5 wird eine Möglichkeit aufgezeigt, mit de
ren Hilfe bestimmt werden kann, in welchem Zustand sich das
Fahrzeug befindet. Hierbei wird folgende Eigenschaft ge
nutzt: Wenn sich ein Fahrzeug in einem instabilen Zustand
befindet (das Fahrzeug "schleudert", bzw. übersteuert), dann
reichen im Normalfall die Reifenquerkräfte für eine Auf
rechterhaltung der Spurführung entsprechend des Fahrerwun
sches nicht mehr aus. Dabei wird als Fahrerwunsch die Gier
rate angesehen, die sich aufgrund der vom Fahrer vorgegebe
nen Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vl und des Lenkwinkels
delta einstellen müßte. Die Reifenquerkräfte ändern sich bei
steigendem Schräglaufwinkel der Räder kaum noch. Dies be
deutet, daß die gemessene Querbeschleunigung ayin annähernd
konstant und somit fast unabhängig von der Gierrate omega
ist. Drückt man diesen Sachverhalt mathematisch aus, so be
deutet dies, daß das Differential, welches in Abhängigkeit
der Gierratenänderung d(omega) und der Querbeschleuni
gungsänderung d(ayin) gebildet wird, gleich Null ist:
d(ayin)/d(omega) = 0. (8)
Diese Situation ist in Fig. 5 durch den Punkt A gekenn
zeichnet.
Wenn sich dagegen das Fahrzeug in einem stabilen Zustand be
findet (das Fahrzeug "schiebt", bzw. untersteuert), dann
sind die Reifenquerkräfte für eine Spurführung entsprechend
der als Fahrerwunsch vorgegebenen Gierrate des Fahrzeuges
ausreichend. Folglich kann die Gierrate omega entsprechend
einer Fahrervorgabe erhöht werden. Mathematisch ausgedrückt
bedeutet dies, daß das oben beschriebene Differential un
gleich Null ist:
d(ayin)/d(omega) ≠ 0 (9).
Diese Situation ist in Fig. 5 durch den Punkt B gekenn
zeichnet.
Demzufolge eignet sich das Differential d(ayin)/d(omega) zur
Bestimmung des Fahrzeugverhaltens bzgl. der Zustände
"schleudern" (instabiles Verhalten des Fahrzeuges) bzw.
"schieben" (stabiles Verhalten des Fahrzeuges).
Für die Bestimmung des Fahrzeugverhaltens bzgl. der beiden
Zustände gibt es mehrere Möglichkeiten, von denen einige
nachfolgend beispielhaft genannt werden. Die Beschränkung
auf diese genannten Möglichkeiten soll allerdings keine Ein
schränkung des Erfindungsgedankens darstellen.
Eine erste Möglichkeit ist, in gewissen zeitlichen Abständen
jeweils einen kurzen aktiven, d. h. vom Ablauf der Regelung
unabhängigen Eingriff durch das Regelungssystem durchführen
zu lassen. Anhand des Fahrzeugverhaltens als Antwort auf
diesen aktiven Eingriff kann dann das Differential
d(ayin)/d(omega) und somit das vorliegende Verhalten des
Fahrzeuges bestimmt werden.
Eine zweite Möglichkeit besteht darin, Eingriffe des Rege
lungssytems, die im Zusammenhang mit der Regelung vorge
nommen werden, dazu zu nutzen, aus dem darauf folgenden
Fahrzeugverhalten das Differential d(ayin)/d(omega) zu be
stimmen.
Als dritte Möglichkeit bietet sich an, ausgehend von einem,
aufgrund des Fahrverhaltens des Fahrzeuges unmittelbar be
vorstehenden Regelungseingriffes, einen davon unabhängigen
aktiven Eingriff des Regelungssystemes vorzunehmen und auf
grund des dadurch erhaltenen Fahrzeugverhaltens das Dif
ferential d(ayin)/d(omega) zu bestimmen.
Anhand der Fig. 6 wird im folgenden beschrieben, wie mit
Hilfe des Differentials d(ayin)/d(omega) die Erkennung bzgl.
des Fahrzeugverhaltens ablaufen kann. Hierbei wird zugrunde
gelegt, daß die Erkennung beispielsweise nach der oben be
schriebenen ersten Möglichkeit erfolgt. Dies soll jedoch
keine Einschränkung darstellen.
Da die Fahrbahnquerneigung unbekannt ist, wird bei der Er
kennung des Fahrzeugverhaltens zunächst davon ausgegangen,
daß diese Null ist. Aus diesem Grund wird zunächst die Quer
beschleunigungskomponente, die aufgrund der Querneigung der
Fahrbahn zustandekommt zu Null gesetzt:
ayoff = g * sin(alpha) = 0 (10)
In einem ersten Beispiel wird angenommen, daß durch die Be
stimmung der Größen Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vl, Querbe
schleunigung ayin und Gierrate omega des Fahrzeuges das
Fahrzeugverhalten durch den im Schaubild der Fig. 6 enthal
tenen Punkt A beschrieben wird. Folglich geht das Regelungs
system in diesem Fall davon aus, daß sich das Fahrzeug in
einem instabilen Zustand befindet ("schleudern"). Hierbei
hat das Differential d(ayin)/d(omega) den Wert Null. Dieser
Zustand ist dadurch gekennzeichnet, daß die Gierrate omega
des Fahrzeuges für die vorliegende Fahrsituation zu groß
ist. Deshalb nimmt das Regelungssystem einen ersten Eingriff
vor, durch den die Gierrate omega des Fahrzeuges zunächst um
einen kleinen Betrag reduziert wird. Gleichzeitig überwacht
es die Änderung der Querbeschleunigung ayin.
Nun gibt es zwei Möglichkeiten, für die Situation, die nach
dem ersten Eingriff vorliegen kann: Zum einen kann der Fall
vorliegen, daß trotz der vorgenommenen Veränderung der Gier
rate omega keine Änderung der Querbeschleunigung ayin einge
treten ist (Punkt A2). Dies ist gleichbedeutend damit, daß
das Differential d(ayin)/d(omega) trotz des ersten Eingrif
fes unverändert gleich Null geblieben ist. Wird dies festge
stellt, so liegt tatsächlich ein instabiler Fahrzeugzustand
vor, das Fahrzeug "schleudert". Um das Fahrzeug von diesem
instabilen Zustand in einen stabilen Zustand zu überführen,
in dem der Anteil der Querbeschleunigung ayoff, der aufgrund
der Querneigung der Fahrbahn zustandekommt, bestimmt werden
kann, müssen wie in Fig. 6 angedeutet, u. U. eine beliebige
Anzahl weiterer Eingriffe durch das Regelungssystem vorge
nommen werden. Nach Ausführung dieser weiteren Eingriffe
wird aufgrund der Größen Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vl,
Querbeschleunigung ayin und Gierrate omega des Fahrzeuges
der Punkt An definiert. Bis zum Erreichen dieses Punkts soll
trotz der Änderung der Gierrate omega keine Änderung der
Querbeschleunigung ayin erfolgt sein. Durch den nächstfol
genden Eingriff des Regelungssystems tritt eine Änderung der
Querbeschleunigung ayin ein (Punkt A(n+1)). Die auftretende
Änderung der Querbeschleunigung ayin bewirkt, daß das Dif
ferential d(ayin)/d(omega) einen von Null verschiedenen Wert
annimmt, was gleichbedeutend damit ist, daß das Fahrzeug mit
Erreichen des Punktes An einen stabilen Zustand erreicht
hat. Das Regelungssystem nimmt einen weiteren Eingriff der
gestalt vor, daß die Auswirkung des letzten Eingriffes rück
gängig gemacht wird. Somit befindet sich das Fahrzeug wieder
in dem Zustand, der durch den Punkt An beschrieben ist. Aus
gehend von den in diesem Punkt vorliegenden Werten für die
Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vl, die Gierrate omega des
Fahrzeuges und die Querbeschleunigung ayin kann nun der An
teil
ayoff = g * sin(alpha) = vl * omega - ayin (11)
der Querbeschleunigung berechnet werden, der aufgrund der
quergeneigten Fahrbahn zustandekommt. Mit diesem Wert ayoff
und der durch den Querbeschleunigungssensor gemessenen Quer
beschleunigung ayin kann die im fahrbahnfesten Koordinaten
system benötigte Querbeschleunigung ayff ermittelt werden.
ayff = ayin + ayoff. (12)
In diesem ersten Fall befindet sich das Fahrzeug zu Beginn
tatsächlich in einem instabilen Zustand, was auch aufgrund
der Werte für die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vl, die Quer
beschleunigung ayin und die Gierrate omega im Punkt A ange
nommen wurde.
Zum anderen kann der Fall vorliegen, daß sich als Auswirkung
auf den ersten Eingriff des Regelungssystems die Querbe
schleunigung ayin ändert (Punkt A1). Wenn dies auftritt,
kann bereits nach dem ersten Eingriff des Regelungssystems
der Anteil ayoff der Querbeschleunigung bestimmt werden.
Dazu führt das Regelungssystem ebenfalls, wie oben bei der
ersten Möglichkeit beschrieben, zunächst einen weiteren Ein
griff durch, so daß das Fahrzeug wieder den Zustand ein
nimmt, der durch den Punkt A beschrieben wird. Ausgehend von
den bei diesem Zustand bestimmten Werten für die Fahrzeug
längsgeschwindigkeit vl, die Gierrate omega und die Querbe
schleunigung ayin wird der Anteil ayoff der Querbeschleuni
gung bestimmt. Bei der zweiten Möglichkeit liegt folglich
der Fall vor, daß sich das Fahrzeug in einem stabilen Zu
stand befindet, obwohl aufgrund der vorliegenden ersten
Werte für die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vl, die Gierrate
omega und die Querbeschleunigung ayin im Punkt A angenommen
wurde, daß es sich in einem instabilen Zustand befinden
würde.
In einem zweiten Beispiel wird angenommen, daß durch die Be
stimmung der Größen Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vl, Querbe
schleunigung ayin und Gierrate omega des Fahrzeuges der im
Schaubild der Fig. 6 enthaltene Punkt B vorliegt. In diesem
Fall geht das Regelungssystem davon aus, daß sich das Fahr
zeug in einem stabilen Zustand befindet. Solch ein Zustand
ist dadurch gekennzeichnet, daß die Gierrate omega des Fahr
zeuges für die vorliegende Fahrsituation zu klein ist. Dies
entspricht einem untersteuernden Verhalten des Fahrzeuges.
Da die Gierrate omega zu klein ist nimmt das Regelungssystem
einen ersten Eingriff vor, durch den diese zunächst um einen
kleinen Betrag erhöht wird. Gleichzeitig überwacht es die
Änderung der Querbeschleunigung durch Messung.
Auch hier müssen wieder analog zum ersten Beispiel zwei
Fälle unterschieden werden: Zum einen kann der Fall vorlie
gen, daß aufgrund des ersten Eingriffes des Regelungssystems
eine Änderung der Querbeschleunigung ayin auftritt (Punkt
B1). Wenn dies der Fall ist, kann bereits nach dem ersten
Eingriff des Regelungssystems der Anteil ayoff der Querbe
schleunigung bestimmt werden. Um dies tun zu können führt
das Regelungssystem, wie bereits oben im ersten Beispiel be
schrieben, zunächst einen weiteren Eingriff durch, so daß
das Fahrzeug wieder den Zustand einnimmt, der durch den
Punkt B beschrieben wird. Ausgehend von den in diesem Zu
stand vorliegenden Werten für die Fahrzeuglängsgeschwindig
keit vl, die Gierrate omega und die Querbeschleunigung ayin
wird der Anteil ayoff der Querbeschleunigung bestimmt. In
diesem insgesamt dritten Fall befindet sich das Fahrzeug zu
Beginn tatsächlich in einem stabilen Zustand, was auch auf
grund der Werte für die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vl, die
Querbeschleunigung ayin und die Gierrate omega im Punkt B
angenommen wurde.
Zum anderen kann der Fall vorliegen, daß trotz des ersten
Eingriffes durch das Regelungssystem und der damit verbunde
nen Änderung der Gierrate omega keine Änderung der Querbe
schleunigung ayin eingetreten ist (Punkt B2). Dies bedeutet,
daß das Differential d(ayin)/d(omega) trotz des ersten Ein
griffes unverändert gleich Null geblieben ist. Wird dies
festgestellt, so liegt tatsächlich ein instabiler Fahrzeug
zustand vor. Um das Fahrzeug in einen stabilen Zustand zu
überführen, in dem der Anteil der Querbeschleunigung ayoff
bestimmt werden kann, müssen wie in Fig. 6 angedeutet, u. U.
eine beliebige Anzahl weiterer Eingriffe durch das Rege
lungssystem vorgenommen werden. Nach deren Ausführung wird
aufgrund der Größen Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vl, Querbe
schleunigung ayin und Gierrate omega des Fahrzeuges der
Punkt Bn beschrieben. Bis zum Erreichen dieses Punktes sei
trotz der Änderung der Gierrate omega keine Änderung der
Querbeschleunigung ayin erfolgt. Durch den nächstfolgenden
Eingriff des Regelungssystems ergibt sich eine Änderung der
Querbeschleunigung ayin (Punkt B(n+1)). Die auftretende Än
derung der Querbeschleunigung ayin bewirkt, daß das Diffe
rential d(ayin)/d(omega) einen von Null verschiedenen Wert
annimmt. Dies bedeutet, daß das Fahrzeug mit Erreichen des
Punktes Bn einen stabilen Zustand erreicht hat. Das Rege
lungssystem nimmt einen weiteren Eingriff vor, durch den das
Fahrzeug wieder in den Zustand gebracht wird, der durch den
Punkt Bn beschrieben wird. Gemäß Gleichung (11) kann nun der
Anteil ayoff berechnet werden. Ausgehend von diesem Wert
ayoff und der durch den Querbeschleunigungssensor gemessenen
Querbeschleunigung ayin kann nach Gleichung (12) die Querbe
schleunigung, die im fahrbahnfesten Koordinatensystem benö
tigt wird berechnet werden.
In diesem insgesamt vierten Fall befindet sich das Fahrzeug
in einem instabilen Zustand obwohl aufgrund der Werte für
die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vl, der Gierrate omega des
Fahrzeuges und der Querbeschleunigung ayin im Punkt B ein
stabiler Zustand des Fahrzeuges angenommen wurde.
Zusätzlich entnimmt man dem Schaubild in Fig. 6, daß um die
Gerade, die die Beziehung ayin = vl * omega erfüllt, ein To
leranzband gelegt ist. Dieses Toleranzband kann wie im dar
gestellten Fall unsymmetrisch um die Gerade gelegt sein.
Beispielsweise kann es nach "oben" hin einen durch den Wert
e1 beschriebenen Abstand und nach "unten" hin einen durch
den Wert e2 beschriebenen Abstand aufweisen. Wird aufgrund
der Erfassung der Werte für die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit
vl, die Querbeschleunigung ayin und die Gierrate omega des
Fahrzeuges festgestellt, daß sich das Fahrzeug in einem Zu
stand befindet, der innerhalb des Toleranzbandes liegt, so
wird vom Regelungssystem kein aktiver Eingriff ausgeführt,
da in diesem Fall davon ausgegangen wird, daß sich zum einen
das Fahrzeug in einem stabilen Zustand befindet und daß zum
anderen die Querneigung der Fahrbahn unverändert geblieben
sein dürfte. In der Beschreibung zu der Fig. 10 wird auf
dieses Toleranzband noch ausführlich eingegangen.
Ausgehend von den bisherigen Überlegungen, die hauptsächlich
anhand der Fig. 6 angestellt wurden, wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf Fig. 7 ein Regelungssystem beschrieben, wel
ches Mittel enthält, mit deren Hilfe die Querneigung alpha
der Fahrbahn und somit die durch sie zustandekommende Quer
beschleunigungskomponente ayoff bestimmt werden kann. Dabei
wird beispielsweise davon ausgegangen, daß es sich bei die
sem Regelungssystem um ein System zur Regelung der Fahrdy
namik des Fahrzeuges handelt. Dies soll jedoch keine Be
schränkung des Einsatzes der erfindungsgemäßen Idee in einem
anderen System zur Regelung des Verhaltens von Kraftfahr
zeugen darstellen.
Wie in Fig. 7 dargestellt, enthält das Regelungssystem ei
nen Block 101. Diesem Block 101 werden verschiedene, erfaßte
Signale zugeführt. Eines dieser Signale ist die mit Hilfe
des Sensors 102 erfaßte Gierrate omega des Fahrzeuges um
seine Hochachse. Der Sensor 102 kann beispielsweise als ein
einzelner Drehratensensor zur Erfassung der Gierrate oder
als eine Kombination zweier an unterschiedlichen Orten des
Fahrzeuges angebrachter Querbeschleunigungssensoren aufge
baut sein. Als ein weiteres Signal wird dem Block 101 die
mit Hilfe des Sensors 103 erfaßte Querbeschleunigung ayin
zugeführt. Ein weiteres Signal, welches dem Block 101 zuge
führt wird, ist der mittels des Lenkwinkelsensors 106 gemes
sene Lenkwinkel delta. Mit den Raddrehzahlsensoren 104ÿ
werden die Raddrehzahlen Nÿ der einzelnen Räder erfaßt. Der
Index i gibt hierbei an, ob sich der jeweilige Sensor an der
Hinterachse oder an der Vorderachse des Fahrzeuges befindet.
Gleichzeitig wird angezeigt, auf welche Seite der beiden
Achsen sich die jeweilige Größe bezieht. Der Index j zeigt
die Zuordnung zu der linken oder rechten Fahrzeugseite an.
Dies gilt auch für die Aktuatoren 107ÿ. Die erfaßten Rad
drehzahlen werden zum einen direkt dem Block 101 zugeführt.
Zum anderen werden sie einem Block 105 zugeführt. Mit Hilfe
des Blockes 105 wird in bekannter Weise ausgehend von den
Signalen Nÿ die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vl bestimmt.
Diese wird ebenfalls dem Block 101 zugeführt.
Mit Hilfe des Blockes 101 werden in bekannter Weise die An
steuersignale Aÿ bzw. Amot erzeugt. Hierzu sei beispiels
weise auf die in der Automobiltechnischen Zeitschrift er
schienene Veröffentlichung "FDR-Die Fahrdynamikregelung von
Bosch" verwiesen. Durch die Ansteuersignale Aÿ werden die
Aktuatoren 107ÿ angesteuert. Mit diesen Aktuatoren können
beispielsweise radselektiv die Bremskräfte einzelner Räder
beeinflußt werden. Das Ansteuersignal Amot wird dem Block
108 zugeführt. In Abhängigkeit des Ansteuersignals Amot wird
in bekannter Weise, beispielsweise Beeinflussung der Dros
selklappenstellung oder des Zündzeitpunktes, die vom Motor
erzeugte Antriebskraft beeinflußt.
Die Funktion des Blockes 101 wird in Fig. 8 ausführlicher
beschrieben. Wie Fig. 8 zeigt besteht der Block 101 aus
zwei Blöcken 201 und 202. Dem Block 201 werden die bereits
im Zusammenhang mit der Fig. 7 beschriebenen Signale Gier
rate omega, mittels Sensor gemessene Querbeschleunigung ayin
und Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vl zugeführt. Ausgehend von
diesen drei Signalen wird in dem Block 201 die im fahrbahn
festen Koordinatensystem benötigte Querbeschleunigung ayff
ermittelt. Diese Querbeschleunigung ayff sowie der Gierrate
omega, die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vl und der Lenkwin
kel delta werden dem Block 202 zugeführt. Dieser Block 202
bildet in bekannter Weise aus diesen Signalen die Ansteuer
signale Aÿ bzw. Amot. Hierbei sei auf den Artikel "FDR-Die
Fahrdynamik von Bosch" in der Automobiltechnischen Zeit
schrift verwiesen.
Ausgehend von Fig. 9 wird der Aufbau des Blockes 201 näher
beschrieben. Der Block 201 besteht aus zwei Blöcken 301 und
302. Dem Block 301 werden die bereits oben erwähnten Signale
der Gierrate omega, der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vl und
der Fahrzeugquerbeschleunigung ayin zugeführt. Ausgehend von
diesen drei Signalen bildet der Block 301 die durch die
Querneigung der Fahrbahn zustandekommende Querbeschleuni
gungskomponente ayoff. Diese wird dem Block 302 zugeführt.
Zusätzlich wird dem Block 302 das Signal der Querbeschleuni
gung ayin zugeführt. In Abhängigkeit der Signale ayin und
ayoff bildet der Block 302 die im fahrbahnfesten Koordina
tensystem benötigte Querbeschleunigung ayff. Diese wird dem
Block 202 zugeführt.
Mit dem Flußdiagramm in Fig. 10 soll das im Block 201 ab
laufende Verfahren zur Bestimmung der Querbeschleunigungs
komponente ayoff bzw. der im fahrbahnfesten Koordinaten
system benötigten Querbeschleunigung ayff näher beschrieben
werden. Dazu sei vorab bemerkt, daß zum einen in diesem
Flußdiagramm der Zeitverzug zwischen einer Änderung der
Gierrate omega aufgrund eines Eingriffes des Regelungs
systemes und der damit eventuell verbundenen Änderung der
Querbeschleunigung ayin vernachlässigt wird. Zusätzlich wird
bei diesem Ausführungsbeispiel ein Toleranzband um die durch
alpha = 0 definierte Kurve (siehe Figur ) gelegt. Dieses To
leranzband muß nicht symmetrisch um die Kurve angelegt sein.
Das Toleranzband wird durch die beiden Schwellwerte e1 bzw.
e2 realisiert.
Beginnend mit Drehen des Zündschlüssels bei Fahrtbeginn
startet das Verfahren zur Bestimmung der durch Querneigung
der Fahrbahn zustandekommenden Querbeschleunigungskomponente
ayoff mit dem Schritt 401. In diesem Schritt werden eventu
ell notwendige Initialisierungen vorgenommen. Da zu Fahrt
beginn noch keine Information bzgl. der Querneigung de Fahr
bahn vorliegt, wird in einem weiteren Schritt 402 der Wert
für die Querbeschleunigungskomponente ayoff zu Null gesetzt.
Der Schritt 402 wird nur direkt nach betätigen des Zünd
schlüssels ausgeführt. Sobald die Querbeschleunigungskompo
nente ayoff das erste Mal bestimmt ist, beginnt das Verfah
ren nicht mehr mit Schritt 402 sondern mit Schritt 403. In
diesem Schritt 403 werden die Werte für die Fahrzeuglängsge
schwindigkeit vl, die mit einem Querbeschleunigungssensor
gemessene Querbeschleunigung ayin und die Gierrate des Fahr
zeuges eingelesen.
In dem darauf folgenden Schritt 404 wird die Differenz aus
dem Wert der Querbeschleunigung, der ausgehend von dem er
faßten Wert der Gierrate omega, dem erfaßten Wert der Fahr
zeuglängsgeschwindigkeit vl und dem zuletzt ermittelten Wert
der Querbeschleunigungskomponente ayoff berechnet wurde und
dem Wert ayin der mit dem Querbeschleunigungssensor gemesse
nen Querbeschleunigung gebildet. Diese dabei entstehende
Differenz wird mit einem Schwellwert e2 verglichen. Durch
diese Abfrage wird ausgehend von dem Zustand des Fahrzeuges,
der durch die erfaßten Werte für die Fahrzeuglängsgeschwin
digkeit vl, die Querbeschleunigung ayin und die Gierrate
omega des Fahrzeuges beschrieben wird, festgestellt, ob sich
das Fahrzeug in einem Zustand unterhalb des Toleranzbandes
befindet oder nicht. Ist die Differenz kleiner als der
Schwellwert e2, so geht das Regelungssystem davon aus, daß
sich das Fahrzeug entweder in einem stabilen Zustand oder in
einem Zustand befindet, der innerhalb des Toleranzbandes
liegt. Als nächster Schritt wird der Schritt 405 ausgeführt.
Ist dagegen die Differenz größer als der Schwellwert e2, so
geht das Regelungssystem davon aus, daß sich das Fahrzeug in
einem instabilen Zustand befindet, und als nächster Schritt
wird der Schritt 412 ausgeführt.
Nach einem im Schritt 404 durchgeführten ersten Vergleich
der mit einem Querbeschleunigungssensor gemessenen Querbe
schleunigung ayin mit einer aus den erfaßten Werten für die
Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vl, die Gierrate omega und der
Querbeschleunigungskomponente ayoff berechneten, wird im
Schritt 405 ein weiterer Vergleich durchgeführt. Hierzu wird
die Differenz aus dem Wert ayin der mit dem Querbeschleuni
gungssensor gemessenen Querbeschleunigung und dem Wert der
Querbeschleunigung, der ausgehend von dem erfaßten Wert der
Gierrate omega, dem erfaßten Wert der Fahrzeuglängsgeschwin
digkeit vl und dem zuletzt ermittelten Wert der Querbe
schleunigungskomponente ayoff berechnet wurde, gebildet.
Diese Differenz wird mit dem Schwellwert e1 verglichen.
Durch diese Abfrage wird somit entsprechend dem Vorgehen in
Schritt 404 festgestellt, ob sich das Fahrzeug in diesem
Fall in einem Zustand oberhalb des Toleranzbandes befindet
oder nicht. Ist die Differenz größer als der Schwellwert e1,
so geht das Regelungssystem davon aus, daß sich das Fahrzeug
in einem stabilen Zustand befindet, und führt als nächsten
Schritt den Schritt 406 aus. Ist dagegen die Differenz klei
ner als der Schwellwert e2, so geht das Regelungssystem da
von aus, daß sich das einem Zustand innerhalb des Toleranz
bandes befindet. Dies bedeutet, daß sich zum einen das Fahr
zeug in einem Zustand befindet, der als stabil betrachtet
werden kann, und daß sich zum anderen die Querneigung der
Fahrbahn kaum geändert hat. Somit wird das Verfahren zum ei
nen mit Schritt 403 fortgesetzt und zum anderen im Schritt
418 die für das fahrbahnfeste Koordi- natensystem benötigte
Querbeschleunigung ayff ermittelt und ausgegeben.
Wurde im Schritt 405 festgestellt, daß die dort gebildete
Differenz größer als der Schwellwert e1 ist, so geht das Re
gelungssystem davon aus, daß sich das Fahrzeug in einem sta
bilen Zustand befindet. Deshalb wird im Schritt 406 die
Gierrate omega des Fahrzeuges solange erhöht, bis ihre Än
derung d(omega) ungefähr den Schwellwert e3 erreicht hat, um
somit kleinere Störungen ausblenden zu können. Die Erhöhung
der Gierrate omega kann dabei beispielsweise in einem
Schritt oder in mehreren Teilschritten erfolgen. Nach Er
reichen des Schwellwertes e3 durch die Änderung d(omega) der
Gierrate, wird die Änderung d(ayin) der Querbeschleunigung
bestimmt.
In einem nächsten Schritt 407 wird der Betrag der im Schritt
406 ermittelten Änderung d(ayin) der Querbeschleunigung mit
einem Schwellwert e4 verglichen. Wenn der Betrag der Ände
rung d(ayin) der Querbeschleunigung kleiner als der Schwell
wert e4 ist, dann ist das Differential d(ayin)/d(omega) bei
nahe Null. Das Regelungssystem erkennt dadurch, daß sich das
Fahrzeug in einem instabilen Zustand befindet, obwohl es
aufgrund der Entscheidungsergebnisse in den Schritten 404
und 405 davon ausgegangen ist, daß sich das Fahrzeug in ei
nem stabilen Zustand befindet. Als nächstes wird der Schritt
408 ausgeführt. Wenn dagegen der Betrag der Änderung d(ayin)
der Querbeschleunigung größer als der Schwellwert e4 ist,
was gleichbedeutend damit ist, daß das d(ayin)/d(omega)
deutlich von Null verschieden ist, so erkennt das Regelungs
system, daß sich da Fahrzeug in einem stabilen Zustand be
findet. Somit wird als nächstes der Schritt 410 ausgeführt.
Wurde im Schritt 407 festgestellt, daß die Änderung d(ayin)
der Querbeschleunigung kleiner als der Schwellwert e4 ist,
so befindet sich das Fahrzeug in einem instabilen Zustand.
In einem Schritt 408 wird deshalb durch Eingriffe des Rege
lungssytems die Gierrate omega des Fahrzeuges solange redu
ziert, bis festgestellt wird, daß der Betrag der Änderung
der Querbeschleunigung d(ayin) größer als der Schwellwert e4
ist. Sobald der Betrag der Änderung d(ayin) der Querbe
schleunigung größer als der Schwellwert e4 ist, ist das Dif
ferential d(ayin)/d(omega) deutlich von Null verschieden,
das Fahrzeug befindet sich in einem stabilen Zustand. Als
nächster Schritt wird der Schritt 409 ausgeführt.
Im Schritt 409 wird die im Schritt 408 zuletzt vorgenommene
Reduzierung des Giermomentes durch einen entsprechenden Ein
griff des Regelungssystems wieder rückgängig gemacht. Da
durch wird das Fahrzeug wieder in den Zustand gebracht, bei
dem es sich gerade noch stabil verhält. Als nächstes folgt
der Schritt 411.
Wurde im Schritt 407 festgestellt, daß der Betrag der Ände
rung d(ayin) der Querbeschleunigung größer als der Schwell
wert e4 ist, so befindet sich das Fahrzeug in einem stabilen
Zustand. Im Schritt 410 wird demzufolge die Gierrate omega
des Fahrzeuges wenigstens in Abhängigkeit des vom Fahrer
vorgegebenen Lenkwinkels delta eingestellt. Danach wird als
nächstes der Schritt 411 ausgeführt.
Im Schritt 411 wird, da sich das Fahrzeug in einem stabilen
Zustand befindet, die Querbeschleunigungskomponente ayoff,
die aufgrund der Querneigung der Fahrbahn zustandekommt be
stimmt. Die Querbeschleunigungskomponente ayoff wird in Ab
hängigkeit der im stabilen Zustand erfaßten Werte für die
Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vl, die Gierrate omega des
Fahrzeuges und die Querbeschleunigung ayin bestimmt. Nach
der Bestimmung der Querbeschleunigungskomponente ayoff wird
das Verfahren zum einen mit Schritt 403 fortgesetzt. Zum an
deren wird ausgehend von der in Schritt 411 bestimmten Quer
beschleunigungskomponente ayoff in Schritt 418 die im fahr
bahnfesten Koordinatensystem benötigte Querbeschleunigung
ayff ermittelt.
Wurde im Schritt 404 festgestellt, daß die dort gebildete
Differenz größer als der Schwellwert e2 ist, so geht das Re
gelungssystem davon aus, daß sich das Fahrzeug in einem in
stabilen Zustand befindet. Folglich wird in einem Block 412
die Gierrate omega des Fahrzeuges solange reduziert, bis
ihre Änderung d(omega) ungefähr den Schwellwert e3 erreicht
hat. Die Reduzierung der Gierrate omega kann dabei bei
spielsweise in einem Schritt oder in mehreren Teilschritten
erfolgen. Nach Erreichen des Schwellwertes e3 durch die Än
derung d(omega) der Gierrate, wird die Änderung d(ayin) der
Querbeschleunigung bestimmt.
In einem weiteren Schritt wird in einem Schritt 413, gemäß
dem Vorgehen in dem Block 407, der Betrag der Änderung
d(ayin) der Querbeschleunigung mit einem Schwellwert e4 ver
glichen. Ist der Betrag der Änderung d(ayin) der Querbe
schleunigung kleiner als der Schwellwert e4 ist, dann wird
dadurch die Annahme des Regelungssytems, das Fahrzeug befin
det sich in einem instabilen Zustand bestätigt. Als nächstes
wird der Schritt 414 ausgeführt. Ist dagegen der Betrag der
Änderung d(ayin) der Querbeschleunigung größer als der
Schwellwert e4, so erkennt das Regelungssystem, daß sich da
Fahrzeug in einem stabilen Zustand befindet, obwohl es auf
grund des Entscheidungsergebnisses im Schritt 404 davon aus
gegangen ist, daß sich das Fahrzeug in einem instabilen Zu
stand befindet. Somit wird als nächstes der Schritt 416 aus
geführt.
Wurde im Schritt 413 festgestellt, daß die Änderung d(ayin)
der Querbeschleunigung kleiner als der Schwellwert e4 ist,
so befindet sich das Fahrzeug in einem instabilen Zustand.
Das Vorgehen im Schritt 414 entspricht dem im Schritt 408.
Als nächster Schritt wird der Schritt 415 ausgeführt.
In dem nach Schritt 414 folgenden Schritt 415 wird ebenfalls
analog zum Vorgehen im Schritt 409 eine Korrektur des zu
letzt im Schritt 414 getätigten Eingriffes vorgenommen.
Wurde im Schritt 413 festgestellt, daß der Betrag der Ände
rung d(ayin) der Querbeschleunigung größer als der Schwell
wert e4 ist, so befindet sich das Fahrzeug in einem stabilen
Zustand. Im Schritt 416 wird demzufolge die Gierrate omega
des Fahrzeuges wenigstens in Abhängigkeit des vom Fahrer
vorgegebenen Lenkwinkels delta eingestellt. Danach wird als
nächstes der Schritt 417 ausgeführt.
Im Schritt 417 wird analog zum Vorgehen in Schritt 411 die
Querbeschleunigungskomponente ayoff, die aufgrund der Quer
neigung der Fahrbahn zustandekommt, bestimmt. Nach der Be
stimmung der Querbeschleunigungskomponente ayoff wird das
Verfahren zum einen mit Schritt 403 fortgesetzt. Zum anderen
wird ausgehend von der in Schritt 417 bestimmten Querbe
schleunigungskomponente ayoff in Schritt 418 die im fahr
bahnfesten Koordinatensystem benötigte Querbeschleunigung
ayff ermittelt.
Dadurch, daß nach beiden Schritten 411 bzw. 417 jeweils wie
der zu Schritt 403 zurückgeführt wird, läuft das Verfahren
kontinuierlich ab. Ausgehend von der im Schritt 418 berech
neten, im fahrbahnfesten Koordinatensystem benötigten Quer
beschleunigung ayff, wird diese somit ständig für die wei
tere Verarbeitung in anderen Teilen des Regelungssytems ak
tualisiert bereitgestellt.
Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn beispielsweise eine
Filterung der erfaßten Werte für die Fahrzeuglängsgeschwin
digkeit vl, die Querbeschleunigung ayin und die Gierrate
omega durchgeführt werden würden.
Claims (9)
1. Vorrichtung zur Regelung einer die Fahrzeugbewegung re
präsentierenden Bewegungsgröße, welche Mittel zur Be
stimmung der Gierrate des Fahrzeuges, zur Bestimmung der
Längsgeschwindigkeit des Fahrzeuges, zur Bestimmung der
Querbeschleunigung des Fahrzeuges, zur Beeinflussung des
Vortiebsmomentes und/oder des Bremsmomentes einzelner
Räder des Fahrzeuges enthält, wobei die Vorrichtung wei
ter Mittel zur Bestimmung einer von der Fahrbahnquer
neigung abhängigen Querbeschleunigungskomponente, sowie
Mittel zur Korrektur der Querbeschleunigung des Fahrzeu
ges wenigstens in Abhängigkeit der von der Fahrbahnquer
neigung abhängigen Querbeschleunigungskomponente ent
hält, und wobei die Bestimmung der von der Fahrbahnquer
neigung abhängigen Querbeschleunigungskomponente, sowie
die Korrektur der Querbeschleunigung des Fahrzeuges in
einem wenigstens durch die Gierrate und die Querbe
schleunigung beschriebenen stabilen Zustand des Fahrzeu
ges vorgenommen wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Beschreibung des stabilen Zustandes des Fahrzeuges
wenigstens die Änderung der Querbeschleunigung in Abhän
gigkeit einer Änderung der Gierrate herangezogen wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die von der Querneigung der Fahrbahn abhängige Querbe
schleunigungskomponente ayoff wenigstens in Abhängigkeit
der in einem stabilen Zustand des Fahrzeuges erfaßten
Werten für die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vl, die
Gierrate omega des Fahrzeuges und der Querbeschleunigung
ayin gemäß der Beziehung ayoff = vl * omega - ayin er
mittelt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Gierrate omega des Fahrzeuges mittels eines Gierra
tensensors oder zweier an unterschiedlichen Orten im
Fahrzeug angebrachter Querbeschleunigungssensoren erfaßt
wird, daß die Querbeschleunigung ayin mittels eines
Querbeschleunigungssensors erfaßt wird, daß der Lenk
winkel delta mittels eines Lenkwinkelsensors erfaßt wird
und daß die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit in Abhängigkeit
der mittels Raddrehzahlsensoren erfaßten Raddrehzahlen
bestimmt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Korrektur der Querbeschleunigung in Abhängigkeit ei
nes Vergleiches des Ausdruckes vl * omega - (ayin +
ayoff) mit einem ersten Schwellwert e2 bzw. in Abhängig
keit eines Vergleiches des Ausdruckes (ayin + ayoff) -
vl * omega mit einem zweiten Schwellwert e1 erfolgt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Korrektur der Querbeschleunigung wenigstens in Ab
hängigkeit einer mit einem Schwellwert e3 verglichenen
Änderung der Gierrate bzw. in Abhängigkeit einer mit ei
nem Schwellwert e4 verglichenen Änderung der Querbe
schleunigung erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die korrigierte Querbeschleunigung in Abhängigkeit we
nigstens der mit einem Querbeschleunigungssensor erfaß
ten Querbeschleunigung und der von der Querneigung der
Fahrbahn abhängigen Querbeschleunigungskomponente gemäß
der Beziehung ayff = ayin + ayoff gebildet wird.
8. Verfahren zur Regelung einer die Fahrzeugbewegung re
präsentierenden Bewegungsgröße, welches folgende
Schritte umfaßt:
- - Erfassung von Werten der Gierrate des Fahrzeuges, der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und der Querbeschleunigung des Fahrzeuges,
- - Ermittlung eines stabilen Zustandes des Fahrzeuges wenigstens in Abhängigkeit der Querbeschleunigung bzw. der Gierrate des Fahrzeuges,
- - Ermittlung einer von der Querneigung der Fahrbahn abhängigen Querbeschleunigungskomponente wenigstens in Abhängigkeit der erfaßten Werte für die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, der Gierrate des Fahrzeuges und der Querbeschleunigung,
- - Ermittlung einer korrigierten Querbeschleunigung wenigstens in Abhängigkeit der mit einem Querbeschleunigungssensor gemessenen Querbeschleunigung und der von der Querneigung der Fahrbahn abhängigen Querbeschleunigungskomponente (Korrekturkomponente).
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
zu Beginn des Verfahrens die von der Querneigung der
Fahrbahn abhängige Querbeschleunigungskomponente
(Korrekturkomponente) auf einen kleinen, vorzugsweise
nahe Null liegenden Wert gesetzt wird.
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