DE102011085103B4 - Method for regulating the driving dynamics of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Regeln der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs (102, 208) aufweisend wenigstens ein antreibbares, bremsbares und/oder lenkbares Rad mit einem Reifen, der mit einer Fahrbahnoberfläche in Kontakt steht, demzufolge ausgehend von einer momentanen Fahrzeugbeschleunigung und unter Berücksichtigung einer angeforderten Fahrzeugbeschleunigung (402) ein Stellvektor (206) bestimmt wird, wobei eine Fahrzeugbeschleunigung eine translatorische Beschleunigung in einer Fahrzeuglängsrichtung, eine translatorische Beschleunigung in einer Fahrzeugquerrichtung und eine rotatorische Beschleunigung um eine Fahrzeughochachse umfasst und der Stellvektor (206) Werte zum Stellen wenigstens eines Radantriebsmoments, wenigstens eines Radbremsmoments und/oder wenigstens eines Radlenkwinkels umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellvektor (206) mithilfe eines inversen Modells (202) bestimmt und regelungstechnisch adaptiert wird, wobei zur Bestimmung der momentanen Reifenkraftänderung (210) ausgehend von der Annahme eines isotropen Reifenverhaltens (300, 304) eine Modifikation (302, 306) erfolgt, die einen quantitativ unterschiedlichen Längs- und Querschlupf an dem Reifen berücksichtigt.Method for controlling the driving dynamics of a motor vehicle (102, 208) comprising at least one drivable, brakable and / or steerable wheel with a tire in contact with a road surface, thus starting from an instantaneous vehicle acceleration and taking into account a requested vehicle acceleration (402) an actuator vector (206) is determined, wherein a vehicle acceleration comprises a translatory acceleration in a vehicle longitudinal direction, a translational acceleration in a vehicle transverse direction and a rotational acceleration about a vehicle vertical axis and the servo vector (206) values for providing at least one wheel drive torque, at least one wheel brake torque and / or at least one wheel steering angle, characterized in that the setting vector (206) by means of an inverse model (202) is determined and adapted control technology, wherein for determining the current tire force change (210) on the assumption of an isotropic tire behavior (300, 304), a modification (302, 306) takes place, which takes into account a quantitatively different longitudinal and transverse slip on the tire.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs aufweisend wenigstens ein antreibbares, bremsbares und/oder lenkbares Rad mit einem Reifen, der mit einer Fahrbahnoberfläche in Kontakt steht, demzufolge ausgehend von einer momentanen Fahrzeugbeschleunigung und unter Berücksichtigung einer angeforderten Fahrzeugbeschleunigung ein Stellvektor bestimmt wird, wobei eine Fahrzeugbeschleunigung eine translatorische Beschleunigung in Fahrzeuglängsrichtung, eine translatorische Beschleunigung in Fahrzeugquerrichtung und eine rotatorische Beschleunigung um die Fahrzeughochachse umfasst und der Stellvektor Werte zum Stellen wenigstens eines Radantriebsmoments, wenigstens eines Radbremsmoments und/oder wenigstens eines Radlenkwinkels umfasst.The invention relates to a method for controlling the driving dynamics of a motor vehicle having at least one drivable, brakable and / or steerable wheel with a tire that is in contact with a road surface, as a result of a current vehicle acceleration and taking into account a requested vehicle acceleration, a setting vector is determined wherein a vehicle acceleration includes a translational acceleration in the vehicle longitudinal direction, a translational acceleration in the vehicle transverse direction and a rotational acceleration about the vehicle vertical axis and the servo vector values for setting at least one wheel drive torque, at least one Radbremsmoments and / or at least one Radlenkwinkels.
Aus der Veröffentlichung Ralf Orend, Integrierte Fahrdynamikregelung mit Einzelradaktorik, Shaker Verlag Aachen 2007, ist ein Konzept einer Fahrdynamikregelung bekannt, das Stelleingriffe und Radkräfte unter der Maßgabe festlegt, die Kraftschlusspotentiale zwischen vier Reifen und einer Fahrbahn optimal auszunutzen und eine Beanspruchung aller vier Reifen in jeder Fahrsituation zu minimieren. Damit soll das Fahrzeug an die fahrdynamische Grenze geführt und so ein fahrdynamisches Optimum dargestellt werden. Ein Entwurf der integrierten Fahrdynamikregelung erfolgt auf Basis einer nichtlinearen Fahrzeugmodellierung, die das Bewegungsverhalten des Fahrzeugs bis in einen Grenzbereich, in dem die Reifen die Kraftschlussgrenze erreichen, nachbildet. Die Stelleingriffe werden zur Minimierung der Reifenbeanspruchung durch das numerische Lösen einer Optimierungsaufgabe bestimmt. Auf diesem Wege findet sich ein Maß, das für jede Fahrsituation den Abstand zur fahrdynamischen Grenze quantifiziert und zu deren exakten Identifikation dient.From the publication Ralf Orend, Integrated Fahrdynamikregelung with Einzelradaktorik, Shaker Verlag Aachen 2007, a concept of a vehicle dynamics control is known, the control actions and wheel forces determined under the proviso to make optimum use of traction potentials between four tires and a roadway and a load of all four tires in each To minimize the driving situation. This is intended to guide the vehicle to the dynamic driving limit and thus to present a driving dynamic optimum. A design of the integrated vehicle dynamics control is based on a non-linear vehicle modeling, which simulates the movement behavior of the vehicle to a limit, in which the tires reach the frictional limit. The control actions are determined to minimize tire stress by numerically solving an optimization task. In this way, there is a measure that quantifies the distance to the dynamic driving limit for each driving situation and for their exact identification.
Zur genaueren Information über die Merkmale der vorliegenden Erfindung wird ausdrücklich auf die Veröffentlichung Ralf Orend, Integrierte Fahrdynamikregelung mit Einzelradaktorik, Shaker Verlag Aachen 2007, verwiesen. Die Lehre dieser Veröffentlichung ist als Bestandteil des vorliegenden Dokuments anzusehen. Merkmale dieser Veröffentlichung sind Merkmale des vorliegenden Dokuments.For more detailed information about the features of the present invention, reference is expressly made to the publication Ralf Orend, integrated vehicle dynamics control with Einzelradaktorik, Shaker Verlag Aachen 2007. The teaching of this publication is to be regarded as part of the present document. Features of this publication are features of the present document.
Aus der
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannten Verfahren funktional zu verbessern. Insbesondere sollen die realen Verhältnisse besser abgebildet werden. Insbesondere soll eine Sicherheitsreserve gesteigert werden. Insbesondere soll ein Fahrkomfort gesteigert werden.The invention has for its object to improve the method mentioned functionally. In particular, the real conditions should be better represented. In particular, a safety reserve should be increased. In particular, a ride comfort is to be increased.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren zum Regeln der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs aufweisend wenigstens ein antreibbares, bremsbares und/oder lenkbares Rad mit einem Reifen, der mit einer Fahrbahnoberfläche in Kontakt steht, demzufolge ausgehend von einer momentanen Fahrzeugbeschleunigung und unter Berücksichtigung einer angeforderten Fahrzeugbeschleunigung ein Stellvektor bestimmt wird, wobei eine Fahrzeugbeschleunigung eine translatorische Beschleunigung in einer Fahrzeuglängsrichtung, eine translatorische Beschleunigung in einer Fahrzeugquerrichtung und eine rotatorische Beschleunigung um eine Fahrzeughochachse umfasst und der Stellvektor Werte zum Stellen wenigstens eines Radantriebsmoments, wenigstens eines Radbremsmoments und/oder wenigstens eines Radlenkwinkels umfasst, bei dem der Stellvektor mithilfe eines inversen Modells bestimmt und regelungstechnisch adaptiert wird, wobei zur Bestimmung der momentanen Reifenkraftänderung ausgehend von der Annahme eines isotropen Reifenverhaltens eine Modifikation erfolgt, die einen quantitativ unterschiedlichen Längs- und Querschlupf an dem Reifen berücksichtigt.The object is achieved with a method for controlling the driving dynamics of a motor vehicle having at least one drivable, brakable and / or steerable wheel with a tire that is in contact with a road surface, thus starting from a momentary Vehicle acceleration and taking into account a requested vehicle acceleration, a set vector is determined, wherein a vehicle acceleration comprises a translational acceleration in a vehicle longitudinal direction, a translational acceleration in a vehicle transverse direction and a rotational acceleration about a vehicle vertical axis and the servo vector values for providing at least one wheel drive torque, at least one Radbremsmoments and / or at least one wheel steering angle, in which the servo vector is determined and adapted by means of an inverse model, wherein for the determination of the instant tire force change on the assumption of an isotropic tire behavior, a modification takes place, which takes into account a quantitatively different longitudinal and transverse slip on the tire ,
Das Kraftfahrzeug kann eine Längsachse, eine Querachse und eine Hochachse aufweisen. Die Fahrdynamik kann eine Längsdynamik umfassen. Eine Längsdynamik kann im Wesentlichen in Richtung der Längsachse wirken. Zur Regelung der Längsdynamik kann ein Antriebsmoment gezielt auf antreibbare Räder verteilt werden. Die Fahrdynamik kann eine Querdynamik umfassen. Eine Querdynamik kann im Wesentlichen in Richtung der Querachse wirken. Zur Regelung der Querdynamik kann ein Lenkwinkel wenigstens eines lenkbaren Rads gezielt eingestellt werden. Es kann eine von einer Bedienperson vorgegebene Lenkwinkelanforderung mit einem Überlagerungswinkel angepasst werden. Das Kraftfahrzeug kann eine Karosserie aufweisen. Das wenigstens eine Rad kann mit der Karosserie zumindest im Wesentlichen in Richtung der Hochachse verlagerbar verbunden sein. Zwischen dem wenigstens einen Rad und der Karosserie kann eine Feder angeordnet sein. Zwischen dem wenigstens einen Rad und der Karosserie kann ein Dämpfer angeordnet sein. Die Feder und der Dämpfer können parallel geschaltet sein. Zwischen dem wenigstens einen Rad und der Karosserie kann eine Aufbaukraft vorhanden sein. Die Aufbaukraft kann aktiv beeinflussbar sein. Die Fahrdynamik kann eine Vertikaldynamik umfassen. Eine Vertikaldynamik kann im Wesentlichen in Richtung der Hochachse wirken. Zur Regelung der Vertikaldynamik können die Feder und/oder der Dämpfer gezielt eingestellt werden.The motor vehicle may have a longitudinal axis, a transverse axis and a vertical axis. The driving dynamics can include longitudinal dynamics. A longitudinal dynamics can act substantially in the direction of the longitudinal axis. To regulate the longitudinal dynamics, a drive torque can be selectively distributed to drivable wheels. The driving dynamics may include a lateral dynamics. Transverse dynamics can act essentially in the direction of the transverse axis. To regulate the transverse dynamics, a steering angle of at least one steerable wheel can be set specifically. It can be adjusted by an operator specified steering angle requirement with a superposition angle. The motor vehicle may have a body. The at least one wheel may be connected to the body at least substantially displaceable in the direction of the vertical axis. Between the at least one wheel and the body, a spring may be arranged. Between the at least one wheel and the body, a damper may be arranged. The spring and the damper can be connected in parallel. There may be a build-up force between the at least one wheel and the body. The build-up force can be actively influenced. The driving dynamics can include a vertical dynamics. A vertical dynamic can act essentially in the direction of the vertical axis. To regulate the vertical dynamics, the spring and / or the damper can be adjusted specifically.
Die Fahrdynamik kann eine Horizontaldynamik umfassen. Die Horizontaldynamik kann eine Dynamik in einer zur Fahrbahnoberfläche parallelen Ebene sein. Die Horizontaldynamik kann eine Translation des Kraftfahrzeugs in Richtung der Längsachse umfassen. Die Horizontaldynamik kann eine Translation des Kraftfahrzeugs in Richtung der Querachse umfassen. Die Horizontaldynamik kann eine Rotation des Kraftfahrzeugs um die Hochachse umfassen. Die Horizontaldynamik kann der Fahrzeugbeschleunigung entsprechen. Die Fahrdynamik kann eine Vertikaldynamik umfassen. Die Vertikaldynamik kann eine Wankbewegung umfassen. Eine Wankbewegung kann eine Rotation um die Längsachse sein. Die Vertikaldynamik kann eine Nickbewegung umfassen. Eine Nickbewegung kann eine Rotation um die Querachse sein. Die Vertikaldynamik kann eine Hubbewegung umfassen. Eine Hubbewegung kann eine Translation in Richtung der Hochachse sein.The driving dynamics can include a horizontal dynamics. The horizontal dynamics may be a dynamic in a plane parallel to the road surface. The horizontal dynamics may include a translation of the motor vehicle in the direction of the longitudinal axis. The horizontal dynamics may include a translation of the motor vehicle in the direction of the transverse axis. The horizontal dynamics may include a rotation of the motor vehicle about the vertical axis. The horizontal dynamics can correspond to the vehicle acceleration. The driving dynamics can include a vertical dynamics. The vertical dynamics may include a rolling motion. A rolling motion may be a rotation about the longitudinal axis. The vertical dynamics may include a pitching motion. A pitching motion may be a rotation about the transverse axis. The vertical dynamics may include a lifting movement. A lifting movement can be a translation in the direction of the vertical axis.
Die Regelung kann mithilfe eines Steuergeräts erfolgen. In dem Verfahren kann ein innerer Regler genutzt werden. Die Regelung kann eine integrierte Regelung sein. Eine integrierte Regelung kann eine Regelung sein, bei der die Längs-, die Quer- und die Vertikaldynamik gesamthaft geregelt werden. Eine integrierte Regelung kann eine Regelung sein, bei der die Horizontaldynamik und die Vertikaldynamik gesamthaft geregelt werden. Es kann wenigstens ein Rad lenkbar sein. Zusätzlich kann wenigstens ein weiteres Rad antreibbar und bremsbar sein. Das Kraftfahrzeug kann vier Räder aufweisen. Der Reifen des wenigstens einen Rads kann mit der Fahrbahnoberfläche in einem reibschlüssigen Kontakt stehen. Ein inverses Modell kann ein Modell sein, bei dem ausgehend von einer Wirkung die der Wirkung zugrundeliegende Ursache ermittelt wird. Das inverse Modell kann ein regelungstechnisches Modell sein. Das inverse Modell kann ein regelungstechnisches Modell des Kraftfahrzeugs umfassen. Der Stellvektor kann eine Ausgangsgröße des inversen Modells sein.The control can be done by means of a control unit. In the method, an internal regulator can be used. The regulation can be an integrated regulation. An integrated control can be a control in which the longitudinal, the lateral and the vertical dynamics are regulated as a whole. An integrated control can be a regulation in which the horizontal dynamics and the vertical dynamics are regulated in their entirety. At least one wheel can be steerable. In addition, at least one other wheel can be driven and braked. The motor vehicle may have four wheels. The tire of the at least one wheel may be in frictional contact with the road surface. An inverse model can be a model in which, based on an effect, the cause underlying the effect is determined. The inverse model can be a control engineering model. The inverse model may include a control engineering model of the motor vehicle. The servo vector may be an output of the inverse model.
Mithilfe des Stellvektors kann eine Änderung der Fahrzeugbeschleunigung bewirkt werden. Eine Änderung der Fahrzeugbeschleunigung kann eine entsprechende Änderung einer physikalischen Größe des Kraftfahrzeugs bewirken. Die physikalische Größe kann eine Reifenkraft sein. Eine Reifenkraft kann eine durch einen Reifenschlupf verursachte Kraft sein. Ein Reifenschlupf kann eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Reifen, insbesondere einem Reifengürtel, und der Fahrbahnoberfläche sein. Ein Reifenschlupf kann aufgrund einer elastischen Verformung des Reifens, insbesondere eines Reifengürtels, gegenüber der Fahrbahnoberfläche auftreten.By means of the control vector, a change in the vehicle acceleration can be effected. A change in the vehicle acceleration may cause a corresponding change in a physical quantity of the motor vehicle. The physical quantity may be a tire force. A tire force may be a force caused by a tire slip. Tire slippage may be a relative velocity between the tire, particularly a tire belt, and the road surface. Tire slippage may occur due to elastic deformation of the tire, particularly a tire belt, against the road surface.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt eine verbesserte Abbildung der realen Verhältnisse. Eine Sicherheitsreserve wird gesteigert. Ein Fahrkomfort wird gesteigert. Eine Energieoptimalität ist gegeben. Eine Bestimmung des Stellvektors ist vereinfacht. Eine Regelung erfolgt schneller. Eine Regelung erfordert eine verringerte Rechenleistung. Eine analytische Inversion erlaubt einen Verzicht auf einen aufwändigen Schätzer.With the method according to the invention, an improved mapping of the real conditions takes place. A safety reserve is increased. Driving comfort is increased. An energy optimality is given. A determination of the control vector is simplified. A regulation is faster. A regulation requires a reduced computing power. An analytical inversion allows for a waiver of a complex estimator.
Der Stellvektor kann ausgehend von einer momentanen Reifenkraftänderung und unter Berücksichtigung einer geforderten Reifenkraftänderung adaptiert werden. Die momentane Reifenkraftänderung durch eine Änderung der Fahrzeugbeschleunigung bedingt sein. Die geforderte Reifenkraftänderung kann eine Ausgangsgröße des inversen Modells sein. Die momentane Reifenkraftänderung kann gemessen oder geschätzt werden. Mithilfe des inversen Modells kann ein Drehmoment ermittelt werden. Unter Berücksichtigung geschätzter Zustandsgrößen des Kraftfahrzeugs und nach dem Modell des Kraftfahrzeugs in dem inversen Modell kann das Drehmoment zu vier geforderten Reifenkraftänderungen führen. Bei einer Schätzung der momentanen Reifenkraftänderung werden Sensoren eingespart. Der Schätzansatz ist transparent. Die Schätzung erfolgt ressourcenschonend. An ein Steuergerät sind nur geringe Anforderungen gestellt. The control vector can be adapted on the basis of a momentary tire force change and taking into account a required tire force change. The instantaneous tire force change may be due to a change in vehicle acceleration. The required tire force change may be an output of the inverse model. The instantaneous tire force change can be measured or estimated. Using the inverse model, a torque can be determined. Taking into account estimated state variables of the motor vehicle and the model of the motor vehicle in the inverse model, the torque can lead to four required tire force changes. An estimate of the current tire force change will save sensors. The estimation approach is transparent. The estimate is resource-saving. To a control unit only low demands are made.
Ein isotropes Reifenverhalten kann ein Reifenverhalten sein, bei dem eine durch einen Reifenschlupf verursachte Reifenkraft stets in Richtung des Reifenschlupfs weist und nur von dessen Betrag abhängt. Ein isotropes Reifenverhalten kann ein Reifenverhalten sein, bei dem eine Kraftschlussgrenze ohne Vorzugsrichtung ist. Ein modifiziertes Reifenverhalten kann einen gegenüber einem Querschlupf größeren Längsschlupf aufweisen.An isotropic tire behavior may be a tire behavior in which a tire force caused by a tire slip always points in the direction of the tire slip and depends only on the amount thereof. An isotropic tire behavior may be a tire behavior in which a traction limit is without preferential direction. A modified tire behavior may have a greater longitudinal slip than a transverse slip.
Es kann ein Abweichungswert zwischen der momentanen Reifenkraftänderung und der geforderten Reifenkraftänderung gebildet werden. Der Abweichungswert kann zu einem zusätzlichen Drehmoment und/oder einer zusätzlichen Lenkwinkelrate führen. Zur Adaption des Stellvektors kann der Abweichungswert zwischen der geforderten Reifenkraftänderung und der momentanen Reifenkraftänderung einen lokalen Regler durchlaufen. Nachfolgend kann der Abweichungswert dem inversen Modell zugeführt werden.A deviation value may be formed between the current tire force change and the required tire force change. The deviation value can lead to an additional torque and / or an additional steering angle rate. In order to adapt the control vector, the deviation value between the required tire force change and the momentary tire force change can pass through a local regulator. Subsequently, the deviation value can be supplied to the inverse model.
Der Stellvektor kann Werte zum Stellen mehrerer Radantriebsmomente, mehrerer Radbremsmomente und/oder mehrerer Radlenkwinkel umfassen, wobei die mehreren Radantriebsmomente, die mehreren Radbremsmomente und/oder die mehreren Radlenkwinkel in Abhängigkeit voneinander gestellt werden können. Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung eines nicht vollaktuierten Kraftfahrzeugs angewendet werden. Ein vollaktuiertes Kraftfahrzeug kann ein Kraftfahrzeug sein, bei dem unabhängig und separat für jedes Rad ein Radlenkwinkel, ein Radmoment und eine aktive Aufbaukraft zwischen Rad und Karosserie eingestellt werden kann.The servo vector may include values for setting a plurality of wheel drive torques, multiple wheel brake torques, and / or multiple wheel steering angles, wherein the plurality of wheel drive torques, the plurality of wheel brake torques, and / or the plurality of wheel steering angles may be dependent upon each other. Thus, the inventive method for controlling a not vollaktuierten motor vehicle can be applied. A vollaktuiertes motor vehicle may be a motor vehicle, in which independently and separately for each wheel, a Radlenkwinkel, a wheel torque and an active structural force between the wheel and body can be adjusted.
Es kann ein Gradient der angeforderten Fahrzeugbeschleunigung bestimmt werden. Damit liegt eine Einheit vor, die mithilfe der Stellgrößen Drehmoment und Lenkwinkelrate direkt gestellt werden kann.A gradient of the requested vehicle acceleration may be determined. This is a unit that can be directly set using the manipulated variables torque and steering angle rate.
Die angeforderte Fahrzeugbeschleunigung kann zunächst einen Tiefpassfilter durchlaufen. Damit wird eine zeitliche Differenzierung der angeforderten Fahrzeugbeschleunigung möglich. Es wird eine physikalisch umsetzbare Form erhalten.The requested vehicle acceleration may first pass through a low pass filter. This makes a time differentiation of the requested vehicle acceleration possible. There is obtained a physically feasible form.
Die Fahrzeugbeschleunigungsänderung kann mithilfe eines regelungstechnischen Vorwärtspfads bestimmt werden. In dem Vorwärtspfad kann die tiefpassgefilterte angeforderte Fahrzeugbeschleunigung nach der Zeit abgeleitet werden. Zur Bestimmung der Fahrzeugbeschleunigungsänderung kann eine auf einen Regelfehler begrenzte Regelung erfolgen.The vehicle acceleration change can be determined using a forward control path. In the forward path, the low pass filtered requested vehicle acceleration may be derived in time. To determine the vehicle acceleration change, a control limited to a control error can take place.
Das Kraftfahrzeug kann mehrere antreibbare, bremsbare und/oder lenkbare Räder aufweisen, die jeweils mit einer Radaufstandskraft mit einer Fahrbahnoberfläche in Kontakt stehen, wobei der Stellvektor mithilfe vertikaler Zustandsgrößen bestimmt wird und die vertikalen Zustandsgrößen auf Basis der Radaufstandskräfte mehrerer Räder bestimmt werden.The motor vehicle may have a plurality of drivable, brakable and / or steerable wheels, each in contact with a wheel contact with a road surface, wherein the position vector is determined by means of vertical state variables and the vertical state variables are determined based on the wheel contact forces of multiple wheels.
Eine Radaufstandskraft kann eine Kraft in Richtung der Hochachse sein. Eine Radaufstandskraft kann eine zur Fahrbahnoberfläche senkrechte Kraft sein. Die vertikalen Zustandsgrößen können eine Translation in Richtung der Hochachse, eine Translationsgeschwindigkeit in Richtung der Hochachse, eine Rotation um die Längsachse, eine Rotationsgeschwindigkeit um die Längsachse, eine Rotation um die Querachse und eine Rotationsgeschwindigkeit um die Querachse sein. Nach dem inversen Modell können die vertikalen Zustandsgrößen die Radaufstandskräfte ergeben.A wheel contact force may be a force in the direction of the vertical axis. A wheel contact force may be a force perpendicular to the road surface. The vertical state variables may be a translation in the direction of the vertical axis, a translation velocity in the direction of the vertical axis, a rotation about the longitudinal axis, a rotational speed about the longitudinal axis, a rotation about the transverse axis and a rotational speed about the transverse axis. According to the inverse model, the vertical state quantities can give the wheel contact forces.
Die vertikalen Zustandsgrößen können mithilfe eines regelungstechnischen Beobachters, insbesondere eines Luenberger-Beobachters, bestimmt werden. Damit können aus bekannten Eingangsgrößen und Messgrößen eines beobachteten Referenzsystems, unter Verwendung eines Modells des Referenzsystems, nicht messbare Größen oder Zustände rekonstruiert werden. Der Beobachter kann das System in einem Modell nachbilden und einen Regler beinhalten, der die messbaren Ausgangsgrößen nachführt.The vertical state variables can be determined by means of a control-technical observer, in particular a Luenberger observer. In this way, unmeasurable quantities or states can be reconstructed from known input variables and measured variables of an observed reference system, using a model of the reference system. The observer can model the system in a model and include a controller that tracks the measurable output quantities.
Zur Durchführung eines derartigen Verfahrens kann eine Vorrichtung mit wenigstens einem Rad, einer Einrichtung zum Antreiben des wenigstens einen Rads, einer Einrichtung zum Bremsen des wenigstens einen Rads und/oder einer Einrichtung zum Lenken des wenigstens einen Rads und einer Kontrolleinrichtung zum Kontrollieren der Einrichtung zum Antreiben des wenigstens einen Rads, der Einrichtung zum Bremsen des wenigstens einen Rads und/oder der Einrichtung zum Lenken des wenigstens einen Rads dienen. For carrying out such a method, a device comprising at least one wheel, means for driving the at least one wheel, means for braking the at least one wheel and / or means for steering the at least one wheel and control means for controlling the means for driving at least one wheel, the device for braking the at least one wheel and / or the means for steering the at least one wheel serve.
Das wenigstens eine Rad kann eine Felge und einen Reifen aufweisen. Die Vorrichtung kann eine Antriebsmaschine aufweisen. Die Antriebsmaschine kann mit dem wenigstens einen Rad antriebsverbunden sein. Die Antriebsmaschine kann eine Brennkraftmaschine sein. Die Antriebsmaschine kann ein Elektromotor sein. Die Vorrichtung kann ein Getriebe aufweisen. Die Vorrichtung kann eine Kupplung, wie Reibungskupplung, aufweisen. Zwischen der Antriebsmaschine und dem wenigstens einen Rad kann ein Antriebsstrang gebildet sein. Das Getriebe und/oder die Kupplung kann in dem Antriebsstrang angeordnet sein. Mithilfe der Antriebsmaschine kann das wenigstens eine Rad mit einem Antriebsmoment beaufschlagt werden. Mithilfe des Antriebsstrangs kann das wenigstens eine Rad mit einem Bremsmoment beaufschlagt werden. Das Antriebsmoment und/oder das Bremsmoment kann durch einen Eingriff in den Antriebsstrang eingestellt werden. Ein Antriebsmoment kann von einer Bedienperson vorgegeben werden. Die Vorrichtung kann Mittel aufweisen, die eine Modifikation einer Antriebsmomentvorgabe ermöglichen.The at least one wheel may include a rim and a tire. The device may include a prime mover. The prime mover may be drive connected to the at least one wheel. The prime mover may be an internal combustion engine. The prime mover may be an electric motor. The device may have a transmission. The device may include a clutch, such as a friction clutch. Between the drive machine and the at least one wheel, a drive train may be formed. The transmission and / or the clutch may be arranged in the drive train. By means of the drive machine, the at least one wheel can be acted upon by a drive torque. By means of the drive train, the at least one wheel can be subjected to a braking torque. The drive torque and / or the braking torque can be adjusted by an intervention in the drive train. A drive torque can be specified by an operator. The device may have means enabling a modification of a drive torque specification.
Die Bremseinrichtung kann eine dem wenigstens einen Rad zugeordnete Bremse aufweisen. Die Bremseinrichtung kann von einer Bedienperson betätigt werden. Die Vorrichtung kann Mittel aufweisen, die eine Modifikation einer Bremsbetätigung ermöglichen. Das wenigstens eine Rad kann lenkbar an der Karosserie angeordnet sein. Mithilfe der Lenkeinrichtung kann ein Lenkwinkel eingestellt werden. Die Lenkeinrichtung kann von einer Bedienperson betätigt werden. Die Vorrichtung kann Mittel aufweisen, die eine Modifikation einer Lenkbetätigung ermöglichen.The braking device may have a brake associated with the at least one wheel. The braking device can be actuated by an operator. The device may include means for allowing modification of a brake application. The at least one wheel may be arranged steerable on the body. By means of the steering device, a steering angle can be adjusted. The steering device can be operated by an operator. The device may include means enabling modification of a steering operation.
Die Vorrichtung kann eine Einrichtung zur Ermittlung einer Drehzahl des wenigstens einen Rads, eine Einrichtung zur Ermittlung eines Lenkwinkels des wenigstens einen Rads und/oder eine Einrichtung zur Ermittlung einer Radaufstandskraft des wenigstens einen Rads aufweisen. An dem wenigstens einen Rad kann ein Drehzahlsensor angeordnet sein. An der Lenkeinrichtung kann ein Lenkwinkelsensor oder ein Wegsensor angeordnet sein. Zur Ermittlung einer Radaufstandskraft kann die Vorrichtung einen Kraftsensor oder einen Wegsensor aufweisen.The device may have a device for determining a rotational speed of the at least one wheel, a device for determining a steering angle of the at least one wheel and / or a device for determining a wheel contact force of the at least one wheel. A speed sensor may be arranged on the at least one wheel. At the steering device, a steering angle sensor or a displacement sensor can be arranged. For determining a wheel contact force, the device may have a force sensor or a displacement sensor.
Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem eine integrierte Fahrwerkregelung für ein Fahrzeug mit bis zu vier stellbaren Drehmomenten und einem oder zwei achsweise oder einzeln stellbaren Lenkwinkeln.In summary and in other words, the invention thus provides inter alia an integrated chassis control for a vehicle with up to four adjustable torques and one or two axle-dependent or individually adjustable steering angles.
Es kann ein inverses Modell in die Regelung eingeführt werden. Die Lenkwinkel δi und die Drehmomente τi können gemeinsam mit den Hilfsgrößen ν wie folgt in das Modell eingehen:
Die Gleichung δ1 = δ2 kann eine Ackermann-Lenkung lediglich approximieren. Die Ackermann-Lenkungen kann in Hard- oder Software realisiert sein. Sie kann auch im inversen Modell präziser nachgebildet werden. Damit kann eine Bewegungsanforderung a = a_ref auf Ebene ihrer ersten zeitlichen Ableitung umgesetzt werden. Die Hilfsgrößen νleft und νright können gemäß einem genäherten verfügbaren Kraftschlusspotential gewählt werden: The equation δ 1 = δ 2 can only approximate an Ackermann steering. The Ackermann steering systems can be realized in hardware or software. It can also be reproduced more precisely in the inverse model. Thus, a motion request a = a_ref can be implemented at the level of its first time derivative. The auxiliary quantities ν left and ν right can be selected according to an approximated available traction potential:
Dabei kann μi der Reibbeiwert und fz,i die Radaufstandskraft des jeweils i-ten Rades sein. Alternativ können die Hilfsgrößen so gewählt werden, dass die Antriebs- bzw. Bremsmomente proportional zum verfügbaren Kraftschlusspotential auf die antreibbaren Räder verteilt werden.In this case, μ i can be the coefficient of friction and f z, i the wheel contact force of the respective i th wheel. Alternatively, the auxiliary variables can be selected so that the drive or braking torques are distributed in proportion to the available traction potential on the drivable wheels.
Für das inverse Modell sollen äquivalente Zustandsgrößen bestimmt werden. Im Schätzer können diese drei Gruppen zugeordnet werden:
- 1. Horizontale Zustandsgrößen: Die horizontalen Zustandsgrößen können direkt gemessen oder geschätzt.
- 2. Vertikale Zustandsgrößen: Die vier Radaufstandskräfte können aus gemessenen Schwerpunktbeschleunigungen und/oder aus gemessenen Federwegen einer Radaufhängung errechnet werden. Ein Luenberger-Beobachter kann daraus weiter sechs vertikale Zustandsgrößen bestimmen.
- 3. Zustandsgrößen der Räder: Es können acht horizontalen Reifenkräfte rekonstruiert werden. Ein Reifenkraftgesetz kann im inversen Modell analytisch invertiert werden und so können Reifenschlupfe errechnet werden. Diese können in Raddrehzahlen und äquivalente Lenkwinkel der vier Reifen bzw. einen zusätzlichen Querschlupf für eine aktuelle Fahrsituation umgerechnet werden. Für die analytische Inversion eines Reifenkennfelds soll aus Schätzung bekannt sein, ob ein jeweiliger Reifen in einem stabilen oder in einem instabilen Bereich betrieben wird.
- 1. Horizontal state variables: The horizontal state variables can be measured or estimated directly.
- 2. Vertical state variables: The four wheel contact forces can be calculated from measured center of gravity accelerations and / or from measured spring paths of a wheel suspension. A Luenberger observer can further determine six vertical state variables.
- 3. Condition variables of the wheels: Eight horizontal tire forces can be reconstructed. A tire force law can be analytically inverted in the inverse model and so tire slips can be calculated. These can be converted into wheel speeds and equivalent steering angles of the four tires or an additional lateral slip for a current driving situation. For the analytical inversion of a tire map, it should be known from estimation whether a respective tire is operating in a stable or in an unstable region.
Zur Rekonstruktion der horizontalen Reifenkräfte: Die horizontalen Reifenkräfte fxy ∊ R8 können über a = G*·fxy auf drei horizontale Beschleunigungen abgebildet werden. Diese Beschleunigungen können als Messwerte zur Verfügung stehen. Weiter kann in Reifenlängsrichtung angenommen werden, dass sich diese Reifenkräfte gemäß des gestellten Antriebs- bzw. Bremsmoments auf die Reifen verteilen, Die Querkräfte im jeweiligen Reifenkoordinatensystem können achsweise proportional zur insgesamt in Reifenlängsrichtung übertragbaren Kraft verteilt angenommen werden.For the reconstruction of the horizontal tire forces: The horizontal tire forces f xy ε R 8 can be mapped to three horizontal accelerations via a = G * · f xy . These accelerations can be available as measured values. Furthermore, in the tire longitudinal direction, it can be assumed that these tire forces are distributed to the tires according to the set driving or braking torque, The transverse forces in the respective tire coordinate system can be assumed to be proportional to the distribution of forces that can be transmitted overall in the tire longitudinal direction.
Zum Reifenmodell: Das Reifenmodell kann modifiziert werden um ein anisotropes Reifenverhalten abzubilden und einen Lenkwinkel und einen Querschlupf zu entkoppeln. Die isotrope Reifenkraft aus einem ursprünglichen Reifenmodell kann mit konstanten Faktoren in Reifenlängs- und -querrichtung skaliert werden. Weiter kann sich ein Reifenquerschlupf aus Zustandsgrößen des Fahrzeugs und einem zusätzlichen Querschlupf Δsy ergeben.To the tire model: The tire model can be modified to map an anisotropic tire behavior and decouple a steering angle and a lateral slip. The isotropic tire force from an original tire model can be scaled with constant factors in tire longitudinal and transverse directions. Furthermore, tire slip may result from state variables of the vehicle and an additional lateral slip Δs y .
Referenzgierrate: Der Freiheitsgrad der Gierbewegung kann genutzt werden, um das Fahrzeug einem Schwimmwinkelverlauf über eine Querbeschleunigung folgen zu lassen.Reference yaw rate: The degree of freedom of the yawing motion can be used to allow the vehicle to follow a slip angle progression via lateral acceleration.
Unterlagerte Regelung: Das inverse Modell kann eine Referenzreifenkraftänderung zusätzlich zu den Stellgrößen ausgeben. Auf dieser Ebene kann ein unterlagerter Regelkreis geschlossen werden.Subordinate Control: The inverse model may output a reference tire force change in addition to the manipulated variables. At this level, a subordinate control loop can be closed.
Äußerer Regelkreis: Eine Bewegungsanforderung kann tiefpassgefiltert werden und damit einfach nach der Zeit differenzierbar sein. Ihre Ableitung kann dem Regelkreis über einen Vorwärtspfad zugeführt werden.Outer Loop: A move request can be low-pass filtered and thus easily differentiable over time. Their derivative can be fed to the control loop via a forward path.
Reduktion der Reifenlängskraft: Eine Reifelängskraft kann nach einem Fahrzeugmodell zu einem Drehmoment führen, das kompensiert werden soll, um eine bestimmte Reifenschlupfänderung zu erreichen. Dieses Drehmoment kann mit einen Faktor y < 1 kompensiert werden. Die Regelung kann für geeignete y stabil sein. Ein daraus resultierender Fehler kann in der Reifenkraftänderung durch die unterlagerte Regelung kompensiert werden.Reducing Longitudinal Tire Force: A single longitudinal force may result in a torque that needs to be compensated to achieve a given tire slip change, according to a vehicle model. This torque can be compensated with a factor y <1. The control can be stable for suitable y. A resulting error can be compensated in the tire force change by the lower-level control.
Charakteristische Merkmale können ein Ersatz einer Optimierung durch analytische Bestimmung von Hilfsgrößen, eine unterlagerte Regelung auf Ebene einer Reifenkraftänderung, ein Vorwärtspfad für Beschleunigungsänderung, eine Abbildung einer Fahrzeugkonfiguration in einem inversen Modell, ein modifiziertes Reifenmodell, ein analytisch invertiertes Reifenmodell, eine Schätzung vertikaler Zustände aus Radaufstandskräften, eine Reduktion eines geschätzten Drehmoments aus einer Reifenlängskraft und/oder eine Bestimmung einer Referenzgierrate aus einer Querbeschleunigung sein.Characteristic features may be a replacement of an optimization by analytic determination of auxiliary quantities, a subordinate regulation at the level of a tire force change, a forward path for acceleration change, an image of a vehicle configuration in an inverse model, a modified one Tire model, an analytically inverted tire model, an estimate of vertical conditions from wheel contact forces, a reduction of estimated torque from a tire longitudinal force, and / or a determination of a reference yaw rate from a lateral acceleration.
Das Verfahren kann an einem nicht-vollaktuierte Fahrzeug angewendet werden. Es kann ein angepasstes Reifenmodell verwendet werden. Es kann eine lokale Regelung verwendet werden. Ein Reifenmodell kann analytisch invertiert werden. Eine aktuell wirkende Reifenkraft kann durch einen einfach auswertbaren Ansatz geschätzt werden. Eine Bewegungsanforderung kann tiefpassgefiltert werden. Ein Vorwärtspfad mit deren Ableitung kann eingeführt werden. Vertikale Zustandsgrößen können durch einen Luenberger-Beobachter aus Radaufstandskräften ermittelt werden. Damit kann durch eine Modifikation eines Reifenkennfelds die Realität besser abgebildet werden. Eine lokale Regelung kann den Ansatz realisierbar machen. Durch analytische Inversion des Reifenkennfelds kann garantiert und in endlicher Zeit eine Lösung gefunden werden. Durch Schätzung der Reifenkräfte werden teure Sensoren eingespart. Der Schätzansatz ist transparent und auf leistungsschwachen Steuergeräten zu realisieren. Durch Filterung der Bewegungsanforderungen kann die Verstärkung im nachgeschalteten Regelkreis größer gewählt werden, die Möglichkeiten der Aktuatoren werden berücksichtigt und ein Vorwärtspfad kann eingeführt werden. Die vertikalen Zustandsgrößen können aus vorhandenen Mess- bzw. Schätzgrößen in Serienfahrzeugen ermittelt werden. Die Größen auf diese Weise zu ermitteln, verbessert die Stellgrößen aus dem inversen Modell. Die analytische Inversion spart mit genannten Vorteilen einen aufwendigen Schätzer ein.The method can be applied to a vehicle that is not fully loaded. An adapted tire model can be used. A local regulation can be used. A tire model can be inverted analytically. A currently acting tire force can be estimated by an easily evaluable approach. A motion request can be low-pass filtered. A forward path with its derivative can be introduced. Vertical state quantities can be determined by a Luenberger observer from wheel-up forces. Thus, the reality can be better represented by a modification of a tire map. Local regulation can make the approach feasible. By analytical inversion of the tire map can be guaranteed and found in finite time a solution. Estimating tire forces saves expensive sensors. The estimation approach is transparent and can be implemented on low-performance ECUs. By filtering the motion requirements, the gain in the downstream loop can be made larger, the possibilities of the actuators are taken into account, and a forward path can be introduced. The vertical state variables can be determined from existing measurement or estimated variables in production vehicles. Determining the sizes in this way improves the manipulated variables from the inverse model. The analytical inversion saves a complex estimator with mentioned advantages.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to figures. From this description, further features and advantages. Concrete features of these embodiments may represent general features of the invention. Features associated with other features of these embodiments may also constitute individual features of the invention.
Es zeigen schematisch und beispielhaft:They show schematically and by way of example:
Das Kraftfahrzeug
Der Antrieb
Das Kraftfahrzeug
Das Kraftfahrzeug
Eine sich einstellende Reifenkraftänderung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- BlockschaltbildBlock diagram
- 102102
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 104104
- Stellgrößenmanipulated variables
- 106106
- BewegungMove
- 108108
- Antriebdrive
- 110110
- Bremsebrake
- 112112
- Lenkungsteering
- 114114
- Energieversorgungpower supply
- 116116
- CAN-BusCAN bus
- 200200
- BlockschaltbildBlock diagram
- 202202
- Modellmodel
- 204204
- Eingangsgrößeninput variables
- 206206
- Stellgrößenmanipulated variables
- 208208
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 210210
- ReifenkraftänderungTire force change
- 212212
- ReifenkraftänderungTire force change
- 214214
- Fehlererror
- 216216
- Korrekturwertcorrection value
- 218218
- Reglerregulator
- 300300
- Diagrammdiagram
- 302302
- Diagrammdiagram
- 304304
- Reifenkrafttire force
- 306306
- Reifenkrafttire force
- 400400
- BlockschaltbildBlock diagram
- 402402
- Referenzbeschleunigungreference acceleration
- 404404
- Beschleunigungsänderungacceleration change
- 406406
- TiefpassfilterLow Pass Filter
- 408408
- Referenzbeschleunigungreference acceleration
- 410410
- Fahrzeugbeschleunigungvehicle acceleration
- 412412
- Differenziererdifferentiator
- 414414
- Reglerregulator
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