DE102012217672A1 - Method for adjusting yaw damping on two-lane two-axle motor vehicle, involves creating single-track model or model diagram for explaining steady state and transient lateral dynamics of double-track vehicle by accessing model parameters - Google Patents
Method for adjusting yaw damping on two-lane two-axle motor vehicle, involves creating single-track model or model diagram for explaining steady state and transient lateral dynamics of double-track vehicle by accessing model parameters Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Gierdämpfung an einem zweispurigen zweiachsigen Kraftfahrzeug, wobei auf einen vom Fahrer vorgegebenen Lenkwunsch hin ein zusätzliches auf das Fahrzeug wirkendes Dämpf-Giermoment erzeugt wird, welches im zeitlichen Verlauf der Gierrate des Fahrzeugs ein durch den Lenkwunsch verursachtes Überschwingen verändert, insbesondere verringert. Zum Stand der Technik wird insbesondere auf die
Beispielsweise aus der erstgenannten Schrift ist es bekannt, dass an einem zweispurigen Straßen-Fahrzeug die Gierdämpfung der Fahrzeug-Lenkung gezielt und dabei insbesondere in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs verändert werden kann. Bekanntlich reagiert ein Fahrzeug auf eine Lenk-Vorgabe des Fahrers, mit welcher insbesondere die lenkbaren Vorderäder des Fahrzeugs, gegebenenfalls zusätzlich dessen Hinterräder mit einem erheblich kleineren Lenkwinkel als die Vorderräder gelenkt, d. h. um ihre Lenkdrehachse (Spreizachse) verschwenkt werden, mit einer beispielsweise als zeitlicher Verlauf der Gierrate darstellbaren Sprungantwort, welche ein gewisses Überschwingen aufweist. Dieses Überschwingen klingt entsprechend der dem Fahrzeug eigenen Gierdämpfung ab. Diese dem Fahrzeug eigene, auch als fahrzeugspezifische Gierdämpfung bezeichnete Gierdämpfung ist systemimmanent wirksam und insbesondere durch die Gestaltung des Fahrwerks sowie durch die Gesamt-Auslegung des Fahrzeugs vorgegeben und weiterhin von den aktuellen Randbedingungen abhängig.For example, from the first-mentioned document, it is known that on a two-lane road vehicle, the yaw damping of the vehicle steering can be specifically and thereby changed in particular depending on the driving speed of the vehicle. As is known, a vehicle reacts to a driver's steering specification, with which, in particular, the steerable front wheels of the vehicle, possibly additionally the rear wheels of which are steered with a considerably smaller steering angle than the front wheels, d. H. be pivoted about its steering axis (Spreizachse), with a representable example as a time course of the yaw rate step response, which has a certain overshoot. This overshoot sounds in accordance with the vehicle's own yaw damping. This yaw damping, which is also known as vehicle-specific yaw damping, inherent in the vehicle, is inherent in the system and, in particular, dictated by the design of the chassis and by the overall design of the vehicle and continues to be dependent on the current boundary conditions.
Zur Darstellung eines gewünschten Fahrverhaltens des Fahrzeugs, welches für den Fahrer beim Lenken spürbar ist, kann die fahrzeugspezifische Gierdämpfung durch Erzeugung eines zusätzlichen auf das Fahrzeug wirkenden Giermoments gezielt verändert werden. Dieses zusätzliche Giermoment wird vorliegend als Dämpf-Giermoment bezeichnet. Ein solches zusätzliches Dämpf-Giermoment kann bei einer in der bereits genannten
Es hat sich gezeigt, dass die im Stand der Technik gemäß der
Die Lösung dieser Aufgabe ist für ein Verfahren zum Einstellen der Gierdämpfung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass das (zusätzliche) Dämpf-Giermoment ohne Rückführung einer das Gierverhalten des Fahrzeugs wiedergebenden Messgröße durch eine Steuerung vorgegeben wird, welche als einzige Eingangsgrößen die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und den vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel berücksichtigt und weiterhin auf das Einspurmodell oder eine andere Modelldarstellung zur Erklärung der stationären und instationären Querdynamik von zweispurigen Kraftfahrzeugen mit den darin enthaltenen Modellparametern zugreift, und dass dieses Dämpf-Giermoment mittels eines einzigen geeigneten Aktuators dargestellt wird.The solution to this problem is for a method for adjusting the yaw damping according to the preamble of claim 1, characterized in that the (additional) damping yaw moment without returning a the yaw behavior of the vehicle reproducing measured variable is given by a controller, which as the only input variables, the driving speed of the vehicle and the driver's predetermined steering angle and further accesses the Einspurmodell or another model representation to explain the steady state and transient lateral dynamics of two-lane motor vehicles with the model parameters contained therein, and that this damping yaw moment is represented by a single suitable actuator.
Erfindungsgemäß wird anstelle einer Regelung eine Steuerung verwendet, die ohne Rückführung von die Dynamik des Fahrzeugs wiedergebenden Messgrößen auskommt. Damit ist nicht nur eine sichere Reproduzierbarkeit gewähreistet, sondern es ist vorteilhafterweise eine äußerst schnelle, kurzfristige Reaktion auf eine Lenkvorgabe des Fahrers darstellbar. Die im Rahmen der Steuerung berücksichtigten Eingangsgrößen sind samt und sonders eindeutig und liegen auch zur Verwendung in anderen die Fahrdynamik beeinflussenden Prozessen bereits vor. Einer schnellen Beeinflussung der Sprungantwort des Systems auf eine Lenkvorgabe ist auch das weitere kennzeichnende Merkmal förderlich, dass ein einziger Aktuator solchermaßen angesteuert wird, dass das gewünschte Dämpf-Giermoment auf das Fahrzeug einwirkt. Für einen solchen Aktuator kommen verschiedene Verstellsysteme der Fahrwerks-Aktuatorik moderner Zweispur-Kraftfahrzeuge in Frage. Neben einem Lenkungssteller für die lenkbaren Vorderräder (beispielsweise in Form eines Überlagerungsstellers an der Lenksäule bzw. Lenkspindel) kann ein Lenksteller für lenkbare Hinterräder zum Einsatz kommen, aber auch Aktuatoren zur einseitigen Beeinflussung der Fahrzeug-Längsdynamik, d. h. indem nur ein Rad oder die Räder auf einer Fahrzeug-Seite verzögert oder beschleunigt werden. Weiterhin ist die Gierdynamik auch durch einen die Vertikaldynamik des Fahrzeugs beeinflussenden Aktutor beeinflussbar, so dass auch mit einem hinsichtlich seiner Dämpfungscharakteristik verstellbarem Schwingungsdämpfer oder mit einer oder einem hinsichtlich der Federrate verstellbaren Tragfeder oder Stabilisator ein geeignetes Dämpf-Giermoment aufgebracht werden kann. Schließlich kann auch ein Aktuator zur Beeinflussung der Längskraftverteilung zwischen der Vorderachse und der Hinterachse des Fahrzeugs zum Einsatz kommen, wobei die Längskräfte in Form von Zug oder Schub wirken können, d. h. das Fahrzeug beschleunigen oder verzögern können. Unter Verwendung der geläufigen Fachausdrücke können beispielsweise ein Aktuator einer „Aktivlenkung” oder einer Hinterradlenkung zum Einsatz kommen, ferner Aktuatoren für radindividuellen Bremseneingriff an der Vorderachse oder an der Hinterachse, oder Aktuatoren für sog. Torquevectoring oder für eine Wankstabilisierung, ferner Aktuatoren von Verstelldämpfern oder einer sog. Active BodyControl, weiterhin eine geregelte Hinterachssperre oder Vorderachssperre oder geeignete Aktuatoren eines Allrad-Antriebssystems, die das Antriebsmoment geeignet zwischen Vorderachse und Hinterachse verteilen, sowie ein funktionaler Allrad-Antrieb zweier entkoppelt unabhängig ansteuerbarer Achsen und das Torque-Vectoring mittels Radnabenmotoren, wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist.According to the invention, a controller is used instead of a control, which manages without returning from the dynamics of the vehicle reproducing measured variables. This not only ensures a safe reproducibility, but it is advantageously an extremely fast, short-term response to a driver's guidance presented. The input variables considered in the context of the control are unambiguously unambiguous and are already available for use in other processes influencing vehicle dynamics. A quick influencing of the step response of the system to a steering input is also the further characteristic feature conducive that a single actuator is controlled in such a way that the desired damping yaw moment acts on the vehicle. For such an actuator different adjustment systems of the suspension actuators modern two-track vehicles come into question. In addition to a steering plate for the steerable front wheels (for example in the form of a superposition actuator on the steering column or steering shaft) may be a steering actuator for steerable rear wheels are used, but also actuators for one-sided influence on the vehicle longitudinal dynamics, ie by delaying only one wheel or wheels on a vehicle side or accelerated. Furthermore, the yaw momentum can also be influenced by an actuator influencing the vertical dynamics of the vehicle, so that a suitable damping yaw moment can be applied even with a vibration damper that is adjustable with respect to its damping characteristic or with one or one spring-rate or stabilizer adjustable in spring rate. Finally, an actuator for influencing the longitudinal force distribution between the front axle and the rear axle of the vehicle can be used, wherein the longitudinal forces can act in the form of train or thrust, that can accelerate or decelerate the vehicle. Using the common terminology, for example, an actuator of an "active steering" or a rear-wheel steering can be used, also actuators for wheel-individual brake intervention on the front axle or on the rear axle, or actuators for so-called. Torquevectoring or for roll stabilization, actuators of adjusting or one So-called Active BodyControl, furthermore a regulated rear axle lock or front axle lock or suitable actuators of a four-wheel drive system, which distribute the drive torque suitably between front axle and rear axle, as well as a functional all-wheel drive of two decoupled independently controllable axles and the torque vectoring by means of wheel hub motors, whereby these Enumeration is not exhaustive.
Wenn die Größe des zu erzeugenden Dämpf-Giermoments über in der Steuerung hinterlegte Faktoren ermittelt wird, welche die (beispielsweise prozentuale) Relation zur fahrzeugspezifischen Gierdämpfung angeben, die systemimmanent ohne ein zusätzliches Dämpf-Giermoment wirkt, so ist eine besonders einfache Systemabstimmung am Fahrzeug möglich. Ein Applikateur, der die erfindungsgemäße Steuerung für ein Fahrzeug bzw. einen Fahrzeug-Typ auslegt, kann somit insbesondere in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs vorgeben, um wieviel, d. h. um welchen Faktor stärker (oder schwächer) als die fahrzeugspezifische Gierdämpfung die mit einer Umsetzung der erfindungsgemäßen Steuerung dann tatsächlich am Fahrzeug wirksame Gierdämpfung sein soll.If the magnitude of the damping yaw moment to be generated is determined by factors stored in the controller which indicate the (for example percentage) relation to the vehicle-specific yaw damping, which system inherently acts without an additional damping yaw moment, a particularly simple system tuning on the vehicle is possible. An applicator, who interprets the control according to the invention for a vehicle or a vehicle type, can thus specify, in particular, as a function of the driving speed of the vehicle, by how many, ie. H. by what factor stronger (or weaker) than the vehicle-specific yaw damping should be effective with an implementation of the control according to the invention then actually on the vehicle yaw damping.
Wenn dann in der täglichen Fahrpraxis die erfindungsgemäße Steuerung anhand der aktuellen Randbedingungen, nämlich anhand der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und anhand des vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkels den hinterlegten spezifischen Faktor ermittelt, so muss weiterhin die unter diesen Randbedingungen wirkende fahrzeugspezifische Gierdämpfung bekannt sein, damit ein gewünschtes zusätzliches Dämpf-Giermoment gestellt werden kann. Bevorzugt wird die besagte fahrzeugspezifische Gierdämpfung anhand des Einspurmodells oder anhand einer anderen Modelldarstellung zur Erklärung der stationären und instationären Querdynamik von zweispurigen Kraftfahrzeugen unter Berücksichtigung der darin enthaltenen notwendigen Modellparameter in einer elektronischen Steuereinheit rechnerisch ermittelt, wobei es sich bei den genannten Modellparametern beispielsweise um die Schräglaufsteifigkeiten der Vorderachse und der Hinterachse des Fahrzeugs oder diesen Größen entsprechende Größen, nämlich um den Quotienten dieser Schräglaufsteifigkeiten und die sog. charakteristischen Geschwindigkeit des Fahrzeugs handeln kann, weiterhin um die Fahrzeug-Fahrgeschwindigkeit, den aktuellen vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel, die Fahrzeug-Masse und die Position von dessen Schwerpunkt oder die Masseträgheit des Fahrzeugs um die Hochachse. Dabei können solche Modellparameter entweder fest appliziert sein oder auf grundsätzlich bekannte Weise mittels eines geeigneten Beobachtermodells in einer bzw. der (genannten) elektronischen Steuereinheit aus dem zurückliegenden Verhalten des Fahrzeugs geschätzt werden.If in the daily driving experience the control according to the invention determines the stored specific factor on the basis of the current driving conditions, namely on the driving speed of the vehicle and on the driver's steering angle, then the vehicle-specific yaw damping acting under these boundary conditions must be known, so that a desired additional Steaming yaw moment can be made. Preferably, the said vehicle-specific yaw damping is calculated using the single-track model or based on another model representation to explain the stationary and transient lateral dynamics of two-lane motor vehicles, taking into account the necessary model parameters contained therein in an electronic control unit, wherein the said model parameters, for example, the skew stiffnesses of Front axle and the rear axle of the vehicle or sizes corresponding to these variables, namely the quotient of these skew stiffnesses and the so-called. Characteristic speed of the vehicle may continue to the vehicle speed, the current driver-specified steering angle, the vehicle mass and the position from its center of gravity or the inertia of the vehicle about the vertical axis. In this case, such model parameters can either be firmly applied or estimated in a basically known manner by means of a suitable observer model in one or the (mentioned) electronic control unit from the past behavior of the vehicle.
Die erfindungsgemäße Steuerung selbst kann mit unterschiedlichen Reglerstrukturen arbeiten. Bevorzugt in Betracht kommen eine 1DOF-Struktur oder ein PID-Regler oder ein geregeltes VS-Modell oder eine inverse Modellvorsteuerung. Dabei kann eine dem Fachmann bekannte Aktuatorkompensation im Hinblick auf ein möglichst günstiges Übertragungsverhalten (des Aktuators) durchgeführt werden.The controller according to the invention itself can work with different controller structures. Preference is given to a 1DOF structure or a PID controller or a regulated VS model or an inverse model precontrol. In this case, an actuator compensation known to the person skilled in the art can be carried out with regard to the best possible transmission behavior (of the actuator).
Im Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass verschiedene Prozeduren für eine erfindungsgemäße Steuerung eines Dämpf-Giermomentes in der bzw. einer geeigneten elektronischen Steuereinheit hinterlegt sind, die zu unterschiedlich stark ausgeprägten Dämpf-Giermomenten führen. Dabei können diese verschiedenen Prozeduren in Abhängigkeit von zumindest einer weiteren aktuellen Randbedingung von der elektronischen Steuereinheit selbst ausgewählt werden oder es kann eine diese verschiedenen hinterlegten Prozeduren vom Fahrer des Fahrzeugs auswählbar sein. Insbesondere im letztgenannten Fall kann dem Fahrer die relative Stärke des gestellten Dämpf-Giermoments insbesondere visuell (über eine geeignete Anzeige) mitgeteilt werden. In diesem Sinne kann somit eine Anpassung der erfindungsgemäßen Funktion über ein geeignetes Bedienelement, so bspw. einen sog. Fahrerlebnisschalter oder einen Taster zur Abschaltung eines elektronischen Stabilisierungsprogramms oder anderes vorgenommen werden. Dabei kann die erfindungsgemäße Funktion in einem grundsätzlich auf hohe Sicherheit ausgelegten Fahrmodus besonders stark ausprägt sein, d. h. ein besonders hohes Dämpf-Giermoment erzeugen, während in einem „sportlicheren” Modus, in welchem beispielsweise auch ein elektronisches Stabilisierungsprogramm im wesentlichen abgeschaltet ist, eine relative schwache (zusätzliche) Gierdämpfung zur Wirkung kommt. Es ist aber auch eine selbsttätige Anpassung der erfindungsgemäßen Funktion hinsichtlich der Intensität der Gierdämpfung an aktuelle Umfeldinformationen, zu welchen auch „Vorausschau”-Informationen zählen möglich, wobei solche Umfeldinformationen bspw. kamerabasiert oder radarbasiert oder über eine sog. „car2car-Kommunikation”, d. h. durch Informationsaustausch mit anderen Kraftfahrzeugen, gewonnen werden können. Als weiteres Beispiel sei hier ein sog. Ausweichassistent genannt, welcher eine Ausweichsituation erkennt und daraufhin die maximal mögliche Gierdämpfung (im Sinne fahrsituationsadaptiven Gierdämpfung) einstellt.In terms of an advantageous development, provision may be made for various procedures for controlling a damping yaw moment according to the invention to be stored in or in a suitable electronic control unit, which lead to differently pronounced damping yaw moments. In this case, these various procedures can be selected by the electronic control unit itself depending on at least one further current boundary condition, or one of these various stored procedures can be selected by the driver of the vehicle. In particular, in the latter case, the relative strength of the set damping yaw moment can be communicated to the driver, in particular visually (via a suitable display). In this sense, thus an adaptation of the function according to the invention via a suitable control element, so for example. A so-called. Driving experience switch or a button for switching off an electronic Stabilization program or otherwise. In this case, the function according to the invention can be particularly pronounced in a driving mode which is fundamentally designed for high safety, ie produce a particularly high damping yaw moment, while in a "sportier" mode, in which an electronic stabilization program, for example, is essentially switched off, a relatively weak one (additional) yaw damping comes into effect. However, it is also an automatic adaptation of the function according to the invention with respect to the intensity of the yaw damping to current environment information, to which also "look ahead" information is possible, such environment information, for example, camera-based or radar-based or via a so-called "car2car communication", ie by exchanging information with other motor vehicles. Another example is a so-called evasion assistant, which recognizes an evasion situation and then adjusts the maximum possible yaw damping (in the sense of driving-situation-adaptive yaw damping).
Die beigefügten Figuren zeigen zwei mögliche Reglerstrukturen, mit denen die erfindungsgemäße Funktion bzw. Steuerung zum Stellen eines zusätzlichen Dämpf-Giermoments, welches im übrigen ausdrücklich auch negativ sein kann, so dass hiermit die wirksame Gierdämpfung gegenüber der fahrzeugspezifischen Gierdämpfung verringert werden kann, dargestellt werden kann. Dabei zeigt
- δVA,ss
- Vorderachs-Radlenkwinkel entsprechend einer Lenkwinkelvorgabe des Fahrers
- δHA,ss
- Hinterachs-Radlenkwinkel entsprechend einer Lenkwinkelvorgabe des Fahrers
- v
- Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs
- rd
- Wunschgierrate des Fahrzeugs
- r
- Gierrate des Fahrzeugs
- ΔMzd
- Dämpf-Giermoment = (zusätzliches) Dämp-Giermoment
- ΔMzd,aktkomp
- Dämpf-Giermoment mit Aktuatorkompensation hinsichtlich möglichst günstigem Übertragungsverhalten
- PID
- PID-Regler
- ESM
- Einspurmodell, mit welchem die weiter oben genannte fahrzeugspezifische Gierdämpfung ermittelt wird
- Wunsch-ESM
- Einspurmodell, welches unter der Verwendung der erfindungsgemäßen Steuerung oder Funktion die gewünschte Gierdämpfung und somit auch das gewünschte Dämpf-Giermoment enthält
- δ VA, ss
- Front axle wheel steering angle corresponding to a steering angle specification of the driver
- δ HA, ss
- Rear axle wheel steering angle according to a steering angle specification of the driver
- v
- Driving speed of the vehicle
- r d
- Desired yaw rate of the vehicle
- r
- Yaw rate of the vehicle
- ΔMz d
- Damp yaw moment = (additional) damping yaw moment
- ΔMz d, act
- Dampening yaw moment with actuator compensation for the best possible transmission behavior
- PID
- PID controller
- ESM
- Single-track model with which the above-mentioned vehicle-specific yaw damping is determined
- Desire ESM
- Single-track model, which contains the desired yaw damping and thus also the desired damping yaw moment using the control or function according to the invention
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102005037479 A1 [0001] DE 102005037479 A1 [0001]
- WO 2006/007908 A1 [0001] WO 2006/007908 A1 [0001]
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