DE102012221006B4 - Method for adapting a vehicle dynamics control - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Anpassung einer Fahrdynamikregelung für ein Fahrzeug, welche durch fahrerunabhängige Eingriffe in mindestens eine Radbremse und/oder die Lenkung die Differenz zwischen einer gemessenen Istgierrate und einer anhand eines Fahrzeugmodells berechneten Sollgierrate regelt, dadurch gekennzeichnet, dass überprüft wird, ob eine quasistationäre Kurvenfahrt vorliegt, und dass in diesem Fall ein das Fahrverhalten des Fahrzeugs beschreibender Parameter des Fahrzeugmodells für eine vorliegende Kurvenrichtung neu bestimmt wird, wobei insbesondere das Fahrzeugmodell das dynamische Einspurmodell ist und vorzugsweise der das Fahrverhalten des Fahrzeugs beschreibende Parameter die Reifenseitensteifigkeit der Hinterachse ist, und dass die vorliegende Kurvenrichtung, also das Vorliegen einer Links- oder einer Rechtskurve anhand einer Differenz von Raddrehzahlen und/oder dem Vorzeichen einer gemessenen Gierrate und/oder dem Vorzeichen einer gemessenen Querbeschleunigung und/oder dem Vorzeichen eines gemessenen Lenkradwinkels und/oder aus einem Parameter des Fahrzeugmodells, insbesondere einer Seitenkraft an der Hinterachse, erkannt wird, und/oder dass der neu bestimmte, das Fahrverhalten des Fahrzeugs beschreibende Parameter des Fahrzeugmodells verworfen wird, wenn die stationäre Kurvenfahrt in eine gleich bleibende Kurvenrichtung kürzer als für eine vorgegebene Zeitdauer vorliegt.Method for adapting a vehicle dynamics control for a vehicle, which regulates the difference between a measured actual yaw rate and a target yaw rate calculated based on a vehicle model through driver-independent interventions in at least one wheel brake and / or the steering, characterized in that it is checked whether quasi-stationary cornering is present, and that in this case a parameter of the vehicle model that describes the driving behavior of the vehicle is redetermined for a current curve direction, in particular the vehicle model being the dynamic single-track model and preferably the parameter that describes the driving behavior of the vehicle is the tire lateral stiffness of the rear axle, and that the current curve direction , i.e. the presence of a left or right turn based on a difference in wheel speeds and/or the sign of a measured yaw rate and/or the sign of a measured lateral acceleration and/or the sign of a measured steering wheel angle and/or from a parameter of the vehicle model, in particular a Lateral force on the rear axle is detected, and / or that the newly determined parameter of the vehicle model that describes the driving behavior of the vehicle is rejected if the stationary cornering in a constant cornering direction is shorter than for a predetermined period of time.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und ein System zur Fahrdynamikregelung gemäß Oberbegriff von Anspruch 7.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a system for vehicle dynamics control according to the preamble of claim 7.
Zur Erhöhung der Fahrsicherheit sind moderne Fahrzeuge in der Regel mit einer auch als Electronic Stability Control (ESC) bekannten Fahrdynamikregelung ausgestattet. Hierbei wird anhand eines Fahrzeugmodells überprüft, ob das Verhalten des Fahrzeugs den Vorgaben des Fahrers folgt, insbesondere ob eine Abweichung zwischen berechneter Referenzgierrate ψ̇Ref und gemessener Istgierrate ψ̇Ist einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Wird eine Abweichung erkannt, so erfolgt ein fahrerunabhängiger Aufbau von Bremsmomenten an mindestens einem Fahrzeugrad, um diese Abweichung durch das gezielte Einbringen eines Giermoments zu verringern. Somit bleibt das Fahrzeug (innerhalb physikalischer Grenzen) auch bei dem Auftreten instabiler Fahrzustände für den Fahrer beherrschbar.To increase driving safety, modern vehicles are usually equipped with vehicle dynamics control, also known as Electronic Stability Control (ESC). Here, a vehicle model is used to check whether the behavior of the vehicle follows the driver's specifications, in particular whether a deviation between the calculated reference yaw rate ψ̇ Ref and the measured actual yaw rate ψ̇ Ist exceeds a predetermined threshold value. If a deviation is detected, braking torque is built up on at least one vehicle wheel independently of the driver in order to reduce this deviation by specifically introducing a yaw moment. This means that the vehicle remains controllable for the driver (within physical limits) even if unstable driving conditions occur.
Häufig wird in der auch als DPSIP-Regelung bezeichneten Giermomentenregelung eines ESC-Systems für die Berechnung der Referenzgierrate bzw. allgemein der Sollgröße das sogenannte lineare dynamische Einspurmodell des Fahrzeugs ver wendet. Hierbei werden die Vorder- und Hinterräder jeweils paarweise zu einem auf der Fahrzeuglängsachse befindlichen Rad zusammengefasst. Zur Beschreibung des Fahrverhaltens werden im linearen dynamischen Einspurmodell die folgenden Bewegungsgleichungen benutzt:
Mit Gleichung (1) kann man bei vorgegebenen Eingangsgrößen Lenkwinkel bzw. Vorderradeinschlagwinkel δ und Fahrgeschwindigkeit v sowie den Fahrzeugparametern m (Fahrzeugmasse), Θ (Massenträgheitsmoment um die Hochachse), lf (Abstand Fahrzeugschwerpunkt zu Vorderachse), lr (Abstand Fahrzeugschwerpunkt zu Hinterachse), Cf (Reifenseitensteifigkeit der Vorderachse), und Cr (Reifenseitensteifigkeit der Hinterachse) die wichtigen Bewegungsgrößen ψ̈ (Gierbeschleunigung), ψ̇ (Gierrate) und β (Schwimmwinkelgeschwindigkeit) berechnen. Wird die mittels eines Sensors gemessene Istgierrate Ψ̇Ist ständig mit der berechneten Referenzgierrate ψ̇Ref verglichen, so kann durch gezielte Brems- und/oder Lenkeingriffe die Differenz DPSIP zwischen Ψ̇Ist und ψ̇Ref geregelt bzw. minimiert werden.With equation (1) one can use given input variables steering angle or front wheel steering angle δ and driving speed v as well as the vehicle parameters m (vehicle mass), Θ (mass moment of inertia around the vertical axis), l f (distance vehicle center of gravity to front axle), l r (distance vehicle center of gravity to rear axle). ), C f (tire lateral stiffness of the front axle), and C r (tire lateral stiffness of the rear axle) calculate the important movement variables ψ̈ (yaw acceleration), ψ̇ (yaw rate) and β (swimming angular velocity). If the actual yaw rate Ψ̇ Ist measured by a sensor is constantly compared with the calculated reference yaw rate ψ̇ Ref , the difference DPSIP between Ψ̇ Act and ψ̇ Ref can be regulated or minimized through targeted braking and/or steering interventions.
Die Fahrzeugparameter werden zweckmäßigerweise mit Hilfe von Messungen an Testfahrzeugen bestimmt. Bei Serienfahrzeugen im Alltagseinsatz kann es dazu kommen, dass die bestimmten Fahrzeugparameter die Eigenschaften nur ungenau beschreiben; dies kann z.B. bei starker Beladung im Kofferraum oder Reifen mit speziellen Gummimischungen wie Allwetterreifen auftreten. Daher ist es möglich, dass die berechnete Referenzgierrate ψ̇Ref das vom Fahrer gewünschte Verhalten derart ungenau wiedergibt, dass auch bei stabilen Fahrzuständen der Betrag der Differenz zwischen Referenzgierrate ψ̇Ref und gemessener Gierrate Ψ̇Istden Schwellenwert zur Aktivierung der Fahrdynamikregelung überschreitet und somit eine (wegen unerwarteter Änderung der Querdynamik und/oder störenden Geräuschen einer Hydraulikpumpe) für den Fahrer unkomfortable Fehlregelung erfolgt.The vehicle parameters are expediently determined with the help of measurements on test vehicles. In the case of series vehicles in everyday use, the specific vehicle parameters may only describe the properties imprecisely; This can occur, for example, with heavy loads in the trunk or tires with special rubber compounds such as all-weather tires. It is therefore possible that the calculated reference yaw rate ψ̇ Ref reflects the behavior desired by the driver so inaccurately that even in stable driving conditions, the magnitude of the difference between the reference yaw rate ψ̇ Ref and the measured yaw rate Ψ̇ Ist exceeds the threshold value for activating the vehicle dynamics control and thus a (due to unexpected change in the lateral dynamics and/or disturbing noises from a hydraulic pump) an uncomfortable incorrect control occurs for the driver.
Zur Vermeidung von Fehlregelungen ist aus der
Aus der
Aus der
Die
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine noch effektivere Vermeidung von Fehlregelungen und/oder eine präzisere Fahrdynamikregelung zu gewährleisten.The object of the present invention is to ensure an even more effective avoidance of incorrect control and/or a more precise vehicle dynamics control.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. ein System zur Fahrdynamikregelung gemäß Anspruch 7 gelöst.This object is achieved by a method according to claim 1 or a system for vehicle dynamics control according to claim 7.
Es wird also ein Verfahren zur Anpassung einer Fahrdynamikregelung für ein Fahrzeug bereitgestellt, welche durch fahrerunabhängige Eingriffe in mindestens eine Radbremse und/oder die Lenkung die Differenz zwischen einer gemessenen Istgierrate und einer anhand eines Fahrzeugmodells berechneten Sollgierrate regelt. Erfindungsgemäß wird überprüft, ob eine quasistationäre Kurvenfahrt vorliegt, und in diesem Fall wird ein das Fahrverhalten des Fahrzeugs beschreibender Parameter des Fahrzeugmodells für eine vorliegende Kurvenrichtung neu bestimmt. Insbesondere wird als Fahrzeugmodell das dynamische Einspurmodell und als das Fahrverhalten des Fahrzeugs beschreibende Parameter die Reifenseitensteifigkeit der Hinterachse eingesetzt.A method is therefore provided for adapting a vehicle dynamics control for a vehicle, which regulates the difference between a measured actual yaw rate and a target yaw rate calculated based on a vehicle model through driver-independent interventions in at least one wheel brake and/or the steering. According to the invention, it is checked whether there is quasi-stationary cornering, and in this case a parameter of the vehicle model that describes the driving behavior of the vehicle is redetermined for an existing cornering direction. In particular, the dynamic single-track model is used as the vehicle model and the tire lateral stiffness of the rear axle is used as the parameter describing the driving behavior of the vehicle.
Indem zwei unterschiedliche Parameter Cr,new,left und Cr,new,right für die Reifenseitensteifigkeit der Hinterachse in Links- bzw. Rechtskurven zur Berechnung der Referenzgierrate ψ̇Ref verwendet werden, wird eine optimale Übereinstimmung der Referenzgierrate ψ̇Ref und der gemessenen Gierrate Ψ̇Ist für stabile Kurvenfahrten auch bei Fahrzeugen mit unsymmetrischem Fahreigenschaften erreicht. Somit wird die Regelqualität der ESC-Regelung deutlich verbessert, was sowohl die Fahrsicherheit erhöht als auch für den Fahrer unkomfortable Fehlregelungen vermeidet.By using two different parameters C r,new,left and C r,new,right for the tire lateral stiffness of the rear axle in left and right curves, respectively, to calculate the reference yaw rate ψ̇ Ref , an optimal match between the reference yaw rate ψ̇ Ref and the measured yaw rate Ψ̇ is achieved Is achieved for stable cornering even in vehicles with asymmetrical driving characteristics. This means that the control quality of the ESC control is significantly improved, which both increases driving safety and avoids incorrect controls that are uncomfortable for the driver.
Es ist zweckmäßig, wenn eine quasistationäre Kurve daran erkannt wird, dass die Lenkradwinkelgeschwindigkeit einen vorgegebenen Lenkschwellenwert unterschreitet und/oder die zeitliche Änderung der Gierrate einen vorgegebenen Gierbeschleunigungsschwellenwert unterschreitet und/oder die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit einen vorgegebenen Geschwindigkeitsschwellenwert überschreitet und/oder die Fahrzeugquerbeschleunigung innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes liegt und/oder die Längsfahrtrichtung des Fahrzeugs als vorwärts erkannt wird und/oder keine Fahrstabilitätsregelung aktiv ist und/oder die Neigung der Fahrbahn quer zur Fahrtrichtung einen Querneigungsschwellenwert unterschreitet und/oder der Krümmungsradius der Kurve einen Krümmungsschwellenwert unterschreitet. Um die Anwendbarkeit des Fahrzeugmodells zu prüfen, können aktuelle Messwerte von Fahrzeugsensoren (wie dem Lenkwinkelsensor oder dem Gierratensensor) oder momentane Werte von Größen eines Fahrzeugmodells betrachtet werden. Eine geeignete Fahrsituation kann daran erkannt werden, dass eine oder mehrere, vorzugsweise alle genannten Bedingungen erfüllt.It is useful if a quasi-stationary curve is recognized by the fact that the steering wheel angular velocity falls below a predetermined steering threshold value and/or the temporal change in the yaw rate falls below a predetermined yaw acceleration threshold value and/or the vehicle longitudinal speed exceeds a predetermined speed threshold value and/or the vehicle lateral acceleration lies within a predetermined tolerance band and/or the longitudinal direction of travel of the vehicle is recognized as forward and/or no driving stability control is active and/or the inclination of the road transverse to the direction of travel falls below a bank inclination threshold and/or the radius of curvature of the curve falls below a curvature threshold. In order to check the applicability of the vehicle model, current measured values from vehicle sensors (such as the steering angle sensor or the yaw rate sensor) or current values of variables of a vehicle model can be considered. A suitable driving situation can be recognized by the fact that one or more, preferably all, of the conditions mentioned are met.
Erfindungsgemäß wird die vorliegende Kurvenrichtung, also das Vorliegen einer Links- oder einer Rechtskurve anhand einer Differenz von Raddrehzahlen und/oder dem Vorzeichen einer gemessenen Gierrate und/oder dem Vorzeichen einer gemessenen Querbeschleunigung und/oder dem Vorzeichen eines gemessenen Lenkradwinkels und/oder aus einem Parameter des Fahrzeugmodells, insbesondere einer Seitenkraft an der Hinterachse, erkannt. Besonders bevorzugt wird an einem Vergleich der Vorzeichen von Gierrate und Lenkradwinkel und/oder Querbeschleunigung überprüft, ob das Fahrzeug vorwärts fährt. Zweckmäßigerweise wird der neu bestimmte, das Fahrverhalten des Fahrzeugs beschreibende Parameter des Fahrzeugmodells verworfen, wenn die stationäre Kurvenfahrt in eine gleich bleibende Kurvenrichtung kürzer als für eine vorgegebene Zeitdauer vorliegt und/oder das Fahrzeug rückwärtsfährt. Dann kann der neu bestimmte Parameter des Fahrzeugmodells eindeutig einer Links- oder Rechtskurve zugeordnet werden und wurde unter definierten Bedingungen ermittelt. Besonders zweckmäßig ist es, wenn eine Bestimmung von Momentanwerten des das Fahrverhalten des Fahrzeugs beschreibenden Parameters des Fahrzeugmodells solange wiederholt durchgeführt wird, wie eine stationäre Kurvenfahrt in eine gleich bleibende Richtung anhält, und wenn eine Mittelwertbildung der neu bestimmten Momentanwerte durchgeführt wird. Somit werden statistische Schwankungen des Parameters unterdrückt.According to the invention, the present curve direction, i.e. the presence of a left or a right curve, is determined based on a difference in wheel speeds and/or the sign of a measured yaw rate and/or the sign of a measured lateral acceleration and/or the sign of a measured steering wheel angle and/or from a parameter of the vehicle model, in particular a lateral force on the rear axle. It is particularly preferred to check whether the vehicle is moving forward by comparing the signs of the yaw rate and steering wheel angle and/or lateral acceleration. The newly determined parameter of the vehicle model that describes the driving behavior of the vehicle is expediently discarded if the stationary cornering in a constant cornering direction is shorter than for a predetermined period of time and / or the vehicle is reversing. The newly determined parameter of the vehicle model can then be clearly assigned to a left or right curve and was determined under defined conditions. It is particularly expedient if a determination of instantaneous values of the parameter of the vehicle model describing the driving behavior of the vehicle is carried out repeatedly as long as stationary cornering in a constant direction continues, and if an averaging of the newly determined instantaneous values is carried out. This means that statistical fluctuations in the parameter are suppressed.
Vorzugsweise wird eine vorliegende Längsdynamiksituation nach Beschleunigen, Schubbetrieb und Bremsen unterschieden, wobei jeder Längsdynamiksituation ein Toleranzband der momentanen Längsbeschleunigung vorgegeben wird, und ein das Fahrverhalten des Fahrzeugs beschreibender Parameter des Fahrzeugmodells, insbesondere eine Reifenseitensteifigkeit der Hinterachse, wird für die vorliegende Längsdynamiksituation neu bestimmt. Dies ermöglicht es, die Verlagerung der Achslastverteilung zu berücksichtigen und somit eine nochmals verbesserte Genauigkeit des Fahrzeugmodells zu erreichen. Besonders bevorzugt wird die momentane Längsbeschleunigung aus den Signalen von Raddrehzahlsensoren und/oder einem Längsbeschleunigungssensor ermittelt.Preferably, a present longitudinal dynamics situation is differentiated according to acceleration, overrun and braking, with each longitudinal dynamics situation being given a tolerance band for the current longitudinal acceleration, and a parameter of the vehicle model that describes the driving behavior of the vehicle, in particular a tire lateral stiffness of the rear axle, is redetermined for the present longitudinal dynamics situation. This makes it possible to take the shift in axle load distribution into account and thus achieve further improved accuracy of the vehicle model. The current longitudinal acceleration is particularly preferably determined from the signals from wheel speed sensors and/or a longitudinal acceleration sensor.
Es ist vorteilhaft, wenn ein Standardwert des das Fahrverhalten des Fahrzeugs beschreibenden Parameters des Fahrzeugmodells zwischen zwei Zündungsläufen bzw. dauerhaft gespeichert wird oder ist, da die Fahreigenschaften sich meist langsam und kontinuierlich ändern. Indem ein neu bestimmter Wert des das Fahrverhalten des Fahrzeugs beschreibenden Parameters des Fahrzeugmodells verworfen wird, wenn die Abweichung zwischen neu bestimmtem Wert und Standardwert einen vorgegebenen Differenzschwellenwert überschreitet, werden fehlerhafte Anpassungen des Parameters vermieden. Falls andererseits der neu bestimmte Parameter plausibel ist, kann der Standardwert anhand des neu bestimmten Werts modifiziert werden, wobei insbesondere eine gewichtete Mittelwertbildung stattfindet, bei welcher der neu bestimmte Wert stärker gewichtet wird als der bisherige Standardwert. Somit wird das Fahrverhalten immer bestmöglich beschrieben.It is advantageous if a standard value of the parameter of the vehicle model that describes the driving behavior of the vehicle is or is saved permanently between two ignition runs, since the driving characteristics usually change slowly and continuously. By rejecting a newly determined value of the vehicle model parameter describing the driving behavior of the vehicle if the deviation between the newly determined value and the standard value exceeds a predetermined difference threshold value, incorrect adjustments to the parameter are avoided. On the other hand, if the newly determined parameter is plausible, the standard value can be modified based on the newly determined value, in particular a weighted averaging takes place, in which the newly determined value is weighted more heavily than the previous standard value. This means that the driving behavior is always described in the best possible way.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei Vorliegen einer stationären Kurvenfahrt sowohl der einer festen Kurvenrichtung zugeordnete Wert des das Fahrverhalten des Fahrzeugs beschreibenden Parameters des Fahrzeugmodells als auch ein kurvenrichtungsunabhängiger Wert für diesen Parameter bestimmt, und der einer festen Kurvenrichtung zugeordnete Wert wird verworfen, wenn dieser um mehr als einen vorgegebenen Differenzschwellenwert von dem kurvenrichtungsunabhängigen Wert abweicht. Der kurvenrichtungsunabhängige Wert wird also besonders häufig bestimmt und weist daher nur geringe Schwankungen auf, während ein kurvenrichtungsabhängiger Wert Asymmetrien des Fahrzeugs besser beschreibt. Somit werden geeignete Fahrsituationen besonders effizient zur Anpassung des Parameters genutzt und gleichzeitig unplausible bzw. fehlerhafte Anpassungen vermieden.According to a preferred embodiment of the invention, when cornering is stationary, both the value of the parameter of the vehicle model that describes the driving behavior of the vehicle that is assigned to a fixed direction of the curve and a value for this parameter that is independent of the direction of the curve are determined, and the value assigned to a fixed direction of the curve is discarded if this deviates from the value independent of the direction of the curve by more than a predetermined difference threshold value. The value that is independent of the direction of the curve is determined particularly frequently and therefore has only small fluctuations, while a value that is dependent on the direction of the curve better describes asymmetries in the vehicle. This means that suitable driving situations are used particularly efficiently to adapt the parameter and at the same time implausible or incorrect adaptations are avoided.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein System zur Fahrdynamikregelung eines Fahrzeugs, zumindest umfassend einen Gierratensensor, einen Querbeschleunigungssensor, vier Raddrehzahlsensoren und fahrerunabhängig betätigbare Radbremsen und/oder eine fahrerunabhängig betätigbare Lenkung. Erfindungsgemäß umfasst das System Mittel zur Bestimmung von einem oder mehreren das Fahrverhalten des Fahrzeugs beschreibenden Parametern, insbesondere einen Mikroprozessor, welcher ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführt.The invention further relates to a system for driving dynamics control of a vehicle, comprising at least a yaw rate sensor, a lateral acceleration sensor, four wheel speed sensors and wheel brakes that can be operated independently of the driver and/or a steering system that can be operated independently of the driver. According to the invention, the system comprises means for determining one or more parameters describing the driving behavior of the vehicle, in particular a microprocessor which carries out a method according to the invention.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.Further preferred embodiments result from the subclaims and the following description of an exemplary embodiment.
Ein Ausführungsbeispiel des seitenweise adaptiven Einspurfahrzeugmodells kann detailliert wie folgt beschrieben werden:An embodiment of the side-by-side adaptive single-track vehicle model can be described in detail as follows:
1. Bestimmung der Fahrzeugparameter im Originalzustand mit Testfahrzeugen1. Determination of the vehicle parameters in their original condition using test vehicles
Für die Applikation des ESC-Reglers, d.h. die Anpassung des ESC-Reglers an den Fahrzeugtyp, werden zuerst Fahrzeugparameter wie die Fahrzeugmasse, der Abstand Fahrzeugschwerpunkt zu Vorderachse und der Abstand Fahrzeugschwerpunkt zu Hinterachse an Testfahrzeugen direkt vermessen. Weitere Fahrzeugparameter, wie das Massenträgheitsmoment um die Hochachse Θ, die Reifenseitensteifigkeit der Vorderachse Cf und die Reifenseitensteifigkeit der Hinterachse Cr werden durch Messungen an dem oder den Testfahrzeugen während geeigneter Fahrmanövern identifiziert. Bei dieser Parameteridentifikation werden zweckmäßigerweise die Links- und Rechtskurven gleich stark berücksichtigt und Mittelwerte für die Parameter berechnet. Diese Originalfahrzeugparameter werden gespeichert und bei Neufahrzeugen für eine Fahrdynamikregelung verwendet.To apply the ESC controller, ie adapting the ESC controller to the vehicle type, vehicle parameters such as the vehicle mass, the distance from the vehicle's center of gravity to the front axle and the distance from the vehicle's center of gravity to the rear axle are first measured directly on test vehicles. Further vehicle parameters, such as the mass moment of inertia about the vertical axis Θ, the tire lateral stiffness of the front axle C f and the tire lateral stiffness of the rear axle C r are identified by measurements on the test vehicle or vehicles during suitable driving maneuvers. In this parameter identification, the left and right curves are expediently taken into account equally and average values for the parameters are calculated. These original vehicle parameters are saved and used for vehicle dynamics control in new vehicles.
2. Online Identifikation der Fahrzeugparameter für Serienfahrzeuge bei Alltagsfahrten2. Online identification of vehicle parameters for series vehicles during everyday driving
Da das Verhalten von Serienfahrzeugen in Alltagsfahrten je nach Fahrzeugzustand (mechanische Toleranzen, Beladung) und Reifenzustand von dem der Testfahrzeuge abweichen kann, wird das Fahrzeugverhalten in den Alltagsfahrten ständig beobachtet und neu identifiziert. Um Veränderungen im Fahrverhalten einfach zu erfassen und schnell zu identifizieren, also das aktuelle Verhalten genauer beschreiben zu können, wird eine spezielle Methode verwendet, bei der nur ein einzigen Parameter variiert wird, nämlich die Reifenseitensteifigkeit der Hinterachse Cr. Die weiteren Fahrzeugparameter werden konstant gehalten, während die Reifenseitensteifigkeit der Hinterachse Cr derart gewählt wird, dass das Verhalten des Fahrzeugmodells nach Gleichung (1) das Verhalten des Serienfahrzeugs bei stabilen Kurvenfahrten bestmöglich wiedergibt. Hierfür kann ein Least-Squares-Kriterium betrachtet werden, d.h. die quadrierte Abweichung zwischen Soll- und Ist-Verhalten für eine oder mehrere Größen minimiert werden. Es bietet sich an, Gleichung (1) wie folgt umzuschreiben:
In Gleichung (2) ist der Schwimmwinkel β bei einem Fahrzeug mit ESC-Sensorik die einzige unbekannte Größe während die restlichen Bewegungsgrößen wie Querbeschleunigung ay, Gierrate ψ̇, Lenkwinkel δ, Fahrgeschwindigkeit v und Gierbeschleunigung ψ̈ direkt oder indirekt mit Sensoren gemessen oder aus den gemessenen Größen abgeleitet werden. Setzt man diese Bewegungsgrößen in Gleichung 2 ein und eliminiert manIn equation (2), the slip angle β is the only unknown quantity for a vehicle with ESC sensors, while the remaining movement variables such as lateral acceleration a y , yaw rate ψ ̇ , steering angle δ, driving speed v and yaw acceleration ψ̈ are measured directly or indirectly with sensors or from the measured quantities can be derived. If you insert these movement variables into equation 2 and eliminate them
den Schwimmwinkel β, so kann man für jeden Schleifendurchlauf bzw. Loop einer Fahrdynamikregelung einen neuen Wert für die Reifenseitensteifigkeit der Hinterachse Cr berechnen:
Gleichung (3) wird als Basis für die online Identifikation des Fahrzeugparameters Cr, d.h. für die Ermittlung der Reifenseitensteifigkeit der Hinterachse während einer Fahrt verwendet.Equation (3) is used as the basis for the online identification of the vehicle parameter C r, ie for determining the tire lateral stiffness of the rear axle while driving.
3. Die Berechnung der Parameteränderung gegenüber dem Originalparameter3. The calculation of the parameter change compared to the original parameter
Um die Parameteränderung besser beobachten zu können und mögliche Berechnungsfehler oder Sensorfehler zu vermeiden bzw. zu erkennen, ist es sinnvoll, den mit Gleichung (3) berechneten neuen Wert für die Reifenseitensteifigkeit der Hinterachse Cr,new direkt mit dem Originalparameter Cr,Ori zu vergleichen, vorzugsweise während jedes Schleifendurchlaufs. Überschreitet die Abweichung einen vorgegebenen Schwellenwert, so deutet dies auf einen Fehler hin. Um den VergleichIn order to be able to better observe the parameter change and to avoid or detect possible calculation errors or sensor errors, it makes sense to directly assign the new value for the tire lateral stiffness of the rear axle C r,new calculated using equation (3) to the original parameter C r,Ori compare, preferably during each loop iteration. If the deviation exceeds a predetermined threshold value, this indicates an error. About the comparison
zu vereinfachen, wird der neue Wert Cr,new durch den Originalparameter Cr,Ori dividiert:
Fasst man alle Parameter und Bewegungsgrößen in Gleichung (4) zusammen, dann kann diese Gleichung wie folgt umgeschrieben werden:
Eine weitere Umschreibung mit Division durch
Die Terme in den Klammern hängen ausschließlich von den ursprünglichen Fahrzeugparametern ab und können mit 5 zusammenfassenden neuen Parametern Para1 bis Para5 ersetzt werden. Danach lässt sich Gleichung (6) wie folgt vereinfacht darstellen:
Durch Vergleich zwischen Gleichung (6) und (7) lassen sich die 5 neuen Parameter eindeutig definieren und berechnen. Mit Gleichung (7) kann das Verhältnis fc,new der neuen Reifenseitensteifigkeit der Hinterachse Cr,new zu dem Originalparameter CrOri jederzeit (also z.B. jeden Loop bzw. Schleifendurchlauf) berechnet werden.By comparing equations (6) and (7), the 5 new parameters can be clearly defined and calculated. With equation (7), the ratio f c,new of the new tire lateral stiffness of the rear axle C r,new to the original parameter C rOri can be calculated at any time (e.g. every loop or loop pass).
Solange das Fahrzeugverhalten stabil bleibt, sollte das Verhältnis fc,new konstant bleiben, und wenn das Alltagsfahrzeug mit den Testfahrzeugen identisch wäre, müsste das VerhältnisAs long as the vehicle behavior remains stable, the ratio f c,new should remain constant, and if the everyday vehicle were identical to the test vehicles, the ratio should be
fc,new gleich 1 sein. Dies ist in der Praxis aus verschiedenen Gründen nicht gegeben, wobei hier Toleranzen mechanischer Bauteile, verschiedene Störeinflüsse auf das Fahrzeug und fehlerbehaftete Sensoren für die Bewegungsgrößen genannt seien. Um das Fahrverhalten eines Alltagsfahrzeugs zu identifizieren, muss man daher weitere Maßnahmen treffen, welche mögliche Störeinflüsse von außen und den Einfluss von ungenauen Messsignalen so klein wie möglich halten.f c,new must be equal to 1. This is not the case in practice for various reasons, including tolerances of mechanical components, various disruptive influences on the vehicle and faulty sensors for the movement variables. In order to identify the driving behavior of an everyday vehicle, additional measures must be taken to keep possible external interference and the influence of inaccurate measurement signals as small as possible.
4. Allgemeine Bedingungen für die online Identifizierung der Reifenseitensteifigkeit der Hinterachse Cr,new und der relativen Änderung fc,new 4. General conditions for the online identification of the tire lateral stiffness of the rear axle C r,new and the relative change f c,new
Für eine sinnvolle online Identifizierung der Reifenseitensteifigkeit der Hinterachse Cr,new ist eine wichtige Voraussetzung, dass eine quasistationäre und stabile Kurvenfahrt vorliegt, da nur dann die vereinfachten Bewegungsgleichungen für das Einspurmodell gültig sind. Daher wird die Erfüllung von einer oder mehrerer, vorzugsweise aller der vorliegenden allgemeinen Bedingungen überprüft:
- • Es liegt keine Aktivität einer Fahrstabilitätsregelung vor, d.h. weder Antiblockiersystem (ABS) noch Traktionskontrolle (TCS) noch ESC sind aktiv.
- • Das Fahrzeug durchfährt eine Kurve in Vorwärtsrichtung, was z.B. anhand der Vorzeichen von Gierrate und Querbeschleunigung überprüft werden kann.
- • Die Fahrbahn bzw. das Fahrzeug weist keine große Querneigung auf. Dies kann überprüft werden, indem das Produkt aus Gierrate und Fahrzeuggeschwindigkeit mit der Querbeschleunigung verglichen wird.
- • Die Bahnlinie überschreitet eine bestimmte Krümmung bzw. der Kurvenradius unterschreitet einen vorgegebenen Schwellenwert.
- • Die Querbeschleunigung liegt innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbands, vorzugsweise beträgt die Querbeschleunigung zwischen 0,2 g und 0,4 g. Somit ist gewährleistet, dass die Fahrzeugeigenschaften in dem stabilen linearen Bereich liegen.
- • Die Gierbeschleunigung und Lenkwinkelgeschwindigkeit sollten jeweils einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreiten, damit eine quasistationäre Fahrt vorliegt, die durch eine geringe Dynamik gekennzeichnet ist.
- • There is no driving stability control activity, ie neither the anti-lock braking system (ABS), traction control (TCS) nor ESC are active.
- • The vehicle curves in the forward direction, which can be checked, for example, using the signs of the yaw rate and lateral acceleration.
- • The road or the vehicle does not have a large bank. This can be checked by comparing the product of yaw rate and vehicle speed with the lateral acceleration.
- • The path line exceeds a certain curvature or the curve radius falls below a specified threshold value.
- • The lateral acceleration is within a specified tolerance band, preferably the lateral acceleration is between 0.2 g and 0.4 g. This ensures that the vehicle properties are in the stable linear range.
- • The yaw acceleration and steering angular velocity should each fall below a predetermined threshold value so that there is quasi-stationary travel, which is characterized by low dynamics.
Zweckmäßigerweise wird überprüft, ob die oben genannten allgemeinen Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind, woraufhin eine online Identifizierung der Reifenseitensteifigkeit der Hinterachse Cr,new durchgeführt wird. Diese wird während der Fahrt fortlaufend wiederholt, wobei in jedem Loop bzw. Schleifendurchlauf ein neuer Wert für die Reifenseitensteifigkeit der Hinterachse C̈̈̂r,new bzw. f̈c,new nach Gl. (7) berechnet wird. Die berechneten Werte werden vorzugsweise zwischengespeichert. Wenn die Berechnungen für eine bestimme Dauer (z.B. n Loops) durchgeführt wurden, wird ein Lernzyklus abgeschossen und der Mittelwert für
Wenn die oben genannten allgemeinen Bedingungen weiterhin gleichzeitig erfüllt sind, dann wird zweckmäßigerweise ein neuer Lernzyklus begonnen.If the above general conditions are still met at the same time, then a new learning cycle is expediently started.
5. Differenzierte Identifizierung der relativen Änderung fc,new für Links- und Rechtskurven und/oder Aufteilung für unterschiedlich Fahrsituationen5. Differentiated identification of the relative change f c,new for left and right curves and/or division for different driving situations
Beispielsweise aufgrund verschiedener Radlasten hat ein Fahrzeug in unterschiedlichen Längsdynamiksituationen auch ein unterschiedliches Fahrverhalten für die Querdynamik. Es ist daher vorteilhaft, den nach Gleichung (8) gelernten neuen Mittelwert für die Reifenseitensteifigkeit der Hinterachse einer bestimmten Fahrsituation und einer eindeutiger Kurvenrichtung zuzuordnen. Gemäß einer bevorzugten Klassifizierung werden die Längsdynamiksituationen in
- Gasgeben,
- Bremsen und
- Schubbetrieb unterteilt. Für die aktuell vorliegende Situation wird die entsprechende Reifenseitensteifigkeit der Hinterachse nach einem erfolgten Lernzyklus zweckmäßigerweise wie folgt mit einem Tiefpassfilter neu berechnet:
- Step on the gas,
- brakes and
- Overrun operation divided. For the current situation, the corresponding tire lateral stiffness of the rear axle is expediently recalculated using a low-pass filter after a learning cycle has been completed:
Dabei ist λ der Gewichtungsfaktor für den neu gelernten Mittelwert
D.h. vorzugsweise wird sowohl zwischen den drei unterschiedlichen Längsdynamiksituationen als auch zwischen Links- und Rechtskurven unterschieden. Es ist vorteilhaft, die Kurvenrichtung durch das Vorzeichen der Seitenkraft der Hinterachse aus dem Einspurmodell zu bestimmen. Falls die Seitenkraft positiv ist, dann liegt eine Linkskurve vor, andernfalls wird eine Rechtskurve festgestellt. Je nach der Kurvenrichtung wird die entsprechende seitenweise Reifenseitensteifigkeit der Hinterachse wie folgt mit einem Tiefpassfilter neu berechnet:
Hier bezeichnet der Index R die Kurvenrichtung.Here the index R denotes the direction of the curve.
Werden also aus Gleichung (9) die drei situationsabhängigen Reifenseitensteifigkeiten der Hinterachse gelernt und aus Gleichung (10) für jede Fahrsituation noch zwei kurvenrichtungsabhängigen Reifenseitensteifigkeiten der Hinterachse gelernt, so können insgesamt sechs seitenweise adaptive Werte und drei seitenunabhängige adaptive Werte das Fahrverhalten des Fahrzeugs exakt beschreiben.If the three situation-dependent tire lateral stiffnesses of the rear axle are learned from equation (9) and two additional tire lateral stiffnesses of the rear axle that depend on the direction of the curve are learned from equation (10) for each driving situation, then a total of six side-by-side adaptive values and three side-independent adaptive values can accurately describe the driving behavior of the vehicle.
6. Einsatz der identifizierten neuen Parameter im Einspurmodell6. Use of the identified new parameters in the single-track model
Die gelernten Reifenseitensteifigkeiten der Hinterachse werden in Abhängigkeit von der Fahrsituation im Einspurmodell eingesetzt, wodurch seitenweise und situationsabhängig eine bestmögliche Referenzgierrate zur Verfügung steht.The learned tire lateral stiffness of the rear axle is used in the single-track model depending on the driving situation, which means that the best possible reference yaw rate is available for each side and depending on the situation.
Die Zuverlässigkeit der neuen gelernten Reifenseitensteifigkeiten ist in der Regel abhängig von der Anzahl der Lernzyklen. Je häufiger der Situation und die Kurvenrichtung bei der Fahrten vorkommen, desto zuverlässiger ist der entsprechende gelernte Wert. Da die seitenweise adaptiven Werte aus weniger Lernzyklen als der seitenunabhängige adaptive Wert der gleichen Fahrsituation ermittelt werden, erfolgt vorzugsweise eine Plausibilitätsprüfung der seitenweise adaptiven Werte, bevor diese für das Einspurmodell verwendet werden. Zweckmäßigerweise werden die seitenweise adaptiven Werte als zuverlässig angesehen und verwendet, wenn eine oder mehrere, insbesondere alle, der folgenden Bedingungen erfüllt sind:
- • Die Anzahl der Lernzyklen für die vorgegebene Fahrsituation und Kurvenrichtung hat einen bestimmte Schwelle (z.B. 5) überschritten.
- • Der seitenunabhängige adaptive Wert liegt zwischen den beiden seitenweise adaptiven Werten.
- • Der Unterschied zwischen jedem seitenweise adaptiven Wert und dem seitenunabhängigen adaptive Wert liegt unter einem Schwellenwert, insbesondere sollte der relative Unterschied 5% unterschreiten.
- • The number of learning cycles for the specified driving situation and curve direction has exceeded a certain threshold (eg 5).
- • The page-independent adaptive value is between the two page-wise adaptive values.
- • The difference between each page-wise adaptive value and the page-independent adaptive value is below a threshold value, in particular the relative difference should be less than 5%.
Andernfalls wird der seitenunabhängige adaptive Wert des Parameters im Einspurmodell eingesetzt.Otherwise, the side-independent adaptive value of the parameter is used in the single-track model.
Weil eine Bremssituation bei Normalfahrten viel seltener als die zwei anderen Situationen vorkommen, kann es erforderlichBecause a braking situation occurs much less frequently than the other two situations during normal driving, it may be necessary
sein, die für Schubbetrieb oder Gasgeben gelernten adaptiven Werte für die Bremssituation in das Einspurmodell eingesetzt werden. Beispielsweise die Anzahl der Lernzyklen kann als Maß für die Güte eines neuen gelernten Werts für die Seitensteifigkeit der Hinterachse verwendet.be, the adaptive values for the braking situation learned for coasting or accelerating are used in the single-track model. For example, the number of learning cycles can be used as a measure of the quality of a new learned value for the lateral stiffness of the rear axle.
7. Abspeichern und Auslesen der identifizierten neuen Parameter in einem geeigneten Speichermedium7. Saving and reading out the identified new parameters in a suitable storage medium
Die mit Hilfe von Gleichung (9) und Gleichung (10) identifizierten neuen Parameter für Reifenseitensteifigkeiten der Hinterachse werden zweckmäßigerweise bei Ausschalten der Zündung in einem geeigneten Speichermedium mit einem geeigneten Format abgespeichert, damit diese auch für zukünftige Fahrten benutzt werden können. Das Abspeichern der identifizierten neuen Parameter kann von Bedingungen abhängig gemacht werden. So kann z.B. anhand einer statistischen Auswertung der einzelnen Loops bzw. ermittelten Werte die Zuverlässigkeit der identifizierten neuen Parameter bewertet werden. Weiterhin kann gefordert werden, dass die Differenz zwischen neuen Parametern und zu Beginn der Fahrt vorliegenden Parametern und/oder den ursprünglichen Parametern in einem vorgegebenen Toleranzband liegt.The new parameters for tire lateral stiffness of the rear axle identified with the help of equation (9) and equation (10) are expediently stored in a suitable storage medium with a suitable format when the ignition is switched off so that they can also be used for future journeys. Saving the identified new parameters can be made dependent on conditions. For example, the reliability of the identified new parameters can be assessed based on a statistical evaluation of the individual loops or determined values. Furthermore, it can be required that the difference between new parameters and parameters present at the start of the journey and/or the original parameters lies within a predetermined tolerance band.
Es ist vorteilhaft, wenn die gespeicherten Parameter bzw. die Reifenseitensteifigkeiten der Hinterachse bei dem nächsten Einschalten der Zündung aus dem Speichermedium abgelesen und auf Plausibilität geprüft werden. Falls die Werte z.B. innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbands liegen und dementsprechend geeignet sind, werden sie vorzugsweise direkt im Einspurmodell verwendet.It is advantageous if the stored parameters or the tire lateral stiffness of the rear axle are read from the storage medium the next time the ignition is switched on and checked for plausibility. If, for example, the values lie within a specified tolerance band and are therefore suitable, they are preferably used directly in the single-track model.
Indem das Fahrverhalten beschreibende Fahrzeugparameter in Abhängigkeit von Links- oder Rechtskurve sowie der vorliegenden Längsdynamiksituation gelernt bzw. identifiziert und im Einspurmodell bei der Berechnung insbesondere der Referenzgierrate eingesetzt werden, können Fahrzeuge mit unsymmetrischen Eigenschaften besser beschrieben werden. Somit wird die Güte der Regelung verbessert, was einerseits die Fahrsicherheit erhöht und andererseits zu verringertem Auftreten von Fehlregelungen führt.By learning or identifying vehicle parameters that describe driving behavior depending on the left or right curve as well as the existing longitudinal dynamics situation and using them in the single-track model when calculating the reference yaw rate in particular, vehicles with asymmetrical properties can be better described. This improves the quality of the control, which on the one hand increases driving safety and on the other hand leads to a reduced occurrence of incorrect controls.
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