DE102014018717A1 - Method for determining a center of gravity of a vehicle and vehicle control system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Schwerpunkthöhe (hs) eines Fahrzeugs (1), insbesondere eines Nutzfahrzeugs, bei dem Fahrdynamik-Werte (a) des Fahrzeugs (1) während einer Kurvenfahrt ermittelt werden, wobei die Fahrdynamik-Werte (a) eine eine Querdynamik des Fahrzeugs beschreibende Querdynamik-Größe (a) und ein Schlupf-Verhalten oder Reibwertverhalten der längsbeschleunigten, insbesondere gebremsten Räder (VA-l, VA-r) einer längsbeschleunigten, insbesondere gebremsten Achse (VA) beschreibende Schlupf-umfassen, und aus den Fahrdynamik-Werten (a) und aus einem Kräftegleichgewicht und Momentengleichgewicht während der Kurvenfahrt und eine Schwerpunkthöhe (hs) ermittelt wird.The invention relates to a method for determining a center of gravity height (hs) of a vehicle (1), in particular a utility vehicle, in which driving dynamics values (a) of the vehicle (1) are determined during cornering, the driving dynamics values (a) being a a transverse dynamics of the vehicle descriptive transverse dynamics quantity (a) and a slip behavior or Reibwertverhalten the longitudinally accelerated, in particular braked wheels (VA-l, VA-r) a longitudinally accelerated, in particular braked axis (VA) descriptive slip include, and from the Vehicle dynamics values (a) and from a balance of forces and moment equilibrium during cornering and a center of gravity height (hs) is determined.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln eines Schwerpunktes eines Fahrzeuges sowie ein Verfahren zur Fahrdynamik-Regelung und ein Fahrzeug-Regelsystem, die dieses Verfahren verwenden.The invention relates to a method for determining a center of gravity of a vehicle as well as a method for vehicle dynamics control and a vehicle control system, which use this method.
Stand der TechnikState of the art
Fahrdynamik-Regelungen von Fahrzeugen verwenden neben den aktuellen Fahrdynamikgrößen wie Raddrehzahlen, Fahrgeschwindigkeit, Gierrate usw. im Allgemeinen auch Fahrzeugparameter bzw. allgemeine und statische Informationen über das Fahrzeug, wie den Radstand und die Gesamt-Masse des Fahrzeugs. Weiterhin ist als Fahrzeugparameter auch die momentane Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs hilfreich, um das Fahrzeug gegen Kipp-Neigungen wie z. B. ein seitliches Umkippen zu schützen und den Fahrer z. B. nicht durch ungewollte Motor- oder Bremseingriffe zu stören.In addition to the current driving dynamics variables such as wheel speeds, driving speed, yaw rate, etc., driving dynamics regulations of vehicles generally also use vehicle parameters or general and static information about the vehicle, such as the wheelbase and the total mass of the vehicle. Furthermore, as a vehicle parameter and the current center of gravity height of the vehicle helpful to the vehicle against tilting inclinations such. B. to protect a lateral tipping and the driver z. B. not be disturbed by unwanted engine or brake interventions.
Die Schwerpunkthöhe hängt hierbei im Allgemeinen von der aktuellen Beladung ab und kann somit bei einem Fahrzeug nicht vorab parametriert werden, anders als Fahrzeugparameter wie z. B. Spurbreite und Radstand.The height of the center of gravity generally depends on the current load and thus can not be pre-parameterized in a vehicle, unlike vehicle parameters such as vehicle parameters. B. track width and wheelbase.
Bekannte Fahrdynamik-Regelungen schätzen zum Teil eine mögliche Schwerpunkthöhe aus der ermittelten Gesamt-Masse des Fahrzeugs; hierbei wird im Allgemeinen eine ungünstigste mögliche Schwerpunkthöhe, d. h. ein „worst case”, herangezogen, um mögliche Instabilitäten erfassen zu können.Known driving dynamics regulations estimate in part a possible center of gravity height from the determined total mass of the vehicle; In this case, in general, a worst-case possible center of gravity height, i. H. a "worst case", used to detect possible instabilities can.
Derartige Verfahren der Abschätzung der Schwerpunkthöhe sind jedoch relativ unsicher und beeinträchtigen eine Regelung des Fahrzeugverhaltens. Eine Instabilität im Fahrverhalten ist somit zum Teil nicht oder zu spät erkennbar, oder es erfolgen unnötige Regeleingriffe.However, such methods of estimating the center of gravity are relatively uncertain and affect regulation of vehicle behavior. An instability in driving behavior is thus sometimes not recognizable or too late, or there are unnecessary control interventions.
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Derartige Verfahren beruhen somit entweder auf groben Schätzungen oder auf der Verwendung von speziellen Sensoren zur Messung z. B. der Neigung des Aufbaus gegenüber der Fahrbahnoberfläche während einer Kurvenfahrt, oder einer sehr genauen Messung der Radlasten. Derartige Sensoren sind jedoch entweder sehr kostenträchtig oder liefern nur relativ ungenaue Werte.Such methods are thus based either on rough estimates or on the use of special sensors for measuring z. As the inclination of the structure with respect to the road surface during cornering, or a very accurate measurement of the wheel loads. However, such sensors are either very costly or provide only relatively inaccurate values.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ermitteln eines Schwerpunktes eines Fahrzeuges zu schaffen, das mit relativ geringem Aufwand eine Ermittlung einer Schwerpunkthöhe ermöglicht. Weiterhin sollen ein Verfahren zur Fahrdynamikregelung und ein Fahrdynamik-Regelsystem geschaffen werden.The invention has for its object to provide a method for determining a center of gravity of a vehicle, which allows a determination of a center of gravity height with relatively little effort. Furthermore, a method for driving dynamics control and a vehicle dynamics control system are to be created.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1, ein Verfahren zur Fahrdynamikregelung nach Anspruch 14 und ein Fahrdynamik-Regelsystem nach Anspruch 16 gelöst. Weiterhin ist ein Fahrzeug mit einem derartigen Fahrdynamik-Regelsystem vorgesehen. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen.This object is achieved by a method according to
Somit wird die Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs aus dem Verhalten bei Längsbeschleunigung an einer Achse während einer Kurvenfahrt ermittelt, d. h. bei Längsbeschleunigung an einem rechten längsbeschleunigten Rad und einem linken längsbeschleunigten Rad der längsbeschleunigten Achse; vorzugsweise ist eine weitere Achse, insbesondere sämtliche weiteren Achsen nicht längsbeschleunigt.Thus, the center of gravity height of the vehicle is determined from the behavior of longitudinal acceleration on an axle during cornering, i. H. longitudinal acceleration on a right longitudinally accelerated wheel and a left longitudinally accelerated longitudinal acceleration axis wheel; Preferably, another axis, in particular all other axes are not longitudinally accelerated.
An den längsbeschleunigten Rädern eingegebene Längsbeschleunigungs-Einstellwerte stehen in einem bestimmten Verhältnis, um nachfolgend Berechnungen hiermit, insbesondere eine Quotientenbildung durchzuführen, bei der einige Größen entfallen; vorzugsweise sind die Längsbeschleunigungs-Einstellwerte an dem rechten längsbeschleunigten Rad und dem linken längsbeschleunigten Rad der längsbeschleunigten Achse gleich.Longitudinal acceleration setting values inputted to the longitudinally accelerated wheels are in a certain ratio for carrying out calculations hereunder, in particular a quotient formation in which some variables are omitted; preferably, the longitudinal acceleration adjustment values on the right longitudinally accelerated wheel and the left longitudinally accelerated wheel of the longitudinally accelerated axis.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Längsbeschleunigung eine Bremsung, d. h. eine negative Längsbeschleunigung; somit ist die längsbeschleungte Achse bzw. Detektionsachse eine gebremste Achse, mit gebremsten Rädern. Als Längsbeschleunigungs-Einstellwert wird vorzugsweise der Bremsdruck herangezogen.According to a particularly preferred embodiment, the longitudinal acceleration is a braking, d. H. a negative longitudinal acceleration; Thus, the längsbeschleungte axis or detection axis is a braked axle, with braked wheels. As the longitudinal acceleration adjustment value, the brake pressure is preferably used.
Hierbei können somit die Längsbeschleunigung und insbesondere der Bremsdruck an dem linken gebremsten Rad und rechten gebremsten Rad gleich sein.In this case, therefore, the longitudinal acceleration and in particular the brake pressure on the left-hand braked wheel and the right-hand braked wheel can be the same.
Alternativ zu einer Bremsung kann die Längsbeschleunigung aber auch ein Antrieb sein, d. h. eine positive Längsbeschleunigung. Somit ist die längsbeschleunigten Achse eine Antriebsachse, und die längsbeschleunigten Räder sind angetrieben; der Längsbeschleunigungs-Einstellwert ist vorzugsweise das eingegebene Antriebsmoment. Wenn an der angetriebenen Achse ein Differential angebracht ist, wird hierüber an beide angetriebenen Räder jeweils das gleiche Antriebsmoment eingegeben, sodass die Längsbeschleunigungs-Einstellwerte an der angetriebenen Achse gleich sind.Alternatively to braking, the longitudinal acceleration can also be a drive, d. H. a positive longitudinal acceleration. Thus, the longitudinally accelerated axis is a drive axle, and the longitudinally accelerated wheels are driven; the longitudinal acceleration adjustment value is preferably the input drive torque. When a differential is mounted on the driven axle, the same drive torque is input thereto to both driven wheels, so that the longitudinal acceleration adjustment values on the driven axle are the same.
Als Fahrdynamik-Werte werden vorzugsweise eine die Querdynamik des Fahrzeugs beschreibende Querdynamik-Größe, insbesondere die Querbeschleunigung selbst oder die Gierrate, und ein Schlupf-Verhalten oder Reibwertverhalten der längsbeschleunigten Räder, insbesondere die Radschlupfe der längsbeschleunigten Räder ermittelt.As driving dynamics values are preferably a transverse dynamics of the vehicle descriptive transverse dynamics size, in particular the lateral acceleration itself or the yaw rate, and a slip behavior or Reibwertverhalten the longitudinally accelerated wheels, in particular the wheel slippage of the longitudinally accelerated wheels determined.
Um hierzu die relevanten Messgrößen zu erfassen und miteinander vergleichen zu können, erfolgt vorteilhafterweise während der Fahrt in einem stabilen Zustand, d. h. insbesondere ohne Schleudern oder Kippneigung, vorzugsweise auch ohne Blockieren und ohne bzw. vor einem Fahrdynamikeingriff eines Fahrdynamik-Regelsystems, eine Längsbeschleunigung, d. h. gemäß der ersten Ausführungsform eine Bremsung der gebremsten Achse und Nicht-Bremsung einer anderen, ungebremsten Achse. Bei der Bremsung der gebremsten Achse wird vorteilhafterweise an der linken Radbremse des linken Rades und der rechten Radbremse des rechten Rades der gleiche Bremsdruck eingesteuert.In order to be able to record the relevant measured variables and to compare them with each other, advantageously takes place while driving in a stable state, d. H. in particular without skidding or tilting tendency, preferably also without blocking and without or before driving dynamics intervention of a vehicle dynamics control system, a longitudinal acceleration, d. H. According to the first embodiment, braking the braked axle and non-braking another, unbraked axle. During the braking of the braked axle, the same brake pressure is advantageously applied to the left-hand wheel brake of the left-hand wheel and the right-hand wheel brake of the right-hand wheel.
Bei der Ausführungsform mit positiver Längsbeschleunigung wird entsprechend die angetriebene Achse angetrieben, vorzugsweise mittels Differential; vorzugsweise wird hierbei ein Antriebsmoment gewählt, das zu einem deutlichen Radschlupf führt.In the embodiment with positive longitudinal acceleration, the driven axle is driven accordingly, preferably by means of differential; Preferably, in this case a drive torque is selected, which leads to a significant wheel slip.
Hierbei werden vorzugsweise ein Kräftegleichgewicht sowie Momentengleichgewicht während der Kurvenfahrt betrachtet.In this case, an equilibrium of forces and torque equilibrium during cornering are preferably considered.
Somit werden einige Vorteile erreicht:
So ist eine Ermittlung oder Abschätzung der Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs grundsätzlich bereits mit relativ wenigen Messgrößen oder Sensordaten möglich. Insbesondere sind z. B. keine Neigungssensoren zur direkten Messung einer Querneigung oder Wankneigung, oder ein Sensor zum Messen einer Wankrate erforderlich.Thus, some advantages are achieved:
Thus, a determination or estimation of the center of gravity height of the vehicle is already possible in principle with relatively few measured variables or sensor data. In particular, z. For example, no inclination sensors for directly measuring a bank or roll inclination, or a sensor for measuring a roll rate may be required.
Vorteilhafterweise ist auch die Heranziehung von Radlasten bzw. eine Messung der auf den jeweiligen Rädern der Achse ruhenden Lasten, vorzugsweise auch der Gesamtmasse des Fahrzeuges nicht erforderlich.Advantageously, the inclusion of wheel loads or a measurement of the dormant on the respective wheels of the axle loads, preferably also the total mass of the vehicle is not required.
Vorteilhafterweise kann die ermittelte Schwerpunkthöhe fortlaufend aktualisiert werden, insbesondere unter fortlaufender Messung von Radschlupfen und des Querdynamik-Verhaltens. Somit können jeweils aktuelle Werte bereitgestellt werden und fortlaufend verbessert oder mit geringeren Toleranzen ermittelt werden.Advantageously, the ascertained center of gravity height can be continuously updated, in particular with continuous measurement of wheel slippage and the transverse dynamic behavior. Thus, current values can be provided and continuously improved or determined with smaller tolerances.
Die Radschlupfe, d. h. der linke Radschlupf des linken längsbeschleunigten Rades und der rechte Radschlupf des rechten längsbeschleunigten Rades der hierbei betrachteten, während der Kurvenfahrt längsbeschleunigten Achse, kann hierbei zum einen aus bestehenden Regelsystemen wie z. B. einem ABS direkt entnommen werden; weiterhin können der linke Radschlupf und rechte Radschlupf der längsbeschleunigten Achse auch aus einem Vergleich mit einer nicht längsbeschleunigten Achse erfolgen, deren Raddrehzahl die Ermittlung von Radumfangsgeschwindigkeiten ohne Schlupf ermöglichen, so dass der Schlupf aus einem Vergleich z. B. der beiden linken Räder und entsprechend aus einem Vergleich der beiden rechten Räder, jeweils der längsbeschleunigten und nicht längsbeschleunigten Achse, erfolgen kann.The wheel slippage, d. H. the left wheel slip of the left longitudinally accelerated wheel and the right wheel slip of the right longitudinally accelerated wheel of the considered here, while cornering along accelerated axis, this can on the one hand from existing control systems such. B. an ABS can be removed directly; Furthermore, the left wheel slip and right wheel slip of the longitudinally accelerated axis can also be done from a comparison with a non-longitudinally accelerated axis whose wheel speed allow the determination of Radumfangsgeschwindigkeiten without slippage, so that the slip from a comparison z. B. the two left wheels and accordingly from a comparison of the two right wheels, each of the longitudinally accelerated and not longitudinally accelerated axis, can take place.
Das Kräftegleichgewicht kann insbesondere die auf den Fahrzeugschwerpunkt einwirkende Gravitationskraft und die entgegenwirkenden bzw. vom Betrag her mit der Gravitationskraft übereinstimmenden Radaufstandskräfte des linken Rades und des rechten Rades der längsbeschleunigten Achse beziehen. The equilibrium of forces may refer in particular to the gravitational force acting on the center of gravity of the vehicle and the wheel contact forces of the left wheel and of the right wheel of the longitudinally accelerated axle that counteract each other or correspond in magnitude to the gravitational force.
Das Momentengleichgewicht kann sich insbesondere auf einen Mittelpunkt beziehen, der sich mittig zwischen den Radaufstandsflächen der längsbeschleunigten Räder auf der Fahrbahn befindet, insbesondere unterhalb des Schwerpunktes. Somit entfällt bereits ein Momentenbeitrag der Schwerkraft, da sie unter keinem Hebelarm angreift bzw. ihr Hebelarm als Null angesetzt werden kann; weiterhin können Stützmomente der Radaufstandskräfte zu diesem Mittelpunkt mit gleichem Hebelarm, nämlich der Hälfte der bekannten Spurweite, angesetzt werden. Als weiterer Beitrag zum Momentengleichgewicht tritt das Wankmoment hinzu, dass durch die Fliehkraft während der Kurvenfahrt angreift und mit einem Hebelarm ansetzt, der die zu ermittelnde Schwerpunkthöhe darstellt.The torque balance may relate in particular to a center which is located centrally between the wheel contact surfaces of the longitudinally accelerated wheels on the road, in particular below the center of gravity. Thus already accounts for a moment contribution of gravity, since it does not attack under any lever arm or their lever arm can be set as zero; Furthermore support moments of Radaufstandskräfte can be attached to this center with the same lever arm, namely half of the known track. Another contributing factor to moment equilibrium is the rolling momentum, which acts on the curve during cornering and uses a lever arm that represents the center of gravity to be determined.
Anders als bei bekannten Verfahren wird das Wankmoment somit vorteilhafterweise nicht gegenüber der äußeren Radaufstandsfläche und somit der tatsächlichen Kipp-Bewegung, sondern gegenüber diesem Mittelpunkt zwischen der linken Radaufstandsfläche und rechten Radaufstandsfläche angesetzt, da sich hierdurch einige mathematische Vorteile ergeben.Unlike known methods, the rolling moment is thus advantageously not compared with the outer wheel contact surface and thus the actual tilting movement, but against this midpoint between the left wheel contact surface and right wheel contact surface, as this results in some mathematical advantages.
Die Radaufstandskräfte können vorteilhafterweise über Längsbeschleunigungen, insbesondere Brems- oder Antriebskräfte, abgeschätzt werden; hierbei kann insbesondere eine Beziehung zwischen Radaufstandskraft und Längsbeschleunigung bzw. Brems- oder Antriebskraft über den Reibwert angesetzt werden, wobei der Reibwert in Beziehung zu dem Radschlupf gesetzt werden kann.The wheel contact forces can advantageously be estimated via longitudinal accelerations, in particular braking or driving forces; In this case, in particular, a relationship between wheel contact force and longitudinal acceleration or braking or driving force can be set above the coefficient of friction, wherein the coefficient of friction can be set in relation to the wheel slip.
Indem bei der Ausführungsform mit negativer Längsbeschleunigung der Bremsdruck an der linken Radbremse des linken gebremsten Rades und der rechten Radbremse des rechten gebremsten Rades gleich eingestellt werden, können deren Bremskräfte gleich gesetzt werden, so dass Unterschiede in dem linken Schlupf und rechten Schlupf auf die Unterschiede in den Reibwerten zurückgeführt werden können; durch Quotientenbildung kann somit ein Beitrag der Radlasten heraus gekürzt werden.In the embodiment with negative longitudinal acceleration, by setting the brake pressure at the left wheel of the left braked wheel and the right wheel of the right wheel braked equal, their braking forces can be set equal so that differences in left slip and right slip on the differences in can be attributed to the coefficients of friction; By quotient formation, a contribution of the wheel loads can thus be shortened.
Entsprechendes erfolgt bei der Ausführungsform mit positiver Längsbeschleunigung, bei der rechts und links gleiche Antriebsmomente eingegeben werden.The same is done in the embodiment with positive longitudinal acceleration, in the right and left the same drive torques are entered.
Somit können radweise direkte Beziehungen bzw. relativ genaue Abschätzungen herangezogen werden, um zu einem Gleichungssystem zu gelangen, bei dem die Schwerpunkthöhe unabhängig von den Radlasten des linken Rades und des rechten Rades ermittelbar ist. Vorteilhafterweise kann die Schwerpunkthöhe hierbei aus z. B. einem Fahrzeugparameter wie der Spurbreite, den ermittelten Radschlupfen des linken längsbeschleunigten und rechten längsbeschleunigten Rades der längsbeschleunigten Achse und einer Querdynamikgröße, insbesondere der Querbeschleunigung, direkt ermittelt werden.Thus, wheel-wise direct relations or relatively accurate estimates can be used to arrive at a system of equations in which the center of gravity height can be determined independently of the wheel loads of the left wheel and the right wheel. Advantageously, the center of gravity height here from z. Example, a vehicle parameter such as the track width, the determined wheel slippage of the left longitudinally accelerated and right longitudinally accelerated wheel of the longitudinally accelerated axis and a transverse dynamics variable, in particular the lateral acceleration, are determined directly.
Das Verfahren kann z. B. auch für die mehreren Achsen abwechselnd durchgeführt werden, so dass z. B. zeitweise die Vorderachse gebremst und die Hinterachse ungebremst ist und umgekehrt, jeweils vorzugsweise bei Fahrzuständen einer Kurvenfahrt ohne Schleuderneigung, ohne (bzw. vor) Eingriff eines Fahrdynamik-Regelsystems und vorteilhafterweise auch bei hinreichend stabilem Reibverhalten, so dass z. B. eine Beziehung zwischen Radschlupf und Reibwert, insbesondere eine lineare Beziehung, angesetzt werden kann.The method may, for. B. alternately performed for the multiple axes, so that z. B. temporarily braked the front axle and the rear axle is unbraked and vice versa, preferably in driving conditions of a curve without spin, without (or before) engaging a vehicle dynamics control system and advantageously even with sufficiently stable friction, so that z. B. a relationship between wheel slip and coefficient of friction, in particular a linear relationship, can be set.
Hierbei können die Ausführungsformen der negativen und positiven Längsbeschleunigung auch kombiniert werden, so dass das Verfahren an den mehreren Achsen z. B. durchgeführt werden kann, indem eine oder mehrere Achsen abwechselnd gebremst werden, und die Antriebsachse beschleunigt wird ohne Bremsung an einer anderen Achse. Weiterhin kann auch z. B. die Antriebsachse abwechselnd beschleunigt und gebremst werden, ohne die anderen Achsen einzubeziehen, so dass hieraus ein Vergleich erfolgen kann.Here, the embodiments of the negative and positive longitudinal acceleration can also be combined, so that the method on the multiple axes z. B. can be performed by one or more axles are braked alternately, and the drive axle is accelerated without braking on another axis. Furthermore, z. B. the drive shaft are alternately accelerated and braked without involving the other axes, so that from this comparison can be made.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung einer Schwerpunkthöhe kann nachfolgend insbesondere in einem Fahrdynamik-Regelverfahren herangezogen werden, insbesondere zur Stabilisierung gegen seitliche Kippneigungen, aber auch zur Stabilisierung gegen Nickneigung bzw. Kippneigungen um die Querachse. Es zeigt sich, dass sich hierbei besondere synergistische Vorteile ergeben, da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung der Schwerpunkthöhe grundsätzlich bekannte Fahrzeugparameter wie die Spurbreite und dynamisch sehr genau ermittelbare Werte wie die Radschlupfe des linken Rades und des rechten Rades einer längsbeschleunigten Achse herangezogen werden, und weiterhin eine die Querdynamik beschreibende Größe wie die Querbeschleunigung und/oder die Gierrate mit geringem Sensoraufwand messbar ist.The method according to the invention for determining a center of gravity height can subsequently be used in particular in a driving dynamics control method, in particular for stabilizing against lateral tilting tendencies, but also for stabilizing against pitch or tipping inclinations about the transverse axis. It turns out that this results in particular synergistic advantages, since in the method according to the invention for determining the center of gravity basically known vehicle parameters such as the track width and dynamically very precisely ascertainable values such as wheel slippage of the left wheel and the right wheel of a longitudinally accelerated axis are used, and Furthermore, a variable describing the transverse dynamics, such as the lateral acceleration and / or the yaw rate, can be measured with little sensor effort.
So kann aus der Schwerpunkthöhe insbesondere eine kritische Querbeschleunigung ermittelt werden, auf die dann z. B. das Fahrzeug-Regelsystem einregeln kann. Thus, in particular a critical lateral acceleration can be determined from the center of gravity height, then z. B. can adjust the vehicle control system.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug-Regelsystem kann somit aus den Raddrehzahlsensoren, die die Raddrehzahlen als Raddrehzahl-Signale ausgeben, einer Messeinrichtung bzw. einem Sensor zur Messung einer Querdynamik-Größe wie der Querbeschleunigung oder der Gierrate und Ausgabe eines Querdynamik-Messsignals, und einer Steuereinrichtung gebildet werden, wobei als Fahrzeugparameter z. B. lediglich die Spurbreite eingeht. Die Steuereinrichtung nimmt vorzugsweise die Raddrehzahl-Signale und das Querdynamik-Messsignal, gegebenenfalls auch weitere Signale aus einem fahrzeuginternen Datensystem auf, und steuert mit Einstell-Signalen Längsbeschleunigungs-Stelleinrichtungen an. Zur Einstellung einer negativen Längsbeschleunigung werden somit als Einstell-Signale Brems-Signale an Radbremsen ausgegeben, zur Einstellung einer positiven Längsbeschleunigung werden somit als Einstell-Signale Antriebsmoment-Anforderungssignale ausgegeben, z. B. an ein Motorsteuergerät, dass dann die angetriebenen Achse entsprechend antreibt.The vehicle control system according to the invention can thus be formed from the wheel speed sensors which output the wheel speeds as wheel speed signals, a measuring device or a sensor for measuring a transverse dynamics quantity such as the lateral acceleration or the yaw rate and output of a transverse dynamics measurement signal, and a control device , where as vehicle parameters z. B. enters only the track width. The control device preferably receives the wheel speed signals and the transverse dynamics measurement signal, possibly also further signals from an in-vehicle data system, and controls with adjustment signals longitudinal acceleration control devices. To set a negative longitudinal acceleration thus brake signals are output to wheel brakes as setting signals to set a positive longitudinal acceleration are thus output as adjustment signals drive torque request signals, z. B. to an engine control unit that then drives the driven axle accordingly.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug-Regelsystem ist somit insbesondere zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen.The vehicle control system according to the invention is thus provided in particular for carrying out a method according to the invention.
Die Erfindung wird nachfolgend an einer Ausführungsform näher erläutert, die sich auf die erste Ausführungsform der negativen Längsbeschleunigung bezieht und entsprechend auf die zweite Ausführungsform der positiven Längsbeschleunigung übertragen werden kann Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment which relates to the first embodiment of the negative longitudinal acceleration and can be correspondingly transferred to the second embodiment of the positive longitudinal acceleration.
Ein Fahrzeug
Das Fahrzeug
Der Schwerpunkt SP weist somit eine – zunächst unbekannte und zu ermittelnde – Schwerpunkthöhe hs auf. Gemäß
Das Fahrzeug
In der gezeigten Ausführungsform ist ein einzelnes Fahrzeug
Das Fahrzeug
Somit wird ein Fahrdynamik-Regelsystem
Während der Fahrt des Fahrzeugs
- B1) Kurvenfahrt, d. h. a ≠ 0, wobei auch ein Linkwinkelsignal gemessen werden kann,
- B2) kein Eingriff des Regelsystems, folgende Maßnahmen durchgeführt werden:
- C1) eine Achse, z. B. die Hinterachse HA bleibt vollständig ungebremst,
- C2) die andere Achse, z. B. die Vorderachse VA, wird an ihren Rädern, also dem linken Vorderrad VA-l und dem rechten Vorderrad VA-r, mit gleichem Bremsdruck p gebremst, d. h. der linken Radbremse
6a am linken Vorderrad VA-l wird der gleiche Bremsdruck p zugeführt wie der rechten Radbremse6b am rechten Vorderrad VA-r, - C3) die Raddrehzahlen na, nb, nc, nd und die Querbeschleunigung a werden gemessen und in der Fahrdynamik-
Steuereinrichtung 4 verarbeitet, zusammen mit der als Fahrzeugparameter bekannten Spurbreite s.
- B1) cornering, ie a ≠ 0, whereby a link angle signal can also be measured,
- B2) no intervention of the control system, the following measures are carried out:
- C1) an axis, z. B. the rear axle HA remains completely unbraked,
- C2) the other axis, z. As the front axle VA is at their wheels, so the left front wheel VA-l and the right front wheel VA-r, braked with the same brake pressure p, ie the
left wheel brake 6a on the left front wheel VA-l the same brake pressure p is supplied as theright wheel brake 6b on the right front wheel VA-r, - C3) the wheel speeds na, nb, nc, nd and the lateral acceleration a are measured and in the driving
dynamics control device 4 processed, together with the known as vehicle parameters track width s.
Diese Situation lässt sich letztlich insbesondere bei einer als unkritisch erkannten Kurvensituation, bei der die Querbeschleunigung a nicht zu groß ist und kein Schleuderverhalten detektiert ist, zumindest zeitweise einstellen, vorzugsweise nacheinander mit einmal gebremster Vorderachse VA und ungebremster Hinterachse HA und nachfolgend umgekehrt.This situation can be adjusted, at least temporarily, preferably in succession with a once braked front axle VA and non-braked rear axle HA and subsequently vice versa, especially in the case of a curve situation recognized as uncritical, in which the lateral acceleration a is not too large and no spin behavior is detected.
Nachfolgend wird gemäß
Für das linke Vorderrad VA-l wird der linke Radschlupf λa ermittelt aus:
Für das rechte Vorderrad VA-r wird der rechte Radschlupf λb ermittelt aus:
Nachfolgend wird das in
Diese Betrachtung ist somit für die vertikale Z-Richtung relevant, d. h. ohne Berücksichtigung der in Querrichtung y angreifenden Fliehkraft m·a, die somit senkrecht zur Gravitationskraft bzw. Schwerkraft m·g steht. Auch weitergehende Betrachtungen unter Berücksichtigung der Fliehkraft m·a führen lediglich dazu, dass in der gezeigten Linkskurve das das kurvenäußere Rad, also das rechte Vorderrad VA-r, belastet und das kurveninnere Rad, also somit das linke Vorderrad VA-l, entlastet wird, aber die gesamte Radaufstandskraft-Summe Gl + Gr unverändert bleibt.This consideration is thus relevant to the vertical Z direction, i. H. without consideration of the centrifugal force m · a acting in the transverse direction y, which is thus perpendicular to the gravitational force or gravitational force m · g. Even further considerations taking into account the centrifugal force m · a lead only to the fact that in the left-hand bend that the outside wheel, so the right front wheel VA-r, loaded and the inside wheel, so thus the left front wheel VA-l, is relieved, but the total Radaufstandskraft sum Gl + Gr remains unchanged.
Weiterhin wird das Momentengleichgewicht um den Mittelpunkt M betrachtet:
Hierbei ist:
- Gl·(s/2)
- das linke Stützmoment, also Produkt aus linker Radaufstandskraft Gl und Hebelarm s/2,
- m·a·hs
- das angreifende Wankmoment, also Produkt aus Fliehkraft m·a und dem Hebelarm, hier also der Schwerpunktshöhe hs, und
- Gr·(s/2)
- das rechte Stützmoment, also Produkt aus rechter Radaufstandskraft Gr und dem Hebelarm s/2.
- Gl · (s / 2)
- the left support moment, ie product of left wheel contact force Gl and lever arm s / 2,
- m * a * hs
- the attacking rolling moment, ie the product of centrifugal force m · a and the lever arm, in this case the center of gravity height hs, and
- Gr · (S / 2)
- the right supporting moment, ie product of the right wheel contact force Gr and the lever arm s / 2.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Momentenbildung liegt auch darin, dass die Längsposition, also in x-Richtung, hier ebenfalls keinen Momentenbeitrag liefert.An essential advantage of this torque formation is also the fact that the longitudinal position, ie in the x-direction, also provides no moment contribution here.
Somit ist es unerheblich, dass der Schwerpunkt SP nicht in der Zeichenebene von
Nachfolgend werden die Radaufstandskräfte Gn und Gr, die in den obigen Gleichungen vorliegen, in Beziehung gesetzt zu den Bremskräften, also der linken Bremskraft Fb-l des linken Vorderrades Vl und der rechten Bremskraft Fb-r des rechten Vorderrades VR.Hereinafter, the wheel contact forces Gn and Gr existing in the above equations are related to the braking forces, that is, the left brake force Fb-1 of the left front wheel Vl and the right brake force Fb-r of the right front wheel VR.
Da links und rechts der gleiche Bremsdruck p aufgebaut wird, sind die linken Bremskraft Fb-l und die rechte Bremskraft Fb-r gleich anzusetzen:
Allgemein sind weiterhin bei hinreichend stabiler Fahrt und nicht zu großem Schlupf Bremskräfte Fb proportional den Radlasten bzw. Radaufstandskräften G, d. h. es kann eine Bremskraft Fb als Produkt einer Radaufstandkraft G und eines Reibwertes μ dargestellt werden, d. h. hier gilt
Somit gilt die Gleichung GL5
Nachfolgend wird eine Beziehung zwischen den Reibwerten, d. h. jeweils dem linken Reibwert μl und dem rechten Reibwert μr, mit jeweils dem linken Schlupf λl und dem rechten Schlupf λr angesetzt:
für den stabilen Bereich der μ-λ-Kurve ergibt sich eine lineare Beziehung, d. h. μ = K·λ mit einem konstanten Linearitätsfaktor K. Somit gelten die Gleichungen GL6:
for the stable region of the μ-λ curve, a linear relationship results, ie μ = K · λ with a constant linearity factor K. Thus, the equations GL6 apply:
Somit ergibt sich aus den Gleichungen GL5 und GL6 die nachfolgende Gleichung GL7:
Aus der Gleichung GL3 folgt die nachfolgende Gleichung GL8:
Setzt man nunmehr die Gleichungen GL7 und GL8 in die Gleichung GL4 ein, ergibt sich nachfolgende Gleichung 9: Substituting now equations GL7 and GL8 into equation GL4, the following equation 9 results:
Diese Gleichung 9 ist unabhängig von der linken Radlast Gl und der rechten Radlast Gr; die Schwerpunkthöhe hs folgt daraus die nachfolgende Gleichung 10: This equation 9 is independent of the left wheel load Gl and the right wheel load Gr; the center of gravity height hs follows from the following equation 10:
Somit kann die Schwerpunkthöhe hs abgeschätzt werden aus den ermittelten Radschlupfen, d. h. dem rechten Radschlupf λr und dem linken Radschlupf λl, der Spurbreite s und der Querbeschleunigung a.Thus, the center of gravity height hs can be estimated from the determined wheel slippage, i. H. the right wheel slip λr and the left wheel slip λl, the track width s and the lateral acceleration a.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht somit gemäß
Nach dem Start in Schritt St0 werden in Schritt St1
bei den oben genannten Bedingungen
- B1) Kurvenfahrt, d. h. a ≠ 0,
- B2) kein Eingriff des Regelsystems, die folgenden Maßnahmen durchgeführt werden:
- C1) eine Achse, z. B. die Hinterachse HA bleibt vollständig ungebremst,
- C2) die andere Achse, z. B. die Vorderachse VA, wird an dem linken Vorderrad VA-l und dem rechten Vorderrad VA-r mit gleichem Bremsdruck p gebremst, dann werden in Schritt St2
- C3) die Raddrehzahl-Signale Sna, Snb, Snc,
Snd der Raddrehzahlsensoren 3a ,3b ,3c und 3d aufgenommen, hieraus die Raddrehzahlen na, nb, nc, nd entnommen, und die Querbeschleunigung a gemessen und hieraus das Querbeschleunigungs-Messsignal S2 an die Fahrdynamik-Steuereinrichtung 4 ausgegeben,
in der Fahrdynamik-
wobei vorzugsweise in Schritt St3a
gemäß Gleichung GL1 die Radschlupfe λl und λr
ermittelt werden, und in Schritt St3b
die Schwerpunkthöhe hs aus Gleichung GL10 ermittelt wird.The inventive method thus provides according
After the start in step St0, in step St1
in the above conditions
- B1) cornering, ie a ≠ 0,
- B2) no intervention of the control system, the following measures are carried out:
- C1) an axis, z. B. the rear axle HA remains completely unbraked,
- C2) the other axis, z. B. the front axle VA, is braked at the left front wheel VA-l and the right front wheel VA-r with the same brake pressure p, then in step St2
- C3) the wheel speed signals Sna, Snb, Snc, Snd of the
wheel speed sensors 3a .3b .3c and3d taken from this, the wheel speeds na, nb, nc, nd taken, and measured the lateral acceleration a and from this the lateral acceleration measurement signal S2 to the vehicle dynamics controldevice 4 output
in the vehicle dynamics control
preferably in step St3a
according to equation GL1 the wheel slippage λl and λr
are determined, and in step St3b
the center of gravity height hs is determined from equation GL10.
Nachfolgend kann in einem Schritt St4 aus der Schwerpunkthöhe hs, vorzugsweise ergänzend mit der Spurbreite s, eine kritische Querbeschleunigung a-krit ermittelt werden, ab der ein Umkippen droht, und dann in Schritt St5 ein Fahrdynamik-Regelverfahren vorgenommen werden, insbesondere ein Regelverfahren, bei dem Kipp-Neigungen des Fahrzeugs berücksichtigt werden, insbesondere ein Umkippen zur Seite, ggf. auch ein Nick-Verhalten (diving), d. h. ein Nicken oder Abtauchen bei Bremsvorgängen in Längsrichtung.Subsequently, in a step St4 from the center of gravity height hs, preferably in addition to the track width s, a critical lateral acceleration a-crit can be determined from which tipping over threatens, and then in step St5 a driving dynamics control method are made, in particular a control method at be taken into account the tilting inclinations of the vehicle, in particular a tipping to the side, possibly also a Nick-behavior (diving), d. H. a pitch or dip during braking in the longitudinal direction.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Fahrzeugvehicle
- 22
- Fahrbahnroadway
- 3a, 3b, 3c und 3d3a, 3b, 3c and 3d
- Raddrehzahlsensorenwheel speed sensors
- 44
- Fahrdynamik-SteuereinrichtungVehicle dynamics control means
- 55
- QuerbeschleunigungssensorLateral acceleration sensor
- 5050
- GierratensensorYaw rate sensor
- 6a6a
- linke Radbremse am linken Vorderrad VA-lleft wheel brake on the left front wheel VA-l
- 6b6b
- rechte Radbremse am rechten Vorderrad VA-rright wheel brake on the right front wheel VA-r
- 1212
- Fahrzeug-RegelsystemVehicle control system
- S1S1
- Bremssignal;Brake signal;
- S1aS1a
-
erstes Bremssignal an Radbremse
3a first brake signal towheel brake 3a - S1bS1b
-
zweites Bremssignal an Radbremse
3b second brake signal towheel brake 3b - S1dS 1 d
-
drittes Bremssignal an Radbremse
3c third brake signal towheel brake 3c - S1dS 1 d
-
viertes Bremssignal an Radbremse
3d fourth brake signal towheel brake 3d - S2S2
- Querbeschleunigungs-MesssignalLateral acceleration measurement signal
- nan / A
- erste Raddrehzahlfirst wheel speed
- nbnb
- zweite Raddrehzahlsecond wheel speed
- ncnc
- dritte Raddrehzahl-third wheel speed
- nd nd
- vierte Raddrehzahlfourth wheel speed
- Snasna
-
erstes Raddrehzahl-Signal des Raddrehzahlsensors
3a first wheel speed signal of thewheel speed sensor 3a - Snbsnb
-
zweites Raddrehzahl-Signal des Raddrehzahlsensors
3b second wheel speed signal of thewheel speed sensor 3b - SncSnc
-
drittes Raddrehzahl-Signal des Raddrehzahlsensors
3d third wheel speed signal of thewheel speed sensor 3d - Sndsnd
-
viertes Raddrehzahl-Signal des Raddrehzahlsensors
3d fourth wheel speed signal of thewheel speed sensor 3d - vv
- Fahrgeschwindigkeitdriving speed
- aa
- Querbeschleunigunglateral acceleration
- ωω
- Gierrateyaw rate
- pp
- Bremsdruckbrake pressure
- VAVA
- VorderachseFront
- HAHA
- Hinterachserear axle
- VA-rVA-r
- rechtes Vorderradright front wheel
- VA-lVA-l
- linkes Vorderradleft front wheel
- HA-rHA-r
- rechtes Hinterradright rear wheel
- HA-lHA-l
- linkes Hinterradleft rear wheel
- SPSP
- Schwerpunktmain emphasis
- mm
- MasseDimensions
- ss
- Spurbreitegauge
- s/2s / 2
- Abstand von einem Mittelpunkt MDistance from a midpoint M
- hshs
- SchwerpunkthöheGravity height
- xx
- x-Richtung, Längsrichtungx-direction, longitudinal direction
- yy
- Y-Richtung, QuerrichtungY direction, transverse direction
- zz
- Z-Richtung, vertikale RichtungZ direction, vertical direction
- LALA
- linke Radaufstandsfläche des linken Vorderrades VA-lleft wheel contact surface of the left front wheel VA-l
- RARA
- rechte Radaufstandsfläche des rechten Vorderrades VA-rright wheel contact surface of the right front wheel VA-r
- MM
- MittelpunktFocus
- va, vb, vc, vdva, vb, vc, vd
- Radumfangsgeschwindigkeitenwheel peripheral
- λaλa
- linker Radschlupf des linken Vorderrades VA-lleft wheel slip of the left front wheel VA-l
- λb.lambda..sub.B
- rechter Radschlupf des rechten Vorderrades VA-rright wheel slip of the right front wheel VA-r
- Glgl
- linke Radaufstandskraftleft wheel lift
- GrGr
- rechte Radaufstandskraftright wheel-upforce
- m·am · a
- Fliehkraftcentrifugal
- m·gm · g
- Schwerkraftgravity
- Gl + GrGI + Gr
- Radaufstandskraft-SummeWheel contact-sum
- Gl·(s/2)Gl · (s / 2)
- linkes Stützmomentleft support moment
- m·a·hsm * a * hs
- angreifendes Wankmomentattacking roll moment
- Gr·(s/2)Gr · (S / 2)
- rechtes Stützmomentright support moment
- Fb-lFb-l
- linke Bremskraft des linken Vorderrades Vlleft braking force of the left front wheel Vl
- Fb-rFb-r
- rechte Bremskraft des rechten Vorderrades VR.right braking force of the right front wheel VR.
- μμ
- Reibwertfriction
- μlul
- linker Reibwertleft coefficient of friction
- μrĩr
- rechter Reibwertright coefficient of friction
- λlλl
- linker Schlupfleft slip
- λr.lambda.r
- rechter Schlupfright slip
- KK
- konstanter Linearitätsfaktorconstant linearity factor
- St0 bis St5St0 to St5
- Schritte des VerfahrensSteps of the procedure
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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