DE10325485A1 - Determining vehicle float angle involves modeling lateral force component on tire, linearizing relative to skew angle, determining relationship between skew, float angles, using kinetic relationship - Google Patents

Determining vehicle float angle involves modeling lateral force component on tire, linearizing relative to skew angle, determining relationship between skew, float angles, using kinetic relationship Download PDF

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DE10325485A1 DE2003125485 DE10325485A DE10325485A1 DE 10325485 A1 DE10325485 A1 DE 10325485A1 DE 2003125485 DE2003125485 DE 2003125485 DE 10325485 A DE10325485 A DE 10325485A DE 10325485 A1 DE10325485 A1 DE 10325485A1
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Abstract

The method involves determining the lateral force component (Fy) on a tire in the y-direction (y) based on a model, linearizing the component relative to a skew angle (alpha) of the tire, determining an offset value and a value proportional to the skew angle value, determining the relationship between the skew angle of the tire and the float angle and using a model to determine the float angle (beta) according to a kinetic relationship.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Schwimmwinkels bei der Regelung/Steuerung von Fahrdynamikgrößen eines Fahrzeugs.The invention relates to a method to determine the float angle when regulating / controlling Driving dynamics variables one Vehicle.

Heutige Fahrdynamikregelungssysteme arbeiten ohne Schwimmwinkel-Regelung, weil es kein Verfahren gibt, den Schwimmwinkel zuverlässig und robust abzuschätzen.Today's vehicle dynamics control systems work without floating angle control because there is no procedure the float angle reliably and to estimate robustly.

Es gibt zur Zeit zwei verschieden Ansätze, um den Schwimmwinkel abzuschätzen: Ein bekanntes Verfahren ( WO 01/81139 A1 ) verwendet einen β-Beobachter mit einem kinetischen Fahrzeugmodell:

Figure 00010001
There are currently two different approaches for estimating the float angle: A known method ( WO 01/81139 A1 ) uses a β observer with a kinetic vehicle model:
Figure 00010001

Damit werden die Bewegungsgrößen

Figure 00010002
und
Figure 00010003
direkt abgeschätzt. Durch Integration der abgeschätzten Bewegungsgrößen
Figure 00010002
und
Figure 00010003
werden die Zustandsgrößen νy und
Figure 00010004
berechnet. Mit der abgeschätzten Quergeschwindigkeit νy wird der Schwimmwinkel nach
Figure 00010005
berechnet.So that the movement quantities
Figure 00010002
and
Figure 00010003
directly estimated. By integrating the estimated movement quantities
Figure 00010002
and
Figure 00010003
the state variables ν y and
Figure 00010004
calculated. With the estimated transverse speed ν y the float angle decreases
Figure 00010005
calculated.

Ein weiteres bekanntes Verfahren ( DE 195 15 054 A1 ). verwendet einen β-Beobachter mit der kinematischen Beziehung

Figure 00020001
Another known method ( DE 195 15 054 A1 ). uses a β observer with the kinematic relationship
Figure 00020001

Damit wird zuerst die Schwimmwinkelgeschwindigkeit

Figure 00020002
abgeschätzt. Durch Integration von der abgeschätzten Schwimmwinkelgeschwindigkeit
Figure 00020002
wird der Schwimmwinkel berechnet.This is the first step at the velocity of the slip angle
Figure 00020002
estimated. By integrating the estimated slip angle speed
Figure 00020002
the float angle is calculated.

Bei den bekannten Verfahren werden die Modellfehler und Messfehler durch die Integration laufend summiert. Damit wird der abgeschätzte Schwimmwinkel sehr ungenau. Darüber hinaus muss die Fahrbahnquerneigung bekannt sein, welche schwer zu ermitteln ist.In the known methods the model errors and measurement errors are continuously summed up by the integration. This makes the estimated Floating angle very imprecise. About that In addition, the road bank slope must be known, which is difficult is to be determined.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Ermittlung des abgeschätzten Schwimmwinkels verbessert werden kann. Dabei soll der Schwimmwinkel genauer abgeschätzt werden.The invention is based on the object to specify a method by which the estimated float angle is determined can be improved. The float angle should be estimated more precisely.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein gattungsgemäßes Verfahren mit den folgenden Schritten durchgeführt wird:
Modellbasiertes Ermitteln eines Reifenseitenkraftanteils Fy,i in der y-Richtung, Linearisieren des Reifenseitenkraftanteils Fv,i gegenüber dem Schräglaufwinkel des Reifens αi,
Ermitteln eines Offset-Wertes FOffset,i(α / i) und eines dem Schräglaufwinkel αi proportionalen Wertes,
Ermitteln des Zusammenhangs zwischen dem Schräglaufwinkel des Reifens αi und dem Schwimmwinkel, und
Modellbasiertes Ermitteln des Schwimmwinkels

Figure 00030001
nach einer kinetischen Beziehung.According to the invention, this object is achieved in that a generic method is carried out with the following steps:
Model-based determination of a tire lateral force component F y, i in the y direction, linearization of the tire lateral force component F v, i relative to the slip angle of the tire α i ,
Determining an offset value F offset, i (α / i) and a value proportional to the slip angle α i ,
Determining the relationship between the slip angle of the tire α i and the slip angle, and
Model-based determination of the float angle
Figure 00030001
after a kinetic relationship.

Vorteilhaft ist dabei, dass der Reifenkraftanteil Fy,i gegenüber dem Schräglaufwinkel des Reifens αi nach der Beziehung

Figure 00030002
ermittelt wird. Die Linearisierung der Reifenkraft gegenüber dem Reifenschräglaufwinkel αi erfolgt lokal mit den Beziehungen
Figure 00030003
Vorteilhaft ist, dass der Offset-Wert FOffset,i (α / i) und der dem Schräglaufwinkel αi proportionale Wert nach der Beziehung
Figure 00030004
ermittelt wird, wobei der Offset-Wert FOffset,i (α / i) aus dem Term (Fy,i(α / i)–F / y,i(α / i)·α / i) und der dem Schräglaufwinkel αi proportionale Wert aus dem Term F / y,i(α / i)·α / i bestimmt werden.It is advantageous that the tire force component F y, i compared to the slip angle of the tire α i according to the relationship
Figure 00030002
is determined. The linearization of the tire force with respect to the tire slip angle α i takes place locally with the relationships
Figure 00030003
It is advantageous that the offset value F offset, i (α / i) and the value proportional to the slip angle α i according to the relationship
Figure 00030004
is determined, the offset value F offset, i (α / i) from the term (F y, i (α / i) −F / y, i (α / i) · α / i) and that of the slip angle α i proportional value can be determined from the term F / y, i (α / i) · α / i.

Der Zusammenhang der Schräglaufwinkel αi mit dem Schwimmwinkel erfolgt dabei über die Beziehungen

Figure 00040001
wobei der Schwimmwinkel β als Funktion des proportionalen Werts nach der Beziehung
Figure 00040002
ermittelt wird.The relationship between the slip angle α i and the float angle takes place via the relationships
Figure 00040001
where the float angle β is a function of the proportional value according to the relationship
Figure 00040002
is determined.

Bei dem Verfahren ist vorteilhaft vorgesehen, dass bei der Ermittlung des Schwimmwinkels der Wankwinkel und/oder die Fahrbahnquerneigung in einem Modell berücksichtigt werden.The method is advantageous provided that when determining the slip angle the roll angle and / or the road bank inclination is taken into account in a model become.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, die Reifenkraft in der Y-Richtung gegenüber dem Reifenschräglaufwinkel lokal nach Gl. (7) (8) und (9) zu Linearisieren und in zwei Terme zu unterzuteilen: Der eine Term beschreibt einen Offset und der andere Term einen dem Reifenschräglaufwinkel proportionalen Anteil. Setzt man die vier Reifenkräfte in die Bewegungsgleichung (1) ein, dann kann der Schwimmwinkel direkt berechnet werden. Damit wird keine Integration von abgeschätzter oder gemessener Größe nötig. Dabei ist das Verfahren unabhängig davon, was für ein Reifenmodell oder Fahrzeugmodell benutzt wird. Mit dem abgeschätzten Schwimmwinkel

Figure 00030001
kann man Fahrdynamikregelungen, wie sie beispielsweise in DE 195 15 061 A1 , DE 195 15 056 A1 und DE 195 15 059 A1 beschrieben sind und deren Inhalt Bestandteil der vorliegenden Anmeldung ist, ganz neu gestalten:

  • 1) Das Untersteuer- und Übersteuerverhalten des Fahrzeugs kann in Abhängigkeit von den Reifenschräglaufwinkeln und lokalen Reifensteifigkeiten geregelt werden;
  • 2) Der Reibwert kann nach den Reifenschräglaufwinkeln und lokalen Reifensteifigkeiten frühzeitig und kontinuierlich angeschätzt werden;
  • 3) Die kritische Fahrsituation "langsame Eindrehung" des Fahrzeugs um die Hochachse kann frühzeitig erkannt und durch die Fahrdynamikregelung verhindert werden;
  • 4) Eine Schräglaufwinkelregelung kann vorgesehen werden.
The method according to the invention provides that the tire force in the Y direction is locally compared to the tire slip angle according to Eq. (7) (8) and (9) to be linearized and divided into two terms: one term describes an offset and the other term a proportion proportional to the tire slip angle. If you insert the four tire forces into the equation of motion (1), the float angle can be calculated directly. This means that no integration of estimated or measured size is necessary. The method is independent of what is used for a tire model or vehicle model. With the estimated float angle
Figure 00030001
you can control vehicle dynamics, such as in DE 195 15 061 A1 . DE 195 15 056 A1 and DE 195 15 059 A1 are described and their content is part of the present application, completely redesign:
  • 1) The understeer and oversteer behavior of the vehicle can be regulated depending on the tire slip angle and local tire stiffness;
  • 2) The coefficient of friction can be estimated early and continuously according to the tire slip angle and local tire stiffness;
  • 3) The critical driving situation "slow turning" of the vehicle about the vertical axis can be recognized at an early stage and prevented by the driving dynamics control;
  • 4) A slip angle control can be provided.

Die besonderen Vorteile des neuen Verfahrens gegenüber den bekannten Verfahren sind:

  • a) Der Schwimmwinkel wird direkt nach der kinetischer Beziehung Gl. (1) abgeschätzt, ohne Integration von einer anderen abgeschätzten Größe. Damit werden die Modellfehler und Messfehler minimiert.
  • b) Das Verfahren nach Gl. (21) ist unabhängig von den Fahrbahnneigungen.
  • c) Das Verfahren nach Gl. (21) ist unabhängig vom Fahrzeugmodell und Reifenmodell. Man braucht lediglich die Reifenkraft in der y-Richtung in einem kleinen lokalen Bereich nach Reifenschräglaufwinkel nach Gl. (8) zu Linearisieren. Je nach Bedarf der Genauigkeit des abgeschätzten Schwimmwinkels können verschiedene Reifen- und Fahrzeugmodell benutzt werden. Danach lässt sich das Verfahren in verschiedenen Formen ausdrücken wie z. B. nach Gl. (21), (23), (27) bis (30).
  • d) Das Verfahren kann bei Verwendung des linearen Reifenmodells stark vereinfacht werden (Gl. (27)). Durch Kombination mit der kinematischen Beziehung nach Gl. (31) kann der Schwimmwinkel für alle Fahrsituationen einfach abgeschätzt werden.
  • e) Das Verfahren kann die Messgrößen vom jetzigen ESP-System direkt benutzen und braucht keine weiteren Messsensoren.
  • f) Das Verfahren ist einfach, robust und zuverlässig. Es ist leicht realisierbar in jetzigen ESP-System.
The special advantages of the new process compared to the known processes are:
  • a) The float angle is determined directly according to the kinetic relationship Eq. (1) estimated without integration of another estimated size. This minimizes the model errors and measurement errors.
  • b) The method according to Eq. (21) is independent of the road gradient.
  • c) The method according to Eq. (21) is independent of the vehicle model and tire model. You only need the tire force in the y-direction in a small local area according to the tire slip angle according to Eq. (8) to linearize. Depending on the need for the accuracy of the estimated float angle, different tire and vehicle models can be used. Then the process can be expressed in various forms such as. B. according to Eq. (21), (23), (27) to (30).
  • d) The procedure can be greatly simplified when using the linear tire model (Eq. (27)). By combining it with the kinematic relationship according to Eq. (31) the float angle for all driving situations can be easily estimated.
  • e) The method can use the measurement parameters from the current ESP system directly and does not require any further measurement sensors.
  • f) The process is simple, robust and reliable. It is easy to implement in the current ESP system.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung angegeben und wird im Folgenden näher beschrieben.An embodiment is in the drawing specified and is described in more detail below.

Es zeigenShow it

1 eine schematische Darstellung der Fahrdynamikgrößen 1 a schematic representation of the driving dynamics

2 eine schematische Darstellung der Abhängigkeit des Schwerkraftanteils Fy,G von der Fahrbahnquerneigung 2 is a schematic representation of the dependence of the gravity component F y, G on the road incline

3 eine schematische Darstellung der einzelnen Reifenkraftanteile 3 is a schematic representation of the individual tire force components

4 eine schematische Darstellung des Zusammenhangs des Reifenkraftanteils und dem Reifenschräglaufwinkel 4 a schematic representation of the relationship between the tire force component and the tire slip angle

5 eine schematische Darstellung der Aufwankbewegung eines Fahrzeugs 5 a schematic representation of the rolling movement of a vehicle

6 eine schematische Darstellung eines Einspurmodells 6 a schematic representation of a single track model

7 eine Darstellung eines vereinfachten Reifenmodells. 7 a representation of a simplified tire model.

In Verbindung mit den 1 bis 7 wird ein neues Verfahren für eine robuste Abschätzung des Schwimmwinkels ohne zusätzliche Sensoren beschrieben.In connection with the 1 to 7 describes a new method for a robust estimation of the swimming angle without additional sensors.

Das Verfahren basiert auf der kinetischen Beziehung der Fahrzeugdynamik:
Die Bewegungsgleichung des Fahrzeugs lässt sich in dem fahrzeugfesten Koordinatensystem nach der Beziehung

Figure 00070001
für die Y-Richtung darstellen. Dabei ist αy die Querbeschleunigung des Fahrzeugs im Schwerpunkt, m die Fahrzeugmasse und Fy die resultierende Kraftkomponente in der y-Richtung (1). Bei Vernachlässigung der Windkraft besteht Fy aus den vier Reifenkräften ∑Fy,i (i = 1, 2, 3, 4) in der Y-Richtung und dem Schwerkraftanteil Fy,G in der Y-Richtung,
Figure 00070002
The method is based on the kinetic relationship of vehicle dynamics:
The equation of motion of the vehicle can be based on the relationship in the vehicle-fixed coordinate system
Figure 00070001
represent for the Y direction. Here α y is the lateral acceleration of the vehicle in the center of gravity, m the vehicle mass and F y the resulting force component in the y direction ( 1 ). If wind power is neglected, F y consists of the four tire forces ∑F y, i (i = 1, 2, 3, 4) in the Y direction and the gravity component F y, G in the Y direction,
Figure 00070002

Der Schwerkraftanteil Fy,G in der Y-Richtung ist von der Straßenquerneigung abhängig (2). Es gibt folgende Beziehung zwischen Fy,G und dem Fahrbahnquerneigungswinkel αQ

Figure 00080001
The proportion of gravity F y, G in the Y direction depends on the road gradient ( 2 ). There is the following relationship between F y, G and the road bank angle α Q
Figure 00080001

Die einzelnen Reifenkraftanteile Fy,i (i = 1, 2, 3, 4) sind abhängig von der entsprechenden Reifenseitenkraft FS,i und der Reifenumfangskraft FU,i (3) mit

Figure 00080002
The individual tire force components F y, i (i = 1, 2, 3, 4) depend on the corresponding tire lateral force F S, i and the tire circumferential force F U, i ( 3 ) With
Figure 00080002

Dabei ist δi der Radeinschlagwinkel (Lenkwinkel). Für die beiden Hinterräder gilt:

Figure 00080003
Here δ i is the steering angle (steering angle). The following applies to the two rear wheels:
Figure 00080003

Die zwei Reifenkraftkomponenten FS und FU jedes Rades sind hauptsächlich von dem Reifenschräglaufwinkel α, der Radlast Fz, dem Umfangsschlupf Sx und dem Reibwert μ abhängig.The two tire force components F S and F U of each wheel are mainly dependent on the tire slip angle α, the wheel load F z , the circumferential slip S x and the coefficient of friction μ.

Für die Reifenseitenkraft FS hat der Reifenschräglaufwinkel α den größten Einfluss. Damit ist der Reifenkraftanteil Fy,i überwiegend von dem Reifenschräglaufwinkel αi abhängig. Der Zusammenhang zwischen dem Reifenkraftanteil Fy,i und den einzelnen Einflussfaktoren lässt sich allgemein wie folgt ausdrücken:

Figure 00080004
The tire slip angle α has the greatest influence for the tire lateral force F S. The tire force component F y, i is therefore primarily dependent on the tire slip angle α i . The relationship between the tire force component F y, i and the individual influencing factors can generally be expressed as follows:
Figure 00080004

Für jeden beliebigen Reifenschräglaufwinkel αi kann der Zusammenhang zwischen dem Reifenkraftanteil Fy,i und dem Reifenschräglaufwinkel αi in einem bestimmten kleinen Bereich wie folgt liniearisiert werden:

Figure 00090001
For any tire slip angle α i , the relationship between the tire force component F y, i and the tire slip angle α i can be linearized in a certain small range as follows:
Figure 00090001

Dabei ist Fy,i(α') der Reifenkraftanteil Fy,i bei dem Reifenschräglaufwinkel α / i und F / y,i(α') seine partielle Ableitung an dieser Stelle. Diese partielle Ableitung F / y,i(α') ist der Gradient des Reifenkraftanteils Fy,i bei dem Reifenschräglaufwinkel α / i Das bedeutet, der Reifenkraftanteil Fy,i bei dem Reifenschräglaufwinkel αi lässt sich aus dem Fy,i(α') und dem Gradient F / y,i(α') bei einem beliebigen anderen Reifenschräglaufwinkel αi in der Nähe wie folgt näherungsweise berechnen.F y, i (α ') is the tire force component F y, i at the tire slip angle α / i and F / y, i (α') is its partial derivative at this point. This partial derivative F / y, i (α ') is the gradient of the tire force component F y, i at the tire slip angle α / i. This means that the tire force component F y, i at the tire slip angle α i can be calculated from the F y, i ( Approximately calculate α ') and the gradient F / y, i (α') at any other tire slip angle α i nearby as follows.

Figure 00090002
Figure 00090002

Der erste Term (Fy,i(α / i)–F / y,i(α / i)·α / i ist der Schnittpunkt der linearisierten Reifenlinie bei α / i mit der Fy,i(α)-Achse und entspricht dem Offset FOffset,i(α / i). Der zweite Term beschreibt den dem Reifenschräglaufwinkel αi proportionalen Anteil. Das bedeutet, die Reifenkraftkomponente in der y-Richtung jedes Rades besteht aus einem Offset FOffset,i(α / i) und einem dem Reifenschräglaufwinkel αi proportionalen Anteil (F / y,i(α / i)·α / i). Dabei entspricht der Gradient F / y,i(α') der lokalen Reifensteifigkeit.The first term (F y, i (α / i) - F / y, i (α / i) · α / i is the intersection of the linearized tire line at α / i with the F y, i (α) axis and corresponds to the offset F offset, i (α / i). The second term describes the proportion proportional to the tire slip angle α i . This means that the tire force component in the y direction of each wheel consists of an offset F offset, i (α / i) and a proportion proportional to the tire slip angle α i (F / y, i (α / i) · α / i), the gradient F / y, i (α ') corresponding to the local tire rigidity.

Setzt man die Gl. (9) in die Gl. (2) ein, ergibt sich folgende resultierende Reifenkraft in der y-Richtung

Figure 00100001
If you set the Eq. (9) into Eq. (2), the resulting tire force results in the y direction
Figure 00100001

Die vier Reifenschräglaufwinkel lassen sich aus folgenden Gleichungen (Gl.) berechnen:

Figure 00100002
The four tire slip angles can be calculated from the following equations (Eq.):
Figure 00100002

Durch Linearisierung bzw. Vernachlässigung von dem kleinen Anteil

Figure 00100003
gegenüber νx ergeben sich die folgenden vereinfachten Beziehungen:
Figure 00110001
By linearization or neglect of the small part
Figure 00100003
compared to ν x , the following simplified relationships result:
Figure 00110001

Dabei wird der Schwimmwinkel β wie folgt definiert:

Figure 00110002
The float angle β is defined as follows:
Figure 00110002

Setzt man die Gleichungen (12) in die Gl. (10) ein, dann lässt sich der letzte Term der Reifenkräfte, nämlich der dem Reifenschräglaufwinkel αi proportionale Anteil als Funktion von dem Schwimmwinkel β darstellen:

Figure 00110003
If you put equations (12) into Eq. (10) one, then the last term of the tire forces, namely the proportion proportional to the tire slip angle α i as a function of the slip angle β:
Figure 00110003

Aus den Gl. (14), (10) und (1) lässt sich der Schwimmwinkel β direkt lösen:

Figure 00110004
From Eq. (14), (10) and (1) the float angle β can be solved directly:
Figure 00110004

Mit der Gl. (15) kann der Schwimmwinkel β direkt abgeschätzt werden, falls alle Größen auf der rechten Seite bekannt sind. Dieser Zusammenhang hat allgemeine Gültigkeit und ist unabhängig davon, was für ein Fahrzeugmodell oder was für ein Reifenmodell benutzt wird.With Eq. (15) the float angle β can be estimated directly, if all sizes on the right side are known. This connection has general validity and is independent of what a Vehicle model or what a tire model is used.

In dem bekannten ESP-System werden die Gierrate, der Lenkwinkel und die Querbeschleunigung mit Sensoren gemessen.In the known ESP system the yaw rate, the steering angle and the lateral acceleration with sensors measured.

Diese Messgrößen werden mit

Figure 00120001
δM und αy,M bezeichnet . Die gemessene Querbeschleunigung αy,M enthält außer der richtigen Fahrzeugbeschleunigung αy auch weitere Anteile ay,W und ay,G, die durch die Aufbauwankbewegung (5, Wankwinkel φ) des Fahrzeugs und die Fahrbahnquerneigung verursacht werden. Die gemessene Querbeschleunigung αy,M lässt sich wie folgt beschreiben:
Figure 00120002
These measurands are with
Figure 00120001
δ M and α y, M denotes. The measured lateral acceleration α y, M contains, in addition the correct vehicle acceleration α y also play a y, W and A y, G, by the Aufbauwankbewegung ( 5 , Roll angle φ) of the vehicle and the road inclination are caused. The measured lateral acceleration α y, M can be described as follows:
Figure 00120002

Der Wankwinkel φ lässt sich mit einem quasistationären Wankmodell abschätzen.The roll angle φ can be calculated using a quasi-stationary roll model estimated.

Figure 00120003
Figure 00120003

Kombiniert man den beiden Gleichungen ergibt sich folgende Beziehung mit der Vereinfachung φ ≈ sinφ

Figure 00120004
Combining the two equations gives the following relationship with the simplification φ ≈ sinφ
Figure 00120004

Die in der Gleichung (15) erforderliche Größe νx, kann durch die vorhandene Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit νref ersetzt werden, die aus den Raddrehzahlen in bekannter Weise ermittelt wird.The quantity ν x required in equation (15) can be replaced by the existing vehicle reference speed ν ref , which is determined in a known manner from the wheel speeds.

Für die Berechnungen der Reifenkräfte Fy,i(α / i)i und der Gradienten F ' y,i(α / i) benutzt man zuerst die Gleichung (12) und den abgeschätzten Schwimmwinkel β von dem letzten Rechenschritt, um die vier Schräglaufwinkel α / i zu bestimmen.For the calculations of the tire forces F y, i (α / i) i and the gradients F ' y, i (α / i), first use equation (12) and the estimated float angle β from the last calculation step by the four slip angles to determine α / i.

Figure 00130001
Figure 00130001

Danach benutzt man ein beliebiges Reifenmodell (z. B. HSRI-Reifenmodell , Magic-Reifenmodell, usw.) oder Reifenkennfeld, um die Reifenseiten- und Umfangskraft für die einzelnen Räder direkt zu bestimmen. Die restlichen Eingangsgrößen für das Reifenmodell, wie Radlast Fz, Umfangsschlupf Sx und Reibwert μ werden für jeden Rechenschritt aus Meßgrößen oder Modellen neu berechnet. Nach Gl. (4) und (5) werden die Reifenkraftanteile Fy,i(a / i) aus den entsprechenden Seiten- und Umfangskräften berechnet.Then you can use any tire model (e.g. HSRI tire model, Magic tire model, etc.) or tire map to directly determine the tire lateral and circumferential force for the individual wheels men. The remaining input variables for the tire model, such as wheel load F z , circumferential slip S x and coefficient of friction μ, are recalculated from measured variables or models for each calculation step. According to Eq. (4) and (5) the tire force components F y, i (a / i) are calculated from the corresponding lateral and circumferential forces.

Die Gradienten F / y,i(a / i) können dann durch numerische Differentiation berechnet werden, mit:

Figure 00130002
The gradients F / y, i (a / i) can then be calculated by numerical differentiation with:
Figure 00130002

Dabei müssen die Größen Fy,i(α / i + Δα) genau wie Fy,i(α / i) mit dem gleichen Reifenmodell und den gleichen sonstigen Eingangsgrößen berechnet werden.The quantities F y, i (α / i + Δα) must be calculated exactly like F y, i (α / i) with the same tire model and the same other input variables.

Setzt man Gl. (18), Gl. (3) und die Meßgrößen

Figure 00120001
und δM sowie die Referenzgeschwindigkeit νref in die Gl. (15) ein, dann wird der Schwimmwinkel β wie folgt abgeschätzt:
Figure 00140001
If you put Eq. (18), Eq. (3) and the measurands
Figure 00120001
and δ M and the reference speed ν ref in Eq. (15), then the float angle β is estimated as follows:
Figure 00140001

Wenn man das Einspurfahrzeugmodell (6) benutzt, dann werden die Reifenkräfte jeder Achse zusammengefasst mit:

Figure 00140002
If you compare the single-track vehicle model ( 6 ) is used, then the tire forces of each axle are summarized with:
Figure 00140002

Mit einem komplexem Reifenmodell oder Reifenkennfeld kann die Gl. (21) für die Abschätzung des Schwimmwinkels wie folgt vereinfacht werden:

Figure 00140003
With a complex tire model or tire map, Eq. (21) for the estimation of the slip angle can be simplified as follows:
Figure 00140003

Wenn man ein einfaches Reifenmodell, wie Kennfelder von geknickten Kennlinien (7) benutzt, dann können die Reifenkräfte wie folgt berechnet werden:

Figure 00150001
If you have a simple tire model, like maps of kinked curves ( 7 ) used, then the tire forces can be calculated as follows:
Figure 00150001

Hier sind C(Fz, μ, FU), CK(Fz, μ, FU) und αK abhängig von der Achslast, dem Reibwert und der Umfangskraft.Here C (F z , μ, F U ), C K (F z , μ, F U ) and α K depend on the axle load, the coefficient of friction and the circumferential force.

Die entsprechenden Gradienten lauten:

Figure 00150002
The corresponding gradients are:
Figure 00150002

Bei kleinem Lenkwinkel δ kann die Gl. (4) ebenfalls vereinfacht werden:

Figure 00150003
With a small steering angle δ, Eq. (4) can also be simplified:
Figure 00150003

Setzt man die Gleichungen (24), (25) und (26) in die Gl. (23) ein, dann ergeben sich folgende Formeln für die Abschätzung des Schwimmwinkels β:

  • a) Für den Fall (|αf| <= αK,f) und (|αr| <= αK,r)
    Figure 00150004
  • c) Für den Fall (|αf| < αK,f) und (|αr| <= αK,r)
Figure 00160001
If you put equations (24), (25) and (26) into Eq. (23), then the following formulas result for the estimation of the slip angle β:
  • a) For the case (| α f | <= α K, f ) and (| α r | <= α K, r )
    Figure 00150004
  • c) For the case (| α f | <α K, f ) and (| α r | <= α K, r )
Figure 00160001

Eine weiter Alternative ist (unter Wegfall des kinetischen Modells mit der einfachen Linearreifenkennlinie nach Gl. (27)) das folgende kinematische Modell zu verwenden:

Figure 00160002
Another alternative is to use the following kinematic model (without the kinetic model with the simple linear tire characteristic according to Eq. (27)):
Figure 00160002

Im stabilen Fahrbereich wird der Schwimmwinkel β nach der Gl. (27) abgeschätzt. Danach wird die Ableitung vom abgeschätzten Schwimmwinkel

Figure 00160003
berechnet:
Figure 00160004
In the stable driving range, the float angle β according to Eq. (27) estimated. Then the derivation from the estimated float angle
Figure 00160003
calculated:
Figure 00160004

Die Fahrzeugquerbeschleunigung ^ y lässt sich wie folgt abschätzen:

Figure 00160005
The vehicle lateral acceleration ^ y can be estimated as follows:
Figure 00160005

Setzt man die abgeschätzte Querbeschleunigung ^ y in die Gl. (18) ein, dann wird die Fahrbahnquerneigung ^ y,G bei stabilen Fahrten abgeschätzt:

Figure 00160006
If you put the estimated lateral acceleration ^ y into Eq. (18) on, then the roadway slope ^ y, G is estimated for stable journeys:
Figure 00160006

In den instabilen Fahrten ist der Modellfehler mit der einfachen Linearreifenkennlinie nach Gl. (27) zu groß. Dabei kann das kinematische Modell nach Gl. (31) kurzzeitig benutzt werden, um den Schwimmwinkel β weiter abzuschätzen.In the unstable rides that is Model error with the simple linear tire characteristic according to Eq. (27) too large. The kinematic model according to Eq. (31) used for a short time be further to the float angle β estimate.

Dabei wird der bis lang abgeschätzte Schwimmwinkel

Figure 00030001
als Anfangswert benutzt und die Fahrbahnquerneigung ^ y,G für kurze Zeit als konstant angenommen. Für jeden Schritt wird die Fahrzeugquerbeschleunigung ^ y wie folgt neu abgeschätzt:
Figure 00170001
Here, the long-estimated angle of attack
Figure 00030001
used as the initial value and the road inclination ^ y, G is assumed to be constant for a short time. For each step, the vehicle lateral acceleration ^ y is re-estimated as follows:
Figure 00170001

Danach wird die Schwimmwinkelgeschwindigkeit nach Gl. (31) abgeschätzt:

Figure 00170002
After that, the slip angle velocity is calculated according to Eq. (31) estimated:
Figure 00170002

Der Schwimmwinkel

Figure 00030001
wird durch numerische Integration von
Figure 00170003
berechnet.The float angle
Figure 00030001
is achieved through numerical integration of
Figure 00170003
calculated.

Claims (6)

Verfahren zum Ermitteln eines Schwimmwinkels bei der Regelung/Steuerung von Fahrdynamikgrößen eines Fahrzeugs mit den Schritten Modellbasiertes Ermitteln eines Reifenseitenkraftanteils Fy,i in der y-Richtung, Linearisieren des Reifenseitenkraftanteils Fy,i gegenüber dem Schräglaufwinkel des Reifens αi, Ermitteln eines Offset-Wertes FOffset,i(α / i) und eines dem Schräglaufwinkel αi proportionalen Wertes, Ermitteln des Zusammenhangs zwischen dem Schräglaufwinkel des Reifens αi und dem Schwimmwinkel und Modellbasiertes Ermitteln des Schwimmwinkels
Figure 00030001
nach einer kinetischen Beziehung.
Method for determining a float angle in the regulation / control of driving dynamics variables of a vehicle with the steps model-based determination of a tire lateral force component F y, i in the y direction, linearizing the tire lateral force component F y, i with respect to the slip angle of the tire α i , determining an offset Value F offset, i (α / i) and a value proportional to the slip angle α i , determining the relationship between the slip angle of the tire α i and the float angle and model-based determination of the float angle
Figure 00030001
after a kinetic relationship.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reifenkraftanteil FY,i gegenüber dem Schräglaufwinkel des Reifens αinach der Beziehung
Figure 00180001
ermittelt wird.
A method according to claim 1, characterized in that the tire force component F Y, i compared to the slip angle of the tire α i according to the relationship
Figure 00180001
is determined.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearisierung des Reifenschräglaufwinkels αi lokal in Abhängigkeit von den Beziehungen
Figure 00190001
erfolgt.
Method according to claim 1 or 2, characterized in that the linearization of the tire slip angle α i locally as a function of the relationships
Figure 00190001
he follows.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Offset-Wert FOffset,i(α / i) und der dem Schräglaufwinkel αi proportionale Wert nach der Beziehung
Figure 00190002
ermittelt wird, wobei der Offset-Wert FOffset,i(α / i) aus dem Term Fy,i(α / i)–Fy,i(α / i)·α / i) und der dem Schräglaufwinkel αi proportionale Wert aus dem Term F / y,i(α / i)·α / i) bestimmt werden.
Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the offset value F offset, i (α / i) and the value proportional to the slip angle α i according to the relationship
Figure 00190002
is determined, the offset value F offset, i (α / i) from the term F y, i (α / i) −F y, i (α / i) · α / i) and that of the slip angle α i proportional value can be determined from the term F / y, i (α / i) · α / i).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusammenhang der Schräglaufwinkel αi mit dem Schwimmwinkel über die Beziehungen
Figure 00190003
erfolgt, wobei der Schwimmwinkel β als Funktion des proportionalen Werts nach der Beziehung
Figure 00200001
ermittelt wird.
Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the relationship of the slip angle α i with the slip angle via the relationships
Figure 00190003
takes place, the float angle β as a function of the proportional value according to the relationship
Figure 00200001
is determined.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des Schwimmwinkels der Wankwinkel und/oder die Fahrbahnquerneigung in einem Modell berücksichtigt werden.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the roll angle and / or the road bank slope can be taken into account in a model.
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