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
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Abstract
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 (
Damit werden die Bewegungsgrößen und direkt abgeschätzt. Durch Integration der abgeschätzten Bewegungsgrößen und werden die Zustandsgrößen νy und berechnet. Mit der abgeschätzten Quergeschwindigkeit νy wird der Schwimmwinkel nach berechnet.So that the movement quantities and directly estimated. By integrating the estimated movement quantities and the state variables ν y and calculated. With the estimated transverse speed ν y the float angle decreases calculated.
Ein weiteres bekanntes Verfahren
(
Damit wird zuerst die Schwimmwinkelgeschwindigkeit abgeschätzt. Durch Integration von der abgeschätzten Schwimmwinkelgeschwindigkeit wird der Schwimmwinkel berechnet.This is the first step at the velocity of the slip angle estimated. By integrating the estimated slip angle speed 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 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 after a kinetic relationship.
Vorteilhaft ist dabei, dass der Reifenkraftanteil Fy,i gegenüber dem Schräglaufwinkel des Reifens αi nach der Beziehung ermittelt wird. Die Linearisierung der Reifenkraft gegenüber dem Reifenschräglaufwinkel αi erfolgt lokal mit den Beziehungen Vorteilhaft ist, dass der Offset-Wert FOffset,i (α / i) und der dem Schräglaufwinkel αi proportionale Wert nach der Beziehung 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 is determined. The linearization of the tire force with respect to the tire slip angle α i takes place locally with the relationships 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 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 wobei der Schwimmwinkel β als Funktion des proportionalen Werts nach der Beziehung ermittelt wird.The relationship between the slip angle α i and the float angle takes place via the relationships where the float angle β is a function of the proportional value according to the relationship 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 kann man Fahrdynamikregelungen,
wie sie beispielsweise in
- 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.
- 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.
- 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
In Verbindung mit den
Das Verfahren basiert auf der kinetischen
Beziehung der Fahrzeugdynamik:
Die Bewegungsgleichung des Fahrzeugs
lässt sich
in dem fahrzeugfesten Koordinatensystem nach der Beziehung 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 (
The equation of motion of the vehicle can be based on the relationship in the vehicle-fixed coordinate system 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 (
Der Schwerkraftanteil Fy,G in
der Y-Richtung ist von der Straßenquerneigung
abhängig
(
Die einzelnen Reifenkraftanteile
Fy,i (i = 1, 2, 3, 4) sind abhängig von
der entsprechenden Reifenseitenkraft FS,i und
der Reifenumfangskraft FU,i (
Dabei ist δi der Radeinschlagwinkel (Lenkwinkel). Für die beiden Hinterräder gilt: Here δ i is the steering angle (steering angle). The following applies to the two rear wheels:
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: 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:
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: 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:
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.
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 If you set the Eq. (9) into Eq. (2), the resulting tire force results in the y direction
Die vier Reifenschräglaufwinkel lassen sich aus folgenden Gleichungen (Gl.) berechnen: The four tire slip angles can be calculated from the following equations (Eq.):
Durch Linearisierung bzw. Vernachlässigung von dem kleinen Anteil gegenüber νx ergeben sich die folgenden vereinfachten Beziehungen: By linearization or neglect of the small part compared to ν x , the following simplified relationships result:
Dabei wird der Schwimmwinkel β wie folgt definiert: The float angle β is defined as follows:
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: 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:
Aus den Gl. (14), (10) und (1) lässt sich der Schwimmwinkel β direkt lösen: From Eq. (14), (10) and (1) the float angle β can be solved directly:
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 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 (
Der Wankwinkel φ lässt sich mit einem quasistationären Wankmodell abschätzen.The roll angle φ can be calculated using a quasi-stationary roll model estimated.
Kombiniert man den beiden Gleichungen ergibt sich folgende Beziehung mit der Vereinfachung φ ≈ sinφ Combining the two equations gives the following relationship with the simplification φ ≈ sinφ
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.
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: The gradients F / y, i (a / i) can then be calculated by numerical differentiation with:
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 und δM sowie die Referenzgeschwindigkeit νref in die Gl. (15) ein, dann wird der Schwimmwinkel β wie folgt abgeschätzt: If you put Eq. (18), Eq. (3) and the measurands and δ M and the reference speed ν ref in Eq. (15), then the float angle β is estimated as follows:
Wenn man das Einspurfahrzeugmodell
(
Mit einem komplexem Reifenmodell oder Reifenkennfeld kann die Gl. (21) für die Abschätzung des Schwimmwinkels wie folgt vereinfacht werden: With a complex tire model or tire map, Eq. (21) for the estimation of the slip angle can be simplified as follows:
Wenn man ein einfaches Reifenmodell,
wie Kennfelder von geknickten Kennlinien (
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: The corresponding gradients are:
Bei kleinem Lenkwinkel δ kann die Gl. (4) ebenfalls vereinfacht werden: With a small steering angle δ, Eq. (4) can also be simplified:
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)
- c) Für den Fall (|αf| < αK,f) und (|αr| <= αK,r)
- a) For the case (| α f | <= α K, f ) and (| α r | <= α K, r )
- c) For the case (| α f | <α K, f ) and (| α r | <= α K, r )
Eine weiter Alternative ist (unter Wegfall des kinetischen Modells mit der einfachen Linearreifenkennlinie nach Gl. (27)) das folgende kinematische Modell zu verwenden: Another alternative is to use the following kinematic model (without the kinetic model with the simple linear tire characteristic according to Eq. (27)):
Im stabilen Fahrbereich wird der Schwimmwinkel β nach der Gl. (27) abgeschätzt. Danach wird die Ableitung vom abgeschätzten Schwimmwinkel berechnet: In the stable driving range, the float angle β according to Eq. (27) estimated. Then the derivation from the estimated float angle calculated:
Die Fahrzeugquerbeschleunigung ^ y lässt sich wie folgt abschätzen: The vehicle lateral acceleration ^ y can be estimated as follows:
Setzt man die abgeschätzte Querbeschleunigung ^ y in die Gl. (18) ein, dann wird die Fahrbahnquerneigung ^ y,G bei stabilen Fahrten abgeschätzt: If you put the estimated lateral acceleration ^ y into Eq. (18) on, then the roadway slope ^ y, G is estimated for stable journeys:
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 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: Here, the long-estimated angle of attack 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:
Danach wird die Schwimmwinkelgeschwindigkeit nach Gl. (31) abgeschätzt: After that, the slip angle velocity is calculated according to Eq. (31) estimated:
Der Schwimmwinkel wird durch numerische Integration von berechnet.The float angle is achieved through numerical integration of calculated.
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