DE10011779A1 - Verfahren zur Regelung eines Giermoments - Google Patents

Verfahren zur Regelung eines Giermoments

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DE10011779A1
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yaw
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Georg Roll
Ulrich Lueders
Rainer Oehler
Rainer Raste
Hubertus Raitz Von Frentz
Karl Izsak
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Continental Teves AG and Co OHG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Giermoments eines Fahrzeugs, das aus dem Vergleich einer Istgierwinkelgeschwindigkeit mit einer Sollgierwinkelgeschwindigkeit und ggf. weiteren Größen gebildet wird. Um eine Regelung der Fahrstabilität des Fahrzeugs ohne Gierratensensor zu ermöglichen, wird die Istgierwinkelgeschwindigkeit unter Einbeziehung der am Reifen angreifenden Istkräfte und dem Lenkwinkel über eine Integration der Gierwinkelbeschleunigung geschätzt (Fig. 3).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rege­ lung eines Giermoments eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.
Bekannte Giermomentenregelungen stabilisieren das Fahrver­ halten des Fahrzeugs bei Kurvenfahrten durch Vergleich ei­ ner Sollgierwinkelgeschwindigkeit mit einer Istgierwinkel­ geschwindigkeit, die von einem Gierratensensor gemessen wird, welcher geringste Änderungen der Istgierwinkelge­ schwindigkeit erfasst. Bei Abweichung der Istgierwinkelge­ schwindigkeit von der Sollgierwinkelgeschwindigkeit, die mindestens in Abhängigkeit von den Größen Lenkradwinkel, Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit und Reibwert berechnet wird, wird diese Differenz in Steuersignale für bestimmte Stellelemente umgerechnet, durch deren Betätigung dann sich die Istgierwinkelgeschwindigkeit an die Sollgierwinkelge­ schwindigkeit annähert.
Ferner sind Druckschriften bekannt, die sich mit dem Erfas­ sen und Auswerten der am Fahrzeugreifen angreifenden Kräfte und Momente befassen (WO 96/10505, WO 97/44673). Ein Rei­ fensensor, insbesondere dessen Ausbildung, ist in der DE 196 20 582 A1 beschrieben.
Darüber hinaus ist es aus der DE 196 24 795 A1 bekannt, daß anhand von Reifensensoren Kräfte und Momente in Längs-, Quer- und Vertikalrichtung errechnet werden können. Eine Giermomentenregelung auf der Basis der am Reifen angreifen­ den Kräfte soll so aussehen, daß ein Sollgiermoment errech­ net wird. Dieses Sollgiermoment wird in Sollkräfte umge­ rechnet, welche an den jeweiligen Fahrzeugreifen angreifen, wenn das Sollgiermoment mit dem Istgiermoment überein­ stimmt. Danach werden dann die Istkräfte, welche an den Fahrzeugreifen angreifen, auf die Sollkräfte hin geregelt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung eines Giermoments eines Fahrzeugs anzugeben, bei dem eine Istgierwinkelgeschwindigkeit ohne Gierratensensor ermittelt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ge­ löst.
Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Die Erfindung sieht also vor, daß innerhalb einer Fahrdyna­ mikregelung (ESP) eine Gierwinkelgeschwindigkeit (Gierrate) unter Einbeziehung von Reifenkraftsignalen und des Lenkwin­ kels über eine Integration einer Gierwinkelbeschleunigung geschätzt wird. Die Gierrate wird vorzugsweise durch Inte­ gration der Gierwinkelbeschleunigung nach der Beziehung
bestimmt.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Gierwinkelbeschleunigung aus der Momentenbilanz um die Fahrzeughochachse nach der Beziehung F1.2-1.3 gebildet.
In die Momentenbilanz gehen neben den Reifenkraftsignalen als Signal der Lenkwinkel ein. Die Schätzung der Gierrate wird also über die direkte Integration der Momentenbilanz unter Einbeziehung eines Korrekturwertes oder einer Korrek­ turgröße durchgeführt.
Die diskretisierte Form der Integration nach der Beziehung F1.1 kann z. B. durch einen Euler-Ansatz
int(tn+1) = int(tn) + (tn) . Δt F1.4
realisiert werden.
Die Bestimmung einer Schätzgröße der Gierwinkelgeschwindig­ keit führt zu dem wirtschaftlichen Vorteil der Einsparung eines Gierratensensors in ESP-Systemen. Ebenso kann die Be­ stimmung einer Schätzgröße der Gierwinkelgeschwindigkeit zur funktionalen Verbesserung eines ESP-Systems, welches einen Gierratensensor aufweist, genutzt werden.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine Schätz­ größe der Gierwinkelgeschwindigkeit als Istgröße bei einer Fahrdynamikregelung verwendet werden kann, wenn die mittels direkte Integration der Gierbeschleunigung geschätzte Gier­ rate durch Korrekturgrößen oder Korrekturwerte gestützt wird, um die bei dem vorgesehenen Verfahren der direkten Integration unvermeidbar auftretenden Drifteffekte durch Akkumulation von Fehlern zu reduzieren. Es erfolgt entspre­ chend der Erkennung des nichtlinearen Fahrverhalten des Fahrzeuges eine Korrektur der integrierten Gierrate über Referenzwerte oder Referenzgrößen. Ein Verfahren zur Erken­ nung des nichtlinearen Fahrverhaltens sowie der Bestimmung des Referenzwertes oder der Referenzgröße verwendet unter­ schiedliche Referenzgierraten die einzeln oder in Kombina­ tion miteinander zur Erkennung des nichtlinearen Fahrver­ haltens und/oder zur Korrektur der durch direkte Integrati­ on ermittelten Gierrate dienen.
Bei dem Verfahren zur Schätzung eines Fahrzeuggierratensi­ gnals zur Stabilitätsregelung unter Einbeziehung von Rad­ kraftsignalen, wird die Schätzung der Gierrate daher über eine direkte Integration der Momentenbilanz durchgeführt und zur Vermeidung von Drifteffekten die geschätzte Gierra­ te (integrierte Gierrate) permanent mit Hilfe von berechneten Referenzgierraten -korrigiert. Eine Referenzgierrate wird nach dem stationären Einspurmodell aus dem Lenkradwin­ kel, der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit (Referenzgeschwindigkeit), dem Eigenlenkgradient und dem Radstand gemäß der Beziehung
berechnet.
Eine weitere Referenzgierrate wird aus der Querbeschleuni­ gung und der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit (Referenzgeschwindigkeit) nach der Beziehung
berechnet.
Eine dritte Referenzgierrate wird aus Gierbeschleunigung nach der Beziehung
ref aus ref = f(δ, νref, βref, ref, µ) F2.3
berechnet.
Zusätzlich zum Referenzgierratensignal können Referenz- Seitenkräfte der Vorder- und Hinterachse sowie ein Refe­ renzmoment mit dem Einspurmodell bestimmt werden.
Die Korrekturen der integrierten Gierrate auf eine Refe­ renzgierrate, insbesondere bei Fahrzeugen, die sich im li­ nearen Bereich befinden, nach der Beziehung
oder
ref aus ref = f(δ, νref, βref, ref, µ) oder
erfolgt immer dann, wenn die Referenzgierraten nach den Beziehungen
in einem Band liegen, das durch |ref1 - ref2| < k1 bestimmt wird.
Der Schwellenwert k1 ist kleiner 5 Grad pro Sekunde, vor­ zugsweise liegt der Wert k1 in einem Bereich zwischen 2 und 3,5 Grad pro Sekunde.
Nach einer weiteren oder zusätzlichen zweiten Ausführungs­ form erfolgt die Korrektur der integrierten Gierrate auf eine Referenzgierrate nach der Beziehung
oder
ref aus ref = f(δ, νref, βref, ref, µ) oder
insbesondere bei Fahrzeugen, die sich im linearen Bereich befinden, immer dann, wenn die Differenz zwischen dem am Fahrzeug gemesse­ nen Moment Mz und dem anhand eines dynamischen Einspurmo­ dells berechneten Moment nach der Beziehung Mz,ref = Θ . ref innerhalb eines Bandes liegen, das durch |Mz - Mz,ref| < k2 be­ stimmt wird. Der Schwellenwert k2 ist kleiner 1000 Nm, vor­ zugsweise liegt k2 im Bereich zwischen 200 und 500 Nm. Zu­ sätzlich zu oder anstatt der Bedingung, daß der Schwellen­ wert k2 unterschritten werden muß, kann auch die Bedingung vorgesehen sein, daß die Referenzgierwinkelgeschwindigkei­ ten nach den Beziehungen
und
innerhalb eines Bandes liegen müssen, das durch |ref1 - ref2| < k1 bestimmt wird, mit k2 kleiner 5 Grad pro Sekunde.
Nach einer weiteren oder zusätzlichen dritten Ausführungs­ form erfolgt die Korrektur der integrierten Gierrate auf eine Referenzgierrate nach der Beziehung
oder
ref aus ref = f(δ, νref, βref, ref, µ) oder
insbesondere bei Fahrzeugen, die sich im linearen Bereich befinden, immer dann, wenn die Differenz der zwischen den am Fahrzeug ge­ messenen Seitenkräften Fy und den anhand eines dynamischen Einspurmodells berechneten Seitenkräften Fy,ref nach der Be­ ziehung
Fy,ref = C . αref mit
innerhalb eines Bandes liegen, das durch |Fy - Fy,ref| < k3 be­ stimmt wird. Der Schwellenwert k3 ist kleiner 500 N, vor­ zugsweise liegt der Schwellenwert in einem Bereich zwischen 100 und 300 N. Zusätzlich zu oder anstatt der Bedingung, daß k3 unterschritten werden muß, kann auch die Bedingung vorgesehen sein, daß die Referenzgierwinkelgeschwindigkei­ ten nach den Beziehungen
und
innerhalb eines Bandes liegen, das durch |ref1 - ref2| < k1 bestimmt wird, mit k1 kleiner 5 Grad pro Se­ kunde.
Um eine unbeabsichtigte Korrektur, d. h. ein unbeabsichtig­ tes Zurücksetzen auf eine der Referenzgierwinkelgeschwin­ digkeiten bei einem Nulldurchgang der Differenzsignale
|ref1 - ref2| und/oder
|MZ - MZ,ref und/oder
|Fy - Fy,ref
zu vermeiden, muß die Bedingung
|ref1 - ref2| < k1 oder |MZ - MZ,ref| < k2 oder |Fy - Fy,ref| < k3
mindestens für eine Dauer TS erfüllt sein, bevor auf eine der Refe­ renzgierwinkelgeschwindigkeiten zurückgesetzt werden kann.
Der Schwellenwert TS sollte nicht kleiner als 100 ms ge­ wählt werden, vorzugsweise ist TS = 150 ms.
Eine weitere Korrektur der integrierten Gierrate auch wäh­ rend hochdynamischer Fahrzustände erfolgt derart, daß die integrierte Gierrate schrittweise in Richtung der Referenz­ gierrate nach der Beziehung
korrigiert wird, so­ lange sie außerhalb eines Bandes liegt, das durch die bei­ den Referenzgierraten nach der Beziehung
bestimmt wird.
Die Korrektur der integrierten Gierrate erfolgt auch wäh­ rend hochdynamischer Fahrzustände immer dann, wenn die in­ tegrierte Gierrate Werte angenommen hat, die außerhalb des physikalisch möglichen Bereichs liegen.
Die in der Anmeldung verwendeten Größen haben folgende Be­ deutung:
est Schätzgröße der Gierrate
int Gierrate aus direkter Integration
ref Referenzgierrate
Gierbeschleunigung
Fx_vl/r Längskräfte vorne links/rechts
Fx_hl/r Längskräfte hinten links/rechts
Fy_vl/r Seitenkräfte vorne links/rechts
Fy_hl/r Seitenkräfte hinten links/rechts
Mz Momentenbilanz um die Fahrzeughochachse
l Radstand
lv Abstand zwischen Schwerpunkt und Vorderachse
lh Abstand zwischen Schwerpunkt und Hinterachse
bvl/r Abstand zwischen Radaufstandspunkt und der Schwer punktlängsachse vorne links/rechts
bhl/r Abstand zwischen Radaufstandspunkt und der Schwer punktlängsachse hinten links/rechts
m Fahrzeugmasse
Θ Trägheitsmoment um die Fahrzeughochachse
vref Fahrzeuglängsgeschwindigkeit
δ Lenkwinkel am Rad
EG Eigenlenkgradient
Cv, Schräglaufsteifigkeit Reifen vorne
Ch Schräglaufsteifigkeit Reifen hinten
ay Fahrzeugquerbeschleunigung
k1 Schwellenwert für die Referenz- Gierwinkelgeschwindigkeit
k2 Schwellenwert für die Momentenbilanz
k3 Schwellenwert für die Kräftebilanz
k Korrekturfaktor
αv Schräglaufwinkel der Vorderachse
αh Schräglaufwinkel der Hinterachse
TS Schwellenwert für die Gierratenkorrektur
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Reifenkräfte in radfesten Koordinatensystemen
Fig. 2 eine Gesamtstruktur einer Giermomentenregelung
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Regelstruktur
In Fig. 1 sind die Reifenkräfte in den radfesten Koordina­ tensystemen eines Fahrzeugs beispielhaft dargestellt. Die durch den Reifen-Fahrbahn-Kontakt an den Reifen auftreten­ den Kräfte der einzelnen Räder können Radlängskräfte, Quer­ kräfte und/oder Radaufstandskräfte sein. In Fig. 1 sind beispielhaft Radumfangskräfte F, (Längskräfte) und Fy (Querkräfte) in den radfesten Koordinatensystemen eines Fahrzeugs dargestellt. Die Kräfte werden mit Indices be­ zeichnet. Es gilt
h = Hinterachse des Fahrzeugs
v = Vorderachse des Fahrzeugs
r = rechts
l = links
ref = Referenzgröße
l = Abstand der Achse vom Schwerpunkt
b = halbe Spurweite des Rades.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Gesamtstruktur einer Giermo­ mentenregelung, wobei das Fahrzeug mit seinen Radbremsen die Regelstrecke 204 bildet.
Auf das Fahrzeug wirken die vom Fahrer gegebenen Größen Fahrerbremsdruck (nicht dargestellt) und Lenkwinkel δ. Am Fahrzeug werden die hieraus resultierenden Größen Motor- Istmoment, Querbeschleunigung, Raddrehzahlen, Hydrauliksi­ gnale (wie Radbremsdrücke) und die Radumfangskräfte FX und Querkräfte FY ermittelt. Hierzu stehen als Sensorik ein Lenkwinkelsensor, ein Querbeschleunigungssensor sowie Rad­ geschwindigkeitssensoren und Radkraftsensoren, wie Reifen­ sensoren, zur Verfügung. Die Ermittlung der Längs- und Querkräfte erfolgt bevorzugt mittels Reifensensoren, welche Signale aus der Verformung der Reifen, insbesondere der Reifenseitenwand, generieren, aus denen sich die Längs(Fx)- und Querkräfte (Fy) bestimmen lassen. Die ermittelten Längs- und Querkräfte werden einem Giermomenten(GMR)-Regelgesetz 201 und einer Reibwert- und Zustandsschätzung 203 zuge­ führt.
Im GMR-Regler sind Fahrzeug-Referenzmodelle 200 abgelegt, welche anhand des Lenkwinkels δ, der Fahrzeug- Referenzgeschwindigkeit vref, der Querbeschleunigung ay so­ wie dem in der Reibwert- und Zustandsschätzung geschätzten Reibwert ein Referenz-Giermoment Mz,ref oder Referenz- Querkräfte Fy,ref oder, wie in den folgenden Ausführungen beschrieben, Referenzgierwinkelgeschwindigkeiten berechnet.
Weiterhin werden Referenzgierraten aus dem stationären Ein­ spurmodell und der Fahrzeugquerbeschleunigung ermittelt. Die Reibwert- und Zustandsschätzung 203 verwendet für ihre Rechnungen die Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit Vref, die gemessene Fahrzeugquerbeschleunigung ay, die aus den Rei­ fensensoren bzw. Radkräftesensoren berechneten Radkräfte FY und Fx, sowie den Lenkwinkel δ. Neben der Schätzung des Reibwertes wird in der Reibwert- und Zustandsschätzung 203 u. a. eine Zustandsschätzung vorgenommen, die Informationen über den aktuellen Fahrzustand, der z. B. durch die Gierrate gekennzeichnet ist, bestimmt. Über die Eingangsgrößen kann hierzu eine Schätzung der Gierwinkelgeschwindigkeit vorge­ nommen werden, die an das GMR-Regelgesetz 201 weitergegeben wird. In dem Regelgesetz 201 werden die im Fahrzeug- Referenzmodell 200 berechneten Referenzgierwinkelgeschwin­ digkeiten mit den aus den ermittelten Radkräften Fy, Fx, dem Lenkradwinkel δ und den Achsabständen zum Massenschwerpunkt des Fahrzeugs geschätzten Gierwinkelgeschwindigkeiten über den aktuellen Fahrzustand verglichen und das zu regelnde Giermoment ΔM bzw. die zu regelnde Gierrate Δ oder die Längskräfte Fx aus der Differenz der Gierwinkelgeschwin­ digkeiten bestimmt. Anhand dieser Gierwinkelgeschwindig­ keitsdifferenz und/oder dem daraus abgeleiteten Giermoment und/oder den daraus abgeleiteten Längskräften wird eine Stellgröße so berechnet, daß das fehlende Giermoment, die fehlende Gierrate bzw. die fehlende Längskraft ergänzt wird und das Fahrzeug 204 in einem beherrschbaren Zustand hält. Die Stellgröße erzeugt ein Zusatz-Giermoment ΔM um die Fahrzeughochachse durch aktive Bremseingriffe, also Brem­ seingriffe ohne Bremsbetätigung des Fahrers, durch Kraft- oder Bremsdruckvorgaben und/oder Motoreingriffe. Das Zu­ satzgiermoment kann hierzu in Kraftanforderungen für die einzelnen Räder umgerechnet werden.
Die Kraftanforderungen der einzelnen Räder werden dem un­ terlagerten Stellregelkreis 202 als Sollwerte zugeführt. Der Stellregelkreis 202 erzeugt die Stellsignale in Form von z. B. Ventilschaltzeiten, Bremsdrücken, Spannkräften, Stromgrößen oder Motor-Antriebsmomenten.
Das in dem Regelgesetz 201 ermittelte Zusatzgiermoment ba­ siert auf einem Vergleich der berechneten Sollgierrate mit einer geschätzten Istgierrate, die unter Zugrundelegung von Fig. 3 wie folgt bestimmt wird:
Das Verfahren zur Schätzung des Fahrzeuggierratensignals zur Regelung des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs erfolgt über die direkte Integration der Gierbeschleunigung. Die Gierrate wird durch Integration der Gierbeschleunigung nach der Beziehung
bestimmt. Die Gierbeschleunigung wird aus der Momentenbi­ lanz um die Fahrzeughochachse gebildet, nach der Beziehung F1.2-1.3
Mz = (Fy_vl + Fy_vr) . lv . cosδ + (Fx_vr . bvr - Fx_vl . bvl) . cosδ + + (Fx_vl + Fx_vr) . lv . sinδ + (Fy_vl . bvl -Fy_vr . bvr) . sinδ - - (Fy_hl + Fy_hr) . lh - Fx_hl . bhl + Fx_hr . bhr F1.3
Neben den Reifenkraftsignalen wird als Signal der Lenkwin­ kel am Rad benötigt. Die diskretisierte Form der Integrati­ on nach der Beziehung
kann z. B. durch einen Euler-Ansatz
int(tn+1) = int(tn) + (tn) . Δt F1.4
realisiert sein.
Bei diesem Verfahren zur Schätzung des Gierratensignals treten unvermeidbar Drifteffekte durch Akkumulation von Fehlern auf. Um diese Effekte zu begrenzen, wird die direk­ te Integration 300 durch folgende Referenzmodelle 200 ge­ stützt:
Referenzmodelle
Als Referenzgierraten werden die nachfolgend aufgeführten Signale verwendet, die im fahrdynamisch linearen Bereich weitgehend der tatsächlichen Gierrate entsprechen. Diese Signale dienen einzeln oder in Kombination miteinander zur Korrektur des durch direkte Integration ermittelten Giera­ tensignals nach der vorhergehenden Beschreibung.
Gierrate aus stationärem Einspurmodell
Das erste Referenzgierratensignal wird gemäß der folgenden Beziehung nach Gleichung
gebildet.
Gierrate aus Fahrzeugquerbeschleunigung
Das zweite Referenzgierratensignal wird gemäß der folgenden Beziehung nach Gleichung F2.2
gebildet.
Gierrate aus dynamischem Einspurmodell
Ein weiteres Referenzgierratensignal kann aus dem dynami­ schen Einspurmodell ermittelt werden, d. h. es wird gemäß der folgenden Beziehung nach Gleichung F2.3
ref aus ref = f(δ, νref, βref, ref, µ) F2.3
bestimmt.
Zusätzlich zum Referenzgierratensignal können Referenz- Seitenkräfte der Vorder- und Hinterachse sowie ein Refe­ renzmoment mit dem Einspurmodell bestimmt werden.
Es erfolgt entsprechend der Erkennung des nichtlinearen Verhaltens 302 des Fahrzeuges eine Korrektur 303 der inte­ grierten Gierrate. Die Verfahren zur Erkennung des nichtli­ nearen Verhaltens sowie der Bestimmung des Korrekturfaktors werden im nachfolgenden Abschnitt beschrieben.
Der Ablauf zur Bestimmung eines Schätzsignals der Gierrate innerhalb eines Auswerte- oder Rechenzyklusses erfolgt in drei Schritten:
  • 1. Bestimmung der Referenzgierraten und eines Korrekturfak­ tors k
  • 2. Korrektur der direkt integrierten Gierrate
  • 3. Integrationsschritt
In Schritt 1 werden die Referenzgierraten (nach den Glei­ chungen F2.2 bis F2.3) bestimmt. Der Korrekturfaktor k, der den fahrdynamisch linearen Bereich k = 1 oder den nichtlinea­ ren Bereich k = 0 bestimmt, wird wie folgt ermittelt:
Ausführungsbeispiel mit zwei Referenzgierraten
Wenn die beiden Referenzgierraten nach der Beziehung
und
innerhalb des Bandes liegen, das durch |ref1 - ref2| < k1 für TS ≧ 150 ms bestimmt wird, dann ist der Korrekturfaktor k = 1. Das betrachtete Fahrzeug befindet sich bei dem Korrekturfaktor k = 1 im fahrdynamisch linearen Be­ reich. Die integrierte Gierrate wird durch eine berechnete Referenzgierrate nach der Beziehung
oder
ref aus ref = f(δ, νref, βref, ref, µ) oder
ersetzt bzw. z. B. mittels Korrekturschritten, auf eine der Referenzgierraten gesetzt. Ist k = 0, befindet sich das Fahr­ zeug im fahrdynamisch nichtlinearen Bereich.
Ausführungsbeispiel mit einer Momentendifferenz
Wenn der Betrag der Differenz des nach der Beziehung F1.3
Mz = (Fy_vl + Fy_vr) . lv . cosδ + (Fx_vr . bvr - Fx_vl . bvl) . cosδ +
+ (Fx_vl + Fx_vr) . lv . sinδ + (Fy_vl . bvl .Fy_vr . bvr) . sinδ -
- (Fy_hl + Fy_hr) . lh - Fx_hl . bhl + Fx_hr . bhr
bestimmten Momentes und einem aus dem dynamischen Einspur­ modell nach der Beziehung Mz,ref = Θ . ref bestimmten Referenz­ momentes kleiner als der nach der Beziehung |Mz - Mz,ref| < k2 für TS ≧ 150 ms bestimmte Schwellenwert k2 und/oder der Schwellenwert k1 ist, dann ist der Korrektur­ wert k = 1. Das betrachtete Fahrzeug befindet sich bei dem Korrekturfaktor k = 1 im fahrdynamisch linearen Bereich. Die integrierte Gierrate wird durch eine berechnete Referenz­ gierrate nach der Beziehung
oder
aus ref = f(δ, νref, βref, ref, µ) oder
ersetzt bzw. z. B. mittels Korrekturschritten, auf eine der Referenzgierraten gesetzt. Ist k = 0, befindet sich das Fahr­ zeug im fahrdynamisch nichtlinearen Bereich.
Ausführungsbeispiel mit einer Kraftdifferenz
Wenn der Betrag der Differenz der vorzugsweise mit Reifen­ sensoren (Reifenseitenwandtorsions-Sensoren) gemessenen Seitenkraft (Summe der Seitenkräfte einer Achse) und einer Referenzseitenkraft nach der Beziehung Fy,ref = C . αref mit
aus dem dynamischen Einspurmodell an der Vorderachse klei­ ner als der nach der Beziehung |Fy - Fy,ref| < k3 für TS ≧ 150 ms be­ stimmte Schwellenwert k3 und/oder k1 ist, dann ist der Kor­ rekturwert k = 1. Das betrachtete Fahrzeug befindet sich bei dem Korrekturfaktor k = 1 im fahrdynamisch linearen Bereich.
Die integrierte Gierrate wird durch eine berechnete Refe­ renzgierrate nach der Beziehung
oder
aus ref = f(δ, νref, βref, ref, µ) oder
ersetzt bzw. z. B. mittels Korrekturschritten, auf eine der Referenzgierraten gesetzt. Ist k = 0, befindet sich das Fahr­ zeug im fahrdynamisch nichtlinearen Bereich.
Um eine unbeabsichtigte Korrektur, d. h. ein unbeabsichtig­ tes Zurücksetzen auf eine der Referenzgierwinkelgeschwin­ digkeiten bei einem Nulldurchgang der Differenzsignale
|ref1 - ref2| und/oder
|MZ - MZ,ref und/oder
|Fy - Fy,ref
zu vermeiden, muß die Bedingung
|ref1 - ref2| < k1 oder |MZ - MZ,ref| < k2 oder |Fy - Fy,ref| < k3 mindestens für eine Dauer TS erfüllt sein, bevor auf eine der Refe­ renzgierwinkelgeschwindigkeiten zurückgesetzt werden kann.
Schritt 2 erfolgt mit Hilfe der direkt integrierten Gierra­ te und einer Referenzgierrate (nach Gleichung F2.2 oder F2.3) unter Berücksichtigung des Korrekturfaktors, d. h.

est(tn) = int(tn) + k . (ref(tn) - int(tn)) F2.4
Im Schritt 3 wird für die Integration nach der Beziehung gemäß Gleichung F1.4
int(tn+1) = int(tn) + (tn) . Δt
das nach Gleichung F2.4 bestimmte Schätzsignal der Gierra­ te verwendet, d. h.
int(tn+1) = est(tn) + (tn) . Δt F2.5
Erkennung des nichtlinearen Verhaltens
Solange sich das betrachtete Fahrzeug im fahrdynamisch li­ nearen Bereich befindet, kann die integriete Gierrate per­ manent auf eine der Referenzgierraten gesetzt bzw. durch die gebildeten Signale ersetzt werden. Im fahrdynamisch nichtlinearen Bereich entsprechen die Referenzgierraten nicht mehr der tatsächlichen Gierrate, so daß dann die freie bzw. direkte Integration der Gierbeschleunigung nach
Mz = (Fy_vl + Fy_vr) . lv . cosδ + (Fx_vr . bvr - Fx_vl . bvl) . cosδ +
+ (Fx_vl + Fx_vr) . lv . sinδ + (Fy_vl . bvl .Fy_vr . bvr) . sinδ -
- (Fy_hl + Fy_hr) . lh - Fx_hl . bhl + Fx_hr . bhr F1.3
ohne Korrektur ablaufen muß. In dieser Zeit der freien In­ tegration entfernt sich das integrierte Gierratensignal kontinuierlich vom tatsächlichen Gierratensignal, wenn die Kräfte und Hebelarme nicht exakt bekannt sind und/oder wenn externe Kräfte und/oder Momente auf das Fahrzeug wirken (z. B. durch Seitenwind). Um diese Drift gering zu halten, wird eine Korrektur des integrierten Signals im fahrdyna­ misch nichtlinearen Bereich vorgesehen. Dazu werden unter Einbeziehung der Referenzgieratensignale die Korrekturfak­ toren k = 1 oder k = 0 herangezogen.
Ausführungsbeispiel mit zwei Referenzgierraten und weiteren Signalen
Es wird ein Korrekturfaktor bestimmt, der nicht nur die Werte 0 oder 1, sondern auch beliebige Zwischenwerte anneh­ men kann. Das Verfahren für die Korrektur arbeitet wie folgt: Die Lenkwinkelreferenzgierrate nach der Beziehung
zeigt den Fahrerwunschkurs an, während die Querbeschleuni­ gungsreferenzgierrate nach der Beziehung
die Reak­ tion des Fahrzeuges unter stabilen Fahrbedingungen wiedergibt und verzögert auf die Vorgabe reagiert (Massenträg­ heit des Fahrzeuges).
Die tatsächliche, z. B. mittels eines hochauflösenden Sen­ sors gemessene Gierwinkelgeschwindigkeit oder Gierrate des Fahrzeuges eilt beim Übergang vom stabilen in den instabi­ len Fahrzustand, der Querbeschleunigungsreferenzgierrate voraus. Unter diesen Bedingungen ist die tatsächliche Gier­ rate größer als die Querbeschleunigungsreferenzgierrate. Gleichzeitig hat die tatsächliche Gierrate in den meisten Fällen noch nicht die Kursvorgabe des Fahrers erreicht, sonst hätte der Fahrer zurückgelenkt und den Gierratenauf­ bau beendet. Die tatsächliche Gierrate ist deshalb mit ho­ her Wahrscheinlichkeit innerhalb des Bandes |ref1 - ref2| < k1 zu finden, das von den beiden Referenzgierraten aufgespannt wird.
Befindet sich die integrierte Gierrate außerhalb dieses Bandes |ref1 - ref2|, so daß k1 ≧ |ref1 - ref2| ist, wird in jedem Berechnungszyklus ein kleiner Korrekturschritt zur Band­ grenze
oder
durchgeführt. Die Korrekturschrittweite ist abhängig vom Abstand der integrierten Gierrate zur Band­ grenze, von den aktuellen Drehmomenten, dem Reibwert sowie der Geschwindigkeit. Sie beträgt vorzugsweise einen varia­ blen Bruchteil der Differenz der integrierten Gierrate zur berechneten Gierrate (Bandgrenze). Die Schrittweite ist klein, verglichen mit der vorliegenden Abweichung, um über den Mittelungseffekt vieler kleiner Einzelkorrekturen eine insgesamt genauere Korrektur zu erzielen.
Des weiteren kann der stabile Fahrbereich genutzt werden, um direkt auf eine Referenzgierrate ebenfalls in kleinen Schrittweiten in jedem Berechnungszyklus zu korrigieren. Dieser Fahrbereich wird erkannt über den Abstand der Refe­ renzgierraten, über deren Gradienten, über die aktuellen Drehmomente, sowie über mittlere Momente. Zusätzlich werden Reibwert und Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet. Alle diese Größen werden separat oder in Kombination verwendet, um die Korrekturschrittweiten festzulegen oder zu entscheiden, die Korrektur in diesem Berechnungszyklus nicht durchzuführen. Die Korrekturschrittweite ist auch beim zweiten Verfahren proportional dem Abstand integrierte Gierrate - Referenz­ gierrate.

Claims (19)

1. Verfahren zur Regelung eines Giermoments eines Fahr­ zeugs, das aus dem Vergleich einer Istgierwinkelge­ schwindigkeit mit einer Sollgierwinkelgeschwindigkeit und ggf. weiteren Größen gebildet wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Istgierwinkelgeschwindigkeit un­ ter Einbeziehung der am Reifen angreifenden Istkräfte und dem Lenkwinkel über eine Integration der Gierwin­ kelbeschleunigung geschätzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gierwinkelbeschleunigung nach der Beziehung
bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schätzung der Gierwinkelgeschwindigkeit über eine direkte Integration mit der Momentenbilanz nach der Beziehung
Mz = (Fy_vl + Fy_vr) . lv . cosδ + (Fx_vr . bvr - Fx_vl . bvl) . cosδ +
+ (Fx_vl + Fx_vr) . lv . sinδ + (Fy_vl . bvl .Fy_vr . bvr) . sinδ -
- (Fy_hl + Fy_hr) . lh - Fx_hl . bhl + Fx_hr . bhr
durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die geschätzte Gierwinkelgeschwindigkeit unter Einbeziehung von bestimmten, geschätzten und oder errechneten Korrekturgrößen oder Korrektur­ werten in Abhängigkeit vom Fahrverhalten des Fahrzeugs korrigiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die geschätzte Gierwinkelgeschwin­ digkeit in Abhängigkeit von einem linearen oder nicht linearen Fahrverhalten des Fahrzeugs nach mindestens zwei unterschiedlichen Strategien korrigiert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Korrekturgrößen oder Korrek­ turwerte Referenzgierwinkelgeschwindigkeiten bestimmt, geschätzt oder berechnet werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzgierwinkelgeschwindig­ keit nach der Beziehung
des stationären Einspurmodells berechnet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzgierwinkelgeschwindig­ keit nach der Beziehung
berechnet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer ersten Strategie zur Korrektur der integrierten Gierwinkelgeschwindigkeit, insbesondere bei einem Fahrzeug, das sich im fahrdyna­ misch linearen Bereich befindet, die integrierte Gier­ winkelgeschwindigkeit auf eine Referenzgierwinkelge­ schwindigkeit nach der Beziehung
oder
ref aus ref = f(δ, νref, βref, ref, µ) oder
gesetzt bzw. durch die Referenzgierwinkelgeschwindig­ keit ersetzt wird, wenn die Referenzgierwinkelge­ schwindigkeiten nach den Beziehungen
und
innerhalb eines Bandes liegen, das durch |ref1 - ref2| < k1 bestimmt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert k1 kleiner 5 Grad pro Sekunde ist, vorzugsweise im Bereich zwischen 2 und 3,5°/s liegt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer weiteren oder zusätzli­ chen Strategie zur Korrektur der integrierten Gierwinkelgeschwindigkeit, insbesondere bei einem Fahrzeug, das sich im fahrdynamisch linearen Bereich befindet, die integrierte Gierwinkelgeschwindigkeit auf eine Re­ ferenzgierwinkelgeschwindigkeit nach der Beziehung
oder
ref aus ref = f(δ, νref, βref, ref, µ) oder
gesetzt bzw. durch die Referenzgierwinkelgeschwindig­ keit ersetzt wird, wenn die Differenz zwischen der am Fahrzeug gemessenen Istgröße, die ein Moment wieder­ gibt und dem anhand eines dynamischen Einspurmodells berechneten Moment nach der Beziehung
Mz,ref = Θ . ref
innerhalb eines Bandes liegen, das durch |Mz - Mz,ref| < k2 bestimmt wird, und/oder wenn die Referenzgierwinkelge­ schwindigkeiten nach den Beziehungen
und
innerhalb eines Bandes liegen, das durch |ref1 - ref2| < k1 bestimmt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert k2 < 1000 Nm ist, vorzugsweise im Bereich zwischen 200 und 500 Nm liegt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer weiteren oder zusätzli­ chen Strategie zur Korrektur der integrierten Gierwin­ kelgeschwindigkeit, insbesondere bei einem Fahrzeug, das sich im fahrdynamisch linearen Bereich befindet, die integrierte Gierwinkelgeschwindigkeit auf eine Re­ ferenzgierwinkelgeschwindigkeit nach der Beziehung
oder ref aus ref = f(δ, νref, βref, ref, µ) oder
gesetzt bzw. durch die Referenzgierwinkelgeschwindig­ keit ersetzt wird, wenn die Differenz der zwischen den am Fahrzeug gemessenen Istgrößen, die die Seitenkräfte Fy wiedergeben und den anhand eines dynamischen Ein­ spurmodells berechneten Seitenkräften nach der Bezie­ hung
Fy,ref = C . αref mit
innerhalb eines Bandes liegen, das durch |Fy - Fy,ref| < k3 bestimmt wird und/oder wenn die Referenzgierwinkelgeschwindigkeiten nach den Beziehungen
und
innerhalb eines Bandes liegen, das durch |ref1 - ref2| < k1 bestimmt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert k3 < 500 N ist, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 100 und 300 N liegt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei einer zweiten Strategie zur Kor­ rektur der integrierten Gierwinkelgeschwindigkeit, insbesondere bei einem Fahrzeug, das sich im fahrdyna­ misch nichtlinearen Bereich befindet, die integrierte Gierwinkelgeschwindigkeit schrittweise in Richtung der Referenzgierwinkelgeschwindigkeit nach Gleichung
korrigiert wird, solange sie außerhalb eines Bandes liegt, das durch die beiden Referenzgierge­ schwindigkeiten nach Gleichung
und
bestimmt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüchen 1 bis 8 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer weiteren oder zusätzlichen Strategie zur Korrektur der integrierten Gierwinkelgeschwindigkeit die Korrektur auch während hochdynamischer Fahrzustände immer dann erfolgt, wenn die integrierte Gierwinkelgeschwindigkeit Werte ange­ nommen hat, die außerhalb des physikalisch möglichen Bereichs liegen.
17. Verfahren zum Schätzen einer Gierwinkelgeschwindigkeit für eine Fahrzeugstabilitätsregelung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schätzung der Gierwinklgeschwindig­ keit über eine Integration der Gierwinkelbeschleuni­ gung durchgeführt wird und die integrierte Gierwinkel­ geschwindigkeit mittels berechneter Referenzgierwin­ kelgeschwindigkeiten korrigiert wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Gierwinkelbeschleunigung nach der Beziehung
bestimmt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schätzung der Gierwinkelgeschwindig­ keit über eine direkte Integration der Momentenbilanz nach der Beziehung
Mz = (Fy_vl + Fy_vr) . lv . cosδ + (Fx_vr . bvr - Fx_vl . bvl) . cosδ +
+ (Fx_vl + Fx_vr) . lv . sinδ + (Fy_vl . bvl .Fy_vr . bvr) . sinδ -
- (Fy_hl + Fy_hr) . lh - Fx_hl . bhl + Fx_hr . bhr
durchgeführt wird.
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