DE102004050005A1

DE102004050005A1 - Verfahren zur Optimierung der Ansteuerung mehrerer Aggregate von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102004050005A1
Application number: DE200410050005
Authority: DE
Inventors: Horst Dr. Krimmel; Claus Dr. Granzow; Wolf-Dieter Dr. Gruhle; Robert Dipl.-Ing. Zdych; Egon Dr.-Ing. Auer; Ulrich Dipl.-Ing. Ettenhofer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2006-05-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung mehrerer Aggregate in einem Kraftfahrzeug, wobei Abhängigkeiten zwischen den Aggregaten berücksichtigt und zumindest folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: DOLLAR A - Es werden Regel- und Stellgrößen festgelegt (1, 2), DOLLAR A - über den Zusammenhang von Regel- und Stellgrößen werden Systemgleichungen aufgestellt (3), DOLLAR A - es werden Werte für Sollwerte für die Regelgrößen definiert (4), DOLLAR A - es werden vorläufige Werte für die Stellgrößen ermittelt (5), DOLLAR A - es werden aktuelle Stellgrenzen der Stellgrößen ermittelt (6), DOLLAR A - es wird geprüft, ob die Werte der vorläufigen Stellgrößen innerhalb der aktuellen Stellgrenzen liegen (7). DOLLAR A Wenn nun die vorläufigen Werte der Stellgrößen außerhalb der Stellgrenzen liegen, werden über eine quadratische Optimierungsfunktion realisierbare Ersatz-Sollwerte für die Regelgrößen in Echtzeit ermittelt (8).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung mehrerer Aggregate in einem Kraftfahrzeug entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, sowie die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend den Ansprüchen 4, 5 und 6.

Aus dem Stand der Technik ist durch die DE 101 15 809 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem das Abbremsen einzelner Fahrzeugräder durch ein Bremsregelsystem in Abhängigkeit von einer Lenkvorgabegröße erfolgt. Dabei wird die Lenkvorgabegröße bestimmt und direkt auf die zu lenkenden Räder sowie in das Bremsregelsystem eingespeist. Das bedeutet, dass das Aggregat 'Lenkung' unabhängig von dem Aggregat'Bremse' gesteuert wird.

Aus der DE 101 35 747 A1 ist weiterhin ein Verfahren bekannt, mit dem ein elektronisches Lastschaltgetriebe gesteuert wird. Dabei werden aus momentanen Zustandsdaten Sollwerte errechnet. Dann wird überprüft, ob diese Sollwerte für einen Gangwechsel realisiert werden können. Falls diese Sollwerte nicht realisiert werden können, werden realisierbare Ersatz-Sollwerte über eine Näherungsrechnung ermittelt.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe an die Erfindung, ein Verfahren zu ermöglichen, bei dem mehrere Aggregate in Abhängigkeit von einander gesteuert und dieses Zusammenwirken dabei optimiert wird. Dabei ist es insbesondere bei Anwendungen in einem Kraftfahrzeug zum Steuern und Regeln von Fahrdynamikeingriffen vorteilhaft, wenn diese Optimierung auch bei komplexen Zusammenhängen in Echtzeit möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.

Die Erfindung betrifft demnach ein Verfahren, bei dem mehrere Aggregate gesteuert und/oder geregelt und Abhängigkeiten unter den Aggregaten berücksichtigt werden. Dafür werden zuerst Regel- und Stellgrößen für die unterschiedlichen Aggregate festgelegt. Die Zusammenhänge zwischen diesen Regel- und Stellgrößen werden dann durch Systemgleichungen beschrieben.

In einem weiteren Schritt werden Sollwerte bzw. Sollwertverläufe für die Regelgrößen definiert. Dies kann beispielsweise in Abhängigkeit vom aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs erfolgen. Ferner werden die aktuellen Stellgrenzen der Stellgrößen ermittelt.

Daraufhin wird mit den ermittelten Systemgleichungen überprüft, ob die Sollwerte innerhalb der aktuellen Stellgrenzen der Stellgrößen erreicht werden können. Wenn dies der Fall ist, werden die Stellgrößen direkt an die Aggregate weitergeleitet. Wenn dies aber nicht der Fall ist, werden erfindungsgemäß realisierbare Ersatz-Sollwerte über eine Optimierung berechnet.

Für die Durchführung der Optimierung wird vorgeschlagen, eine Optimierungsfunktion zu definieren, welche die gesuchten Ersatzsollwerte der Regelgrößen in zweiter Potenz enthält. Diese Optimierungsfunktion soll dann unter der Randbedingung durch die aktuellen Stellgrenzen gelöst werden.

Eine Optimierung, welche in Echtzeit durchgeführt werden soll, muss innerhalb einer vorhersehbaren Anzahl an Rechenschritten gelöst werden. Bei einer direkten Optimierung einer quadratischen Funktion ist dies nicht möglich, da diese eben nicht mit einer vorhersehbaren Anzahl an Rechenschritten gelöst werden kann.

Erfindungsgemäß wird eine quadratische Optimierungsaufgabe in einer endlichen Anzahl von Lösungsschritten gelöst, um eine Lösung in Echtzeit zu ermöglichen. Dazu wird nicht direkt die quadratische Optimierungsaufgabe gelöst, sondern ein analoges lineares Optimierungsproblem. Erfindungsgemäß wird eine quadratische Optimierungsaufgabe, beispielsweise mittels des Verfahrens von Lemke, auf ein lineares Optimierungsproblem transformiert (siehe: Bronstein, I./Semendjajew, K.: Lineares Komplementaritätsproblem, Verfahren von Lemke. In: Taschenbuch der Mathematik, Ergänzende Kapitel. Thun 3. Auflage 1984, S. 133). Das lineare Optimierungsproblem wird dann beispielsweise mittels des Simplex-Verfahrens in einer endlichen Anzahl von Schritten gelöst. Die Lösung des linearen Optimierungsproblems wird dann rücktransformiert. Mit der rücktransformierten Lösung ist dann die Lösung der quadratischen Optimierungsfunktion bestimmbar.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden die aktuellen Stellgrenzen in Abhängigkeit von Fahrzustand des Fahrzeugs, vom Zustand der betrachteten Aggregate und von Umweltbedingungen bestimmt. Damit werden auch mögliche Funktionseinschränkungen von Aggregaten oder auch das komplette Fehlen von Aggregaten über die Vorgabe der Stellgrenzen berücksichtigt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine definierte Vorschrift zur Lösung eines Optimierungsproblems geboten, wobei die Lösung existiert. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Lösung in einer endlichen, vorher bestimmbaren Anzahl von Berechnungsschritten erreicht wird – also in Echtzeit lösbar ist. Damit ist der numerische Optimierungsaufwand vergleichsweise gering und in heute typischen Seriensteuerungen realisierbar.

Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren wird das Systemverhalten im Sinne der Sicherheit und des Fahrerwunsches optimiert, wobei die Wechselwirkungen der Antriebsstrang und/oder der Fahrwerksysteme berücksichtigt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können zusätzliche oder fehlende Aggregate (z.B. Sonderausstattungen) flexibel in die Regelung der Fahrdynamik eingebunden werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für die Optimierung von Eingriffen in die Fahrdynamik von Fahrzeugen. Dabei werden beispielsweise die Stelleingriffe optimiert, die Radlenkwinkel, die Radaufstandskräfte und die Antriebsmomentverteilung auf die Räder betreffen.

Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung sowie dessen Ausführungsformen ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung der einzelnen Verfahrensschritte.
Wie die einzige Figur zeigt, werden in einem ersten Schritt 1 die Regelgrößen und in einem zweiten Schritt 2 die Stellgrößen der einzelnen Aggregate bestimmt. In einem dritten Schritt 3 werden die Zusammenhänge zwischen Stellgrößen und Regelgrößen mittels Systemgleichungen dargestellt.
Die ersten drei Schritte 1–3 werden im Rahmen der Steuerungsauslegung einmalig durchgeführt. Die weiteren Schritte 4–9 werden auf einem Steuerungsrechner zyklisch in Echtzeit durchgeführt.
In einem vierten Schritt 4 werden Sollwerte für die Regelgrößen definiert. Dann werden in einem fünften Schritt 5 mit den im vierten Schritt 4 ermittelten Sollwerten der Regelgrößen und den im dritten Schritt 3 ermittelten Systemgleichungen vorläufige Stellgrößen ermittelt. Je nach Systemzustand können die im fünften Schritt 5 ermittelten vorläufigen Stellgrößen nicht realisiert werden. Deshalb werden in einem sechsten Schritt 6 die aktuellen Stellgrenzen für die im zweiten Schritt 2 definierten Stellgrößen ermittelt. In einem siebten Schritt 7 wird geprüft, ob die im fünften Schritt 5 ermittelten vorläufigen Stellgrößen innerhalb der im sechsten Schritt 6 ermittelten aktuellen Stellgrenzen liegen. Wenn ja, dann wird sofort ein zehnter Schritt 10 ausgeführt. Wenn nein, dann wird mit einem achten Schritt 8 fortgefahren.
Im achten Schritt 8 werden mittels des erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens realisierbare Ersatzsollwerte der Regelgrößen in Echtzeit ermittelt. Für die Durchführung der Optimierung wird vorgeschlagen, eine zu optimierende Funktion zu definieren, welche die gesuchten Ersatzsollwerte der Regelgrößen in zweiter Potenz enthält. Die zu optimierende Funktion entspricht somit einer quadratischen Optimierungsfunktion F, welche vorteilhafter Weise folgende Form aufweist: F = Σi((Sollwert Regelgröße)i – (Ersatzsollwert Regelgröße)i)2
Diese quadratische Optimierungsfunktion F wird unter der Randbedingung der aktuellen Stellgrenzen der Stellgrößen, entsprechend folgender Bedingung in Echtzeit gelöst: (Untere Stellgrenze)j ≤ Stellgrößej ≤ (Obere Stellgrenze)j
Dabei zählen i die Regelgrößen und j die Stellgrößen. Um die quadratische Optimierungsfunktion F in Echtzeit lösen zu können wird sie erfindungsgemäß mittels des Verfahrens von Lemke in eine lineare Funktion transformiert. Diese lineare Funktion wird beispielsweise mit dem Simplexverfahren gelöst. Aus der Lösung dieser linearen Funktion werden durch eine Rücktransformation die Ersatzsollwerte der Regelgrößen bestimmt.
In einem neunten Schritt 9 werden aus den im achten Schritt 8 ermittelten realisierbaren Ersatzsollwerte der Regelgrößen und den im dritten Schritt 3 bestimmten Systemgleichungen die einzustellenden Werte für die Stellgrößen berechnet. In einem zehnten Schritt 10 werden die im siebten bzw. neunten Schritt 7, 9 ermittelten Werte für die Stellgrößen an den Aggregaten eingestellt. Im Rahmen der zyklischen Abarbeitung des Algorithmus wird dann beim vierten Schritt 4 fortgefahren.

1: Definition der Regelgrößen
2: Definition der Stellgrößen
3: Bestimmung der Systemgleichungen
4: Definition der aktuellen Sollwerte für die Regelgrößen
5: Berechnung vorläufiger Stellgrößen
6: Ermittlung der aktuellen Stellgrenzen der Stellgrößen
7: Überprüfung der vorläufigen Stellgrößen
8: Suche realisierbarer Ersatzsollwerte der Regelgrößen
9: Berechnung realisierbarer Stellgrößen
10: Einstellen der Stellkräfte am Aggregat
F: Optimierungsfunktion

Claims

Verfahren zur Steuerung mehrerer Aggregate in einem Kraftfahrzeug, wobei Abhängigkeiten zwischen den Aggregaten berücksichtigt und zumindest folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: – es werden Regel- und Stellgrößen festgelegt (1, 2), – über den Zusammenhang von Regel- und Stellgrößen werden Systemgleichungen aufgestellt (3), – es werden Werte für Sollwerte für die Regelgrößen definiert (4) – es werden vorläufige Werte für die Stellgrößen ermittelt (5), – es werden aktuelle Stellgrenzen der Stellgrößen ermittelt (6), – es wird geprüft, ob die Werte der vorläufigen Stellgrößen innerhalb der aktuellen Stellgrenzen liegen (7), dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die vorläufigen Werte der Stellgrößen ausserhalb der Stellgrenzen liegen, über eine Optimierungsfunktion F realisierbare Ersatz-Sollwerte für die Regelgrößen in Echtzeit berechnet werden (8).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Ersatz-Sollwerte für die Regelgrößen und mittels der Systemgleichungen realisierbare Stellgrößen berechnet werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Optimierungsfunktion F aufgestellt wird, welche die Sollwerte der Regelgrößen in zweiter Potenz enthält und die Optimierungsfunktion F unter Berücksichtigung der Randbedingung durch die Stellgrenzen gelöst wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optimierungsfunktion F durch eine Transformation mittels des Verfahrens von Lemke in eine lineare Funktion, vorzugsweise eine duale Funktion transformiert wird, welche gelöst wird und durch eine Rücktransformation der Lösung der linearen Funktion die Ersatz-Sollwerte der Regelgrößen bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die lineare Funktion mittels eines Simplexverfahrens gelöst wird.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass damit für Fahrwerk- und/oder Antriebsstrang-Systeme eines Kraftfahrzeugs die Sollwerte der Regelgrößen und/oder die Stellgrößen zur Regelung und Steuerung von Fahrdynamikeingriffen bestimmt werden.