DE102004058359A1 - Vehicle movement control process, involves matching modeled measured values obtained from reference values with modeled control system based on comparison of modeled values with actual measured values of control system - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Fahrbewegungssteuerung eines Fahrzeugs, bei dem Sollwerte in eine Regelstrecke gespeist und reale Messwerte der Regelstrecke zur Bestimmung aktualisierter Sollwerte entnommen werden.The The invention relates to a method and a system for driving motion control of a vehicle in which setpoints are fed into a controlled system and real measured values of the controlled system for the determination of updated Setpoints are taken.
Es ist bekannt, beispielsweise in einem elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP)-System zur Fahrdynamikregelung eines Fahrzeugs auf Grund von Sensorsignalen Sollwerte zu bestimmen, die in Aktoren, beispielsweise im Bremssystem des Fahrzeugs, umgesetzt werden. Auf Grund dieser fahrerunabhängigen Eingriffe in das Fahrzeug durch die Aktoren ändern sich die Sensorsignale und werden wieder neue Sollwerte bestimmt. Die Eingriffe in das Fahrzeug sollen möglichst genau erfolgen. Dies ist deshalb schwierig, da sich Fahrzeugparameter, wie beispielsweise der Beladungszustand, die Schwerpunktlage des Fahrzeugs, der Verschleiß von Achsen und Rädern, die Schräglaufsteifigkeit, etc. verändern und somit die Sensorsignale beeinflussen. weiterhin treten Fehler bei den durch die Sensoren gemessenen Messgrößen durch „Bias" und Skalierungsfehler auf. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Aktoren unter Umständen ungenau sind.It is known, for example in an electronic stability program (ESP) vehicle dynamics control system based on Sensor signals setpoints to be determined in actuators, for example in the braking system of the vehicle. Based on these driver-independent Interventions in the vehicle by the actuators change the sensor signals and new setpoints are determined again. The interventions in the vehicle should as possible exactly. This is difficult because vehicle parameters, such as the load state, the center of gravity of the Vehicle, the wear of Axles and wheels, the skew stiffness, etc. change and thus influence the sensor signals. continue to occur errors at the measured quantities measured by the sensors by "bias" and scaling error The problem is that the actuators may be inaccurate are.
Aus
der
Aus
der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Fahrbewegungssteuerungssystem bereitzustellen, mit dem die Steuerung der Fahrbewegung eines Fahrzeugs möglichst genau ermöglicht wird.task The present invention is a method and a travel motion control system to provide with which the control of the driving movement of a vehicle preferably exactly possible becomes.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Regelstrecke modelliert wird und aus den Sollwerten in der modellierten Regelstrecke modellierte Messwerte ermittelt werden, die mit den realen Messwerten verglichen werden, wobei bei einer Abweichung die modellierte Regelstrecke angepasst wird und die Anpassung beschreibende Parameter bei der Ermittlung von Sollwerten berücksichtigt werden.These The object is achieved by a method of the type mentioned, in the controlled system is modeled and from the setpoints in the modeled Control path modeled measured values are determined, which with the real measured values, with a deviation the modeled controlled system is adapted and the adaptation descriptive Parameters are taken into account when determining nominal values.
Durch diese Maßnahme wird es möglich, eine Fahrbewegungssteuerung eines Fahrzeugs, insbesondere eine Fahrdynamikregelung, die fahrerunabhängige Eingriffe in die Bremsen, Lenkung, Federung und den Antriebsstrang vornimmt, zu optimieren. Dadurch, dass die die Anpassung beschreibenden Parameter bei der Ermittlung von Sollwerten berücksichtigt werden, kann eine Online-Korrektur von Fahrzeugparametern, Messgrößen und Aktorungenauigkeiten erfolgen. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Sensorsignal oder mehrere Sensorsignale als Messwerte verwendet werden, die von bestimmten Fahrzeugparametern, Messgrößen und Aktorungenauigkeiten beeinflusst sind. Durch einen Vergleich derartiger gemessener Messwerte mit modellierten Messwerten kann eine Korrektur der Regelstrecke vorgenommen werden, die Ungenauigkeiten der Fahrzeugparameter, Messgrößen oder Aktoren berücksichtigt. Somit ist auch eine Korrektur möglich, ohne gewisse Fahrzeugparameter im Detail zu kennen.By This measure it becomes possible to have one Travel control of a vehicle, in particular a vehicle dynamics control, the driver independent Interference with the brakes, steering, suspension and powertrain undertakes to optimize. In that the descriptive of the adaptation Parameter can be taken into account when determining setpoints, a Online correction of vehicle parameters, measured variables and actuator inaccuracies respectively. It can also be provided that a sensor signal or several sensor signals are used as measured values that are determined by certain Vehicle parameters, measured variables and Actuator inaccuracies are affected. By comparing such measured values with modeled measured values can be a correction the controlled system, the inaccuracies of the vehicle parameters, Measured variables or Actuators considered. Thus, a correction is possible without to know certain vehicle parameters in detail.
Die genannten Aktoren, die durch die Sollwerte angesteuert werden und die fahrerunabhängige Eingriffe in das Fahrzeug vornehmen, können insbesondere Bestandteil einer elektrohydraulischen Bremse (EHB), einer elektrohydraulischen Lenkung (EHL) oder einer Active Body Control (ABC) sein. Bei einer elektrohydraulischen Lenkung besteht kein mechanischer Durchgriff mehr vom Lenkrad zu den Rädern. Dadurch sind fahrer unabhängige Lenkeingriffe durch Betätigung entsprechender Aktoren möglich. Bei der Active Body Control handelt es sich um ein System, mit dem die Federungseigenschaften eines Fahrzeugs beeinflusst werden können. Weiterhin kann der Antriebsstrang Aktoren aufweisen. Durch die Ansteuerung dieser Aktoren durch Sollwerte kann ein querdynamischer und längsdynamischer Eingriff in das Fahrzeug vorgenommen werden. Die Aktoren können Steuergeräte und Stellglieder umfassen, wobei die Steuergeräte die Sollwerte in Stellgrößen für die Stellglieder umsetzen können.The aforementioned actuators, which are controlled by the setpoint values and which perform driver-independent interventions in the vehicle, can in particular be part of an electrohydraulic brake (EHB), an electrohydraulic steering (EHL) or an active body control (ABC). In an electro-hydraulic steering, there is no mechanical penetration of the steering wheel to the wheels. As a result, driver independent steering intervention by actuation of corresponding actuators are possible. The Active Body Control is a system with which the suspension characteristics of a Vehicle can be influenced. Furthermore, the drive train may have actuators. By controlling these actuators by setpoints, a lateral dynamic and longitudinal dynamic intervention in the vehicle can be made. The actuators may include control devices and actuators, wherein the control units can implement the setpoints in manipulated variables for the actuators.
Bei einer bevorzugten Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass die Sollwerte anhand eines Fahrzeugmodells ermittelt werden und das Fahrzeugmodell anhand der Parameter aktualisiert wird. Dadurch, dass das Fahrzeugmodell durch Parameter ständig aktualisiert wird, können die Sollwerte besonders genau ermittelt werden, wenn sie anhand des aktualisierten Fahrzeugmodells ermittelt werden. So kann insbesondere eine genaue Fahrdynamikregelung auch dann erfolgen, wenn geringe Fahrwerksmodifikationen durchgeführt wurden. Insbesondere kann dasselbe Verfahren für unterschiedliche Baureihen eines Fahrzeugs verwendet werden. Auch erfolgt eine gute Anpassung, wenn beispielsweise von Sommer- auf Winterreifen umgestellt wird oder wenn mit einem Notrad gefahren wird. Durch die Aktualisierung des Fahrzeugmodells wird ein Verschleiß von Fahrzeugteilen automatisch bei der Regelung berücksichtigt.at a preferred variant of the method can be provided that the setpoints are determined based on a vehicle model and the vehicle model is updated based on the parameters. Thereby, that the vehicle model is constantly updated by parameters, the Setpoints are determined particularly accurately when they are based on the updated Vehicle model can be determined. In particular, an accurate Vehicle dynamics control also take place when minor suspension modifications carried out were. In particular, the same method can be used for different series of a vehicle. Also a good adaptation, for example, when switching from summer to winter tires or when driving with a temporary spare wheel. By updating the vehicle model will wear out vehicle parts automatically considered in the scheme.
Bei einer vorteilhaften Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass die in der modellierten Regelstrecke ermittelten Messwerte in einem Schätzverfahren geschätzt werden. Besonders gute Schätzwerte kann man erhalten, wenn als Schätzverfahren ein Kalman- oder Least Square-Filter vorgesehen ist. In dem Schätzverfahren kann eine Größe, wie beispielsweise eine charakteristische Geschwindigkeit, die eine Funktion u.a. des Radstandes, der Fahrzeugmasse und der Schräglaufsteifigkeit ist, geschätzt werden. Dieser Wert kann mit einer gemessenen bzw. aus gemessenen Werten ermittelten charakteristischen Geschwindigkeit verglichen werden. Auf Grund des Vergleichs kann das Modell der Regelstrecke korrigiert werden. Während ein Kalman-Filter häufig zur Schätzung von Zuständen verwendet wird, kann erfindungsgemäß der Kalman-Filter zur Schätzung von Messgrößen bzw. von Fahrzeugparametern eingesetzt werden. Mithilfe eines Kalman-Filters kann eine mehrdimensionale Größe, beispielsweise unterschiedliche Messwerte, geschätzt werden. Anhand von Messgleichungen wird der Kalman-Filter während seines Betriebes auf die realen Bedingungen abgeglichen. Der Abgleich erfolgt durch einen Vergleich von realen Messwerten mit Werten, die mithilfe verschiedener Modelle ermittelt werden. Der Kalman-Filter wird daher durch einen Vergleich mit der Realität gestützt. Die Berücksichtigung der Ausgangsgrößen, d.h. der modellierten Messwerte bei der Durchführung des Abgleichs des Kalman-Filters führt dazu, dass es sich um ein rekursives Schätzverfahren handelt.at an advantageous variant of the method is provided that the measured values determined in the modeled controlled system in one Estimation method can be estimated. Particularly good estimates can be you get when as an estimation method a Kalman or Least Square filter is provided. In the estimation procedure can be a size, like For example, a characteristic speed, the one Function u.a. of the wheelbase, the vehicle mass and the skew stiffness is, appreciated become. This value can be measured or measured Values determined characteristic speed compared become. Due to the comparison, the model of the controlled system Getting corrected. While a Kalman filter frequently for estimation of states can be used according to the invention, the Kalman filter for the estimation of Measured variables or be used by vehicle parameters. Using a Kalman filter can be a multidimensional size, for example different readings are estimated. Based on measurement equations becomes the Kalman filter while his business to the real conditions. The balance is done by comparing real measurements with values, which are determined using different models. The Kalman filter is therefore supported by a comparison with reality. The consideration the outputs, i. of the modeled measurements when performing the calibration of the Kalman filter leads to, that it is a recursive estimation method.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn jeweils ein Modell für Aktoren, die die Sollwerte in eine das Fahrzeug beeinflussende Aktion umsetzen, für die Bewegung des Fahrzeugs und für die Sensoren gebildet wird. Durch ein Modell der Aktoren können Ungenauigkeiten bei der Ermittlung von Stellgrößen bzw. von Stellgliedern, die durch Stellgrößen gestellt werden, berücksichtigt werden. Durch ein Modell des Fahrzeugs können Auswirkungen geänderter Fahrzeugparameter, beispielsweise der Steifigkeit oder der Beladung des Fahrzeugs, berücksichtigt werden. Durch ein Modell der Sensoren können Ungenauigkeiten der Sensoren, beispielsweise durch Offsets und Fehler der Skalierung, berücksichtigt werden.Especially It is advantageous, if in each case a model for actuators, the setpoints to implement in a vehicle influencing action, for the movement of the vehicle and for the sensors is formed. Through a model of actuators can be inaccuracies in the determination of manipulated variables or of actuators set by manipulated variables become. Through a model of the vehicle effects can be changed Vehicle parameters, such as stiffness or loading of the vehicle become. Through a model of the sensors inaccuracies of the sensors, for example, due to offsets and scaling errors become.
Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Fahrbewegungssteuerungssystem eines Fahrzeugs, mit einem Regler, der zur Durchführung von Fahrfunktionen Sollwerte an eine Regelstrecke, insbesondere an einen oder mehrere Aktoren der Regelstrecke, des Fahrzeugs liefert, und Sensorsignale von einem oder mehreren Sensoren der Regelstrecke empfängt. Die Sollwerte und Sensorsignale werden außerdem einer Parameterbestimmungseinrichtung zugeführt, in der anhand eines Modells der Regelstrecke Modellsensorsignale ermittelt und mit den gemessenen Sensorsignalen verglichen werden, wobei bei einer Abweichung das Modell angepasst wird und Parameter, die die Änderung des Modells beschreiben, an den Regler übermittelt werden. Mit einem derartigen Fahrbewegungssteuerungssystem ist eine Online-Identifikation und Berücksichtigung von Ungenauigkeiten bei Fahrzeugparametern, Messgrößen und Aktoren möglich. Weiterhin wird eine Diagnostik, z.B. von Fahrwerkstoleranzen, ermöglicht. Ein derartiges Fahrbewegungssteuerungssystem kann nahezu fahrzeugunabhängig eingesetzt werden, da auf Grund der Anpassung des Modells der Regelstrecke durch die Parameter eine Anpassung auf nahezu jedes Fahrzeug möglich ist. Bei der Verwendung des Fahrbewegungssteuerungssystems innerhalb desselben Fahrzeugs ist es möglich, auf Änderungen von Fahrzeugparametern zu reagieren. Insbesondere kann eine genaue Fahrdynamikregelung erfolgen, wenn sich der Beladungszustand des Fahrzeugs ändert oder wenn sich die Fahrbahnbeschaffenheit ändert. Auch der Verschleiß von Bauteilen kann bei der Fahrbewegungssteuerung, insbesondere bei der Fahrdynamiksteuerung, berücksichtigt werden. Bei den Fahrzeugparametern kann es sich um fahrdynamische Größen oder physikalische, stationäre Größen handeln.The Task will as well solved by a travel control system of a vehicle, having a Regulator to carry of driving functions setpoints to a controlled system, in particular to one or more actuators of the controlled system, of the vehicle, and receives sensor signals from one or more sensors of the controlled system. The Setpoints and sensor signals are also fed to a parameter determination device, in which determines based on a model of the controlled system model sensor signals and compared with the measured sensor signals, wherein a deviation the model is adjusted and parameters that change describe the model, are transmitted to the controller. With a such travel control system is an online identification and consideration of Inaccuracies in vehicle parameters, measured variables and actuators possible. Farther If a diagnosis, e.g. of chassis tolerances. Such a movement control system can be used almost independently of the vehicle, because of the adaptation of the model of the controlled system by the Parameter adaptation to almost any vehicle is possible. When using the travel motion control system within the same vehicle, it is possible to change to respond to vehicle parameters. In particular, an accurate Vehicle dynamics control take place when the loading condition of the Vehicle changes or when the road surface changes. Also, the wear of components can in the movement control, especially in the vehicle dynamics control, considered become. The vehicle parameters may be dynamic Sizes or physical, stationary Act sizes.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Parameterbestimmungseinrichtung als Schätzeinrichtung mit einem Vergleicher und einem Korrekturglied ausgebil det ist. Vorzugsweise handelt es sich bei der Schätzeinrichtung um eine modellgestützte Schätzeinrichtung. Insbesondere kann als Schätzeinrichtung ein Kalman-Filter verwendet werden. Ein Kalman-Filter kann besser an den realen Zustand angeglichen werden als andere vergleichbare Schätzverfahren.In a preferred embodiment, it can be provided that the parameter determination device is designed as an estimating device with a comparator and a correction element. Preferably, the treasure is to a model-based estimator. In particular, a Kalman filter can be used as estimator. A Kalman filter can be better matched to the real state than other comparable estimation methods.
Eine besonders einfache und platzsparende Anordnung ergibt sich, wenn der Regler und die Parameterbestimmungseinrichtung in einem Steuergerät angeordnet sind. Durch die örtliche Nähe wird eine schnelle Aktualisierung des im Regler abgelegten Fahrzeugmodells ermöglicht. Insbesondere ist es möglich, den Regler bzw. das darin abgelegte Fahrzeugmodell in Echtzeit zu aktualisieren.A particularly simple and space-saving arrangement results when the controller and the parameter determination device are arranged in a control device are. By the local Closeness becomes one quick update of the vehicle model stored in the controller allows. In particular, it is possible the controller or the vehicle model stored in it in real time To update.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Parameterbestimmungseinrichtung ein Modell der Aktoren, ein Modell des Fahrzeugs und ein Modell der Sensoren aufweist. Dadurch wird die Regelstrecke abgebildet. Die im Fahrzeug enthaltenen Aktoren werden über den Regler angesteuert, was zu einer Beeinflussung der Bewegung des Fahrzeugs führt, die wiederum mittels der im Fahrzeug angeordneten Sensoren erfasst werden kann. Wenn genau diese Regelstrecke in der Parameterbestimmungseinrichtung nachgebildet wird und aktualisiert wird, können Abweichungen bei Fahrzeugparametern und Messgrößen sowie Aktorungenauigkeiten besonders schnell und einfach detektiert und bei der weiteren Regelung berücksichtigt werden. Dies geschieht, indem Parameter oder ein Parameterset bestimmt werden, die einen Fehler im Modell beschreiben und so den modellgestützten Regler auf einen aktuellen Stand bringen. In dem modellgestützten Regler können insbesondere Angaben über die Steifigkeit, die Maße des Fahrzeugs etc. abgelegt sein.Especially it is advantageous if the parameter determination device on Model of the actuators, a model of the vehicle and a model of the sensors having. As a result, the controlled system is mapped. The in the vehicle included actuators are over Controlled the controller, causing an influence on the movement of the vehicle that leads in turn be detected by means of sensors arranged in the vehicle can. If exactly this controlled system in the parameter determination device can be reproduced and updated, can deviations in vehicle parameters and measurands as well Actuator inaccuracies particularly quickly and easily detected and considered in the further regulation become. This is done by specifying parameters or a parameter set which describe an error in the model and so the model-based controller bring up to date. In the model-based controller can in particular information about the stiffness, the dimensions the vehicle etc. stored.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figur der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of an embodiment the invention, with reference to the figure of the drawing, the essential to the invention details shows, and from the claims. The individual features can each individually for one or more in any combination in a variant be realized the invention.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine stark schematisierte Darstellung eines Fahrbewegungssteuerungssystems.One embodiment The invention will be explained in more detail with reference to a drawing. The only figure shows a highly schematic representation of a motion control system.
In
der
Parameter,
die die Änderung
des Modells
An
dieser Stelle soll nochmals das Wesen bzw. der Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw.
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dargestellt werden: Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. bei der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist für
eine reale Regelstrecke (
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