DE102006017412A1

DE102006017412A1 - Verfahren zum Steuern mehrerer die Fahrdynamik eines Fahrzeuges beeinflussender Fahrzeugkomponenten

Info

Publication number: DE102006017412A1
Application number: DE102006017412A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Rosemeier
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2026-04-14
Also published as: DE102006017412B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Steuern mehrerer die Fahrdynamik eines Fahrzeuges beeinflussender Fahrzeugkomponenten in Abhängigkeit eines Soll-Fahrverhaltens des Fahrzeuges, welches über ein das reale Fahrverhalten des Fahrzeuges in Abhängigkeit einer Fahrerwunschvorgabe abbildendes Fahrzeugmodell ermittelt wird und das durch die Ansteuerung der Fahrzeugkomponenten unter Vergleichsmäßigung der Belastungen der Reifen umgesetzt wird, beschrieben. In Abhängigkeit messtechnisch ermittelter Betriebszustandsparameter des Fahrzeuges und über das Fahrzeugmodell ermittelte Randbedingungen in Form jeweils einer Summe der im Bereich der Reifen am Fahrzeug angreifenden Soll-Querkräfte und Soll-Längskräfte sowie der Summe am Fahrzeug angreifender Soll-Giermomente werden innerhalb von während eines Fahrbetriebes des Fahrzeuges ermittelten Betriebsgrenzen von Steuerwerten der Fahrzeugkomponenten theoretische Steuerwerte für die Fahrzeugkomponenten bestimmt. Nach Ablauf eines mehrere Optimierungsschritte umfassenden Optimierungszyklus werden von der Optimierungsroutine das angeforderte Soll-Fahrverhalten wenigstens annähernd umsetzende Steuervorgaben für die Fahrzeugkomponenten ausgegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern mehrerer die Fahrdynamik eines Fahrzeuges beeinflussender Fahrzeugkomponenten gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Sind in einem Fahrzeug mehrere aktive Systeme bzw. die Fahrdynamik beeinflussende Fahrzeugkomponenten mit jeweils eigenen Reglern eingebaut, ergibt sich zunächst ein unkoordiniertes Neben- und Gegeneinander, und der Gesamtnutzen des Systemverbunds ist in der Regel geringer als die Summe der Nutzwerte der einzelnen Systeme.
Werden die verschiedenen Systeme in sogenannter friedlicher Koexistenz miteinander koordiniert, können Konflikte vermieden werden. Der Gesamtnutzen erreicht die Summe der Einzelnutzen, und unter Umständen können durch gemeinsame Nutzung Sensorkosten eingespart werden.
Das volle Potenzial einer sinnvollen Kombination aktiver Systeme ergibt sich aber erst mit einer gesamthaften Betriebsstrategie, die den Fahrzustand eines Fahrzeuges berücksichtigt und die Systeme gemeinsam ansteuert. Über diese Voraussetzung zur Erschließung des vollen Kundennutzens einer größeren Anzahl aktiver Systeme herrscht allgemeine Einigkeit, während der Aufwand der Umsetzung eines solchen globalen Ansatzes vielfach als zu hoch angesehen wird.
Ein solches gesamtheitliches Verfahren zum Steuern und Regeln der Fahrdynamik eines Fahrzeuges in Abhängigkeit einer Sollwertvorgabe für die Fahrdynamik beeinflussende Fahrzeugkomponenten ist aus der DE 103 55 701 A1 bekannt. Die Sollwertvorgabe erfolgt in Abhängigkeit einer Fahrerwunschvorgabe und anhand eines in einem Steuergerät hinterlegten Fahrzeugmodells. Die auf das Fahrzeug einwirkenden messbaren Kräfte werden geregelt und eine Verteilung von auf die Reifen des Fahrzeuges wirkenden Längs- und Seitenkräfte zwischen den Reifen wird gesteuert durchgeführt. Dadurch, dass das angestrebte bzw. gewünschte Fahrverhalten eines Fahrzeuges durch eine entsprechend eingestellte Fahrdynamik sicher erzielt wird, wird ein benötigter Regelanteil minimiert.
Nachteilig aber ist jedoch, dass die für die angestrebte Fahrdynamik erforderlichen Steuerwerte der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten mittels eines dem Fahrzeugmodell zugrunde liegenden invertierten Gleichungssystems ermittelt werden, was aufgrund der Komplexität des verwendeten Fahrzeugmodelles sehr aufwändig ist, weshalb zur Vereinfachung Schätzungen vorzunehmen sind. Eine derartige Vorgehensweise führt jedoch zu Ungenauigkeiten und bietet nur in begrenztem Umfang die Möglichkeit, ein Fahrzeug in gewünschtem Umfang zu betreiben bzw. ein gewünschtes Fahrzeugverhalten einzustellen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels dem ein gewünschtes Fahrverhalten eines Fahrzeuges auf einfache Art und Weise einstellbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern mehrerer die Fahrdynamik eines Fahrzeuges beeinflussender Komponenten wird in Abhängigkeit eines Soll-Fahrverhaltens des Fahrzeuges durchgeführt. Das Soll-Fahrverhalten des Fahrzeuges wird über ein das reale Fahrverhalten des Fahrzeuges in Abhängigkeit einer Fahrerwunschvorgabe abbildendes Fahrzeugmodell ermittelt, wobei das Soll-Fahrverhalten durch die Ansteuerung der Fahrzeugkomponenten unter Vergleichmäßigung der Belastungen der Reifen umgesetzt wird.
Erfindungsgemäß werden in Abhängigkeit messtechnisch ermittelter Betriebszustandsparameter des Fahrzeuges und über das Fahrzeugmodell ermittelte Randbedingungen in Form jeweils einer Summe der im Bereich der Reifen am Fahrzeug angreifenden Soll-Querkräfte und Soll-Längskräfte sowie der Summe der am Fahrzeug angreifenden Soll-Giermomente innerhalb von während eines Fahrbetriebes des Fahrzeuges ermittelten Betriebsgrenzen von Steuerwerten der Fahrzeugkomponenten theoretische Steuerwerte für die Fahrzeugkomponenten bestimmt.
Die theoretischen Steuerwerte für die Fahrzeugkomponenten werden zur Ermittlung von am Fahrzeug bei Ansteuerung der Fahrzeugkomponenten mit den theoretischen Steuerwerten theoretisch angreifenden Längs- und Querkräften sowie zur Bestimmung der am Fahrzeug theoretisch wirkenden Giermomente herangezogen. Zusätzlich werden die theoretischen Steuerwerte für die Fahrzeugkomponenten während einer iterativen Optimierungsroutine in Abhängigkeit von Abweichungen zwischen den Soll-Querkräften und den theoretisch am Fahrzeug angreifenden Querkräften, den Soll-Längskräften und den theoretisch am Fahrzeug angreifenden Längskräften sowie zwischen den Soll-Giermomenten und den theoretisch am Fahrzeug angreifenden Giermomenten bewertet, wobei nach Ablauf eines mehrere Optimierungsschritte umfassenden Optimierungszyklus von der Optimierungsroutine das angeforderte Soll-Fahrverhalten wenigstens annähernd umsetzende Steuervorgaben für die Fahrzeugkomponenten ausgegeben werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt einen einfachen Ansatz einer gesamthaften Ansteuerung aller aktiven Systeme bzw. die Fahrdynamik eines Fahrzeuges beeinflussenden Fahrzeugkomponenten, wie einen Antriebsstrang, eine Lenkung, ein Fahrzeugwerk oder dergleichen, dar. Ausgegangen wird dabei von den Punkten, an denen alle diese Systeme mit der Umwelt und auch untereinander in Wechselwirkung treten, nämlich den Reifen eines Fahrzeuges. Dabei wird die Idee verfolgt, das Reifenkraftpotenzial aller vier Räder insgesamt möglichst gut zu nutzen und dabei die Wechselwirkung zwischen Reifenlängs- und Reifenquerkräften sowie die unterschiedlichen Aufstandskräfte zu berücksichtigen. Dazu wird die Ansteuerung der Aggregate in jeder Fahrsituation so optimiert, dass der größte der erforderlichen Reibwerte der vier Räder möglichst klein ist. Der erforderliche Reibwert wird definiert als der Betrag des Horizontalkraftvektors dividiert durch die Reifenaufstandskraft des jeweiligen Rades.
Zusätzlich wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die jeweilige Konfiguration der vorhandenen Fahrzeugkomponenten berücksichtigt, indem die Auswirkung der Ansteuergrößen auf die Reifenkräfte beschrieben wird. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren auf einfache Art und Weise jeweils an die spezifische Konfiguration eines Fahrzeuges anpassbar, so dass die erfindungsgemäße Vorgehensweise durch eine hohe Flexibilität gekennzeichnet ist.
Des Weiteren sind auch der Arbeitsbereich und die Dynamik eines die Fahrdynamik eines Fahrzeuges beeinflussende Fahrzeugkomponente auf einfache Art und Weise abbildbar. Dies ist nicht nur von Vorteil, um das Verfahren an verschiedene Fahrzeuge oder Varianten anzupassen, es ermöglicht auch bei eingeschränkter Funktion eines Aggregates im Fahrbetrieb einen sinnvollen Weiterbetrieb des verbliebenen Systemumfangs.
Aus den ermittelten Reifenkräften ist mit Hilfe von Sensordaten aus dem Fahrzeug, welche vorzugweise teilweise durch Schätzungen ersetzbar sind, der jeweils im Bereich eines Reifens zur Umsetzung des angeforderten Soll-Fahrverhaltens des Fahrzeuges erforderliche Reibwert bestimmbar.
Zur Optimierung der für die Umsetzung des Soll-Fahrverhaltens zu bestimmenden Steuervorgaben für die Fahrzeugkomponenten wird die Optimierungsroutine vorgesehen. Über die Optimierungsroutine wird vorzugsweise ein mathematisches Optimierungsverfahren, z. B. die Sequenzielle-Quadratische-Programmierung, zu festen Zeitpunkten aufgerufen, um für den aktuellen Zeit punkt eine Optimierung der Steuervorgaben für die die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten durchzuführen.
Die über das Fahrzeugmodell ermittelten Soll-Querkräfte werden vorzugsweise anhand einer Wunschquerbeschleunigung des Fahrzeuges und eines in dem Fahrzeugmodell implementierten Einspurmodelles vorgegeben, während die Summe der Soll-Längskräfte anhand des am Fahrzeug bzw. aufliegenden Signals des Getriebeausgangsmomentes einer Getriebeeinrichtung eines Antriebsstranges des Fahrzeuges ermittelt wird. Die Summe der Soll-Giermomente wird vorzugsweise in Abhängigkeit einer Wunschgierratenänderung vorgegeben, welche ebenfalls über ein in das Fahrzeugmodell implementiertes Einspurmodell ermittelbar ist.
Neben den Hauptkriterien, die Reifenkraftpotenziale möglichst weitgehend auszunutzen, sind auch verschiedene andere Optimierungskriterien mit definierter Gewichtung möglich. So ist es bei vorteilhaften Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass in die Bestimmung der Steuervorgaben für die die Fahrdynamik eines Fahrzeuges beeinflussenden Fahrzeugkomponenten ein Energieverbrauch des Fahrzeuges, ein hoher Fahrkomfort und/oder die Erhöhung der Lebensdauer einzelner Fahrzeugkomponenten mit einfließt.
Darüber hinaus ist es bei einer weiteren vorteilhaften Variante des Verfahrens vorgesehen, dass der Schwimmwinkel des Fahrzeugs optimiert wird, da sich diese durch die jeweils gewählte Ansteuerung der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten einstellen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:
1 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens und
2 eine detailliertere Darstellung eines in 1 dargestellten Funktionsblockes.
Bezug nehmend auf 1 ist ein verkürztes Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern mehrerer die Fahrdynamik eines Fahrzeuges beeinflussender Fahrzeugkomponenten in Abhängigkeit eines Soll-Fahrverhaltens des Fahrzeuges, welches über ein das reale Fahrverhalten des Fahrzeuges in Abhängigkeit einer Fahrerwunschvorgabe abbildendes Fahrzeugmodell ermittelt wird und das durch die Ansteuerung der Fahrzeugkomponenten unter Vergleichmäßigung der Belastungen der Reifen umgesetzt wird. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Fahrzeugkomponenten bzw. aktive Komponenten eines Fahrzeuges, wie eine Lenkeinrichtung, ein Fahrwerk, ein Antriebsstrang und dergleichen, in Abhängigkeit einer Fahrerwunschvorgabe und eines in einem Steuergerät hinterlegten Fahrzeugmodelles derart angesteuert, dass ein gewünschtes Fahrverhalten des Fahrzeuges in einfacher Art und Weise umgesetzt wird.
Dabei werden einem ersten Funktionsblock F1 über einen ersten Signaleingang S1 Informationen der aktiven Fahrzeugkomponenten, die vorzugsweise intelligente Stelleinrichtungen darstellen, über ihr aktuelles Funktionspotenzial zugeführt. Anhand dieser Informationen werden während des Fahrbetriebes des Fahrzeuges Betriebsgrenzen von Steuerwerten der Fahrzeugkomponenten ermittelt, innerhalb der Steuerwerte der Fahrzeugkomponenten variierbar sind. Des Weiteren werden dem ersten Funktionsblock F1 über einen zweiten Signaleingang S2 messtechnisch ermittelte Sensorsignale über einen Fahrzeugbus zugeführt, die zur Berechnung der Reifenkräfte benötigt werden.
Bei den Sensorsignalen handelt es sich vorliegend vorzugsweise neben einem Getriebeausgangsmoment und einem Lenkradwinkel auch um eine über einen Gierratensensor gemessene Gierrate sowie eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit, wobei dem ersten Funktionsblock bedarfsweise weitere Messgrößen zuführbar sind.
Des Weiteren weist der erste Funktionsblock F1 einen Signalausgang S3 auf, über welchen Steuervorgaben für die die Fahrzeugdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten an die einzelnen Fahrzeugkomponenten übergeben werden.
Über einen weiteren Signalausgang S4 werden die während des Fahrbetriebes des Fahrzeuges ermittelten Betriebsgrenzen der Steuerwerte der Fahrzeugkomponenten und Betriebsgrenzen der Schwimmwinkel der Reifen an einen zweiten Funktionsblock F2 weitergeleitet, welcher einen Teil einer iterativen Optimierungsroutine des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt. Das bedeutet, dass dem zweiten Funktionsblock F2 Betriebsgrenzen der Steuerwerte der Fahrzeugkomponenten zugeführt werden, innerhalb derer die jeweiligen Ansteuerwerte der Fahrzeugkomponenten sowie die Schwimmwinkel der Reifen von der Optimierungsroutine variiert werden können. Genauer gesagt werden an dieser Stelle die aktuellen dynamischen Grenzen der Fahrzeugkomponenten sowie die fahrsituationsabhängigen und maximal zulässigen Schwimmwinkel der Reifen vorgegeben.
Zusätzlich sind der erste Funktionsblock F1 und der zweite Funktionsblock F2 über einen weiteren Signalausgang S5 des ersten Funktionsblockes F1 gekoppelt. In diesem Bereich wird dem zweiten Funktionsblock F2 ein Startwert für die Optimierungsroutine in Form eines Steuerwerte für die Fahrzeugkomponenten und Schwimmwinkel des Fahrzeugs aufweisenden Startvektors zugeführt und über die Optimierungsroutine in der später beschriebenen Art und Weise optimiert.
Bei einem Fahrzeugstart und nach systembedingter Zurücksetzung einer Speichereinheit wird dem zweiten Funktionsblock F2 ein sinnvoller Defaultvektor, der von der vorliegenden Konfiguration der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten abhängt, zugeführt. Im laufenden Betrieb wird dem zweiten Funktionsblock F2 über den Signalausgang S5 des ersten Funktionsblockes F1 ein über den letzten Optimierungszyklus der Optimierungsroutine ermittelte Steuervektor X_opt als aktueller Startvektor X₀ für einen neuen Optimierungszyklus zur Verfügung gestellt, wobei der Steuervektor X_opt über einen Signalausgang S6 des zweiten Funktionsblockes F2 in den ersten Funktionsblock F1 eingeleitet wird.
Der über den Signalausgang S6 dem ersten Funktionsblock F1 zugeführte optimierte Steuervektor X_opt enthält die das angeforderte Soll-Fahrverhalten wenigstens annähernd umsetzenden Steuervorgaben für die Fahrzeugkomponenten und der ebenfalls bei der Optimierung ermittelte Schwimmwinkel des Fahrzeugs.
Ein weiterer Signalausgang S7 des zweiten Funktionsblockes F2 ist mit einem dritten Funktionsblock F3 verbunden, wobei dem dritten Funktionsblock F3 an dieser Steile ein sogenannter Testvektor X_i zugeführt wird. Der Testvektor X_i weist im zweiten Funktionsblock F2 theoretisch ermittelte Steuerwerte für die Fahrzeugkomponenten sowie ein theoretischer Schwimmwinkel des Fahrzeugs auf.
Ein Signalausgang S8 des dritten Funktionsblockes F3 ist mit dem zweiten Funktionsblock F2 verbunden, um in dem eine Berechnungsfunktion darstellenden dritten Funktionsblock F3 ermittelte und für die Umsetzung des angeforderten Soll-Fahrverhaltens des Fahrzeuges erforderlichen vier Reibwerte der vier Räder des Fahrzeuges und die Abweichungen in den Randbedingungen dem zweiten Funktionsblock F2 zuzuführen.
Des Weiteren weist der dritte Funktionsblock F3 einen Signaleingang S9 auf, über den dem dritten Funktionsblock F3 die vorzugsweise in dem ersten Funktionsblock F1 aufbereiteten Sensorsignale, die zur Berechnung der Reifenkräfte benötigt werden, übergeben werden. Die den dritten Funktionsblock F3 zugeführten Sensordaten bleiben während eines Optimierungszyklus, der mehrere Optimierungsschritte umfasst, konstant.
Über einen weiteren Signaleingang S10 werden dem dritten Funktionsblock F3 von einem in dem ersten Funktionsblock F1 implementierten Unterfunktionsblock F1A, welcher das Fahrzeugmodell enthält, Randbedingungen in Form jeweils einer Summe der im Bereich der Reifen am Fahrzeug angreifenden Soll-Querkräfte und Soll-Längskräfte sowie die Summe der am Fahrzeug angreifenden Soll-Giermomente zugeführt. Über das Fahrzeugmodell wird in Abhängigkeit einer Fahrerwunschvorgabe, die in Form eines Lenkradeinschlages, einer Gaspedalbetätigung und dergleichen bestehen kann, ein vom Fahrer angestrebtes Soll-Fahrverhalten des Fahrzeuges generiert, wobei das Fahrzeugmodell vorliegend der Einfachheit halber als Einspurmodell ausgeführt ist und hiervon abweichend auch als beliebig anderes geeignetes und das reale Fahrzeugverhalten abbildende Fahrzeugmodell ausgeführt sein kann.
Die im Unterfunktionsblock F1A des ersten Funktionsblockes F1 über das Fahrzeugmodell ermittelten Randbedingungen in Form jeweils einer Summe der im Bereich der Reifen am Fahrzeug angreifenden Soll-Querkräfte und Soll-Längskräfte sowie der Summe der am Fahrzeug angreifenden Soll-Giermomente werden während eines Optimierungszyklus als konstant angenommen.
Der erste Funktionsblock F1 stellt die umfassende globale Strategie dar, von der aus alle die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten angesteuert und in ihrer Zusammenarbeit optimiert werden. Hierfür ist grundsätzlich Voraussetzung, dass die Auswirkung der Ansteuerung einer jeden betrachteten Fahrzeugkomponente auf die Reifenkräfte beispielsweise in Form einer Rechenvorschrift bzw. als Modell berücksichtigt wird, wobei die Rechenvorschriften vorliegend in den dritten Funktionsblock F3 integriert sind. Der zweite Funktionsblock F2 stellt einen Online-Optimierer dar, in welchem ein die jeweiligen Steuerwerte der Fahrzeugkomponenten sowie die Schwimmwinkelwerte der Reifen aufweisender Zahlenvektor derart optimiert wird, dass die vom dritten Funktionsblock F3 ermittelten erforderlichen vier Reibwerte der vier Reifen minimal gehalten werden und die in der nachbeschriebenen Art und Weise über Gleichungen hinterlegte Randbedingungen eingehalten werden, wobei hierfür beispielsweise ein auf die Problemstellung angepasstes SQP-Verfahren (Sequenzielle-Quadratische-Programmierung) verwendet wird.
In 2 ist eine detailliertere Blockschaltbilddarstellung des dritten Funktionsblockes F3 gemäß 1 dargestellt. Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass der Testvektor X_i einem ersten Funktionsunterblock F3A des dritten Funktionsblockes F3 neben den dem dritten Funktionsblock F3 über den Signaleingang S9 zugeführten Sensordaten zur Berechnung der Reifenkräfte zur Verfügung gestellt wird. Das bedeutet, dass über den theoretisch bestimmte Steuerwerte für die Fahrzeugkomponenten und geschätzte Schwimmwinkelwerte der Reifen enthaltenden Testvektor X_i im ersten Unterfunktionsblock F3A bei Ansteuerung der Fahrzeugkomponenten mit den theoretischen Steuerwerten und den theoretischen Schwimmwinkel des Fahrzeugs theoretisch am Fahrzeug angreifende Längs- und Querkräfte sowie am Fahrzeug theoretisch wirkende Giermomente bestimmt werden.
Im ersten Unterfunktionsblock F3A des dritten Funktionsblockes F3 werden anhand der theoretischen Steuerwerte der Fahrzeugkomponenten mit den jeweils zugehörigen Rechenvorschriften unter Berücksichtung der Sensordaten, wie eine messtechnisch ermittelte Gierrate, eine messtechnisch ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit und dergleichen, und dem Schwimmwinkel des Fahrzeugs jeweils drei Reifenkraftkomponenten, d. h. in Fahrzeuglängsrichtung, in Fahrzeugquerrichtung und in Fahrzeughochrichtung, für jedes der vier Räder berechnet, wobei die Radlasten bzw. die Reifennormalkräfte in der Regel zu nächst aus einer Längs- und Querbeschleunigung des Fahrzeuges sowie dessen Masse und der Schwerpunkthöhe des Fahrzeuges abgeschätzt werden.
Zwischen den dem dritten Funktionsblock F3 über den Signaleingang S10 zugeführten und vom Fahrzeugmodell ermittelten Randbedingungen und den im ersten Unterfunktionsblock F3A ermittelten am Fahrzeug bei Ansteuerung der Fahrzeugkomponente mit den theoretischen Steuerwerten theoretisch angreifenden Längs- und Querkräften sowie am Fahrzeug theoretisch wirkenden Giermomenten werden in einem zweiten Unterfunktionsblock F3B des dritten Funktionsblockes F3 Abweichungen ermittelt. Die Abweichungen werden über den Signalausgang S8 gemeinsam mit den in einem dritten Unterfunktionsblock F3C des dritten Funktionsblockes F3 ermittelten vier erforderlichen Reibwerten der vier Reifen des Fahrzeuges dem zweiten Funktionsblock F2 in Form eines Ausgangsvektors X_a zugeführt.
Die zur Umsetzung des angeforderten Soll-Fahrverhaltens des Fahrzeuges erforderlichen Reibwerte der vier Räder werden jeweils aus der Wurzel der Summe der Quadrate einer Reifenlängskraft und einer Reifenquerkraft eines jeden Reifens dividiert durch die Reifenaufstandskraft bzw. die Reifennormalkraft eines Reifens bestimmt, wobei die Reifenquerkraft jeweils eine Funktion des Schräglaufwinkels eines Reifens und der Reifenlängskraft ist.
Anschließend werden die in Form des Ausgangvektors X_a dem zweiten Funktionsblock F2 zugeführten Vektorwerte zur Bewertung des dem dritten Funktionsblock F3 während des selben Optimierungsschrittes zugeführten Testvektors X_i verwendet und ein neuer Testvektor für einen weiteren Optimierungsschritt des aktuellen Optimierungszyklus unter Berücksichtung der über den Signalausgang S4 des ersten Funktionsblockes F1 dem zweiten Funktionsblock F2 in aktualisierter Form zugeführten Betriebsgrenzen der Steuerwerte der Fahrzeugkomponenten und des Schwimmwinkels des Fahrzeugs ermittelt.
Dabei ist es bei einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die während eines Optimierungsschrittes ermittelten theoretischen Steuerwerte der Fahrzugkomponenten und der ebenfalls bestimmte Schwimmwinkel des Fahrzeugs bei Überschreiten von Schwellwerten der Abweichungen in der Optimierungsroutine erneut bestimmt werden, wobei die Startwerte des neuen Optimierungsschrittes in Abhängigkeit der ermittelten Abweichungen und unter Berücksichtigung der aktualisierten Betriebsgrenzen der Steuerwerte der Fahrzeugkomponenten und des Schwimmwinkels angepasst werden. Andererseits werden die während eines Optimierungsschrittes ermittelten theoretischen Steuerwerte bei Unterschreiten der Schwellwerte der Abweichungen von der Optimierungsroutine bzw. dem zweiten Funktionsblock F2 als Steuervorgaben für die Fahrzeugkomponenten über ein Signalausgang S6 zunächst an den ersten Funktionsblock F1 und über den Signalausgang S3 des ersten Funktionsblockes F1 an die Fahrzeugkomponenten weitergeleitet.
Bei einer weiteren alternativen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst ein Optimierungszyklus eine vordefinierte Anzahl an Optimierungsschritten, wobei von der Optimierungsroutine die theoretischen Steuerwerte der Fahrzeugkomponenten als Steuervorgaben für die Fahrzeugkomponenten ausgegeben werden, für die während des Optimierungszyklus die geringsten Abweichungen ermittelt werden. Hiervon abweichend kann es auch vorgesehen sein, dass Steuervorgaben für die Fahrzeugkomponenten in Abhängigkeit mehrerer über die Optimierungsroutine während nacheinander ausgeführter Optimierungsschritte eines Optimierungszyklus bestimmter theoretischer Steuerwerte für die Fahrzeugkomponenten bestimmt werden, wobei vorzugsweise in Abhängigkeit der jeweils ermittelten Abweichungen eine Gewichtung zwischen den verschiedenen theoretischen Steuerwerten vorgesehen sein kann.

S1 bis S10: Signal Ein- bzw. Ausgang
F1: erster Funktionsblock
F1A: Unterfunktionsblock des ersten Funktionsblockes
F2: zweiter Funktionsblock
F3: dritter Funktionsblock
F3A, F3B, F3C: Unterfunktionsblock des dritten Funktionsblockes
X₀, X_opt, X_a, X_i: Vektor

Claims

Verfahren zum Steuern mehrerer die Fahrdynamik eines Fahrzeugs beeinflussender Fahrzeugkomponenten in Abhängigkeit eines Soll-Fahrverhaltens des Fahrzeuges, welches über ein das reale Fahrverhalten des Fahrzeuges in Abhängigkeit einer Fahrerwunschvorgabe abbildende Fahrzeugmodell ermittelt wird und das durch die Ansteuerung der Fahrzeugkomponenten unter Vergleichmäßigung der Belastungen der Reifen umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit messtechnisch ermittelter Betriebszustandsparameter des Fahrzeuges und über das Fahrzeugmodell ermittelte Randbedingungen in Form jeweils einer Summe der im Bereich der Reifen am Fahrzeug angreifenden Soll-Querkräfte und Soll-Längskräfte sowie der Summe der am Fahrzeug angreifenden Soll-Giermomente innerhalb von während eines Fahrbetriebes des Fahrzeugs ermittelten Betriebsgrenzen von Steuerwerten der Fahrzeugkomponenten theoretische Steuerwerte für die Fahrzeugkomponenten bestimmt werden, die zur Ermittlung von am Fahrzeug bei Ansteuerung der Fahrzeugkomponenten mit den theoretischen Steuerwerten theoretisch angreifenden Längs- und Querkräfte sowie am Fahrzeug theoretisch wirkenden Giermomente herangezogen werden, die während einer iterativen Optimierungsroutine in Abhängigkeit von Abweichungen zwischen den Soll-Querkräften und den theoretisch am Fahrzeug angreifenden Längskräften, den Soll-Längskräften und den theoretisch am Fahrzeug angreifenden Querkräften und den Soll-Giermomenten und den theoretisch am Fahrzeug angreifenden Giermomenten bewertet werden, wobei nach Ablauf eines mehrere Optimierungsschritte umfassenden Optimierungszyklus von der Optimierungsroutine das angeforderte Soll-Fahrverhalten wenigstens annähernd umsetzende Steuervorgaben für die Fahrzeugkomponenten ausgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die während eines Optimierungsschrittes ermittelten theoretischen Steuerwerte bei Überschreiten von Schwellwerten der Abweichungen in der Opti mierungsroutine erneut bestimmt werden, wobei die Startwerte des neuen Optimierungsschrittes in Abhängigkeit der ermittelten Abweichungen und unter Berücksichtigung der Betriebsgrenzen der Steuerwerte der Fahrzeugkomponenten angepasst werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die während eines Optimierungsschrittes ermittelten theoretischen Steuerwerte bei Unterschreiten der Schwellwerte der Abweichungen von der Optimierungsroutine als Steuervorgaben für die Fahrzeugkomponenten ausgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Optimierungszyklus eine vordefinierte Anzahl an Optimierungsschritten umfasst und von der Optimierungsroutine die theoretischen Steuerwerten als Steuervorgaben ausgegeben werden, für die die geringsten Abweichungen ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Steuervorgaben für die Fahrzeugkomponenten in Abhängigkeit mehrerer über die Optimierungsroutine während nacheinander durchgeführter Optimierungsschritte eines Optimierungszyklus bestimmter theoretischer Steuerwerte für die Fahrzeugkomponenten bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils von der Optimierungsroutine ausgegebenen Steuervorgaben Startwerte für einen sich an den letzten Optimierungszyklus anschließenden weiteren Optimierungszyklus darstellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Neustart des Verfahrens in Abhängigkeit der Konfiguration der Fahrzeugkomponenten vordefinierte Steuerwerte der Fahr zeugkomponenten als Startwerte für die Optimierungsroutine verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsgrenzen der Steuerwerte der Fahrzeugkomponenten für jeden Optimierungsschritt der Optimierungsroutine in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebszustandes der Fahrzeugkomponenten erneut ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die messtechnisch ermittelten Betriebszustandsparameter des Fahrzeuges während eines Optimierungszyklus als konstant angenommen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die über das Fahrzeugmodell ermittelte Randbedingungen in Form jeweils einer Summe der im Bereich der Reifen am Fahrzeug angreifenden Soll-Querkräfte und Soll-Längskräfte sowie der Summe der am Fahrzeug angreifenden Sall-Giermomente während eines Optimierungszyklus als konstant angenommen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Betriebszustandsparameter des Fahrzeuges und der Fahrzeugkomponenten der Schwimmwinkelwert des Fahrzeugs geschätzt wird, wobei der geschätzte Schwimmwinkelwert mittels der Optimierungsroutine innerhalb über die ermittelten Betriebsgrenzen der Steuerwerte bestimmte Intervalle in Abhängigkeit der von der Optimierungsroutine ausgegebenen Steuervorgaben der Fahrzeugkomponenten optimierbar ist.