DE102006033632B4 - Method for controlling or controlling at least one driving state variable of a vehicle - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Regelung oder Steuerung zumindest einer Fahrzustandsgröße eines Fahrzeugs, bei dem ein Sollwert vorgegeben wird, aus dem ein Stellwert für mindestens einen Aktuator im Fahrzeug zur Änderung der aktuellen Einstellung ermittelt wird, wobei der Sollwert sich aus einem stationären Sollwertanteil und einem dynamischen Sollwertanteil zusammensetzt, wobei der stationäre Sollwertanteil in einem stationären mathematischen Fahrzeugmodell und der dynamische Sollwertanteil in einem dynamischen mathematischen Fahrzeugmodell ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem dynamischen Fahrzeugmodell eine Rückführung des dynamischen Sollwertanteils durchgeführt wird, indem der dynamische mit dem stationären Sollwertanteil verglichen und aus der Abweichung eine Eingangsgröße für das dynamische Fahrzeugmodell ermittelt wird. Method for controlling or controlling at least one driving state variable of a vehicle, in which a setpoint value is determined, from which a setpoint value for at least one actuator in the vehicle for changing the current setting is determined, wherein the setpoint value is composed of a stationary setpoint component and a dynamic setpoint component, wherein the stationary setpoint component in a stationary mathematical vehicle model and the dynamic setpoint component in a dynamic mathematical vehicle model is determined, characterized in that in the dynamic vehicle model a feedback of the dynamic setpoint component is performed by comparing the dynamic with the stationary setpoint component and the deviation Input variable for the dynamic vehicle model is determined.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung oder Steuerung zumindest einer Fahrzustandsgröße eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a method for controlling or controlling at least one driving state variable of a vehicle according to the preamble of
In
Auch der aktuelle Fahrzustand fließt in die Berechnung der Sollwerte ein, indem aktuelle Fahrzeugbewegungsgrößen, beispielsweise die Querbeschleunigung, für die Sollwertbildung verwendet werden. Dadurch bildet die Sollwertgenerierung eine zusätzliche geschlossene Regelungsschleife, die nicht mehr von der eigentlichen Regelung getrennt ist. Dieser Ansatz führt zu einem erhöhten Applikationsaufwand, weil die Anzahl der Einstellparameter sehr hoch ist und eine Vielzahl komplexer Wechselwirkungen in den Bestandteilen des Reglers auftreten.The current driving state also flows into the calculation of the setpoint values by using current vehicle motion variables, for example the lateral acceleration, for the setpoint formation. As a result, the setpoint generation forms an additional closed control loop, which is no longer separated from the actual control. This approach leads to an increased application effort because the number of setting parameters is very high and a variety of complex interactions occur in the components of the regulator.
Die gattungsbildende
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sollwerte für die Regelung oder Steuerung einer Fahrzustandsgröße in einem Fahrzeug in einfacher Weise und mit geringem Aufwand zu berechnen.The invention has for its object to calculate the setpoints for the control or control of a driving state variable in a vehicle in a simple manner and with little effort.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Regelung oder Steuerung zumindest einer Fahrzustandsgröße eines Fahrzeugs wird ein Sollwert ermittelt, der sich aus einem stationären Sollwertanteil und einem dynamischen Sollwertanteil zusammensetzt. Der stationäre Sollwertanteil wird in einem stationären mathematischen Fahrzeugmodell und der dynamische Sollwertanteil in einem dynamischen mathematischen Fahrzeugmodell ermittelt. Auf diese Weise kann die Sollwertvorgabe getrennt von der Regelung bzw. der Steuerung durchgeführt werden, wodurch der Applikationsaufwand für die Durchführung der Sollwertermittlung erheblich reduziert wird. Wechselwirkungen mit der eigentlichen Regelung bzw. Steuerung werden vermieden, ebenso wird die Anzahl der einzustellenden Parameter verringert.In the method according to the invention for controlling or controlling at least one driving state variable of a vehicle, a setpoint value is determined, which is composed of a stationary setpoint component and a dynamic setpoint component. The steady-state setpoint component is determined in a stationary mathematical vehicle model and the dynamic setpoint component in a dynamic mathematical vehicle model. In this way, the setpoint specification can be performed separately from the control or the control, whereby the application cost for the implementation of the setpoint determination is significantly reduced. Interactions with the actual control or control are avoided, as well as the number of parameters to be set is reduced.
In dem mathematischen Ersatz- bzw. Fahrzeugmodell, das der Sollwertbildung zugrunde gelegt wird, werden stationäre bzw. dynamische Anteile des Sollwertes ermittelt, wobei in dem dynamischen Fahrzeugmodell auch eine Rückführung des dynamischen Sollwertanteils durchgeführt wird, indem der dynamische mit dem stationären Sollwertanteil verglichen und aus der Abweichung eine Eingangsgröße für das dynamische Fahrzeugmodell ermittelt wird. Diese Rückführung weist zusätzliche Vorteile auf, da bereits in der Sollwertbildung über nur wenige Parameter Einfluss auf die Agilität und die Dämpfung genommen werden kann.In the mathematical replacement or vehicle model, which is based on the setpoint formation, stationary or dynamic components of the setpoint are determined, wherein in the dynamic vehicle model also a return of the dynamic setpoint share is performed by comparing the dynamic with the stationary setpoint share and off the deviation of an input variable for the dynamic vehicle model is determined. This feedback has additional advantages, since influencing the agility and the damping can already be taken in the setpoint formation via only a few parameters.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Sollwerte für alle bewegungsrelevanten Systemgrößen ermittelt werden. Hierbei ist eine dynamische Konsistenz der Sollgrößen gewährleistet, und zwar für alle Fahrmanöver und alle Fahrsituationen. Im Vergleich zu Ausführungen aus dem Stand der Technik ist der Applikationsaufwand verringert, da aufgrund der getrennten Sollwertvorgabe keine Vermischung mit der Regelung bzw. Steuerung stattfindet. Die Sollwertberechnung erfolgt unabhängig von der anschließend durchzuführenden Regelung bzw. Steuerung.With the method according to the invention, setpoint values for all motion-relevant system variables can be determined. Here, a dynamic consistency of the setpoints is guaranteed, and indeed for all driving maneuvers and all driving situations. Compared to prior art embodiments, the application effort is reduced, since due to the separate setpoint specification no mixing with the control or control takes place. The setpoint calculation takes place independently of the control or control to be subsequently performed.
Als Fahrerwunschgröße, die der Ermittlung des Sollwerts zugrunde gelegt wird, kommt beispielsweise der Lenkwinkel, die Bremspedalstellung, die Gaspedalstellung und/oder die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit in Betracht. Ausgehend von diesen vom Fahrer vorzugebenden Größen, die sowohl dem stationären als auch dem dynamischen Fahrzeugmodell zugeführt werden, werden entsprechende Sollwertanteile gebildet, die in einem weiteren Verfahrensschritt zu dynamischen und stationären Sollwertanteilen verarbeitet werden, die zu der endgültigen Sollwertgröße zusammengesetzt werden. Unter Berücksichtigung des dynamischen Sollwertanteils erfolgt dies in der Weise, dass die Fahrerwunschgröße zunächst sowohl dem stationären als auch dem dynamischen Fahrzeugmodell zugeführt wird, wo jeweils ein entsprechender Sollwertanteil ermittelt wird. Der dynamische Sollwertanteil wird in einer Rückführung mit dem zuvor ermittelten stationären Sollwertanteil verglichen, wobei die Abweichung als Regelabweichung einem Regler zugeführt wird, in welchem ein Regelausgang berechnet wird, die wiederum dem dynamischen Fahrzeugmodell zugeführt wird. Auf diese Weise wird die Stabilität des Fahrzeugs bereits bei der Berechnung des Sollwertes berücksichtigt.As a desired driver size, which is used as the basis for determining the desired value, for example, the steering angle, the brake pedal position, the accelerator pedal position and / or the vehicle longitudinal speed comes into consideration. Based on these preselected by the driver sizes that are supplied to both the stationary and the dynamic vehicle model, corresponding setpoint components are formed, which in another Process step to dynamic and stationary setpoint components are processed, which are assembled to the final setpoint size. Taking into account the dynamic setpoint share, this is done in such a way that the driver's desired size is initially supplied to both the stationary and the dynamic vehicle model, where in each case a corresponding setpoint value is determined. The dynamic setpoint component is compared in a feedback with the previously determined stationary setpoint component, wherein the deviation is supplied as a control deviation to a controller in which a control output is calculated, which in turn is supplied to the dynamic vehicle model. In this way, the stability of the vehicle is already considered in the calculation of the setpoint.
Das Verfahren kann sowohl bei Regelungen als auch bei Steuerungen von Fahrzustandsgrößen in Fahrzeugen eingesetzt werden. Es kann sowohl die Fahrzeugquerdynamik als auch die Fahrlängsdynamik in dem Verfahren zur Steuerung oder Regelung betrachtet werden als auch eine Kombination von Fahrzeuglängs- und Fahrzeugquerdynamik.The method can be used both in regulations and in controls of driving state variables in vehicles. It can be considered both the vehicle lateral dynamics and the driving dynamics in the method of control or regulation as well as a combination of vehicle longitudinal and vehicle transverse dynamics.
Figurenlistelist of figures
Weitere Vorteile und Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
-
1 ein Blockschaltbild mit der Darstellung der Sollwertermittlung unter Berücksichtigung von stationären und dynamischen Sollwertanteilen, -
2 Kurvenverläufe für die Querbeschleunigung, die Gierrate und den Schwimmwinkel, jeweils dargestellt für ein lineares und ein erweitertes stationäres Modell, -
3 Kurvenverläufe für die Querbeschleunigung, die Gierrate und den Schwimmwinkel als Funktion eines vorgegebenen Lenkwinkelverlaufs (oberes Schaubild), jeweils dargestellt für ein erweitertes stationäres Modell, für ein dynamisches Modell und für ein erweitertes dynamisches Modell, -
4 Kurvenverläufe für die Querbeschleunigung, die Gierrate und den Schwimmwinkel, jeweils als Reaktion auf einen vorgegebenen Lenkwinkelverlauf (oberes Schaubild), dargestellt für ein erweitertes stationäres Modell, für ein dynamisches lineares Modell und für ein dynamisches Modell mit Rückführung.
-
1 a block diagram with the presentation of the setpoint determination taking into account stationary and dynamic setpoint components, -
2 Curves for the lateral acceleration, the yaw rate and the slip angle, respectively shown for a linear and an extended stationary model, -
3 Curves for lateral acceleration, yaw rate and slip angle as a function of a given steering angle progression (upper graph), respectively, shown for an extended stationary model, for a dynamic model and for an extended dynamic model, -
4 Curves for the lateral acceleration, the yaw rate and the slip angle, respectively in response to a given steering angle curve (upper diagram), shown for an extended stationary model, for a dynamic linear model and for a dynamic model with feedback.
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
Folgende Symbole werden in der nachfolgenden Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet:
- Einschlag der vorderen Räder
δF , - Fahrzeugmasse m,
- Fahrzeugträgheitsmoment um die Hochachse
J , - Fahrzeuglängsgeschwindigkeit
νx , - Fahrzeugquergeschwindigkeit
νy , - Schwimmwinkel
β , - Fahrzeugquerbeschleunigung
αy , - Fahrzeuggiergeschwindigkeit ψ̇,
- Querkraft an der Vorderachse
FF , - Normalkraft an der Vorderachse
FzF , - Querkraft an der Hinterachse
FR , - Normalkraft an der Vorderachse
FzR , - Schräglaufwinkel der vorderen Räder
αF , - Schräglaufwinkel der hinteren Räder
αR , - Steifigkeit der Vorderachse
cF , - Steifigkeit der Hinterachse
cR , - Abstand zwischen der Vorderachse und dem Fahrzeugschwerpunkt
lF , - Abstand zwischen der Hinterachse und dem Fahrzeugschwerpunkt
lR , - Moment um die Hochachse
Mz .
- Impact of the front wheels
δ F . - Vehicle mass m,
- Vehicle moment of inertia about the vertical axis
J . - Vehicle longitudinal speed
ν x . - Vehicle lateral velocity
ν y . - float angle
β . - Vehicle lateral acceleration
α y . - Vehicle yaw rate ψ̇,
- Lateral force on the front axle
F F . - Normal force at the front axle
F zF . - Lateral force on the rear axle
F R . - Normal force at the front axle
F zR . - Slip angle of the front wheels
α F . - Slip angle of the rear wheels
α R . - Stiffness of the front axle
c f . - Stiffness of the rear axle
c R . - Distance between the front axle and the center of gravity of the vehicle
l F . - Distance between the rear axle and the center of gravity of the vehicle
l R . - Moment around the vertical axis
M z ,
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel an Hand des in
Der in
Die Sollwertbildung erfolgt modellbasiert, indem ein Fahrerwunsch, beispielsweise der Lenkwinkel, der Pedalweg des Brems- und/oder des Beschleunigungspedals, der aktuell eingelegte Gang oder sonstige vom Fahrer zu beeinflussende Größen dem Sollwertblock als Eingangsgrößen zugeführt werden, und zwar sowohl dem Block
Nach dem Stand der Technik wird für die Sollwertgenerierung des Fahrzeugstabilitätsreglers ein quasistatisches, lineares Referenzmodell verwendet. Als Ausgangspunkt dient beispielhaft ein lineares Einspurmodell:
Dabei wird das Differentialgleichungssystems (
Die Gleichung (2) entspricht der Ackermann-Gleichung und wird für die Sollwertberechnung verwendet.Equation (2) corresponds to the Ackermann equation and is used for the setpoint calculation.
Berücksichtigt man, dass bei einer stationären Kurvenfahrt die Ableitung der Quergeschwindigkeit ν̇y gleich Null ist, so ist die Querbeschleunigung
Die Sollwerte für die Bewegungsgrößen ψ̇,
Beispielhafte Verläufe der Sollwerte ψ̇,
Die Sollgrößen für die Fahrzeugbewegung allein stationär zu berechnen, hat verschiedene Nachteile. Die Fahrzeugeigendynamik, dass heißt die Unterschiede in der Phasenlage der einzelnen Größen bei einem dynamischen Fahrmanöver, kann nicht berücksichtigt werden. Die Begrenzung der Querbeschleunigung
Um die physikalische Begrenzungen konsistent einbeziehen zu können, wird ein erweitertes Modell vorgeschlagen. Es beruht ebenfalls auf dem Einspurmodell:
Dabei wird nach ein lineares Reifenverhalten an der Hinterachse vorausgesetzt:
Dadurch wird ein im fahrzeugtechnischen Sinne stabiles Verhalten des Referenzmodells gewährleistet.As a result, a behavior of the reference model which is stable in the vehicle technical sense is ensured.
Um die Begrenzungen der relevanten kinematischen Größen zu realisieren, wird vorgeschlagen, das lineare Verhalten der Vorderachse um eine Kraftsättigung zu erweitern:
Das Verfahren ist nicht auf die zwei vorgestellten Formen der Funktionen
Das Auflösen der Gleichungen (6) bis (10) nach den Ruhelagen liefert für den linearen Arbeitsbereich
und für den gesättigten Bereich
and for the saturated area
Beispielhafte Verläufe der Sollwerte für einen konstanten Lenkwinkel und steigende Längsgeschwindigkeit
Um die Eigendynamik des Fahrzeugs in die Sollwertgenerierung einzubeziehen wird das dynamische Modell (Gleichungen (6) bis (11)) eingesetzt. In
Die strichpunktierten Linien entsprechen Berechnungen nach dem erweitertem stationärem Modell (Gleichungen (14), (15)), die gestrichelten Linien stellen die Sollwertvorgaben an Hand dynamisches Modells (Gleichung (1)) dar, und die durchgezogenen Linien zeigen die Ergebnisse des erweiterten dynamischen Modells (Gleichungen (6) bis (11)). Es ist ersichtlich, dass das erweiterte dynamische Modell in der Lage ist, die physikalische Phasenverschiebungen der kinematischen Größen ψ̇,
Daher wird vorgeschlagen, für die Sollwertbildung sowohl ein statisches bzw. stationäres als auch ein dynamisches Modell anzusetzen. In
Als Rückführgröße ist die Gierrate ψ̇ vorstellbar, da sie die höchsten Schwingungen aufweist. Als Regler kann zum Beispiel ein einfacher P-Regler verwendet werden.As a feedback variable, the yaw rate ψ̇ is conceivable since it has the highest vibrations. As a controller, for example, a simple P-controller can be used.
Durch die Veränderung der Reglerparameter kann die Sollwertgenerierung gezielt eingestellt werden. Zum Beispiel kann durch die Verstärkung der Reglerparameter mehr Agilität und stärker gedämpftes Fahrverhalten erreicht werden.By changing the controller parameters, the setpoint generation can be set specifically. For example, by increasing the controller parameters, more agility and more muted drivability can be achieved.
Der Fahrerwunsch für eine Abbremsung bzw. Beschleunigung kann zum Beispiel aus der Brems- bzw. Gaspedalstellung und der eingelegten Gangstufe abgeleitet werden. Ausgehend von dieser Informationen können die Modellparameter
Beispielhafte Verläufe der Sollgrößen ψ̇,
Das modellbasierte Verfahren eignet sich für die Realisierung beliebiger Fahrdynamik für Kraftfahrzeuge z.B. ESP, Active Front Steering, Active Rear Steering, Active Suspension.The model-based method is suitable for the realization of any driving dynamics for motor vehicles, e.g. ESP, Active Front Steering, Active Rear Steering, Active Suspension.
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„ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 96", 1994, Seiten 674 bis 689 |
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