DE102006036751A1 - Vehicle`s driving condition parameter controlling method, involves determining lateral guided force in accordance with given kinematic relation as function of rack steering force which acts in rack steering of steering system of vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung oder Steuerung zumindest einer Fahrzustandsgröße eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The The invention relates to a method of control at least one driving state quantity of a Vehicle according to the preamble of claim 1.
In
Ausgehend von dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkradwinkel wird eine Sollgiergeschwindigkeit ermittelt, die mit einer Gierrate verglichen und einer Giergeschwindigkeitsregelung zugrunde gelegt wird. Über den Gierratenregler wird das für die Fahrzeugquerführung erforderliche Giermoment bereitgestellt, das über gezielte Bremseingriffe an einzelnen Rädern des Fahrzeuges umgesetzt wird.outgoing a desired yaw rate is determined from the steering wheel angle specified by the driver, which compared with a yaw rate and a yaw rate control is taken as a basis. about the yaw rate controller will do that for the vehicle transverse guidance required yaw moment provided by targeted braking interventions on individual wheels of the vehicle is implemented.
Die Regelung der Giergeschwindigkeit alleine kann jedoch bei niedrigen Haftreibwerten an den Reifen zu großen Schwimmwinkeln und damit zur Instabilität des Fahrzeugs führen. Aus diesem Grund wird neben der Regelung der Giergeschwindigkeit auch eine Begrenzung des Fahrzeugschwimmwinkels im Regelkonzept eingeführt, wofür aber die Kenntnis der Seitenkräfte am Reifen erforderlich ist. Für die Ermittlung der Seitenkräfte werden aufwändige Reifenmodelle benötigt, die jedoch aufgrund der Komplexität der Reifendynamik immer mit einem Unsicherheitsfaktor behaftet sind.The Control of yaw rate alone, however, can be at low Static friction values on the tires to large angles of slip and thus to instability lead the vehicle. For this reason, in addition to the regulation of the yaw rate too introduced a limitation of the vehicle swimming angle in the control concept, but what the knowledge the lateral forces on the tire is required. For the determination of lateral forces become elaborate Tire models needed, However, due to the complexity of the tire dynamics always with an uncertainty factor.
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, auf einfache Weise und mit hoher Genauigkeit die Seitenführungskraft an einem Reifen eines Fahrzeuges für die Regelung oder Steuerung zumindest einer Fahrzustandsgröße zu bestimmen.From Based on this prior art, the invention has the object based, in a simple manner and with high accuracy the cornering force on a tire of a vehicle for control or regulation to determine at least one driving state variable.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.These Task is according to the invention with the Characteristics of claim 1 solved. The dependent claims give expedient further education at.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Regelung oder Steuerung einer Fahrzustandsgröße wird die Seitenführungskraft an einem Reifen des Fahrzeugs aus einem vorgegebenen, kinematischen Zusammenhang als Funktion der Zahnstangenkraft ermittelt, die in der Zahnstange des Lenksystems des Fahrzeuges wirkt. Diese Zahnstangenkraft wiederum kann als Funktion der im Lenksystem wirkenden Momente berechnet werden. Auf diese Weise wird ein Zusammenhang zwischen den Lenkmomenten im Lenksystem und der Seitenführungskraft geschaffen, die für verschiedene fahrdynamische Regelungs- oder Steuerungskonzepte benötigt wird. In dieser Ausführung kann grundsätzlich auf die Verwendung eines Reifenmodelles verzichtet werden, wodurch eine erhebliche Verfahrensvereinfachung erzielt wird. In dem Wert der ermittelten Seitenführungskraft am Reifen steckt die Information über die aktuellen Reibwerte am Reifen, die jedoch nicht wie sonst im Stand der Technik üblich aus den Reifenmodellen berechnet werden müssen, sondern implizit in den Lenkmomenten, welche im Lenksystem wirken, enthalten sind. Diese Lenkmomente können mithilfe geeigneter Sensorik ermittelt werden, es handelt sich bei den Lenkmomenten zweckmäßig um ein vom Fahrer erzeugtes Handmoment sowie ein Motormoment eines unterstützenden Servomotors.at the method according to the invention for controlling or controlling a driving state quantity becomes the cornering force on a tire of the vehicle from a given, kinematic context as a function of the rack force determined in the rack the steering system of the vehicle acts. This rack power can turn be calculated as a function of the moments acting in the steering system. In this way, a relationship between the steering moments in the steering system and cornering power created for various dynamic control or control concepts is needed. In this version can basically to dispense with the use of a tire model, creating a considerable procedural simplification is achieved. In the value of determined cornering force the tire contains the information about the current coefficients of friction on the tire, but not as usual in the prior art usual tire models, but implicitly in the steering moments, which act in the steering system, are included. These steering moments can help with appropriate sensors are determined, it is at the steering torque appropriate to one generated by the driver hand torque and an engine torque of a supporting Servomotor.
Da die Lenkmomente mit hoher Genauigkeit bestimmt werden können und ein Maß für die aktuellen Reibwerte an den Reifen sind, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einfachen Mitteln fahrdynamische Reserven ausgeschöpft werden, indem man Kenntnis erlangt von Querbeschleunigungsgrößen und damit zusammenhängenden Größen. Es können Reibwertschätzungen durchgeführt werden, um insbesondere den Reibwert der Straße zu ermitteln. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Qualitätsverbesserung im Hinblick auf das zu ermittelnde Handmoment, das der Fahrer beim Halten des Lenkrades bei einem bestimmten Lenkradwinkel verspürt und das sich beispielsweise bei einem Übergang des Fahrzeuges von einer Straßenoberfläche mit hohem Reibwert auf eine Straßenoberfläche mit geringem Reibwert ändert. Eine Verbesserung der Rückkopplung in diesen Fällen zeigt dem Fahrer den verringerten Reibwert an, so dass der Fahrer auf den geänderten Straßenzustand entsprechend reagieren kann. Im Stand der Technik wird diese unmittelbare Rückkopplung durch die Trägheit des Servomotors stark gedämpft und verzögert übertragen, was eine unmittelbare Fahrerreaktion erschwert bzw. verhindert. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die unmittelbare Rückkopplung aufgrund der Kenntnis der Seitenführungskraft durch entsprechende fahrzeugseitige Einstellungen in den Aktuatoren erzeugt werden.There the steering torque can be determined with high accuracy and a measure of the current Friction on the tires are, can with the method according to the invention exhausted driving dynamics reserves with simple means, by becoming aware of lateral acceleration quantities and related Sizes. It can Reibwertschätzungen be performed, in particular to determine the coefficient of friction of the road. Another possibility consists in quality improvement with regard to the hand torque to be determined, which the driver during Holding the steering wheel at a certain steering wheel angle felt and the For example, during a transition of the vehicle from a road surface with high coefficient of friction on a road surface with low Friction value changes. An improvement in feedback in these cases indicates the driver the reduced coefficient of friction, so that the driver on the changed road Conditions can react accordingly. In the prior art, this immediate feedback becomes through the inertia strongly damped by the servomotor and delayed transmission, which makes an immediate driver reaction difficult or impossible. In the method according to the invention can the immediate feedback due to the knowledge of the cornering force by appropriate Vehicle-side settings are generated in the actuators.
Gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass die Zahnstangenkraft stationär aus einem Anteil des Handmomentes und des Motormomentes des unterstützenden Servomotors berechnet wird, wobei die Lenkübersetzungen zum einen vom Ritzel im Lenksystem auf die Zahnstange und zum anderen vom Servomotor auf die Zahnstange berücksichtig werden. Bei diesem Servomotor handelt es sich üblicherweise um einen Elektromotor, welcher zur Unterstützung und ggf. Reduzierung des vom Fahrer aufzubringenden Lenkmomentes im Lenksystem vorgesehen ist. Anstelle eines elektrischen Servomotors kann auch eine hydraulische Servo-Stelleinrichtung vorgesehen sein, die einen Hydraulikzylinder umfasst, wobei der Hydraulikdruck zweckmäßig über eine elektromotorisch angetriebene Hydraulikpumpe erzeugt wird.According to an advantageous further embodiment it is provided that the rack power is calculated stationary from a proportion of the manual torque and the motor torque of the supporting servo motor, the steering ratios are taken into account on the one hand by the pinion in the steering system on the rack and on the other hand by the servo motor on the rack. This servomotor is usually an electric motor, which is provided to support and possibly reduce the steering torque to be applied by the driver in the steering system. Instead of an electric servomotor and a hydraulic servo-adjusting device may be provided, the one Hydraulic cylinder comprises, wherein the hydraulic pressure is expediently generated by an electric motor driven hydraulic pump.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung wird die Zahnstangenkraft als Funktion eines Schätzfehlers berechnet, der sich aus der Differenz zwischen berechneten Zustandsgrößen in einem mathematischen Fahrzeugmodell und entsprechenden Messgrößen ergibt. Die berechneten Zustandsgrößen in dem mathematischen Modell sind als Funktion der im Lenksystem wirkenden Lenkmomente darstellbar. In dieser Ausführung wird die Zahnstangenkraft insbesondere nach Art eines geschlossenen Regelkreises unter Verwendung eines Schätzers bzw. Reglers aus dem genannten Schätzfehler ermittelt, wobei der ermittelte Wert der Zahnstangenkraft in der geschlossenen Schleife wieder dem mathematischen Modell zur Berechnung der Zustandsgrößen zugeführt wird. Auf diese Weise wird nach dem Einschwingen des Systems ein zuverlässiger Wert für die Zahnstangenkraft erzielt, der schließlich gemäß dem bekannten Zusammenhang unter Berücksichtigung der Radkinematik im Lenksystem der Berechnung der Seitenführungskraft an dem dressierenden Reifen zugrunde gelegt wird.According to one another preferred embodiment the rack force is calculated as a function of an estimation error that varies from the difference between calculated state variables in one mathematical vehicle model and corresponding measured quantities. The calculated state variables in the mathematical model are acting as a function of the steering system Steering moments representable. In this embodiment, the rack-and-pinion force becomes in particular in the manner of a closed loop using an estimator or Regulator from the mentioned estimation error determined, wherein the determined value of the rack force in the closed loop again the mathematical model for calculation the state variables is supplied. In this way, after the settling of the system becomes a reliable value for the Rack power achieved, the finally according to the known context considering Wheel kinematics in steering system of calculation of cornering force is based on the training tire.
In einer vorteilhaften weiteren Ausführung sind die Zustandsgrößen der Lenkradwinkel und der Motorlagewinkel des unterstützenden Servomotors, die in dem mathematischen Ersatzmodell berechnet und mit entsprechenden Messgrößen verglichen werden. Auf diese Messgrößen kann üblicherweise in Fahrdynamik-Regelsystemen zurückgegriffen werden.In an advantageous further embodiment, the state variables of Steering wheel angle and the motor angle of the supporting Servo motor, which is calculated in the mathematical equivalent model and be compared with corresponding measured variables. These measures can usually be found in Vehicle dynamics control systems used become.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:Further Advantages and expedient designs are the further claims, the figure description and the drawings. Show it:
Bei
dem in
Im
Lenksystem
In
Betrachtet
man den Aufbau an der Vorderachse, so wird erkenntlich, dass die über den
Reifen in die Radaufhängung
eingeleiteten Seitenführungskräfte in ein
Lenkmoment transformiert werden, das sich an der Spurstange abstützt. Bei
Kenntnis der Radaufhängungskinematik
kann ein Zusammenhang zwischen der achsseitig eingeleiteten Seitenführungskraft
Fy und der Spur- bzw. Zahnstangenkraft FZ angegeben werden:
Die
Zahnstangenkraft FZ wird als Funktion f(T)
der im Lenksystem wirkenden Lenkmomente T berechnet:
Die Ausführung hat den Vorteil, dass auch ohne ein aufwändiges Reifenmodell berücksichtigen zu müssen Kenntnis über die aktuelle, an einem interessierenden Reifen wirkende Seitenführungskraft Fy erlangt werden kann.The embodiment has the advantage that it is also possible to take note of the current lateral force F y acting on a tire of interest even without having to take into account a complex tire model.
Die Seitenführungskräfte Fy können zum einen zur Plausibilisierung von Sensorgrößen eingesetzt werden. Zum andern kann der Schwimmwinkel im Fahrzeug – die Abweichung zwischen der Längsachse und dem Vektor der tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs – berechnet werden. Außerdem können Dynamikreserven des Fahrzeuges, also Querbeschleunigungsgrößen bzw. damit zusammenhängende Größen, bestimmt werden. Schließlich ist es möglich, Reibwertschätzungen durchzuführen und insbesondere den Reibwert zwischen Reifen und Straße zu ermitteln. Da die aktuellen Seitenführungskräfte Fy für jedes gelenkte Rad separat bestimmt werden können, können auch μ-split-Situationen erfasst werden, bei denen an den Rädern links und rechts am Fahrzeug unterschiedliche Reibwerte vorliegen.The cornering forces F y can be used for plausibility of sensor sizes. On the other hand, the slip angle in the vehicle - the deviation between the longitudinal axis and the vector of the actual speed of the vehicle - can be calculated. In addition, dynamic reserves of the vehicle, ie lateral acceleration variables or related variables, can be determined. Finally, it is possible to carry out friction coefficient estimates and, in particular, to determine the coefficient of friction between the tire and the road. Since the current cornering forces F y for each steered wheel can be determined separately, it is also possible to detect μ-split situations in which there are different coefficients of friction at the wheels on the left and right of the vehicle.
Wie
Die
Seitenführungskraft
Fy wird, wie oben angegeben, unter Berücksichtigung
des Kinematikzusammenhangs f(Vkin) gemäß
Ein
alternatives Verfahren zur Bestimmung der Zahnstangenkraft FZ ist in
Das
mathematische Modell liegt im Block
Die
berechneten Zustandsgrößen x mit des Modells werden anschließend mit
korrespondierenden Messgrößen verglichen. Der daraus erhaltene
Schätzfehler
e mit
Die
auf diese Weise ermittelte Zahnstangenkraft FZ wird
in einer rückführenden
Schleife wieder als Eingangsgröße dem Eingangsvektor
im Block
Die
Zahnstangenkraft FZ wird schließlich im weiteren
Block
Die
Seitenführungskraft
ist in dieser Weise für
die gelenkten Vorderräder
ermittelt worden. Unter Berücksichtigung
der Gesamt-Querkraft am Fahrzeug kann aus der Seitenführungskraft
F V / y für die
Vorderachse auch die Seitenführungskraft
F H / y für die
Hinterachse berechnet werden:
Die beschriebenen Verfahren werden in einem Regel- und Steuergerät im Fahrzeug durchgeführt, in welchem die Seitenführungskraft der Ermittlung von Stellsignalen zur Beaufschlagung diverser Aktuatoren und Stelleinrichtungen im Fahrzeug zugrunde gelegt wird, beispielsweise den Bremssystemen oder dem Motormanagement.The described method are in a control and regulation device in the vehicle carried out, in which the cornering force the determination of actuating signals for the application of various actuators and adjusting devices in the vehicle is used, for example the brake systems or the engine management.
- 11
- Lenksystemsteering system
- 22
- Lenkradsteering wheel
- 33
- Lenkwellesteering shaft
- 44
- ÜberlagerungsgetriebeSuperposition gear
- 55
- Stellmotorservomotor
- 66
- Lenkgetriebesteering gear
- 77
- Zahnstangerack
- 88th
- Vorderradfront
- 99
- Servomotorservomotor
- 1010
- Reifentires
- 1111
- Gestängelinkage
- 1212
- Blockblock
- 1313
- Blockblock
- 1414
- Blockblock
- δLR δ LR
- Lenkradwinkelsteering wheel angle
- δM δ M
- ZusatzdrehwinkelAdditional angle of rotation
- δv δ v
- Radlenkwinkelwheel steering angle
- TEPS T EPS
- Motormomentengine torque
- TH T H
- Handmomentmanual torque
- FZ F Z
- ZahnstangenkraftRack force
- Fy F y
- SeitenführungskraftCornering force
Claims (8)
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