DE102007015066B4 - Method and device for regulating drive slip - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Regelung des Antriebsschlupfes, wobei wenigstens den Raddrehgeschwindigkeiten (ω, ω) der angetriebenen Räder entsprechende Signale einer Auswerteschaltung zugeführt werden, welche diese Raddrehgeschwindigkeiten (ω, ω) hinsichtlich des Auftretens einer Durchdrehneigung überwacht und welche Steuersignale zur Bremsung wenigstens eines Rades und/oder zur Beeinflussung eines Motormomentes bei Durchdrehneigung erzeugt, und wobei eine Summenraddrehgeschwindigkeitsgröße (ω), welche zumindest aus den Raddrehgeschwindigkeiten (ω, ω) der angetriebenen Räder bestimmt wird, zur Regelung herangezogen wird, wobei mit Hilfe eines Kalman-Filters (8) eine Schätzung der Summenraddrehgeschwindigkeitsgröße (ω) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Schätzung der Summenraddrehgeschwindigkeitsgröße (ω) durch den Kalman-Filter mindestens ein Maß für einen Messfehler (R) bestimmt und bei der Schätzung der Summenraddrehgeschwindigkeitsgröße (ω) berücksichtigt wird, welches aus den gemessenen Raddrehgeschwindigkeiten (ω, ω), und insbesondere aus der gemessenen Motordrehzahl (n), bestimmt wird, wobei für die gemessenen Raddrehgeschwindigkeiten (ω, ω), insbesondere für die Summe der gemessene Raddrehgeschwindigkeiten (y), und/oder für die gemessene Motordrehzahl (n), insbesondere für den Quotienten (y) aus gemessener Motordrehzahl (n) und einem Motordrehzahl-Raddrehzahl-Übersetzungsverhältnis (i), jeweils ein Maß für den Messfehler (R) mit Hilfe von zwei Tiefpassfiltern (12, 13), insbesondere erster Ordnung, bestimmt wird.Method for controlling the drive slip, whereby at least the wheel speeds (ω, ω) of the driven wheels corresponding signals are fed to an evaluation circuit, which monitors these wheel speeds (ω, ω) with regard to the occurrence of a tendency to spin and which control signals for braking at least one wheel and / or generated for influencing an engine torque when there is a tendency to spin, and a sum wheel speed variable (ω), which is determined at least from the wheel speed (ω, ω) of the driven wheels, is used for regulation, with the help of a Kalman filter (8) an estimate of the Sum wheel speed variable (ω) is carried out, characterized in that when estimating the sum wheel speed variable (ω) by the Kalman filter, at least one measure for a measurement error (R) is determined and when estimating the sum wheel speed variable (ω), which from the measured wheel speeds (ω, ω), and in particular from the measured engine speed (n), is determined, for the measured wheel speeds (ω, ω), in particular for the sum of the measured wheel speeds (y), and / or for the measured engine speed (n), in particular for the quotient (y) of measured engine speed (n) and an engine speed-wheel speed gear ratio (i), a measure for the measurement error (R) with the aid of two low-pass filters (12, 13), in particular the first Okay, is determined.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff von Anspruch 9.The invention relates to a method according to the preamble of
Aus der
Ein weiteres Antriebsschlupfregelsystem zur Begrenzung eines Radschlupfs bei der Übertragung eines Antriebsmoments an die Antriebsräder ist aus der
Ferner offenbar die
Es ist bekannt, dass Radschwingungen zu einem signifikanten Schwingen der Regelgrößen eines Traktionsregelsystems führen können, welche aus den Signalen der Raddrehgeschwindigkeiten gebildet werden. Die bisher eingesetzten Filter zur Dämpfung der Schwingungen führen zu einem starken Phasenverzug in den Regelgrößen, d.h. das gedämpfte Signal eilt dem Messsignal nach. Dies führt zu einer spürbaren Verschlechterung der Regelgüte des Traktionsregelsystems.It is known that wheel vibrations can lead to a significant oscillation of the controlled variables of a traction control system, which are formed from the signals of the wheel rotation speeds. The filters used to dampen the vibrations lead to a strong phase delay in the controlled variables, i.e. the damped signal lags behind the measurement signal. This leads to a noticeable deterioration in the control quality of the traction control system.
Bei der Antriebsschlupf- oder Traktionsregelung wird neben der Geschwindigkeit der Einzelräder auch die Summengeschwindigkeit über alle Antriebsräder geregelt. Die Summengeschwindigkeit ist besonders im Anfahrbereich wichtig, um die Drehzahl des Motors in seinem optimalen Drehzahlbereich zu halten.With traction control or traction control, in addition to the speed of the individual wheels, the total speed is also controlled across all drive wheels. The total speed is particularly important in the start-up area in order to keep the engine speed in its optimal speed range.
Besonders problematisch sind Störungen der Regelgrößen durch Schwingungen des Antriebsstranges. Die Regelung nach der Summengeschwindigkeit wird besonders durch Antriebsstrangschwingungen erschwert. Die übliche Tiefpassfilterung der gemessenen Summengeschwindigkeit mit einem Filter erster Ordnung führt zu einer deutlich schlechteren Signalgüte und damit zu einer schlechteren Regelung.Malfunctions in the controlled variables due to vibrations of the drive train are particularly problematic. The control according to the total speed is made particularly difficult by drive train vibrations. The usual low-pass filtering of the measured total speed with a first-order filter leads to a significantly poorer signal quality and thus to poorer regulation.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zur Antriebsschlupfregelung sowie ein verbessertes Antriebsschlupfregelsystem bereitzustellen.The object of the invention is therefore to provide an improved method for traction control and an improved traction control system.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren nach Anspruch 1 sowie die Vorrichtung nach Anspruch 9 gelöst.This object is achieved by the method according to
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, für die Regelgröße „Summengeschwindigkeit der angetriebenen Räder“ eine Schätzung mit einem Kalman-Filter durchzuführen.The invention is based on the idea of carrying out an estimate using a Kalman filter for the controlled variable “total speed of the driven wheels”.
Unter dem Begriff „Kalman-Filter“ wird erfindungsgemäß ein stochastischer Zustandsschätzer für dynamische Systeme verstanden.According to the invention, the term “Kalman filter” is understood to mean a stochastic state estimator for dynamic systems.
Unter dem Begriff „Summengeschwindigkeit“ wird erfindungsgemäß in Verallgemeinerung eine Größe verstanden, die zur Summengeschwindigkeit direkt proportional ist. Der Begriff umfasst also z.B. auch die Hälfte der Summengeschwindigkeit.According to the invention, the term “total speed” is understood in general to mean a quantity that is directly proportional to the total speed. The term thus includes e.g. also half the total speed.
Erfindungsgemäß werden bei der Schätzung der Summenraddrehgeschwindigkeitsgröße (Summengeschwindigkeit) mindestens ein Maß für einen Messfehler bestimmt und berücksichtigt, welches aus den gemessenen Raddrehgeschwindigkeiten bestimmt wird, wobei ferner ein Maß für den Messfehler mit Hilfe von zwei Tiefpassfiltern bestimmt wird.According to the invention, at least one measure for a measurement error is determined and taken into account when estimating the sum wheel rotation speed variable (sum speed), which is determined from the measured wheel rotation speeds, wherein a measure for the measurement error is also determined with the aid of two low-pass filters.
Besonders bevorzugt wird das Maß für den Messfehler auch aus der gemessenen Motordrehzahl bestimmt. Ganz besonders bevorzugt wird jeweils ein Maß für einen Messfehler aus den gemessenen Raddrehgeschwindigkeiten und der gemessenen Motordrehzahl bestimmt, um so den eventuell unterschiedlichen Messfehler der einzelnen Messgrößen zu berücksichtigen. Vorteilhafterweise wird ein Maß aus der Summe der gemessenen Raddrehgeschwindigkeiten und ein Maß aus dem Quotienten aus gemessener Motordrehzahl und einem Motordrehzahl-Raddrehzahl-Übersetzungsverhältnis bestimmt.The measure for the measurement error is particularly preferably also determined from the measured engine speed. A measure for a measurement error is very particularly preferably determined from the measured wheel rotational speeds and the measured engine speed in order to take into account the possibly different measurement errors of the individual measurement variables. A measure is advantageously determined from the sum of the measured wheel speeds and a measure from the quotient of the measured engine speed and an engine speed-wheel speed transmission ratio.
Besonders bevorzugt kommen hierbei Tiefpassfilter erster Ordnung zum Einsatz. Dieses Verfahren zur Bestimmung eines Maßes für den Messfehler kann sowohl für die gemessenen Raddrehgeschwindigkeiten als auch für die Summe der gemessenen Raddrehgeschwindigkeiten als auch für die gemessene Motordrehzahl als auch für den Quotienten aus gemessener Motordrehzahl und einem Motordrehzahl-Raddrehzahl-Übersetzungsverhältnis durchgeführt werden.First-order low-pass filters are particularly preferred. This method for determining a measure of the measurement error can be carried out both for the measured wheel rotational speeds and for the sum of the measured wheel rotational speeds as well as for the measured engine speed as well as for the quotient of the measured engine speed and an engine speed-wheel speed transmission ratio.
Bevorzugt wird anhand eines Modells aus den Messdaten der Raddrehgeschwindigkeiten der angetriebenen Räder und den Messdaten der Motordrehzahl die Summengeschwindigkeit geschätzt. Besonders bevorzugt werden dazu die Summe der gemessenen Raddrehgeschwindigkeiten der angetriebenen Räder und der Quotient aus der gemessenen Motordrehzahl und einem Motordrehzahl-Raddrehzahl-Übersetzungsverhältnis herangezogen.The total speed is preferably estimated on the basis of a model from the measured data of the wheel rotational speeds of the driven wheels and the measured data of the engine speed. For this purpose, the sum of the measured wheel rotational speeds of the driven wheels and the quotient of the measured engine speed and an engine speed-wheel speed transmission ratio are particularly preferably used.
Bevorzugt werden die Raddrehzahlinformationen der Raddrehzahlsensoren eines Antiblockiersystems (ABS) verwendet. The wheel speed information of the wheel speed sensors of an anti-lock braking system (ABS) is preferably used.
Bevorzugt wird das Maß für den Messfehler für die gemessene Motordrehzahl nur dann aus der gemessenen Motordrehzahl bestimmt, wenn der Antriebsstrang geschlossen ist. Andernfalls, bei offenem Antriebsstrang, wird das Maß auf einen vorgegebenen Grenzwert gesetzt. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Motordrehzahl, welche bei offenem Antriebsstrang in keinem Zusammenhang mit der Summengeschwindigkeit steht, keinen oder nur einen geringen Einfluss bei der Kalman-Filterung hat. Das Gesagte gilt besonders bevorzugt auch für den Quotienten aus gemessener Motordrehzahl und Motordrehzahl-Raddrehzahl-Übersetzungsverhältnis.The measure for the measurement error for the measured engine speed is preferably only determined from the measured engine speed when the drive train is closed. Otherwise, with the drive train open, the dimension is set to a predetermined limit. This ensures that the engine speed, which has no connection with the total speed when the drive train is open, has no or only a minor influence in the Kalman filtering. The said applies particularly preferably also to the quotient of the measured engine speed and engine speed-wheel speed gear ratio.
Zusätzlich wird bei der Schätzung der Summenraddrehgeschwindigkeitsgröße durch den Kalman-Filter bevorzugt mindestens ein Maß für einen Modellfehler berücksichtigt, welches derart gewählt wird, dass die geschätzte Summengeschwindigkeit zum Einen im Wesentlichen ungestört, d.h. mit geringen Schwankungen aufgrund der Antriebsstrangschwingungen, und zum Anderen im Wesentlichen ohne zeitlichen Verzug bestimmt wird. Der Modellfehler stellt also eine Art Einstellparameter dar, welcher zur Adaption an das spezifische untersuchte System verwendet werden kann.In addition, at least one measure of a model error is preferably taken into account in the estimation of the sum wheel rotational speed magnitude by the Kalman filter, which is selected such that the estimated sum speed is essentially undisturbed, i.e. with slight fluctuations due to the drive train vibrations, and on the other hand essentially without delay. The model error thus represents a type of setting parameter that can be used to adapt to the specific system under investigation.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der verwendete Kalman-Filter in zwei Schritte gegliedert. In einem ersten Schritt wird unter anderem die Summenraddrehgeschwindigkeitsgröße geschätzt und ein Maß für einen Modellfehler bestimmt und verwendet. In einem zweiten Schritt wird unter anderem die geschätzte Summenraddrehgeschwindigkeitsgröße anhand der gemessenen Raddrehgeschwindigkeiten, und besonders bevorzugt anhand der gemessenen Motordrehzahl, verbessert und ein Maß für einen Messfehler bestimmt und verwendet. Die im zweiten Schritt bestimmten Größen werden dann als Ausgangsgrößen für den nächsten ersten Schritt verwendet usw.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the Kalman filter used is divided into two steps. In a first step, among other things, the sum wheel rotational speed size is estimated and a measure for a model error is determined and used. In a second step, among other things, the estimated sum wheel rotational speed variable is improved on the basis of the measured wheel rotational speeds, and particularly preferably on the basis of the measured engine speed, and a measure for a measurement error is determined and used. The variables determined in the second step are then used as output variables for the next first step, etc.
Außerdem ist es bevorzugt, dass bei offenem Antriebsstrang das Maß für den Modellfehler auf einen vorgegebenen Grenzwert gesetzt wird und/oder der erste Schritt des Kalman-Filters nicht durchgeführt wird. Hierdurch wird der Sachverhalt berücksichtigt, dass das zugrunde liegende Modell nur bei geschlossenem Antriebsstrang gültig ist.In addition, it is preferred that, with the drive train open, the measure for the model error is set to a predetermined limit value and / or the first step of the Kalman filter is not carried out. This takes into account the fact that the underlying model is only valid when the drive train is closed.
Bevorzugt wird/werden zur Schätzung der Summenraddrehgeschwindigkeitsgröße mindestens eine, insbesondere alle, der folgenden Größen berücksichtigt: ein radbezogenes Motormoment, eine Fahrzeugmasse, eine Fahrzeugbeschleunigung, ein Fahrwiderstand, ein effektiver Reifenradius, ein Trägheitsmoment des Antriebsstranges.At least one, in particular all, of the following variables is / are preferably taken into account for estimating the sum wheel rotational speed variable: a wheel-related engine torque, a vehicle mass, a vehicle acceleration, a driving resistance, an effective tire radius, an inertia torque of the drive train.
Ein Vorteil der Erfindung ist es, dass mit Hilfe des eingesetzten Kalman-Filters eine ausreichende Dämpfung der Schwingungen der Regelgröße Summengeschwindigkeit bei deutlich kleinerem Phasenverzug erreicht werden kann im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten Tiefpassfilterung der gemessenen Summengeschwindigkeit. Hierdurch wird die Antriebsschlupfregelung verbessert.An advantage of the invention is that with the aid of the Kalman filter used, sufficient damping of the vibrations of the controlled variable total speed can be achieved with a significantly smaller phase delay in comparison to the low-pass filtering of the measured total speed known from the prior art. This improves traction control.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung an Hand von Figuren.Further preferred embodiments result from the subclaims and the following description with reference to figures.
Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung eines Kalman-Algorithmus, -
2 eine schematische Darstellung einer beispielsgemäßen Verfahrens mit Bestimmung einer Summengeschwindigkeit anhand eines Kalman-Filters, und -
3 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms zur beispielsgemäßen Bildung einer Varianz eines Messfehlers.
-
1 a schematic representation of a Kalman algorithm, -
2nd a schematic representation of an exemplary method with determination of a total speed using a Kalman filter, and -
3rd is a schematic representation of a flowchart for the exemplary formation of a variance of a measurement error.
Die folgende Beschreibung erfolgt beispielhaft für ein frontangetriebenes Fahrzeug. Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber leicht auf Heck- oder allradangetriebene Fahrzeuge übertragen werden. Zuerst wird kurz der Kalman-Algorithmus erläutert, danach wird auf die konkrete Umsetzung für das hier betrachtete Verfahren eingegangen.The following description is an example of a front-wheel drive vehicle. However, the method according to the invention can easily be transferred to rear-wheel or all-wheel drive vehicles. First the Kalman algorithm is briefly explained, then the specific implementation for the method under consideration is discussed.
Der Kalman-Algorithmus schätzt den Zustand x(k) eines gestörten Systems in zeitdiskreter Form:
Dabei beschreibt x(k) den Zustand x des Systems zu einem Zeitpunkt tk (kurz mit k bezeichnet) und x(k-1) den Zustand x zu einem um ein diskretes Zeitintervall δt früheren Zeitpunkt tk-1=tk-δt (kurz mit k-1 bezeichnet). Das zugrunde liegende Modell, z.B. zur Beschreibung der Zeitentwicklung des betrachteten Systems (Fahrzeug), wird durch die Operatoren/Matrizen A, B, und C beschrieben und w(k) bzw. v(k) beschreiben den Fehler des verwendeten Modells bzw. einen Messfehler zum Zeitpunkt tk. y(k) beschreibt Messdaten zum Zeitpunkt tk und u(k) beschreibt die Eingangsgrößen des Systems (z.B. beeinflusst durch den Fahrer, wie Radbremsdruck oder Motormoment). Bei gegebener Modellfehlerkovarianzmatrix (Prozessrauschen) Q, welche sich als Erwartungswert E aus dem Modellfehler w(k) ergibt, und gegebener Messfehlerkovarianzmatrix R, welche sich als Erwartungswert E aus dem Messfehler v(k) ergibt:
Beim „Prädiktionsschritt“ 1 wird aus dem alten Zustand x(k-1) zum Zeitpunkt tk-1 mit Hilfe des Zustandsraummodells (beschrieben durch A, B und C) der neue Zustand x-(k) zum Zeitpunkt tk vorhergesagt (Block
Der Zustand x-(k) ist nur eine Schätzung des Zustandes x(k). Die Fehlerkovarianz P-(k) dieser Schätzung wird aus der alten Fehlerkovarianz P-(k-1) und dem Prozessrauschen Q bestimmt (Block
Beim „Innovationsschritt“
Aus dem bisher abgeschätzten (d.h. a priori) Zustand x-(k) und einem neuen Messpunkt y(k) durch eine Linearkombination mit der Kalmanverstärkung K ein verbesserter (d.h. a posteriori) Schätzwert x(k) bestimmt (Block
Im letzten Schritt (Block
Zur Nutzung des Kalman-Algorithmus gemäß
- • Die Messdaten y(k)
- • Das diskrete Prozessmodell (beschrieben durch A, B und C)
- • Die Messfehlerkovarianzmatrix (Varianzen des Messrauschens) R
- • Die Modellfehlerkovarianzmatrix Q
- • The measurement data y (k)
- • The discrete process model (described by A, B and C)
- • The measurement error covariance matrix (variances of the measurement noise) R
- • The model error covariance matrix Q
Erfindungsgemäß wird der Kalman-Algorithmus zur Schätzung der Summengeschwindigkeit der Antriebsräder eingesetzt. Beispielsgemäß wird die Summengeschwindigkeit durch Kalman-Filterung aus den Messdaten der Radgeschwindigkeiten und den Messdaten der Motordrehzahl geschätzt. Damit sind zwar die nicht gestörten Radgeschwindigkeiten immer noch unbekannt. According to the invention, the Kalman algorithm is used to estimate the total speed of the drive wheels. According to the example, the total speed is estimated by Kalman filtering from the measurement data of the wheel speeds and the measurement data of the engine speed. This means that the undisturbed wheel speeds are still unknown.
Es kann aber in einer Anpassung des Antriebsschlupfregelungsmodells die Summengeschwindigkeit gegen die am meisten gestörte Radgeschwindigkeit ersetzt werden. Die Störempfindlichkeit der Regelung gegen Schwingungen des Antriebstrangs kann somit reduziert werden.However, by adapting the traction control model, the total speed can be replaced by the most disturbed wheel speed. The sensitivity of the control system to vibrations of the drive train can thus be reduced.
Bei der erfindungsgemäßen Anwendung eines Kalman-Filters zur Schätzung der Summengeschwindigkeit entspricht der Systemzustand x des Kalman-Algorithmus der gesuchten Summengeschwindigkeit ωs. In
Bei front- oder heckgetriebenen Rädern bezeichnet ωL bzw. ωR die Raddrehgeschwindigkeit des linken bzw. des rechten Antriebsrades. Bei Allradfahrzeugen mit einer steuerbaren Mittenkupplung ist ωL bzw. ωR die Raddrehgeschwindigkeit des linken bzw. rechten Antriebsrades der Hauptantriebsachse.Marked on front or rear-wheel drive wheels ω L or ω R is the wheel rotation speed of the left or right drive wheel. In all-wheel drive vehicles with a controllable center clutch, ω L or ω R is the wheel rotation speed of the left or right drive wheel of the main drive axle.
Der Messwert y2 wird aus der Motordrehzahl n durch Division mit einem geschätzten (vorgegebenen) Übersetzungsverhältnis i Motordrehzahl zu Raddrehzahl bestimmt:
Man fasst die beiden Messwerte zu einem Messvektor y zusammen:
So lässt sich in der Messgleichung (2) die Ausgangsmatrix C zu
Unter der Annahme, dass die Störungen v1 und v2 weiß (d.h. z.B. bei allen Frequenzen gleich vorhanden sind), mittelwertfrei und zueinander unkorreliert sind, kann die Kovarianzmatrix R aus den Varianzen der beiden Störungen bestimmt werden:
Zur Abschätzung der stark zeitvarianten Messfehlerkovarianzmatrix R werden ihre Anteile E{v1 v1 T} und E{v2 v2 T} beispielsgemäß über die Varianzen der Messwerte y1 und y2 genähert:
Beispielsgemäß wird die Varianz E{y1 y1 T} immer gemäß
Beispielsgemäß wird zur Bestimmung der Systemmatrizen A und B folgende zeitkontinuierliche Beziehung bzgl. der zeitlichen Ableitung der Summengeschwindigkeit dωs/dt (entspricht dx(t)/dt) verwendet:
Beim Eingang u sind alle Größen bis auf den Fahrwiderstand p(k) messbar oder angebbar. Der Fahrwiderstand p kann durch eine Filterung des Signals
Beispielsgemäß wird die Modellfehlerkovarianzmatrix Q der Störung w(k) im Falle des geschlossenen Antriebsstranges als Tuningfaktor genutzt, um einen guten Kompromiss zwischen Dämpfung der Störungen und ausreichend schnellem Folgeverhalten zu den Messdaten zu erreichen. Dazu werden die Elemente der Modellfehlerkovarianzmatrix Q als sozusagen „freie Parameter“ in einem gewissen Intervall variiert. Bei einem offenen Antriebsstrang ist das Modell (Gleichungen (3) und (4)) nicht gültig. In diesem Fall wird Q auf einen Wert Q=E{w(k)wT(k)} sehr viel größer als E{y1(k) y1 T(k)} gesetzt und der Prädiktionsschritt
Gemäß dem Stand der Technik ist es bekannt, zur Bestimmung der Summengeschwindigkeit eine Tiefpassfilterung des Summensignals der gemessenen Raddrehzahlen (der Antriebsräder) durchzuführen. Dies entspricht einer einfachen Tiefpassfilterung der Messwerte y1. Durch das Kalman-Filter
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