DE102007043210A1

DE102007043210A1 - Verfahren zum Überwachen des Fahrverhaltens eines zweispurigen Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102007043210A1
Application number: DE200710043210
Authority: DE
Inventors: Max Dr. Groll; Benan Serarslan; Stefan Gietl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2007-09-11
Filing date: 2007-09-11
Publication date: 2009-03-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen des Fahrverhaltens eines insbesondere zweispurigen Fahrzeugs hinsichtlich Fahrstabilität durch Vergleich einer die Gierrate oder Querbeschleunigung des Fahrzeugs wiedergebenden Messgröße mit einer aus dem vom Fahrer des Fahrzeugs vorgegebenen Lenkwinkel abgeleiteten Vergleichsgröße, wobei die Messgröße sowie die den Lenkwinkel repräsentierende Vergleichsgröße innerhalb eines Analysezeitfensters mittels Kohärenzanalyse auf lineare oder nichtlineare Abhängigkeit untersucht werden und bei Erkennen von nennenswerter Nicht-Linearität auf einen instabilen Fahrzustand geschlossen wird. Vorzugsweise wird zunächst der Frequenzbereich zwischen 0 Hertz und 5 Hertz analysiert und insbesondere die Fläche unterhalb der die Kohärenz in Werten zwischen "1" und "0" in diesem Frequenzintervall wiedergebenden Kohärenzlinie betrachtet. Weiterhin kann die Steigung einer Regressionsgeraden der die Kohärenz in Werten zwischen "1" und "0" wiedergebenden Kohärenzlinie in einem sich bis in nennenswert höhere als vom Fahrer vorgebbare Frequenzwerte erstreckenden Frequenzbereich hinsichtlich ihres Betrags analysiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen des Fahrverhaltens eines insbesondere zweispurigen Fahrzeugs hinsichtlich Fahrstabilität durch Vergleich einer die Gierrate oder Querbeschleunigung des Fahrzeugs wiedergebenden Messgröße mit einer aus dem vom Fahrer des Fahrzeugs vorgegebenen Lenkwinkel abgeleiteten Vergleichsgröße.
Fahrdynamische Regelungssysteme, die bspw. einen Personenkraftwagen in kritischen Fahrsituationen stabilisieren, sind (bspw. in Form des sog. ESP) grundsätzlich bekannt. Derartige Systeme erzeugen bspw. ein einem Übersteuern des Fahrzeugs entgegen gerichtetes Giermoment. Dabei ist es jedoch erforderlich, ein Übersteuern oder Untersteuern des Fahrzeugs mit hinreichender Genauigkeit möglichst frühzeitig zu erkennen. Je genauer diese Erkennung erfolgt, desto wirksamer kann eine (irgendwie geartete) Stabilisierungsfunktion appliziert werden.
Eine Möglichkeit zur Erkennung des Untersteuerns oder Übersteuerns besteht im Vergleich von gemessenen fahrdynamischen Größen wie Gierrate und/oder Querbeschleunigung mit entsprechenden aus einem linearen Fahrzeugmodell stammenden simulierten Größen. Die Differenz zwischen der Messung und der Simulation wird dabei als Maß des nichtlinearen Verhaltens einer aktuellen Fahrzeugreaktion interpretiert. Diese Methode hat jedoch den Nachteil, dass das verwendete Modell die individuellen Fahrzeugparameter, wie Masse, Trägheitsmoment, Schräglaufsteifigkeit der Reifen, etc., möglichst exakt enthalten muss. Eine Änderung dieser Parameter bspw. durch Beladung verstimmt das Modell und vergrößert somit die Abweichung zwischen der Messung und der Simulation, so dass bei Verwendung dieser Methode durchaus ein aktueller Fahrzustand als nichtlinear interpretiert werden kann, obwohl das Fahrzeug ein lineares und somit unkritisches Verhalten zeigt.
Ein demgegenüber verbessertes Verfahren zum Überwachen des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messgröße sowie die den Lenkwinkel repräsentierende Vergleichsgröße innerhalb eines Analysezeitfensters mittels Kohärenzanalyse auf lineare oder nichtlineare Abhängigkeit untersucht werden und dass bei Erkennen von nennenswerter Nicht-Linearität auf einen instabilen Fahrzustand geschlossen wird. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Es wurde erkannt, dass mit Kohärenzanalysen ein nichtlineares und daher instabiles Fahrverhalten eines Fahrzeugs festgestellt werden kann, ohne dabei individuelle Fahrzeugparameter – wie bspw. die Fahrzeug-Masse oder den aktuellen Reifentyp und anderes berücksichtigen zu müssen. Untersucht wird erfindungsgemäß nämlich lediglich, ob zwischen einer Eingangsgröße des zu untersuchenden Systems, also hier zwischen dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel, und einer entsprechenden System-Antwort, d. h. einer System-Ausgangsgröße in Form der Querbeschleunigung und/oder Gierrate des Fahrzeugs, ein linearer Zusammenhang besteht. Kann ein solcher linearer Zusammenhang gefunden oder bestätigt werden, so liegt ein stabiler Fahrzustand vor, während bei Vorliegen einer nennenswerten Nicht-Linearität auf einen instabilen Fahrzustand geschlossen werden kann.
Auch bei sich ändernden Randbedingungen, wie bspw. Beladung und somit unterschiedlicher Masse des Fahrzeugs, bei verändertem Trägheitsmoment oder unterschiedlicher Schräglaufsteifigkeit der Reifen und anderem kann auf diese Weise das Fahrverhalten einfach und mit geringem Applikationsaufwand über der gesamten Laufzeit des Fahrzeugs mit hoher Robustheit hinsichtlich Fahrstabilität überwacht werden. Falls hierbei eine Nichtlinearität erkannt wird, liegt aktuell ein instabiler Fahrzustand vor und es kann ein geeignetes Fahrwerkregelsystem stabilisierend eingreifen.
Bekanntlich stellt die Kohärenzfunktion ein Maß für den Grad der linearen Abhängigkeit zweier Signale x(t) und y(t) (mit t = Zeit) über der Frequenz f gemäß Additivität (nämlich f(x + y) = f(x) + f(y)) und Homogenität (nämlich K*f(x) = f(K*x) mit K = Konstante und * = Multiplikation) dar. Bei vollständiger linearer Abhängigkeit wird das Quadrat des Betrags des Kreuzleistungsdichtespektrums G_XY(f) gleich groß wie das Produkt der Autoleistungsdichtespektren G_XX(f) und G_YY(f). Damit ergibt sich für die Kohärenz im gesamten Frequenzbereich (f) der Wert „1".
Grundsätzlich berechnet sich die Kohärenz bekanntlich nach der folgenden Gleichung:
Dabei kann eine Spektralschätzung über nicht-parametrische Methoden wie bspw. die Welch-Methode gemacht werden und es können damit die entsprechenden Leistungsdichtespektren berechnet werden, die daraufhin in der Kohärenzfunktion verwendet werden.
Vorliegend soll nun mittels einer Kohärenzanalyse eine Linearität oder Nichtlinearität zwischen dem Lenkwinkel (als System-Eingangsgröße) und der/den fahrdynamischen Kenngröße(n) „Querbeschleunigung" und/oder „Gierrate" als System-Ausgangsgröße(n) fortlaufend untersucht werden. Dies erfolgt jeweils innerhalb eines zeitlich mitlaufenden, in seiner Breite vorzugsweise jedoch konstanten Analyse-Zeitfensters. Dabei kann zunächst angenommen werden, dass der Fahrer durch seine Lenk-Aktionen im wesentlichen keine Anregungsamplituden oberhalb einer Frequenz von 5 Hertz erzeugen kann. Zeigt dann die Kohärenz in diesem Frequenzintervall (0 Hz bis 5 Hz) einen Wert der Größe "1", so liegt eine vollständige lineare Abhängigkeit in diesem Frequenzintervall vor, woraus auf einen stabilen Fahrzustand geschlossen wird. Zeigt die Kohärenz in diesem Frequenzintervall hingegen einen Wert signifikant ungleich 1, so wird der Fahrzustand als instabil interpretiert.
Beispielsweise kann ein sich über 0,5 Sekunden erstreckendes Analysezeitfenster betrachtet werden, innerhalb dessen eine Kohärenzanalyse zwischen dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel und der Querbeschleunigung oder Gierrate des Fahrzeugs durchgeführt wird. Vorzugsweise kann als Kriterium zur Beurteilung im Rahmen dieser Kohärenzanalyse die Fläche unterhalb einer die Kohärenz in Werten zwischen „1" und „0" in einem bevorzugten Frequenzintervall zwischen 0 Hertz und 5 Hertz wiedergebenden sog. Kohärenzlinie betrachtet werden. In der beigefügten einzigen Figur, in der eine beispielhafte, mit KL gekennzeichnete sog. Kohärenzlinie über der Frequenz dargestellt ist, ist diese besagte Fläche mit dem Buchstaben A gekennzeichnet.
Daneben oder zusätzlich kann die Steigung einer in der beigefügten Figur mit RG bezeichneten Regressionsgeraden bezüglich der die Kohärenz in Werten zwischen „1" und „0" wiedergebenden Kohärenzlinie in einem sich bis in nennenswert höhere als vom Fahrer vorgebbare Frequenzwerte von in der Figur bspw. bis 100 Hertz erstreckenden Frequenzbereich betrachtet werden. In Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass auch aus einer Kohärenzanalyse in diesem größeren Frequenzbereich stimmige Schlussfolgerungen bezüglich stabilem oder instabilem Fahrzustand gezogen werden können. Beispielsweise kann bei einer hinsichtlich ihres Betrags stärkeren (in der Figurendarstellung negativen) Steigung der Regressionsgeraden RG der Kohärenz auf einen instabilen Fahrzustand und bei einer hinsichtlich des Betrags geringeren (in der Figurendarstellung negativen) Steigung der Regressionsgeraden RG der Kohärenz auf einen stabilen Fahrzustand geschlossen werden.
Betrachtet man die Steigung der genannten Regressionsgeraden RG im Zusammenhang mit dem Betrag der genannten Fläche A (unterhalb der die Kohärenz in Werten zwischen „1" und „0" in einem Frequenzintervall hier zwischen 0 Hertz und 5 Hertz wiedergebenden sog. Kohärenzlinie KL), so hat sich in konkreten Untersuchungen eine lineare Abhängigkeit und somit ein stabiler Fahrzustand herauskristallisiert, wenn diese Fläche A größer als 3 (Hertz als Maßeinheit dieser Fläche) und der Betrag der negativen Steigung der Regressionsgeraden RG kleiner als 0,1 war, während Nicht-Linearität und somit ein instabiler Fahrzustand für eine Fläche A kleiner als 3 (Hertz) und einem Betrag der negativen Steigung der Regressionsgeraden RG größer 0,025 vorlag, jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details durchaus abweichend von obigen Erläuterungen sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims

Verfahren zum Überwachen des Fahrverhaltens eines insbesondere zweispurigen Fahrzeugs hinsichtlich Fahrstabilität durch Vergleich einer die Gierrate oder Querbeschleunigung des Fahrzeugs wiedergebenden Messgröße mit einer aus dem vom Fahrer des Fahrzeugs vorgegebenen Lenkwinkel abgeleiteten Vergleichsgröße, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgröße sowie die den Lenkwinkel repräsentierende Vergleichsgröße innerhalb eines Analysezeitfensters mittels Kohärenzanalyse auf lineare oder nichtlineare Abhängigkeit untersucht werden und dass bei Erkennen von nennenswerter Nicht-Linearität auf einen instabilen Fahrzustand geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzbereich zwischen 0 Hertz und 5 Hertz analysiert wird, insbesondere die Fläche unterhalb der die Kohärenz in Werten zwischen „1" und „0" in diesem Frequenzintervall wiedergebenden Kohärenzlinie betrachtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung einer Regressionsgeraden der die Kohärenz in Werten zwischen „1" und „0" wiedergebenden Kohärenzlinie in einem sich bis in nennenswert höhere als vom Fahrer vorgebbare Frequenzwerte erstreckenden Frequenzbereich hinsichtlich ihres Betrags analysiert wird.