DE102007045211B4

DE102007045211B4 - Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrisch gesteuerten Unterstützen einer Fahrzeugbewegung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102007045211B4
Application number: DE102007045211A
Authority: DE
Inventors: Lodewijk Wijffels; Anja Damman; Sergio Codonesu; Oliver Nehls
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2027-09-22
Also published as: US8103411B2; US20090082925A1; DE102007045211A1

Abstract

Verfahren zum elektrisch gesteuerten Unterstützen einer Fahrzeugbewegung eines Fahrzeuges,
umfassend
das Zuleiten gemessener Fahrzeugzustände als Signale (3) zu einem Zielgiergenerator (2), wobei
der Zielgiergenerator (2) mit einem Block (4) zum Erkennen eines Übersteuerns verbunden ist, wobei
der Block (4) ein Übersteuersignal (5) erzeugt, welches zu einem Multiplikator (7) verarbeitet wird, wobei
eine tatsächliche Gierbeschleunigung (9) über ein Filtern und Ableiten einer gemessenen Gierrate (10) bestimmt wird, wobei
die tatsächliche Gierbeschleunigung (9) als Eingangssignal einer Transferfunktion zugeleitet wird, so dass ein Sollgierdämpfungsmoment (12) erzeugt wird, wobei
das Sollgierdämpfungsmoment (12) unter Berücksichtigung von Signalen (13), welche einen Fahrzeugzustand anzeigen, skaliert wird, so dass ein skaliertes Sollgierdämpfungsmoment (16) erzeugt wird, wobei
das skalierte Sollgierdämpfungsmoment (16) einem Block (17) zugeführt wird, in dem eine inverse Verstärkungskurve abgelegt ist, so dass ein skaliertes und kompensiertes Signal (18) des Sollgierdämpfungsmomentes (12) erzeugt wird, wobei
das skalierte und...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrisch gesteuerten Unterstützen einer Fahrzeugbewegung eines Fahrzeugs.
Solche Verfahren und Vorrichtungen sind allgemein bekannt und in modernen Kraftfahrzeugen weit verbreitet. Ein fahrunterstützendes System in einem Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein so genanntes elektronisches Stabilitätsmanagementsystem, ESP, etc. Dabei können üblicherweise Bremsen und Motor des Kraftfahrzeugs in geeigneter Weise angesteuert werden, um das Kraftfahrzeug in einem stabilen Fahrzustand zu halten oder um es aus einem instabilen Fahrzustand in einen stabilen Fahrzustand zu bringen. Dem fahrunterstützenden System werden von verschiedenen Sensoren ermittelte Zustände des Kraftfahrzeugs und/oder seiner Fahrbewegung als Eingangsgrößen zugeführt. Aus diesen Eingangsgrößen werden Ausgangsgrößen zum Ansteuern von Aktoren ermittelt, mit denen sicherheitsbedingt in die Fahrbewegung des Kraftfahrzeugs eingegriffen werden kann. Dem fahrunterstützenden System werden üblicherweise zu erreichende Zielwerte für die Kenngrößen der Fahrbewegung vorgegeben. Das Einhalten dieser Zielwerte gewährleistet das stabile Fahren des Kraftfahrzeugs. Wichtig ist dabei, diese Zielwerte richtig und exakt vorzugeben, damit das fahrunterstützende System das stabile Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs sicher, schnell und zuverlässig einstellen kann.
Eine unerwünschte Fahrbewegung ist zum Beispiel das Übersteuern des Kraftfahrzeugs. Ein Übersteuern eines Fahrzeugs wird definiert, wenn der Schräglaufwinkel der Hinterräder des Fahrzeugs größer ist als der Schräglaufwinkel der Vorderräder. Das bedeutet, daß das Heck des Fahrzeugs ausbricht, also in einer Kurve nach außen schleudert. Der Begriff wird auch verwendet, um das Eigenlenkverhalten von Fahrzeugen zu charakterisieren. Das gegenteilige Verhalten wird als Untersteuern bezeichnet.
Die Eigentendenz eines Fahrzeugs, „mehr Kurve” fahren zu wollen als am Lenkrad eingesteuert, gilt prinzipiell als weniger sicher im Vergleich zum Untersteuern.
Wenn ein Fahrzeug übersteuert bzw. zu übersteuern beginnt, kann das Fahrzeug z. B. mittels eines entsprechenden Lenkeingriffs des Fahrers, beispielsweise indem der Fahrer gegenlenkt, stabilisiert werden. Das beispielhafte Gegenlenken erfordert jedoch eine gewisse Übung, so daß bei einem nicht entsprechenden Gegenlenken durch ungeübte Fahrer sogar Unfälle teilweise mit erheblichen Personenschäden ausgelöst werden können.
Die DE 602 13 215 T2 zeigt ein Verfahren zum elektrisch gesteuerten Unterstützen einer Fahrzeugbewegung eines Fahrzeugs, also mit einem Fahrzeuglenksystem, das ein Übersteuerschätzmittel, ein Lenksteuermittel und Aktivierungsmittel umfasst, um einen stoßfreien Übergang von zusätzlichen Drehmomentanforderungen zu erreichen. Über eine dynamische Schätzung wird in einem Logikblock ein negativer Giergeschwindigkeitsfehler detektiert. Der Logikblock gibt darauf hin ein Signal aus, welches ein Maß der Größe der am Fahrzeug vorhandenen Übersteuerung ist.
Die DE 10 2005 018 471 A1 befasst sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeugs, bei dem das Vorliegen eines instabilen Fahrzustands des Kraftfahrzeugs erfasst wird. Abhängig vom Vorliegen des instabilen Fahrzustands wird ein fahrerunabhängiges Lenkradmoment aufgebracht, welches das Lenkrad in diejenige Drehrichtung, in welche eine Lenkbewegung zu einer Abschwächung oder Behebung des instabilen Fahrzustands führt, leichtgängiger als in die entgegen gesetzte Drehrichtung macht.
Die DE 10 2006 024 360 A1 betrifft ein Lenkassistenz-System, insbesondere für Übersteuersituationen. Eine Vorrichtung zum Unterstützen eines Fahrers beim Lenken eines Fahrzeugs erzeugt ein Stellmoment, welches in bestimmten Fahrsituationen, insbesondere beim Übersteuern des Fahrzeugs zusätzlich auf die Lenkung des Fahrzeugs ausgeübt wird. Die Vorrichtung umfasst wenigstens zwei parallel arbeitende Regler, von denen einer die Gierbeschleunigung, und der andere die Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs regelt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung der Eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem ein sicheres Stabilisieren des Fahrzeugs bei einem Übersteuern bzw. bei einem beginnenden Übersteuern erreicht werden kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren bzw. durch eine Vorrichtung zum elektrisch gesteuerten Unterstützen einer Fahrzeugbewegung eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 3. Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus dem Unteranspruch.
Vorteilhaft wird ein Sollgierdämpfungsmoment ermittelt, das mit einem Übersteuersignal multipliziert wird, so daß ein zusätzliches Moment bzw. Momentensignal erzeugt wird, welches über einen Aktuator einer Servolenkung auf dessen Sollmoment addiert und in ein Lenksystem des Fahrzeugs eingeleitet wird.
Für den Fall, daß ein Übersteuern des Fahrzeugs erkannt wird, beispielsweise indem die tatsächliche Gierbeschleunigung mit einer Zielgierbeschleunigung verglichen wird, wird vorteilhaft das zusätzliche Moment bzw. Momentensignal erzeugt, welches über den Aktuator der Servolenkung in das Lenksystem eingeleitet wird. Dieses eingeleitete Moment zeigt dem Fahrer an, in welche Richtung der Fahrer zu lenken hat, um das Fahrzeug zu stabilisieren. Gleichzeitig können so inkorrekte Lenkbewegungen des Fahrers gedämpft werden.
Das Übersteuern kann zum Beispiel mittels geeigneter Sensoren erkannt werden, welche ihre Signale an ein Steuergerät des Fahrzeugs senden.
Vorteilhaft wird zunächst die tatsächliche Gierbeschleunigung des Fahrzeugs bestimmt, indem die gemessene Gierrate des Fahrzeugs gefiltert und abgleitet wird.
Die tatsächliche Gierbeschleunigung bzw. das entsprechende Signal wird einer Transferfunktion (Übertragungsfunktion), z. B. einer so genanten „look-up table” zugeführt, so daß über in der Transferfunktion abgelegte Erfahrungswerte das Sollgierdämpfungsmoment ermittelbar ist.
Das Sollgierdämpfungsmoment bzw. dessen entsprechendes Signal kann unter Berücksichtigung anderer gemessener oder geschätzter Werte bzw. Signale, welche einen Fahrzeugzustand anzeigen, wie zum Beispiel die Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkradwinkel, Lenkradmoment usw. skaliert werden.
Beispielsweise bei EPAS (Electric Power Assisted Steering) Systemen ist der Betrag einer Hilfskraft anhängig von dem gemessenen Lenkradmoment (also was der Fahrer wahrnimmt). Die Relation beider zueinander ist über eine Verstärkungskurve definierbar. Mit der Erfindung wird eine delta Momentenanforderung (zusätzliches Moment) für den EPAS Aktuator berechnet. Generiert der EPAS Aktuator dieses delta Moment (zusätzliche Moment), resultiert dies in eine Veränderung des gemessenen Lenkradmomentes (= Fahrermoment = Hilfsmoment + delta Moment + ...). Der Verlauf der Hilfskraftkurve ist üblicherweise nicht-linear. Bei geringem Lenkradmoment (z. B. Geradeausfahrt, mittige Lenkung (on-centre steering)) verläuft die Verstärkungskurve flach. Dies bedeutet, daß die delta Momentenanforderung (zusätzliches Moment) den Betrag des Hilfsmomentes (fast) nicht verändert. Daher wird der Fahrer den größten Teil des angeforderten delta Momentes (zusätzliches Moment) wahrnehmen. Bei dieser beispielhaften Situation weist die Hilfskraft einen Betrag von Null auf. Wird das zusätzliche Moment angefordert, verändert sich das Lenkradmoment um eben den Betrag des zusätzlichen Momentes. Das Lenkradmoment wird verwendet um die Hilfskraft in dieser Situation zu determinieren. Verläuft die Verstärkungskurve flach, wird sich der betrag der Hilfskraft nicht ändern, so daß der Fahrer das komplette zusätzliche Moment wahrnehmen wird.
Dies kann mit folgender Formel ausgedrückt werden:
Bei größeren Lenkradmomenten (z. B. Kurvenfahrt, außermittige Lenkung (off-centre steering)) verläuft die Verstärkungskurve dagegen steil. Dies bedeutet, daß die delta Momentenanforderung (zusätzliches Moment) den Betrag des Hilfsmomentes verändert (wegen des veränderten Lenkradmomentes). Der Fahrer wird daher lediglich einen kleinen Teil des angeforderten delta Momentes (des zusätzlichen Momentes) wahrnehmen. Bei dieser beispielhaften Situation weist die Hilfskraft bereits einen bestimmten Betrag auf. Wird das zusätzliche Moment angefordert, wird sich das Lenkradmoment ändern. Bei steilem Verlauf der Verstärkungskurve ändert sich, aufgrund der direkten Abhängigkeit von dem Lenkradmoment, gleichzeitig die Hilfskraft. Da sich aber die Hilfskraft verändert, verändert sich das Lenkradmoment um einen Betrag, der geringer ist als der Betrag des zusätzlichen Moments.
Dies kann mit folgender Formel ausgedrückt werden:
Daraus resultiert aber ein nicht-lineares Verhalten des Gierdämpfungsalgorithmus. Wenn beispielsweise eine delta Momentenanforderung (ein zusätzliches Moment) sowohl bei on-centre steering als auch bei off-centre steering mit gleicher Intensität bzw. gleichem Betrag gegeben ist, wird der Fahrer einen größeren Momentenversatz bei on-centre steering wahrnehmen als bei off-centre steering. Um diesen (unerwünschten) Effekt auszugleichen, kann vorgesehen werden, das skalierte Sollgierdämpfungsmoment (skaliertes Sollgierdämpfungsmoment) einem Block zuzuführen, in dem eine inverse Verstärkungskurve abgelegt ist, um abzuschätzen, wie viel der Anforderung (des zusätzlichen Momentes) durch die Verstärkungskurve ausgelöscht werden könnte. So wird ein skaliertes und kompensiertes Signal des Sollgierdämpfungsmomentes erzeugt; es wird also ein lineares Verhalten des Gierdämpfungsalgorithmus erreicht.
Schließlich wird das skalierte und kompensierte Signal (Sollgierdämpfungsmoment) mit dem Übersteuerungssignal multipliziert. Das Übersteuerungssignal bzw. sein Multiplikator weist einen Betrag zwischen 0 und 1 auf. Der Multiplikator bewirkt eine sanfte Aktivierung bzw. Inaktivierung, also auch eine stufenlose Erzeugung des zusätzlichen Momentes als Ausgangssignal. Das Übersteuerungssignal wird erzeugt, indem einem Zielgiergenerator gemessene Fahrzeugzustandssignale als Eingangssignale zugeleitet werden. Der Zielgiergenerator ist mit einem Block zur Erkennung eines Übersteuerns verbunden, indem das Übersteuersignal erzeugt wird. Dieses wird in einem Bearbeitungsblock zu dem Multiplikator verarbeitet, so daß das Übersteuerungssignal als Multiplikator für das skalierte und optional ausgeglichene Sollgierdämpfungsmoment einen Betrag zwischen 0 und 1 aufweist.
Das Ausgangssignal bzw. das zusätzliche Moment wird letztendlich zu dem Sollaktuatormoment addiert. Natürlich fließen hierbei auch andere, für die elektrische Servolenkung (EPAS) erforderliche Signale ein.
Vorteilhaft ist, dass eine Schaltung vorgesehen ist, die in einem Steuergerät des Fahrzeugs implementierbar ist, wobei ein Sollgierdämpfungsmoment ermittelt wird, das mit einem Übersteuersignal multipliziert wird, so daß ein zusätzliches Moment bzw. Momentensignal erzeugt wird, welches über einen Aktuator einer Servolenkung auf dessen Sollmoment addiert und in ein Lenksystem des Fahrzeugs eingeleitet wird.
Insgesamt wird vorteilhaft ein Gierdämpfungsmoment zur Verfügung gestellt, welches aufgrund der erfindungsgemäßen Erzeugung dem Fahrer dahingehend unterstützen kann, daß dieser das Fahrzeug bei einem Übersteuern in die „richtige” Richtung lenkt, um das Fahrzeug zu stabilisieren.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in dem Unteranspruch und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigt die einzige
1 eine schematische Ansicht einer Schaltung bzw. eines Algorithmus zur Gierdämpfung über eine elektrische Servolenkung.
1 zeigt eine Schaltung bzw. einen Algorithmus 1 zur Gierdämpfung über eine elektrische Servolenkung. Der Algorithmus 1 ist in einem nicht dargestellten Steuergerät des Fahrzeugs implementierbar.
Einem Block 2, der im Folgenden als Zielgiergenerator 2 bezeichnet wird, werden gemessene Fahrzeugzustände als Signale 3 zugeleitet. Der Zielgiergenerator 2 ist mit einem Block 4 zur Erkennung eines Übersteuerns verbunden. Wird ein Übersteuern erkannt, wird ein Übersteuersignal 5 erzeugt, welches in einem Bearbeitungsblock 6 zu einem Multiplikator 7 verarbeitet wird. Der Multiplikator 7 weist einen Betrag zwischen 0 und 1 auf, je nach dem wie stark das erkannte Übersteuersignal ist.
In einem Block 8 wird eine Gierbeschleunigung 9 über ein Filtern und Ableiten einer gemessenen Gierrate 10 bestimmt. Die Gierbeschleunigung 9 wird als Eingangssignal einer Transferfunktion (Übertragungsfunktion) z. B. einer so genannten „look-up table” (Block 11) zugeleitet, so daß ein Sollgierdämpfungsmoment 12 erzeugt wird.
Das Sollgierdämpfungsmoment 12 kann unter Berücksichtigung anderer gemessener bzw. geschätzter Signale 13 wie z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkradwinkel, Lenkradmoment usw. skaliert werden, was in dem Block 14 durchgeführt werden kann. Als Ausgangssignal wird ein skaliertes Sollgierdämpfungsmoment 16 erzeugt. Wie der 1 weiter zu entnehmen ist, wird das in dem Block 14 skalierte Signal des Sollgierdämpfungsmomentes 12 einem Block 17 zugeleitet, in dem eine inverse Verstärkungskurve abgelegt ist, um ein skaliertes und kompensiertes bzw. ausgeglichenes Signal 18 des Sollgierdämpfungsmomentes 12 zu erzeugen.
Dieses wird dem Multiplikator 7 multipliziert, so daß ein zusätzliches Moment bzw. Momentensignal 19 erzeugt wird, welches über einen Aktuator einer Servolenkung auf dessen Sollmoment addiert und in ein Lenksystem des Fahrzeugs eingeleitet wird.
Vorteilhafter Weise wird somit ein Zielgiergenerator mit einer Übersteuerungserkennung verbunden, um Fahrzeugzustände zu bestimmen, wobei beispielhaft folgende Zustände erkannt werden können:
1 das Fahrzeug verhält sich neutral oder untersteuert
In diesem Fall wird das Sollgierdämpfungsmoment der elektrischen Servolenkung (EPAS) ausgesetzt, was bedeutet, das der Multiplikator 7 einen Betrag von Null aufweist, wobei auch die Momentenanforderung Null ist.
2 das Fahrzeug übersteuert
In diesem Fall wird die Gierdämpfung eingeleitet, was bedeutet, daß das zusätzliche Moment 19 erzeugt wird, wobei der Multiplikator 7 für das Sollgierdämpfungsmoment 12 bzw. 18 einen Betrag zwischen > 0 und 1 aufweist.
Dieses zusätzliche Moment 19 wird über den Aktuator der Servolenkung in das Lenksystem eingeleitet, so daß der Fahrer eine Unterstützung bemerkt. Mittels dieser Unterstützung kann der Fahrer das Fahrzeug in die richtige Richtung lenken um das Fahrzeug zu stabilisieren, also einem Übersteuern entgegen wirken.

Claims

Verfahren zum elektrisch gesteuerten Unterstützen einer Fahrzeugbewegung eines Fahrzeuges, umfassend das Zuleiten gemessener Fahrzeugzustände als Signale (3) zu einem Zielgiergenerator (2), wobei der Zielgiergenerator (2) mit einem Block (4) zum Erkennen eines Übersteuerns verbunden ist, wobei der Block (4) ein Übersteuersignal (5) erzeugt, welches zu einem Multiplikator (7) verarbeitet wird, wobei eine tatsächliche Gierbeschleunigung (9) über ein Filtern und Ableiten einer gemessenen Gierrate (10) bestimmt wird, wobei die tatsächliche Gierbeschleunigung (9) als Eingangssignal einer Transferfunktion zugeleitet wird, so dass ein Sollgierdämpfungsmoment (12) erzeugt wird, wobei das Sollgierdämpfungsmoment (12) unter Berücksichtigung von Signalen (13), welche einen Fahrzeugzustand anzeigen, skaliert wird, so dass ein skaliertes Sollgierdämpfungsmoment (16) erzeugt wird, wobei das skalierte Sollgierdämpfungsmoment (16) einem Block (17) zugeführt wird, in dem eine inverse Verstärkungskurve abgelegt ist, so dass ein skaliertes und kompensiertes Signal (18) des Sollgierdämpfungsmomentes (12) erzeugt wird, wobei das skalierte und kompensierte Sollgierdämpfungssignal (18) mit dem Multiplikator (7) multipliziert wird, so dass ein zusätzliches Moment bzw. Momentensignal (19) erzeugt wird, welches über einen Aktuator einer Servolenkung auf dessen Sollmoment addiert und in ein Lenksystem des Fahrzeuges eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die tatsächliche Gierbeschleunigung (9) der Transferfunktion (11) zugeführt wird, so daß das Sollgierdämpfungsmoment (12) über in der Transferfunktion (11) abgelegte Erfahrungswerte ermittelbar ist.
Vorrichtung zum elektrisch gesteuerten Unterstützen einer Fahrzeugbewegung eines Fahrzeuges, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Schaltung (1) die in einem Steuergerät eines Fahrzeugs implementierbar ist, wobei in der Schaltung (1) einem Zielgiergenerator (2) gemessene Fahrzeugzustände als Signale (3) zugeleitet werden, wobei der Zielgiergenerator (2) mit einem Block (4) zum Erkennen eines Übersteuerns verbunden ist, wobei der Block (4) ein Übersteuersignal (5) erzeugt, welches zu einem Multiplikator (7) verarbeitet wird, wobei eine tatsächliche Gierbeschleunigung (9) über ein Filtern und Ableiten einer gemessenen Gierrate (10) bestimmt wird, wobei die tatsächliche Gierbeschleunigung (9) als Eingangssignal einer Transferfunktion zugeleitet wird, so dass ein Sollgierdämpfungsmoment (12) erzeugt wird, wobei das Sollgierdämpfungsmoment (12) unter Berücksichtigung von Signalen (13), welche einen Fahrzeugzustand anzeigen skaliert wird, so dass ein skaliertes Sollgierdämpfungsmoment (16) erzeugt wird, wobei das skalierte Sollgierdämpfungsmoment (16) einem Block (17) zugeführt wird, in dem eine inverse Verstärkungskurve abgelegt ist, so dass ein skaliertes und kompensiertes Signal (18) des Sollgierdämpfungsmomentes (12) erzeugt wird, wobei das skalierte und kompensierte Sollgierdämpfungssignal (18) mit dem Multiplikator (7) multipliziert wird, so dass ein zusätzliches Moment bzw. Momentensignal (19) erzeugt wird, welches über einen Aktuator einer Servolenkung auf dessen Sollmoment addiert und in ein Lenksystem des Fahrzeuges eingeleitet wird.