DE102008001993B4 - Method for controlling the driving dynamics behavior of a motor vehicle with at least two different adjusting devices and device for this - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Regeln des fahrdynamischen Verhaltens eines Kraftfahrzeuges mit Rädern, wobei zumindest zwei unterschiedlichen Stellvorrichtungen (4) zur Vornahme von Fahrdynamikveränderungen die Durchführung von Stelleingriffen so angeordnet wird, dass ein Maximalwert eines an den Rädern vorliegenden ausgenutzten Kraftschlussbeiwertes minimiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Straffunktion (P) bei der Zuteilung der Stelleingriffsdurchführung verwendet wird, die die Eingriffsintensität der Stellvorrichtungen (4) festlegt.Method for controlling the driving dynamics behavior of a motor vehicle with wheels, wherein at least two different adjusting devices (4) for making driving dynamics changes are ordered to carry out adjusting interventions in such a way that a maximum value of a friction coefficient present on the wheels that is utilized is minimized, characterized in that a penalty function (P) is used in the allocation of the actuator intervention performance, which determines the intervention intensity of the actuators (4).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des fahrdynamischen Verhaltens eines Kraftfahrzeuges mit Rädern, wobei zumindest zwei unterschiedlichen Stellvorrichtungen zur Vornahme von Fahrdynamikveränderungen die Durchführung von Stelleingriffen so angeordnet wird, dass ein Maximalwert eines an den Rädern vorliegenden ausgenutzten Kraftschlussbeiwertes minimiert wird.The invention relates to a method for controlling the driving dynamics behavior of a motor vehicle with wheels, wherein at least two different adjusting devices for making driving dynamics changes are ordered to carry out adjusting interventions in such a way that a maximum value of a used adhesion coefficient present at the wheels is minimized.
Aus dem Stand der Technik, etwa der
Electronic Stability Program) vorkommen, verwendet.From the prior art, such as the
Electronic Stability Program) occur, used.
Zusätzlich zu solchen Eingriffstellvorrichtungen sind Fahrzeuge neuerer Bauart jedoch auch mit weteren Aktivstellsystemen ausgestattet, die Einfluss auf die Fahrdynamik nehmen. So sind sogenannte Lenkwinkelstellvorrichtungen bekannt, die nach dem Prinzip der Winkelüberlagerung („Active Front Steering“) arbeiten, aber auch Teildynamiksteller, zur Verstellung von Radaufstandskräften, zur Wankstabilisierung („Active Roll Control“) sowie Traktionssteller zum Transfer eines Antriebsmomentes zwischen Rädern einer Achse des Kraftfahrzeuges („Torque Vectoring") bekannt.In addition to such intervention setting devices, however, vehicles of more recent design are also equipped with further active setting systems that influence the driving dynamics. So-called steering angle adjusting devices are known, which work according to the principle of angle superimposition (“Active Front Steering”), but also partial dynamic adjusters for adjusting wheel contact forces, for roll stabilization (“Active Roll Control”) and traction adjusters for transferring drive torque between the wheels of an axle Motor vehicle ("torque vectoring") known.
Mit diesen Systemen werden üblicherweise stellerspezifische Funktionen umgesetzt, wie z.B. fahrgeschwindigkeitsabhängige Änderungen einer Lenkübersetzung beim Active Front Steering oder eine Horizontierung bei der Active Roll Control.With these systems, controller-specific functions are usually implemented, such as driving speed-dependent changes in a steering ratio with Active Front Steering or leveling with Active Roll Control.
Aus der Fachliteratur, z.B. aus der Veröffentlichung „Integrierte Fahrdynamikregelung mit Einzelradaktorik“ aus dem Shaker Verlag Aachen, herausgegeben im Jahr 2007, von dem Autor R. Orend, ist ein generischer Ansatz zur Distribution horizontal- und vertikal- dynamischer Stelleingriffe auf vorhandene Stellvorrichtungen bekannt. Dort wird vorgeschlagen, die Stelleingriffe mit Hife eines mathematischen Optimierungsverfahrens so zu bestimmen, dass eine Kraftschlussnutzung minimal ist:
- Max {µa_RadVL,µa_RadVR,µa_RadHL,µa_RadHR}, derart, dass der hier gefundene maximale ausgenutzte Kraftschlussbeiwert µa an einem jeweiligen Rad (z.B. vorne links, d.h. VL) herangezogen wird. Dieser sog. ausgenutzte Kraftschlussbeiwert ist definiert als Quotient aus der resultierenden Radkraft in Längs- und Querrichtung, dividiert durch die Radnormalkraft. Die Zuteilung der Stelleingriffsdurchführung wird dabei so angeordnet, dass der maximale ausgenutzte Kraftschlussbeiwert minimiert wird, wobei ein Gütemaß über die Verteilung der Eingriffe auf die zur Verfügung stehenden Stellvorrichtungen minimiert wird.
- Max {µa_RadVL, µa_RadVR, µa_RadHL, µa_RadHR}, such that the maximum utilized adhesion coefficient µa found here on a respective wheel (eg front left, ie VL) is used. This so-called utilized adhesion coefficient is defined as the quotient of the resulting longitudinal and lateral wheel force divided by the normal wheel force. The assignment of the implementation of the adjustment intervention is arranged in such a way that the maximum friction coefficient utilized is minimized, with a quality measure of the distribution of the interventions among the available adjustment devices being minimized.
Der aus der Fachliteratur bekannte Lösungsansatz weist jedoch den Nachteil auf, dass der Komforteinfluss, der durch die Aktivierung der entsprechenden Stellvorrichtungen hervorgerufen wird, nicht berücksichtigt wird. Entsprechende Stelleingrffe können auf einer sehr unkomfortablen Stellvorrichtung ablaufen, obwohl der Einsatz einer komfortableren Stellvorrichtung nur eine geringfügig höhere Reibwertverwendung bedeuten würde, also zu einem geringfügig höheren ausgenutzten Kraftschlussbeiwert führen würde.However, the solution approach known from the technical literature has the disadvantage that the influence on comfort caused by the activation of the corresponding adjusting devices is not taken into account. Corresponding adjustment interventions can take place on a very uncomfortable adjustment device, although the use of a more comfortable adjustment device would mean only a slightly higher use of the coefficient of friction, ie would lead to a slightly higher utilized coefficient of adhesion.
In dieser Anmeldung umfasst der Begriff „Räder“ sämtliche Vorrichtungen, die ein Abrollen eines Elementes zum Zweck des Fortbewegens auf einer Oberfläche bewirken, also auch Reifen, Rollen und Kettenantriebe.In this application, the term "wheels" includes all devices that cause an element to roll for the purpose of moving on a surface, including tires, rollers and chain drives.
Diese Problematik wird dadurch noch verstärkt, dass moderne Fahrdynamikregelsysteme sich durch eine enge Vernetzung des ESP's mit vielen anderen fahrdynamischen Stellern, wie z.B. Vorderachs-, Hinterachslenkung, Torque-Vectori ng, Wankstabilisierung und ähnlichen auszeichnen. Die dadurch entstehende hohe kombinatorische Vielfalt an fahrdynamischen Eingriffsmöglichkeiten, die durch die Tatsache verstärkt wird, dass viele Stellvorrichtungen oft als optionale Ausstattungsvarianten verfügbar sind, verstärkt die Problematik noch weiter.This problem is exacerbated by the fact that modern driving dynamics control systems are characterized by the close networking of the ESP with many other driving dynamics actuators, such as front-axle and rear-axle steering, torque vectoring, roll stabilization and the like. The resulting high combinatorial variety of driving dynamic intervention options, which is reinforced by the fact that many adjusting devices are often available as optional equipment variants, further increases the problem.
Weiterer Stand der Technik ist aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden und der Allgemeinheit ein effizientes Verfahren zum Regeln des fahrdynamischen Verhaltens eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung zu stellen.It is the object of the present invention to avoid the disadvantages of the prior art and to provide the general public with an efficient method for controlling the driving dynamics behavior of a motor vehicle.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, das eine Straffunktion P bei der Zuteilung der Stelleingriffsdurchführung verwendet, die die Einsatzintensität der Stellvorrichtungen festlegt.According to the invention, this object is achieved with a method according to
Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention
Ein solches Verfahren sorgt für eine praxisgerechte Verteilung der Eingriffe in die Fahrzeugbewegung auf die vorhandenen Stellvorrichtungen. Die einzelnen Stellvorrichtungen werden gemäß ihrer Priorisierung angesteuert, so dass höher priorisierte Stellvorrichtungen mehr oder zeitlich vor den anderen Stellvorrichtungen auf das fahrdynamische Verhalten einwirken.Such a method ensures a practice-oriented distribution of the interventions in the vehicle movement to the existing control devices. The individual adjusting devices are controlled according to their prioritization, so that higher-priority adjusting devices act on the driving-dynamic behavior more or in time before the other adjusting devices.
Die Verteilung oder das Anordnen der Stelleingriffe orientiert sich nun ausschließlich an einemfahrdynamischen Optimum.The distribution or arrangement of the control interventions is now based exclusively on a driving dynamics optimum.
Im Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsformen näher beschrieben, die in den Unteransprüchen auch beansprucht sind.In the following, advantageous embodiments are described in more detail, which are also claimed in the dependent claims.
Es ist beispielsweise von besonderem Vorteil, wenn in der Straffunktion P diejenigen Stellvorrichtungen, die eine große Komforteinbuße bei einem Fahrzeuginsassen des Kraftfahrzeugs hervorrufen, so berücksichtigt sind, dass diesen Stellvorrichtungen eine geringere Eingriffsintensität zugeteilt wird, als solchen Stellvorrichtungen, die weniger Komforteinbußen hervorrufen. Dadurch werden die Komforteigenschaften der einzelnen Stellvorrichtungen berücksichtigt, was zu einem höheren Komfort bei der Regelung des fahrdynamischen Verhaltens führt. Das Verwenden solcher Verfahren in Kraftfahrzeugen erhöht die Absatzchancen eines solchen Kraftfahrzeugs.For example, it is particularly advantageous if the penalty function P takes into account those actuators that cause a great loss of comfort for a vehicle occupant of the motor vehicle such that these actuators are assigned a lower intervention intensity than those actuators that cause less loss of comfort. As a result, the comfort properties of the individual actuating devices are taken into account, which leads to greater comfort when controlling the driving dynamics behavior. The use of such methods in motor vehicles increases the chances of selling such a motor vehicle.
Wenn die Straffunktion P die Stellvorrichtung, die eine große Komforteinbuße bedingt ist, mit einem hohen Faktor berücksichtigt ist, wird gezielt auf die Auswirkungen der einzelnen Stellvorrichtungen eingegangen, was zu einer präziseren Regelung führt.If the penalty function P, the adjusting device, which causes a great loss of comfort, is taken into account with a high factor, the effects of the individual adjusting devices are specifically addressed, which leads to more precise control.
Um ein „Ruckeln“ des Kraftfahrzeuges beim Regeln zu verhindern, ist es von Vorteil, wenn eine Bremseingriffstellvorrichtung mit einem hohen Faktor berücksichtigt ist. Gera- de Bremseingriffstellvorrichtungen haben große Auswirkungen auf den empfundenen Komfort bei Fahrzeuginsassen eines Kraftfahrzeugs.In order to prevent the motor vehicle from "juddering" during regulation, it is advantageous if a brake intervention adjustment device is taken into account with a high factor. Brake intervention adjustment devices in particular have a major impact on the comfort felt by vehicle occupants of a motor vehicle.
Um eine einfache Regelung zu ermöglichen, ist es von Vorteil, wenn die Straffunktion die zeitliche Änderung des Bremsdruckes von zumindest einem Rad berücksichtigt.In order to enable simple regulation, it is advantageous if the penalty function takes into account the change in the brake pressure over time of at least one wheel.
Da die Auswirkungen, die eine aktive Lenkeinrichtung auf das Komfortempfinden von Fahrzeuginsassen ausübt, geringer sind, ist es von Vorteil, wenn eine in einer solchen aktiven Lenkeinrichtung enthaltene Lenkwinkelstellvorrichtung mit einem niedrigen Faktor berücksichtigt ist.Since the effects that an active steering device has on the comfort level of vehicle occupants are less, it is advantageous if a steering angle adjusting device contained in such an active steering device is taken into account with a low factor.
Eine einfachere Realisierung ergibt sich dann, wenn die Straffunktion dabei die zeitliche Änderung des Lenkwinkels berücksichtigt, um einen dabei auftretenden Stellgradienten zu minimieren.A simpler implementation results when the penalty function takes into account the change in the steering angle over time in order to minimize an actuating gradient that occurs in the process.
Wenn während oder zeitlich vor der Zuteilung der Stelleingriffsdurchführung eine Überprüfung der zugrunde gelegten Modelle, wie eines Refenmodelles analysiert wird, um ein paralleles Stellen der einzelnen Stellvorrichtungen zu bedingen, wenn ein Grenzwert überschritten wird, wird die Gültigkeit verwendeter Modelle geprüft und bei negativem Ergebnis auf eine betriebsbewährte Regelungsstrategie umgeschalten. Es wird somit laufend überprüft, ob eine komfortorientierte Zuteilung der Stelleingrffe angebracht ist, d.h. ob die Ausnutzung des Kraftschlusses sich in einem Bereich bewegt, in dem die Modelle, insbesondere die verwendeten Reifenmodelle, noch hinreichend genau gültig sind.If, during or before the allocation of the control intervention implementation, a check of the underlying models, such as a reference model, is analyzed in order to condition a parallel setting of the individual control devices if a limit value is exceeded, the validity of the models used is checked and, if the result is negative, on a tried-and-tested control strategy. It is thus constantly checked whether a comfort-oriented allocation of the control interventions is appropriate, ie whether the utilization of the traction is in a range in which the models, in particular the tire models used, are still sufficiently accurate.
Als besonders effiziente Grenzwerte für einen Grenzschlussbeiwert, der für eine obige Abwägung benötigt wird, hat sich eine Schätzung des tatsächlich vorhandenen Reibwerts bewährt.An estimate of the actual coefficient of friction has proven to be a particularly efficient limit value for a limit coefficient, which is required for the above consideration.
Die Erfindung betrfft auch eine Fahrdynamikregelvorrichtung zum Regeln des fahrdynamischen Verhaltens eines Kraftfahrzeuges mit Rädern mit zumindest zwei unterschiedlichen Stellvorrichtungen zur Vornahme von Fahrdynamikveränderungen, wodurch die Durchführung von Stelleingriffen so angeordnet wird, dass ein Maximalwert eines an den Rädern vorliegenden ausgenutzten Kraftschlussbeiwertes minimiert wird, und wobei eine Straffunktion bei der Zuteilung der Stelleingriffsdurchführung verwendet wird, die die Eingriffsintensität der Stellvorrichtung festlegt. Solche Vorrichtungen können in bereits existenten Kraftfahrzeugen eingesetzt werden und dort zu einer entsprechenden verbesserten fahr- dynamischen Regelung führen, insbesondere zu einer komfortorientierteren und damit angenehmeren Ausregelung des fahrdynamischen Verhaltens.The invention also relates to a driving dynamics control device for controlling the driving dynamics behavior of a motor vehicle with wheels with at least two different adjusting devices for making driving dynamics changes, whereby the implementation of adjusting interventions is arranged in such a way that a maximum value of a friction coefficient present on the wheels that is utilized is minimized, and wherein a Penalty function is used in the allocation of the adjustment intervention implementation, which determines the intervention intensity of the actuator. Such devices can be used in existing motor vehicles and lead there to a correspondingly improved driving dynamics regulation, in particular to a more comfort-oriented and thus more pleasant regulation of the driving dynamics behavior.
Figurenlistecharacter list
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben. Es zeigt:
-
1 den Ablauf einer erfindungsgemäßen Stelleingriffsverteilung.
-
1 the course of a control intervention distribution according to the invention.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In
In der Umschaltvorrichtung 2 wird die Verteilung unter Minimierung eines maximal aus- genutzten Kraftschlussbeiwertes bei Hinzunahme einer Straffunktion realisiert. Die Straffunktion ist dabei vom Fahrzeug und nicht von den Refen abhängig. Dies geschieht gemäß:
Mit P wird die Straffunktion bezeichnet. Die Straffunktion P bewertet die Komfortauswirkungen der Stelleingrffe. P wird jeweils als Funktion der Eingriffsintensität der einzelnen Stellvorrichtungen 4 angesetzt. Dabei wertet man die Variablen aus, die am meisten zur Komfortbeeinträchtigung beitragen, z.B.:
Bei einem Bremseingriff beeinträchtigt die Gesamtintensität den Fahrkomfort, z.B. durch den reduzierenden Geschwindigkeitsverlust. Auch ein Lenkwinkeleingriff mit hohem Stellgradienten vermindert den Lenkkomfort durch entstehende Rückwirkungen bei dem Fahrzeugführer des Kraftfahrzeugs.When the brakes are applied, the overall intensity affects driving comfort, e.g. due to the reducing loss of speed. A steering angle intervention with a high adjustment gradient also reduces the steering comfort due to the repercussions that arise on the driver of the motor vehicle.
Durch die Berücksichtigung der Straffunktion P in einem Optimierungskriterium wird der Einsatz von komfortablen Stellvorrichtungen begünstigt und der Einsatz von weniger komfortablen Stellvorrichtungen bestraft. So erfolgt eine komfort- und reibwertorientierte Distribution der Stelleingriffe.By taking into account the penalty function P in an optimization criterion, the use of convenient adjusting devices is favored and the use of less comfortable adjusting devices is penalized. This results in a comfort- and friction-oriented distribution of the adjustment interventions.
Darüber hinaus wird kontinuierlich die Gültigkeit der zugrunde gelegten Modelle analysiert, um bei hohen Modellfehlern auf eine klassische Fahrdynamikregelung, wie ESP oder ESP in Kombination mit Dynamic Steering Angle Control (DSA), welche Active Front Steering (AFS) enthält, umzuschalten.In addition, the validity of the underlying models is continuously analyzed in order to switch to classic driving dynamics control such as ESP or ESP in combination with Dynamic Steering Angle Control (DSA), which includes Active Front Steering (AFS) in the event of high model errors.
Dabei wird z. B. eine geeignete Grenze für die Kraftschlussnutzung definiert. Diese ist eine Schätzung des tatsächlich vorhandenen Reibwertes. Liegt ein Maximum der Kraftschlussbeiwerte oberhalb dieser Grenzwerte, dann wird das Modell als ungültig erkannt und die Optimierung entsprechend der oben genannten Formel beendet.In doing so, e.g. B. defines a suitable limit for the adhesion use. This is an estimate of the actual coefficient of friction. If a maximum of the adhesion coefficients is above this limit values, then the model is recognized as invalid and the optimization is terminated according to the above formula.
Diese Kontrolle findet in der Prüfvorrichtung 3 statt, welche einen entsprechenden Befehl an die Auswertevorrichtung 5 weiterleitet. Die Auswertevorrichtung 5 wertet somit die Gültigkeit der zugrunde gelegten Modelle aus. Bei gültigen Modellen wird die Umschaltvorrichtung eingeschalten gelassen und eine Alternativschaltvorrichtung 6, die statt der Umschaltvorrichtung 2 aktivierbar ist, ausgeschaltet gelassen.This check takes place in the
Bei ungültigen Modellen wird die Umschaltvorrichtung 2 ausgeschalten und dementsprechend eine Signalweiterleitung an die Prüfvorrichtung 3 initiiert. Nun wird die Alternativschaltvorrichtung 6 eingeschalten, so dass klassische Stelleingriffe der Fahrdynamikregelvorrichtung 1 auf die einzelnen Stellvorrichtungen 4 weitergegeben werden. Dabei findet nun ein paralleles Regeln in einer kollaborativen Struktur statt.In the case of invalid models, the
Es wird somit ein optimaler Kompromiss aus Sportlichkeit, Komfort und Sicherheit bei der Fahrdynamikregelung erreicht. Der Ansatz ist skalierbar und passt sich automatisch an die vorhandenen fahrdynamischen Stellvorrichtungen an. Die Stuationen des Ausfalls einer Stellvorrichtung oder der Fall, dass eine Stellvorrichtung optional als Ausstattungsvariante vorhanden ist, werden mit minimalem Zusatzaufwand abgedeckt. So bleibt die Komplexität des Entwicklungsprozesses von Fahrdynamikregelungen für die Vernetzung vieler fahrdynamischer Stellvorrichtungen trotz der „kombinatorischen Explosion“ handhabbar. Der Komfort der Eingriffe erhöht sich und der Energiebedarf der Stellvorrichtungen vermindert sich.An optimal compromise between sportiness, comfort and safety is thus achieved in the driving dynamics control. The approach is scalable and automatically adapts to the existing driving dynamics actuators. The situations of the failure of an actuator or the case that an actuator is optionally available as an equipment variant are covered with minimal additional effort. In this way, the complexity of the development process of driving dynamics controls for the networking of many driving dynamics actuators remains manageable despite the "combinatorial explosion". The comfort of the interventions increases and the energy requirement of the actuating devices decreases.
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Ralf Orend: Integrierte Fahrdynamikregelung mit Einzelradaktorik. Aachen : Shaker Verlag, 2007. - ISBN 978-3-8322-5800-9 |
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