DE102008010494A1

DE102008010494A1 - Befehlsinterpreter für nichtlineares Fahrzeug-Gieren/Wanken/Driften

Info

Publication number: DE102008010494A1
Application number: DE102008010494A
Authority: DE
Inventors: Shih-Ken Troy Chen; Nikolai K. Grosse Pointe Moshchuk; Flavio Farmington Hills Nardi
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2008-02-22
Publication date: 2008-09-18
Also published as: US20080208406A1; US7835846B2

Abstract

Ein Befehlsinterpreter für ein Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystem, das ein Fahrzeugmodell mit drei Freiheitsgraden, das eine nichtlineare Aufhängungs- und Reifencharakteristik benutzt, verwendet, um Stabilitätsbefehle zu berechnen. Der Befehlsinterpreter umfasst einen Rechner, der eine Querkraft an vorderen Reifen berechnet, einen Rechner, der eine Querkraft an hinteren Reifen berechnet, und einen Befehlsrechner, der ein Gierraten-Befehlssignal, ein Quergeschwindigkeits-Befehlssignal und ein Wankwinkel-Befehlssignal berechnet. Der Vorderreifenquerkraft-Rechner und der Hinterreifenquerkraft-Rechner berechnen die vorderen und hinteren Drift- bzw. Schwimmwinkel des Fahrzeugs. Die Schwimmwinkel werden dann in eine Querkraft umgesetzt, wobei die Umsetzung anhand der Vertikallast am Reifen ausgewählt wird. Die Hinterreifenquerkraft wird bei großen Schwimmwinkeln so modifiziert, dass sie nicht zur Sättigung kommt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Befehlsinterpreter für ein Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystem und insbesondere auf einen Befehlsinterpreter für ein Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystem, der ein Fahrzeugmodell mit drei Freiheitsgraden und einer nichtlinearen Aufhängungs- und Reifencharakteristik verwendet, um die Stabilitäts-Befehlssignale zu berechnen.
2. Diskussion des Standes der Technik
Auf dem Fachgebiet sind verschiedenen Fahrzeugstabilitätssteuerungssysteme bekannt, die die Annehmlichkeit, die Sicherheit und den Komfort des Fahrers erhöhen. Diese Stabilitätssteuerungssysteme verwenden im Allgemeinen ein differentielles Bremsen, eine aktive oder halbaktive Aufhängung, eine aktive Frontlenkung (active front steering) und/oder eine aktive Hinterradlenkung zum Verschaffen der Stabilitätssteuerung. Das Steuersystem misst den Wunsch des Fahrers nach Fahrzeugleistung, um Eingänge wie etwa das Lenkrad, das Bremspedal usw. zu steuern, und vergleicht das Ansprechen bzw. Verhalten des Fahrzeugs mit dem gewünschten Manöver. Das Fahrzeugstabilitätssteuerungssystem verwendet gewöhnlich einen Befehlsinterpreter, um den Fahrerwunsch zu ermitteln.
Das Stabilitätssteuerungssystem empfängt im Allgemeinen fahrzeugdynamische Informationen von verschiedenen Sensoren wie etwa Gierratensensoren, Querbeschleunigungssensoren, Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren, Raddrehzahlsensoren, Lenkradwinkelsensoren, Reifenkraftsensoren, Radkraftsensoren, Wankratensensoren usw., um verschiedene Fahrzeugparameter und -zustände zu berechnen oder zu schätzen. Die Fahrzeugparameter und -zustände werden dann dazu verwendet, Aktor-Befehlssignale bereitzustellen, um die Stabilitätssteuerung zu verschaffen. Für die Steuerung gegen Fahrzeugüberschlag ist es im Allgemeinen wichtig, neben der Gierbewegung die Wankbewegung und die Drift- bzw. Schwimmbewegung zu begrenzen. Daher sind zur Entschärfung eines drohenden Überschlags im Allgemeinen geeignete Befehlssignale erforderlich, um den gewünschten Gierratenbefehl, Wankwinkelbefehl und Driftbefehl zu erzeugen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Erfindung wird ein Befehlsinterpreter für ein Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystem offenbart, wobei der Befehlsinterpreter ein Fahrzeugmodell mit drei Freiheitsgraden, das eine nichtlineare Aufhängungs- und Reifencharakteristik benutzt, verwendet, um vom Fahrer verlangte Befehle zu berechnen. Der Befehlsinterpreter umfasst einen Rechner, der eine Querkraft an vorderen Reifen berechnet, einen Rechner, der eine Querkraft an hinteren Reifen berechnet, und einen Befehlsrechner, der ein Gierraten-Befehlssignal, ein Quergeschwindigkeits-Befehlssignal und ein Wankwinkel-Befehlssignal berechnet. Der Vorderreifenquerkraft-Rechner und der Hinterreifenquerkraft-Rechner berechnen die vorderen und hinteren Drift- bzw. Schwimmwinkel des Fahrzeugs. Die Schwimmwinkel werden dann auf eine Verweistabelle angewandt, die den Schwimmwinkel in eine Querkraft umsetzt, wobei die Verweistabelle anhand der Vertikallast am Reifen ausgewählt wird. Die Hinterreifenquerkraft wird bei großen Schwimmwinkeln so modifiziert, dass sie nicht zur Sättigung kommt. Der Befehlsrechner verwendet die Vorder- und Hinterreifenquerkräfte und andere gemessene Fahrzeug-Eingangssignale dazu, unter Verwendung des Fahrzeugmodells das Gierraten-Befehlssignal, das Driftgeschwindigkeits-Befehlssignal und das Quergeschwindigkeits-Befehlssignal sowie das Wankwinkel-Befehlssignal zu berechnen.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden deutlich aus der folgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen aufgenommen werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Aufriss eines Fahrzeugs, das ein Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystem enthält;
2 ist ein Blockschaltplan des in 1 gezeigten Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystems, das einen Befehlsinterpreter, der ein Fahrzeugmodell mit drei Freiheitsgraden verwendet, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst;
3 ist eine Draufsicht eines Fahrzeugs, die Variablen zeigt, die in dem Fahrzeugmodell mit drei Freiheitsgraden verwendet werden;
4 ist eine Vorderansicht eines Fahrzeugs, die die Variablen zeigt, die in dem Fahrzeugmodell mit drei Freiheitsgraden verwendet werden;
5 ist ein Blockschaltplan des in 2 gezeigten Befehlsinterpreters; und
6 ist ein Diagramm zum Berechnen der Querkraft für die Vorder- und Hinterreifen des Fahrzeugs in dem Befehlsinterpreter, wobei die seitliche Drift bzw. der Schräglauf auf der horizontalen Achse angegeben ist und die Querkraft auf der vertikalen Achse angegeben ist.
GENAUE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Erläuterung der auf einen Befehlsinterpreter für ein Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystem gerichteten Ausführungsformen der Erfindung ist dem Wesen nach rein beispielhaft, wobei keineswegs beabsichtigt ist, die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungen zu beschränken.
1 ist ein Aufriss eines Fahrzeugs 10, das Vorderräder 12 und 14 und Hinterräder 16 und 18 umfasst. Das Fahrzeug 10 enthält ferner ein Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystem (vehicle stability enhancement system, VSES) 22, das eine Fahrzeugstabilitätssteuerung vornimmt. Das VSES 22 kann Steuersignale an verschiedene Aktoren bzw. Stellglieder an dem Fahrzeug 10 liefern, um die Steuerung bereitzustellen, wie etwa beim differentiellen Bremsen für Bremsaktoren 24, 26, 28 und 30 der Räder 12, 14, 16 bzw. 18, an einen Aktor 32 für aktive Hinterrad-Lenksteuerung und einen Aktor 34 für aktive Frontlenkung, die alle Fachleuten wohlbe kannt sind. Das VSES 22 empfängt Signale, die sich auf verschiedene Fahrzeugzustände beziehen, von verschiedenen Sensoren einschließlich eines Lenkradwinkelsensors 36 zum Messen des Winkels eines Fahrzeug-Lenkhandrads 38, um ein Signal 6 bereitzustellen, das für den Lenkwinkel der Vorderräder 12 und 14 bezeichnend ist. Das VSES 22 empfängt außerdem ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V_x von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 40, ein Gierratensignal r von einem Gierratensensor 42, ein Querbeschleunigungssignal A_y von einem Querbeschleunigungssensor 44 und ein Reifenvertikallastsignal F_z von einem Reifenlastsensor 46 für die vertikale Reifenkraft an allen Rädern 12, 14, 16 und 18, die alle Fachleuten wohlbekannt sind. Der Reifenlastsensor 46 soll einen Lastsensor für jedes der Räder 12, 14, 16 und 18 repräsentieren, die unabhängig gemessen werden. In einer alternativen Ausführungsform kann die Vertikallast an den Rädern 12, 14, 16 und 18 unter Verwendung bekannter Algorithmen geschätzt werden.
2 ist ein Blockschaltplan des VSES 22. Das VSES 22 umfasst einen Befehlsinterpreter 50, der das Lenkradwinkelsignal 6 auf einer Leitung 52 von dem Lenkradwinkelsensor 36, das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V_x auf einer Leitung 54 von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 40 und das Reifenvertikallastsignal F_z auf einer Leitung 48 von dem Lastsensor 46 empfängt. Wie weiter unten näher besprochen wird, verwendet der Befehlsinterpreter 50 ein Fahrzeugmodell mit drei Freiheitsgraden und einer nichtlinearen Aufhängungs- und Reifencharakteristik, um ein vom Fahrer verlangtes Gierraten-Befehlssignal r, ein Quergeschwindigkeits-Befehlssignal V_y und ein Wankwinkel-Befehlssignal φ zu bestimmen.
Das VSES 22 umfasst außerdem einen Gierratenrückkopplungs-Controller bzw. Gierraten-Regler 56, der das Gierratensignal r von dem Gierraten sensor 42 auf einer Leitung 58 und das Gierraten-Befehlssignal r von dem Befehlsinterpreter 50 empfängt. Der Gierratenrückkopplungs-Controller 56 verwendet einen geeigneten Algorithmus, wovon viele auf dem Fachgebiet bekannt sind, um ein Gierraten-Steuerkomponentensignal bereitzustellen, um die Differenz zwischen der gemessenen Fahrzeuggierrate und der gewünschten Fahrzeuggierrate zu minimieren.
Das VSES 22 umfasst außerdem einen Quergeschwindigkeitsschätzungs-Controller 60, der das Gierratensignal r auf der Leitung 58, das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V_x auf der Leitung 54 und das Querbeschleunigungssignal A_y auf einer Leitung 62 empfängt. Der Schätzungs-Controller 62 erzeugt eine geschätzte Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 anhand eines geeigneten Algorithmus wie etwa jenes, der in der US-Patentanmeldung lfd. Nr. 11/280,943 mit dem Titel "Vehicle Stability Control with Lateral Dynamics Feedback", eingereicht am 16. November 2005, an den Anmelder dieser Anmeldung übertragen und im Folgenden durch Bezugnahme hier mit aufgenommen, offenbart ist.
Das VSES 22 umfasst außerdem einen Quergeschwindigkeits-Controller 64, der das Quergeschwindigkeits-Befehlssignal V_y von dem Befehlsinterpreter 50 und das Signal für geschätzte Quergeschwindigkeit von dem Quergeschwindigkeitsschätzungs-Controller 60 empfängt. Der Quergeschwindigkeits-Controller 64 erzeugt ein Quergeschwindigkeits-Steuerkomponentensignal, das die Differenz zwischen der gewünschten Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 und der geschätzten Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 minimiert.
Das VSES 22 umfasst außerdem einen Wankwinkelschätzungs-Controller 66, der das Lenkradwinkelsignal 6 auf der Leitung 52, das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V_x auf der Leitung 54 und das Querbeschleuni gungssignal A_y auf der Leitung 62 empfangt. Der Wankwinkelschätzungs-Controller 66 schätzt den Wankwinkel des Fahrzeugs 10 anhand der Eingangssignale durch einen geeigneten Algorithmus. Ein nicht einschränkendes Beispiel für das Schätzen des Wankwinkels kann in der US-Patentanmeldung lfd. Nr. 11/400,844 mit dem Titel "Estimation of Vehicle Roll Rate and Roll Angle Using Suspension Deflection Sensors", eingereicht am 10. April 2006, übertragen an den Anmelder dieser Anmeldung und hier durch Bezugnahme mit aufgenommen, gefunden werden.
Das VSES 22 umfasst außerdem einen Wankwinkel-Controller 68, der das Wankwinkel-Befehlssignal φ von dem Befehlsinterpreter 50 und das Signal für geschätzten Wankwinkel von dem Wankwinkelschätzungs-Controller 66 empfängt. Der Wankwinkel-Controller 68 stellt ein Wank-Steuerkomponentensignal zum Steuern des Fahrzeugs 10 in der Wankrichtung bereit.
Das VSES 22 umfasst außerdem einen Addierer 70, der das Gierraten-Steuerkomponentensignal von dem Gierraten-Controller 56, das Drift-Steuerkomponentensignal von dem Quergeschwindigkeits-Controller 64 und das Wank-Steuerkomponentensignal von dem Wankwinkel-Controller 68 addiert, um ein Aktor-Steuerbefehlssignal in allen drei Freiheitsgraden für Gieren, Quergeschwindigkeit und Wanken bereitzustellen. Das Aktor-Steuerbefehlssignal von dem Addierer 70 kann zu irgendeinem oder sämtlichen der Aktoren, die den Aktor 32 für aktive Hinterradlenkung, den Aktor 34 für aktive Frontlenkung und die Bremsaktoren 24, 26, 28 und 30 umfassen, gesendet werden.
Wie oben erwähnt worden ist, verwendet der Befehlsinterpreter 50 ein Fahrzeugmodell mit drei Freiheitsgraden, um das Gierraten-Befehlssignal r, das Quergeschwindigkeits-Befehlssignal V_y und das Wankwinkel-Be fehlssignal φ zu erzeugen. Das Fahrzeugmodell verwendet ein nichtlineares Aufhängungsmodell und ein nichtlineares Reifenmodell. 3 und 4 sind eine Draufsicht bzw. eine Vorderansicht eines Fahrzeugs 80, die Variablen zeigen, die bei der Berechnung des Fahrzeugmodells mit drei Freiheitsgraden der Erfindung verwendet werden. Das Fahrzeug 80 wird als Zweimassensystem betrachtet, das aus einer gefederten Masse M_s und einer ungefederten Masse M_u besteht, wobei das Wanken der gefederten Masse M_s um eine Wankachse eingeschränkt ist, wobei sich das Wankzentrum bei O_s befindet. Die gefederte Masse M_s besitzt drei Freiheitsgrade, und zwar die Quergeschwindigkeit V_y, die Gierrate r und den Wankwinkel φ, wobei der Schwerpunkt (cg) bei CG_s liegt. Die ungefederte Masse M_u erfährt dieselben Gier- und Querbewegungen wie die gefederte Masse M_s, wobei der Schwerpunkt bei O_u liegt, jedoch erfährt sie keine Wankbewegung.
Für ein Fahrzeug mit einer konstanten oder sich langsam verändernden Vorwärtsgeschwindigkeit V_x lassen sich die Bewegungsgleichungen in dem fahrzeugkarosseriefesten Koordinatensystem wie folgt schreiben: Mu(V .y + Vxr) + Ms(V .y + Vxr – hsφ ..) = Fyfcos(δf + γfφ) + Fyrcos(δf + yfφ) (1) Izr . + Ixzφ .. = aFyfcos(δf + yfφ) – bFyrcos(δr + γfφ) (2) Ixφ . + Ixzr . – Mshs(V .y + Vxr) = Msghssinφ – Kφφ – Cφφ . (3)
5 ist ein Blockschaltplan des Befehlsinterpreters 50. Der Befehlsinterpreter 50 umfasst einen Rechner 80, der die Vorderreifenquerkraft F_yf berechnet, einen Rechner 82, der die Hinterreifenquerkraft F_yr berechnet, und einen Befehlsrechner 84, der das Gierraten-Befehlssignal r, das Quergeschwindigkeits-Befehlssignal V_y und das Wankwinkel-Befehlssignal φ berechnet.
Der Vorderreifenquerkraft-Rechner 80 empfängt das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V_x auf einer Leitung 86, das Lenkradwinkelsignal δ auf einer Leitung 88, das Reifenvertikallastsignal F_z auf einer Leitung 90, das Gierraten-Befehlssignal r auf einer Leitung 92, das Quergeschwindigkeits-Befehlssignal V_y auf einer Leitung 94 und das Wankwinkel-Befehlssignal φ auf einer Leitung 96. Ähnlich empfängt der Hinterreifenquerkraft-Rechner 82 für das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V_x auf der Leitung 86, das Reifenvertikallastsignal F_z auf der Leitung 90, das Gierraten-Befehlssignal r auf der Leitung 92, das Quergeschwindigkeits-Befehlssignal V_y auf der Leitung 94 und das Wankwinkel-Befehlssignal φ auf der Leitung 96. Aus diesen Werten berechnen die Rechner 80 und 82 wie folgt die Drift- bzw. Schwimmwinkel α_f und α_r für die Frontseite und die Heckseite des Fahrzeugs: αf = δf – tan–1((ar + Vy)/Vx) + γfφ) (4) αr = δr + tan–1((br + Vy)/Vx) + γrφ) (5)
Sobald die Rechner 80 und 82 die Schwimmwinkel α_f und α_r berechnet haben, können sie eine geeignete Verweistabelle verwenden, um die Schwimmwinkel α_f und α_r in die Querkräfte F_yf und F_rf für die Vorder- und Hinterreifen des Fahrzeugs umzusetzen. Die Verweistabelle wird insofern in Abhängigkeit von der Reifenvertikallast F_z ausgewählt, als für verschiedene Bereiche von Reifenvertikallasten verschiedene Verweistabellen verwendet werden. Es sei angemerkt, dass der Unterschied zwischen dem Reifenschräglaufwinkel und dem Schwimmwinkel durch die Aufhängungs-/Lenkungsnachgiebigkeit bedingt ist.
Die typischen vorderen und hinteren Querkräfte bei einem Sportnutzfahrzeug (SUV) betreffend nehmen die Querkräfte linear mit den Schwimmwinkeln zu. Bei gemäßigten Schwimmwinkeln, d. h. von etwa 5°, nimmt die Kraft mit einer geringeren Rate und in nichtlinearer Weise zu. Wenn der Schwimmwinkel einen kritischen Wert wie etwa 10° erreicht, bleibt die Querkraft nahezu konstant oder nimmt sogar etwas ab, wenn der Schwimmwinkel zunimmt.
Wenn ein Fahrzeug im Grenzbereich manövriert, kann es eine hohe Quergeschwindigkeit und einen großen Wankwinkel entwickeln. Die oben besprochene modellbasierte Lösung für die Stabilitätssteuerung nimmt an, dass die hohe Quergeschwindigkeit und der große Wankwinkel dem vom Fahrer erwarteten Verhalten entsprechen. In Wirklichkeit würde der Fahrer gewöhnlich auch unter extremen Fahrbedingungen nur eine gemäßigte Quergeschwindigkeit und einen gemäßigten Wankwinkel vorziehen. Folglich sollte der Befehlsinterpreter 50 so modifiziert sein, dass er nichtlineare und dynamische Effekte umfasst.
Wenn ein Fahrzeug eine starke Quergeschwindigkeitsbewegung erzeugt, geraten die Vorderreifen und/oder die Hinterreifen in Sättigung und wird das Fahrzeug instabil. Der Fahrer, der von der Frontlenkung geleitet wird, würde jedoch erwarten, dass die Hinterreifen unter allen Fahrbedingungen steuerbar bleiben, d. h. nicht in Sättigung gelangen. Folglich schlägt die vorliegende Erfindung vor, den linearen Bereich der hinteren Drift künstlich so zu erweitern, dass selbst jenseits des kritischen Drift- bzw. Schwimmwinkels keine Sättigung eintritt.
6 ist ein Diagramm, bei dem die seitliche Drift bzw. der Schräglauf auf der horizontalen Achse angegeben ist und die Querkraft am Reifen bzw. Reifenseitenführungskraft auf der vertikalen Achse angegeben ist. Die Diagrammlinie 100 gibt Beziehung zwischen dem Schräglauf und der Querkraft für die vorderen Reifen des Fahrzeugs an, während die Diagrammlinie 102 die Beziehung zwischen dem Schräglauf und der Querkraft für die hinteren Reifen des Fahrzeugs angibt, und zwar vor der Erfindung, wo bei hoher Quergeschwindigkeit und großem Wankwinkel eine Hinterreifensättigung eintrat. Die Diagrammlinie 104 gibt die modifizierte Beziehung zwischen dem Schräglauf und der Querkraft für die Hinterreifen an, die verhindert, dass die Querkraft in Sättigung geht, wenn der Schräglauf zunimmt. Die Diagrammlinie 106 repräsentiert die Beziehung zwischen dem Schräglauf und der Querkraft an den Hinterreifen bei einer Zunahme der Reifenvertikallast F_z für eine andere Verweistabelle.
Sobald die Verweistabelle wie oben besprochen modifiziert ist, werden die berechneten Schwimmwinkel α_f und α_r aus den Gleichungen (4) und (5) verwendet, um die Querkraft an den Vorderreifen und den Hinterreifen zu bestimmen.
Der Befehlsrechner 84 empfangt das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V_x auf der Leitung 86, das Lenkradwinkelsignal 6 auf der Leitung 88, das Vorderreifenquerkraftsignal F_yf von dem Rechner 80 und das Hinterreifenquerkraftsignal F_yr von dem Rechner 82. Durch Einführen eines Schräglaufwinkels β = V_y/V_x lassen sich die Bewegungsgleichungen wie folgt umschreiben: Mβ . – Mshsφ ../Vx = –Mr + [Fyfcos(δf + γfφ) + Fyrcos(δr + γfφ)]/Vx (6) Izr . + Ixzφ .. = aFyfcos(δf + γfφ) – bFyrcos(δr + γfφ) (7) Ixφ .. + Ixzr . – Mshsβ .Vx = MshsVxr + Msghssinφ – KφφCφφ . (8) In den Gleichungen (6)–(8) ist die Achsenquerkraft eine nichtlineare Funktion des Achsen-Schwimmwinkels und gegeben durch: Fy = Fy(α, Fz) (9)
Unter Verwendung der Gleichungen (6)–(8) kann der Rechner 84 das Gierraten-Befehlssignal r, das Drift- bzw. Schräglaufsignal β(V_y/V_x) und das Wankwinkel-Befehlssignal φ auflösen. In einer Ausführungsform nimmt der Rechner 84 die folgenden Umsetzungen in Zustandsvariablen vor.
Durch Einführen von Zustandsvariablen für die Drift bzw. den Seitenschlupf, die Gierrate, die Wankrate und den Wankwinkel lassen sich die Gleichungen (6), (7) und (8) wie folgt schreiben: AX . = F(X), (10)wobei,
Δ = MIzIx – MI2xz – M2s H2s Iz (14)
a14 = 0 (18)
a24 = 0 (22)
a34 = 0 (26) a41 = 0 (27) a42 = 0 (28) a43 = 0 (29) a44 = 1 (30)
Die obige Abhandlung offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann erkennt aus dieser Abhandlung und den begleitenden Zeichnungen und Ansprüchen, dass verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Abweichungen vorgenommen werden können, ohne vom Leitgedanken und Umfang der Erfindung, die in den folgenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- "Vehicle Stability Control with Lateral Dynamics Feedback", eingereicht am 16. November 2005 [0016]
- "Estimation of Vehicle Roll Rate and Roll Angle Using Suspension Deflection Sensors", eingereicht am 10. April 2006 [0018]

Claims

Steuersystem zum Bereitstellen eines Gierraten-Befehlssignals, eines Quergeschwindigkeits-Befehlssignals und eines Wank-Befehlssignals in einem Fahrzeug, wobei das Steuersystem umfasst: mehrere Fahrzeugsensoren zum Messen von Fahrzeugparametern und zum Bereitstellen von Sensorsignalen; einen Vorderreifenquerkraft-Rechner zum Berechnen einer Querkraft an vorderen Reifen des Fahrzeugs unter Verwendung wenigstens mancher der mehreren Sensorsignale und zum Bereitstellen eines Vorderreifenquerkraftsignals; einen Hinterreifenquerkraft-Rechner zum Berechnen einer Querkraft an hinteren Reifen des Fahrzeugs unter Verwendung wenigstens mancher der mehreren Sensorsignale und zum Bereitstellen eines Hinterreifenquerkraftsignals; und einen Befehlsrechner zum Berechnen des Gierraten-Befehlssignals, des Quergeschwindigkeits-Befehlssignals und des Wank-Befehlssignals auf der Grundlage wenigstens mancher der mehreren Sensorsignale und der Vorder- und Hinterreifenquerkraftsignale.
System nach Anspruch 1, wobei die mehreren Sensoren einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Bereitstellen eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals für die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, einen Gierratensensor zum Bereitstellen eines Gierratensignals für die Gierrate des Fahrzeugs, einen Lenkradwinkelsensor zum Bereitstellen eines Lenkradwinkelsignals für die Stellung eines Fahrzeug-Lenkhandrads, einen Querbeschleunigungssensor zum Bereitstellen eines Querbeschleunigungssignals für das Querbeschleunigungs signal des Fahrzeugs und einen Reifenvertikalkraftsensor zum Bereitstellen eines Signals für die Vertikalkraft an den Fahrzeugreifen.
System nach Anspruch 2, wobei der Befehlsrechner das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal und das Lenkradwinkelsignal dazu verwendet, das Gierraten-Befehlssignal, das Quergeschwindigkeits-Befehlssignal und das Wank-Befehlssignal zu berechnen.
System nach Anspruch 2, wobei der Vorderreifenquerkraft-Rechner das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, das Lenkradwinkelsignal, das Reifenvertikalkraftsignal, das Quergeschwindigkeits-Befehlssignal, das Wank-Befehlssignal und das Gierraten-Befehlssignal dazu verwendet, das Vorderreifenquerkraftsignal zu ermitteln.
System nach Anspruch 2, wobei der Hinterreifenquerkraft-Rechner das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, das Reifenvertikalkraftsignal, das Quergeschwindigkeits-Befehlssignal, das Wank-Befehlssignal und das Gierraten-Befehlssignal dazu verwendet, das Hinterreifenquerkraftsignal zu ermitteln.
System nach Anspruch 1, wobei der Vorderreifenquerkraft-Rechner und der Hinterreifenquerkraft-Rechner die Drift bzw. das Schwimmen der Vorder- und Hinterreifen berechnen und die Drift in die vorderen und hinteren Querkraftsignale umsetzen.
System nach Anspruch 6, wobei der Vorderreifenquerkraft-Rechner und der Hinterreifenquerkraft-Rechner Verweistabellen verwenden, um die Drift der Vorder- und Hinterreifen in die Querkraftsignale umzusetzen.
System nach Anspruch 6, wobei das Hinterreifenquerkraftsignal so modifiziert wird, dass es in Ansprechen auf große Driften nicht in Sättigung gelangt.
System nach Anspruch 6, wobei sich die Umsetzung der Drift in die Querkraft ändert, wenn sich die Reifenvertikalkraft ändert.
System nach Anspruch 6, wobei der Vorderreifenquerkraft-Rechner und der Hinterreifenquerkraft-Rechner zum Berechnen der vorderen und der hinteren Drift die folgenden Gleichungen verwenden: αf = δf – tan–1((ar + Vy)/Vx) + γfφ) αr = δr + tan–1((br + Vy)/Vx) + γrφ),wobei α_f die vordere Drift ist, α_r die hintere Drift ist, δ_f der Vorderreifenlenkwinkel ist, δ_r der Hinterreifenlenkwinkel ist, r die Fahrzeuggierrate ist, V_x die Fahrzeuggeschwindigkeit ist, V_y die Fahrzeugquerbeschleunigung ist, φ das Fahrzeugwanken ist und α und β Konstanten sind, die mit dem Fahrzeugradstand verbunden sind.
System nach Anspruch 1, wobei der Befehlsrechner zum Berechnen des Gierraten-Befehlssignals, des Quergeschwindigkeits-Befehlssignals und des Wank-Befehlssignals die folgenden Gleichungen verwendet: Mβ . – Mshsφ ../Vx = –Mr + [Fyfcos(δf + yfφ) + Fyrcos(δr + γfφ)]/Vx Izr . + Ixzφ .. = aFyfcos(δf + γfφ) – bFyrcos(δr + γfφ) Ixφ .. + Ixzr . – Mshsβ .Vx = MshsVxr + Msghssinφ – KφφCφφ .
Steuersystem zum Bereitstellen eines Gierraten-Befehlssignals, eines Quergeschwindigkeits-Befehlssignals und eines Wank-Befehlssignals in einem Fahrzeug, wobei das Steuersystem umfasst: einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Bereitstellen eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals für die Geschwindigkeit des Fahrzeugs; einen Gierratensensor zum Bereitstellen eines Gierratensignals für die Gierrate des Fahrzeugs; einen Lenkradwinkelsensor zum Bereitstellen eines Lenkradwinkelsignals für die Stellung eines Fahrzeug-Lenkhandrads; einen Querbeschleunigungssensor zum Bereitstellen eines Querbeschleunigungssignals für das Querbeschleunigungssignal des Fahrzeugs; einen Sensor für die vertikale Reifenlast zum Bereitstellen eines Signals für die Vertikalkraft an Fahrzeugreifen; einen Vorderreifenquerkraft-Rechner zum Berechnen einer Querkraft an Vorderreifen des Fahrzeugs, wobei der Vorderreifenquerkraft-Rechner das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, das Lenkradwinkelsignal, das Reifenvertikalkraftsignal, das Quergeschwindigkeits-Befehlssignal, das Wank-Befehlssignal und das Gierraten-Befehlssignal dazu verwendet, die Drift der Vorderreifen zu berechnen, wobei der Vorderreifenquerkraft-Rechner die Drift in ein Vorderreifenquerkraftsignal umsetzt; einen Hinterreifenquerkraft-Rechner zum Berechnen einer Querkraft an Hinterreifen des Fahrzeugs, wobei der Hinterreifenquerkraft-Rechner das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, das Reifenvertikalkraftsignal, das Quergeschwindigkeits-Befehlssignal, das Wank-Befehlssignal und das Gierraten-Befehlssignal dazu verwendet, die Drift der Hinterreifen zu berechnen, wobei der Hinterreifen querkraft-Rechner die Drift in ein Hinterreifenquerkraftsignal umsetzt; und einen Befehlsrechner zum Berechnen des Gierraten-Befehlssignals, des Quergeschwindigkeits-Befehlssignals und des Wank-Befehlssignal anhand des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals, des Lenkradwinkelsignals und der Vorder- und Hinterreifenquerkraftsignale.
System nach Anspruch 12, wobei der Vorderreifenquerkraft-Rechner und der Hinterreifenquerkraft-Rechner Verweistabellen verwenden, um die Drift der Vorder- und Hinterreifen in die Querkraftsignale umzusetzen.
System nach Anspruch 12, wobei das Hinterreifenquerkraftsignal so modifiziert wird, dass es in Ansprechen auf große Driften nicht in Sättigung gelangt.
System nach Anspruch 12, wobei sich die Umsetzung der Drift in die Querkraft ändert, wenn sich die Reifenvertikalkraft ändert.
System nach Anspruch 12, wobei der Vorderreifenquerkraft-Rechner und der Hinterreifenquerkraft-Rechner zum Berechnen der vorderen und der hinteren Drift die folgenden Gleichungen verwenden: αf = δf – tan–1((ar + Vy)/Vx) + γfφ) αr = δr + tan–1((br + Vy)/Vx) + γrφ),wobei α_f die vordere Drift ist, α_r die hintere Drift ist, δ_f der Vorderreifenlenkwinkel ist, δ_r der Hinterreifenlenkwinkel ist, r die Fahrzeuggierrate ist, V_x die Fahrzeuggeschwindigkeit ist, V_y die Fahr zeugquerbeschleunigung ist, φ das Fahrzeugwanken ist und α und β Konstanten sind.
System nach Anspruch 12, wobei der Befehlsrechner zum Berechnen des Gierraten-Befehlssignals, des Quergeschwindigkeits-Befehlssignals und des Wank-Befehlssignals die folgenden Gleichungen verwendet: Mβ . – Mshsφ ../Vx = –Mr + [Fyfcos(δf + γfφ) + Fyrcos(δr + γfφ)]/Vx Izr . + Ixzφ .. = aFyfcos(δf + γfφ) – bFyrcos(δr + γfφ) Ixφ .. + Ixzr . – Mshsβ .Vx = MshsVxr + Msghssinφ – KφφCφφφ .
Befehlsinterpreter zum Bereitstellen von Fahrzeugstabilitäts-Steuerbefehlen, wobei der Befehlsinterpreter einen Vorderreifenquerkraft-Rechner zum Berechnen einer Querkraft an Vorderreifen des Fahrzeugs, einen Hinterreifenquerkraft-Rechner zum Berechnen einer Querkraft an Hinterreifen des Fahrzeugs und einen Befehlsrechner zum Berechnen der Stabilitäts-Steuerbefehle unter Verwendung eines Fahrzeugmodells mit drei Freiheitsgraden und der Vorder- und Hinterreifenquerkraftsignale umfasst.
Befehlsinterpreter nach Anspruch 18, wobei die Fahrzeugstabilitäts-Steuerbefehle einen Gierratenbefehl, einen Quergeschwindigkeitsbefehl und einen Wankbefehl umfassen.
Befehlsinterpreter nach Anspruch 18, wobei der Vorderreifenquerkraft-Rechner einen vorderen Drift- bzw. Schwimmwinkel berechnet und den vorderen Schwimmwinkel anhand einer Verweistabelle in die Querkraft an den Vorderreifen umsetzt, und der Hinterreifen querkraft-Rechner einen hinteren Drift- bzw. Schwimmwinkel berechnet und den hinteren Schwimmwinkel anhand einer Verweistabelle in die Querkraft an den Hinterreifen umsetzt.
Befehlsinterpreter nach Anspruch 20, wobei der Vorderreifenquerkraft-Rechner und der Hinterreifenquerkraft-Rechner die Beziehung zwischen dem Schwimmwinkel und der Querkraft so modifizieren, dass die Querkraft nicht in Sättigung gelangt.