DE102009004415B4

DE102009004415B4 - Verfahren und Systeme zum Berechnen der Gierverstärkung für die Verwendung bei der Steuerung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102009004415B4
Application number: DE102009004415.9A
Authority: DE
Inventors: David M. Sidlosky; Christopher A. Kinser
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-01-16
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2017-08-31
Anticipated expiration: 2029-01-14
Also published as: US20090182476A1; US8131424B2; DE102009004415A1

Abstract

Verfahren zum Berechnen einer Gierverstärkung für die Verwendung bei der Steuerung eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Ermitteln eines Kurvenradius des Fahrzeugs; Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit; Berechnen einer Größe zur Anpassung einer Lenkgeometriegleichung, die auf der Annahme beruht, dass der Kurvenradius des Fahrzeugs wesentlich größer als der Radstand ist, an eine Situation, in der der Kurvenradius des Fahrzeugs nicht wesentlich größer als der Radstand ist, wenigstens teilweise anhand des Kurvenradius; und Berechnen der Gierverstärkung wenigstens teilweise anhand des Kurvenradius, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Anpassungsgröße.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf das Gebiet der Fahrzeuge und genauer auf Verfahren und Systeme zum Berechnen einer Gierverstärkung für die Verwendung bei der Steuerung eines Fahrzeugs.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Viele Fahrzeuge enthalten heutzutage Stabilitätssteuersysteme, die das Fahrverhalten eines Fahrzeugs verbessern. Fahrzeug-Stabilitätssteuersysteme verwenden typischerweise ein Mittel zum Bestimmen des vom Fahrer beabsichtigten Fahrzeugwegs, wenn sie eine Stabilitätssteuerung für das Fahrzeug bereitstellen. Der vom Fahrer beabsichtigte Fahrzeugweg kann bestimmt werden durch Berechnen einer Gierverstärkung unter Verwendung von Parametern wie etwa einer Fahrzeuggeschwindigkeit und eines Soll-Straßenradwinkels, der der Lenkradwinkel des Fahrers, dividiert durch ein Lenkübersetzungsverhältnis, ist. Die Gierverstärkung kann dann verwendet werden, um eine stationäre Giergeschwindigkeit zu berechnen, die ihrerseits verwendet werden kann, um eine stationäre Quergeschwindigkeit zu berechnen und um daher den vom Fahrer beabsichtigten Fahrzeugweg zu bestimmen.
Ein Verfahren zur Berechnung einer Gierverstärkung für die Verwendung zur Steuerung eines Fahrzeugs ist beispielsweise aus der DE 196 51 760 A1 bekannt.
Typischerweise beruhen solche Fahrzeug-Stabilitätssteuersystem-Berechnungen auf einer angenäherten Darstellung der durch die folgende Gleichung 1 definierten Lenkgeometrie: δ = L / R + K_ua_y (Gleichung 1)
In Gleichung 1 repräsentieren δ einen Fahrzeugstraßenrad-Winkel, L einen Radstand des Fahrzeugs, R einen Kurvenradius des Fahrzeugs, K_u einen Fahrzeuguntersteuergradienten (d. h. ein Maß der Neigung des Fahrzeugs zum ”Untersteuern” während einer Kurvenfahrt, das auftritt, wenn ein kreisförmiger Weg der Fahrzeugbewegung während der Kurvenfahrt einen größeren Durchmesser hat als ein kreisförmiger Weg, der durch eine Richtung angegeben ist, in die die Fahrzeugstraßenräder zeigen), und a_y eine Fahrzeug-Querbeschleunigung. Gleichung 1, die in der Literatur üblicherweise genannt wird, basiert auf der Annahme, dass der Kurvenradius viel größer als der Radstand ist und dass die Lenkwinkel klein sind, so dass geringe Winkelvereinfachungen verwendet werden können, etwa derart, dass der Arcustangens eines Winkels gleich dem Winkel selbst ist.
Die meisten Fahrzeugstabilitäts-Steuerverfahren und -Steuersysteme beruhen heutzutage auf Parametern, die unter Verwendung der obigen Gleichung 1 berechnet werden. Beispielsweise werden Werte, die aus Gleichung 1 erhalten werden, oftmals verwendet, um eine Giergeschwindigkeit und eine Gierverstärkung für das Fahrzeug gemäß der folgenden Gleichung 2 und der folgenden Gleichung 3 zu berechnen: Ω = a_y/V_ref (Gleichung 2) Ω_g = Ω/δ (Gleichung 3)
In den Gleichungen 2 und 3 repräsentieren Ω eine Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs, V_ref eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs und Ω_g eine Gierverstärkung. Die Giergeschwindigkeit und die Gierverstärkung werden typischerweise als Parameter für die Verwendung bei der Steuerung des Lenkens des Fahrzeugs verwendet, beispielsweise bei der Steuerung verschiedener Eingriffe eines elektronischen Stabilitätssteuersystems des Fahrzeugs. Insbesondere wird die Gierverstärkung typischerweise verwendet, um einen stationären Wert für die Giergeschwindigkeit zu berechnen, der seinerseits für die Steuerung eines oder mehrerer Lenkeingriffe beispielsweise eines elektronischen Stabilitätssteuersystems des Fahrzeugs verwendet wird.
Obwohl solche Steuerverfahren und -systeme heutzutage sehr genau sein können, wenn der Kurvenradius des Fahrzeugs erheblich größer als der Fahrzeugradstand ist, sind sie starker eingeschränkt, wenn der Kurvenradius nicht erheblich größer als der Radstand ist. Beispielsweise kann während enger Kurvenfahrtmanöver ein Vertrauen auf die der obigen Gleichung 1 inhärenten Näherungen zu weniger als einer optimalen Genauigkeit führen.
Daher ist es wünschenswert, verbesserte Verfahren, Systeme und Programme zum Berechnen einer Gierverstärkung für die Verwendung bei der Steuerung eines Fahrzeugs zu schaffen, insbesondere in Situationen, in denen der Kurvenradius nicht erheblich größer als der Radstand ist, beispielsweise während enger Kurvenfahrtmanöver. Ferner werden andere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden genauen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen deutlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und dem oben erwähnten technischen Gebiet und dem oben erwähnten Hintergrund zu sehen sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Berechnen einer Gierverstärkung für die Verwendung bei der Steuerung eines Fahrzeugs geschaffen, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Programmprodukt zum Berechnen einer Gierverstärkung für die Verwendung bei der Steuerung eines Fahrzeugs geschaffen, das die Merkmale des Anspruchs 10 aufweist.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Steuern eines Lenkeingriffs eines Fahrzeugs geschaffen, das die Merkmale des Anspruchs 16 aufweist.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und worin:
1 ein funktionaler Blockschaltplan ist, der einen Abschnitt eines Fahrzeugs zeigt, der ein Lenksteuersystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält;
2 ein Ablaufplan eines Fahrzeug-Lenksteuerprozesses gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, der in Verbindung mit dem Lenksteuersystem von 1 implementiert werden kann;
3 ein Ablaufplan eines Gierverstärkungs-Berechnungsprozesses gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Berechnen einer Gierverstärkung unter Verwendung eines rekursiven Algorithmus für die Verwendung bei der Steuerung eines Fahrzeugs ist, der in Verbindung mit dem Lenksteuersystem von 1 und mit dem Lenksteuerprozess von 2 implementiert werden kann;
4 ein Ablaufplan eines Prozesses gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Erzeugen einer Beziehung zwischen einem Einstellfaktor für eine Basislinien-Lenkgeometriegleichung und einem Kurvenradius eines Fahrzeugs ist, der in einem Speicher eines Computersystems in dem Lenksteuersystem von 1 gespeichert und anschließend in dem Prozess von 3 verwendet werden kann;
5 ein Ablaufplan eines Prozesses gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Bestimmen einer Beziehung zwischen einem Kurvenradius und einem Straßenvorderradwinkel eines Fahrzeugs ist, der dann in einem Speicher eines Computersystems in dem Lenksteuersystem von 1 gespeichert werden kann und anschließend in dem Prozess von 4 verwendet werden kann; und
6 eine vereinfachte Draufsicht einer Straßenradanordnung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit mehreren Straßenrädern in einem während einer Kurvenfahrt gezeigten Fahrzeug ist, die ein inneres Straßenvorderrad und ein äußeres Straßenvorderrad enthält und einen inneren Straßenvorderradwinkel, einen äußeren Straßenvorderradwinkel sowie einen gesamten Straßenvorderradwinkel, der durch das innere und das äußere Vorderrad während der Kurvenfahrt gebildet wird, darstellt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der Erfindung können hier anhand funktionaler und/oder logischer Blockkomponenten und anhand verschiedener Verarbeitungsschritte beschrieben werden. Es sollte anerkannt werden, dass solche Blockkomponenten durch Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten in beliebiger Anzahl, die konfiguriert sind, um die spezifizierten Funktionen auszuführen, verwirklicht sein können. Beispielsweise kann eine Ausführungsform der Erfindung verschiedene integrierte Schaltungskomponenten, z. B. Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, Logikelemente, Nachschlagtabellen oder dergleichen verwenden, die viele verschiedene Funktionen unter der Steuerung eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuervorrichtungen ausführen können. Außerdem wird der Fachmann anerkennen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit irgendeiner Anzahl von Lenksteuersystemen verwirklicht werden können und dass das hier beschriebene Fahrzeugsystem lediglich eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung ist.
Um der Kürze willen brauchen herkömmliche Techniken in Verbindung mit der Signalverarbeitung, der Datenübertragung, der Signalgebung, der Steuerung und anderen funktionalen Aspekten des Systems (und der einzelnen Betriebskomponenten der Systeme) hier nicht im Einzelnen beschrieben werden. Ferner sollen die Verbindungsleitungen, die in den hier enthaltenen verschiedenen Figuren gezeigt sind, beispielhafte funktionale Beziehungen und/oder physikalische Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen darstellen. Es sei darauf hingewiesen, dass viele alternative oder zusätzliche funktionale Beziehungen oder physikalische Verbindungen in einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden sein können.
1 ist ein funktionaler Blockschaltplan eines Abschnitts eines Fahrzeugs 100, der ein Fahrzeugsteuersystem 102 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält. Das Fahrzeugsteuersystem 102 ist in 1 zusammen mit einem Lenkradwinkel 104 und einer oder mehreren Straßenraddrehzahlen 106 dargestellt. Der Lenkradwinkel 104 kann über einen oder mehrere Sensoren, die mit einem Lenkrad des Fahrzeugs gekoppelt sind, oder über andere Techniken erhalten werden. Ähnlich können die Straßenraddrehzahlen 106 über einen oder mehrere Sensoren, die mit einem oder mit mehreren Straßenrädern des Fahrzeugs gekoppelt sind, oder über andere Techniken erhalten werden. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Fahrzeugsteuersystem 102 ein elektronisches Stabilitätssteuersystem. Die verschiedenen in 1 dargestellten Blöcke können in irgendeiner Anzahl physikalischer Komponenten oder Module, die sich im gesamten Fahrzeug 100 oder im Fahrzeugsteuersystem 102 befinden, verwirklicht sein. Beispielsweise kann das Fahrzeugsteuersystem 102 in verschiedenen Ausführungsformen zahlreiche elektrische Steuereinheiten, Computersysteme und Komponenten enthalten, die von jenen, die in 1 gezeigt sind, verschieden sind.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst das Fahrzeugsteuersystem 102 mehrere Sensoren 110, ein Computersystem 114 und eine Steuereinheit 115. Die Sensoren 110 umfassen einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 116 und einen Straßenradwinkel-Sensor 118. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 116 empfängt einen ersten Eingang 120 von den Straßenraddrehzahlen 106, während der Straßenradwinkel-Sensor 118 einen zweiten Eingang 122 von dem Lenkradwinkel 104 empfängt.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der erste Eingang 120 Informationen, die bei der Bestimmung einer oder mehrerer Straßenraddrehzahlen 106 eines oder mehrerer Straßenräder des Fahrzeugs verwendet werden können. Die Straßenraddrehzahlen 106 können dann verwendet werden, um eine Fahrzeuggeschwindigkeit für das Fahrzeug 100 abzuleiten, indem beispielsweise auf dem Gebiet bekannte Techniken verwendet werden. Es wird anerkannt werden, dass in bestimmten Ausführungsformen die Fahrzeuggeschwindigkeit auch unter Verwendung anderer auf dem Gebiet bekannter Techniken ermittelt werden kann.
Außerdem enthält in einer bevorzugten Ausführungsform der zweite Eingang 122 Informationen über den Lenkradwinkel 104 oder Informationen, die verwendet werden können, um den Lenkradwinkel 104 zu ermitteln, und einen Winkel oder eine Stellung des Lenkrades betreffen. Der Lenkradwinkel 104 kann dann verwendet werden, um einen Straßenradwinkel für eines oder mehrere der Straßenräder beispielsweise unter Verwendung von auf dem Gebiet bekannten Techniken abzuleiten. Es wird anerkannt werden, dass in bestimmten Ausführungsformen der Straßenradwinkel auch unter Verwendung anderer auf dem Gebiet bekannter Techniken ermittelt werden kann.
In bestimmten Ausführungsformen können der Straßenradwinkel-Sensor 118 und der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 116 irgendwo im Fahrzeug 100 oder um das Fahrzeug 100 herum angeordnet sein und/oder mit Fahrzeugkomponenten, die von jenen, die in 1 gezeigt sind, verschieden sind, gekoppelt sein. Weiterhin können in bestimmten Ausführungsformen die Sensoren 110 verschiedene andere Typen von Sensoren oder ähnlichen Vorrichtungen in beliebiger Anzahl umfassen.
Wie in 1 dargestellt ist, ist das Computersystem 114 über einen Fahrzeugkommunikationsbus 125 mit den Sensoren 110 verbunden und empfängt hiervon Informationen. Das Computersystem 114 ist außerdem über den Fahrzeugkommunikationsbus 125 mit der Steuereinheit 115 verbunden. Das Computersystem 114 ist konfiguriert, um einen oder mehrere Parameter wie etwa eine Gierverstärkung oder eine Giergeschwindigkeit wenigstens teilweise anhand der von den Sensoren 110 erhaltenen Informationen zu berechnen und um die Steuereinheit 115 dazu zu veranlassen, eine oder mehrere Fahrzeugsteuerfunktionen auf eine spezifizierte Weise zu steuern, die wenigstens teilweise auf den Werten des einen oder der mehreren Fahrzeugparameter beruht. Weiterhin kann das Computersystem 114 auch Informationen von anderen Fahrzeugsensoren, Modulen oder anderen Vorrichtungen (in 1 nicht gezeigt) empfangen und verarbeiten.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Computersystem 114 einen Prozessor 126, einen Speicher 128, einen Computerbus 130, eine Schnittstelle 133 und eine Speichervorrichtung 134. Der Prozessor 126 führt die Berechnungs- und Steuerfunktionen des Computersystems 114 aus und kann einen oder mehrere Prozessoren irgendeines Typs, einzelne integrierte Schaltungen wie etwa einen Mikroprozessor oder irgendeine geeignete Anzahl integrierter Schaltungsvorrichtungen und/oder Leiterplatten, die zusammenarbeiten, um die Funktionen einer Verarbeitungseinheit zu erzielen, enthalten. Während des Betriebs führt der Prozessor 126 ein oder mehrere Programme 132 aus, die vorzugsweise im Speicher 128 gespeichert sind, und steuert als solcher den allgemeinen Betrieb des Computersystems 114.
Der Speicher 128 speichert ein oder mehrere Programme 132, das bzw. die eine oder mehrere Ausführungsformen eines Fahrzeugsteuerprozesses der vorliegenden Erfindung, die später genauer erläutert werden, ausführt bzw. ausführen. Der Speicher 128 kann ein geeigneter Speicher irgendeines Typs sein. Er umfasst verschiedene Typen dynamischer Schreib-Lese-Speicher (DRAM wie etwa SDRAM), verschiedene Typen statischer RAM (SRAM) und verschiedene Typen nichtflüchtiger Speicher (PROM, EPROM und Flash). Selbstverständlich kann der Speicher 128 eine Einzeltyp-Speicherkomponente sein oder aus vielen verschiedenen Typen von Speicherkomponenten aufgebaut sein. Weiterhin können der Speicher 128 und der Prozessor 126 auf mehrere verschiedene Computer verteilt sein, die das Computersystem 114 zusammen umfasst. Beispielsweise kann sich ein Teil des Speichers 128 in einem Computer in einer bestimmten Vorrichtung oder in einem bestimmten Prozess befinden, während ein weiterer Abschnitt sich in einem entfernten Computer befinden kann.
Der Computerbus 130 dient dazu, Programme, Daten, Statusinformationen und andere Informationen oder Signale zwischen den verschiedenen Komponenten des Computersystems 114 zu übertragen. Der Computerbus 130 kann irgendein geeignetes physikalisches oder logisches Mittel zum Verbinden von Computersystemen und Komponenten sein. Er umfasst direkte fest verdrahtete Verbindungen, Lichtleitfasern sowie Infrarot- und andere drahtlose Bustechnologien, ohne jedoch darauf eingeschränkt zu sein.
Die Schnittstelle 133 ermöglicht eine Kommunikation mit dem Computersystem 114 beispielsweise durch eine Bedienungsperson des Systems und/oder durch ein weiteres Computersystem, und kann unter Verwendung irgendeines geeigneten Verfahrens und irgendeiner geeigneten Vorrichtung implementiert sein. Sie kann eine oder mehrere Netzschnittstellen umfassen, um mit anderen Systemen oder Komponenten, beispielsweise mit den Sensoren 110 und/oder mit der Steuereinheit 115, zu kommunizieren oder eine oder mehrere Endgerätschnittstellen, um mit Technikern zu kommunizieren, und eine oder mehrere Speicherschnittstellen, um eine Verbindung mit Speichervorrichtungen wie etwa mit der Speichervorrichtung 134 herzustellen, umfassen.
Die Speichervorrichtung 134 kann irgendein geeigneter Typ einer Speichervorrichtung sein, einschließlich Direktzugriff-Speichervorrichtungen wie etwa Festplattenlaufwerke, Flash-Systeme, Diskettenlaufwerke und Laufwerke für optische Platten. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Speichervorrichtung 134 ein Programmprodukt, von dem der Speicher 128 ein Programm 132 empfangen kann, das eine oder mehrere Ausführungsformen eines Fahrzeugsteuerprozesses und/oder eines Gierverstärkungs-Berechnungsprozesses der vorliegenden Erfindung ausführt. Wie in 1 gezeigt ist, kann die Speichervorrichtung 134 eine Plattenlaufwerkvorrichtung umfassen, die Platten 135 verwendet, um Daten zu speichern. In einer beispielhaften Implementierung kann das Computersystem 114 auch eine Internet-Website nutzen, um beispielsweise Daten zu warten oder Operationen daran auszuführen.
Es wird anerkannt werden, dass, obwohl diese beispielhafte Ausführungsform im Kontext eines voll funktionierenden Computersystems beschrieben wird, der Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass die Mechanismen der vorliegenden Erfindung als ein Programmprodukt in vielen verschiedenen Formen verteilt werden können und dass die vorliegende Erfindung unabhängig vom besonderen Typ des für die Ausführung der Verteilung verwendeten Mediums, das computerlesbare Signale trägt, gleichermaßen anwendbar ist. Beispiele von signaltragenden Medien umfassen: beschreibbare Medien wie etwa Disketten, Festplattenlaufwerke, Speicherkarten und optische Platten (z. B. die Platte 135) sowie Übertragungsmedien wie etwa digitale und analoge Kommunikationsverbindungen. Es wird ebenso anerkannt werden, dass sich das Fahrzeugsteuersystem 102 auf andere Weise von der in 1 dargestellten Ausführungsform unterscheiden kann, beispielsweise dadurch, dass das Fahrzeugsteuersystem 102 mit einem oder mehreren entfernten Computersystemen und/oder anderen Steuersystemen gekoppelt sein kann oder diese auf andere Weise nutzen kann.
Die Steuereinheit 115 ist mit dem Computersystem 114 gekoppelt und empfängt hiervon über den Fahrzeugkommunikationsbus 125 Informationen. Genauer verwendet die Steuereinheit 115 Parameter, die durch das Computersystem 114 berechnet werden, etwa die Gierverstärkung, und/oder Befehle von dem Computersystem 114, die auf diesen Parametern beruhen, um verschiedene Eingriffe des Fahrzeugs zu steuern. In einer bevorzugten Ausführungsform implementiert die Steuereinheit 115 Manöver einer elektronischen Stabilitätssteuerung, die wenigstens teilweise auf einer durch das Computersystem 114 berechneten Gierverstärkung beruhen.
2 ist ein Ablaufplan einer beispielhaften Ausführungsform eines Lenksteuerprozesses 200 zum Steuern des Lenkens in einem Fahrzeug, der in Verbindung mit dem Fahrzeugsteuersystem 102 von 1 implementiert sein kann. Wie in 2 dargestellt ist, beginnt der Lenksteuerprozess 200 mit dem Schritt des Berechnens eines Gierverstärkung für das Fahrzeug (Schritt 208). In einer bevorzugten Ausführungsform werden diese Berechnung und die verschiedenen anderen Berechnungen und Bestimmungen des Lenksteuerprozesses 200 durch den Prozessor 126 des in 1 gezeigten Computersystems 114 ausgeführt.
Außerdem wird in einer bevorzugten Ausführungsform die Gierverstärkung in Übereinstimmung mit einem rekursiven Algorithmus berechnet, der einen Einstellfaktor (F_c) für eine Basislinien-Lenkgeometriegleichung verwendet. Eine beispielhafte Ausführungsform eines solchen rekursiven Algorithmus wird in Verbindung mit dem Gierverstärkungs-Berechnungsprozess von 3 genauer erläutert. Die Basislinien-Lenkgeometriegleichung, die im Schritt 208 verwendet wird, beruht auf der oben erwähnten Gleichung 1, die, wie oben beschrieben worden ist, in Verbindung mit anderen Gleichungen (wie etwa den oben erwähnten Gleichungen 2 und 3) bei der Berechnung einer Gierverstärkung und einer Giergeschwindigkeit für ein Fahrzeug verwendet werden kann. Auf der Grundlage geometrischer Beziehungen wird in der folgenden Gleichung 4 eine genauere Lenkgeometriegleichung geschaffen:
In Gleichung 4 repräsentieren δ_f einen Straßenvorderradwinkel, δ_if einen inneren Straßenvorderradwinkel, δ_of einen äußeren Straßenvorderradwinkel, K_u einen Fahrzeuguntersteuergradienten, Ω eine Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs und V_ref eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Eine Formel für den Einstellfaktor (F_c) kann durch Kombinieren der Gleichungen 1, 3 und 4 abgeleitet werden, was die folgende Gleichung 5 ergibt: F_c = Rδ_f/L (Gleichung 5)
In Gleichung 5 ist der Einstellfaktor (F_c) als ein Produkt des Fahrzeugkurvenradius (R) und des Straßenvorderradwinkels (δ_f), dividiert durch den Fahrzeugradstand (L), repräsentiert. Als solcher repräsentiert der Einstellfaktor (F_c) eine Einstellung für die vereinfachte Gleichung 1 unter Berücksichtigung von Situationen, in denen beispielsweise der Kurvenradius des Fahrzeugs nicht erheblich größer ist als der Radstand. Die Verwendung von Gleichung 5 und des darin enthaltenen Einstellfaktors (F_c) schafft ein nichtlineares kinematisches Modell für eine verbesserte Berechnung von Fahrzeugparametern unter verschiedenen Betriebsbedingungen. Die Verwendung des Einstellfaktors (F_c) bei der Berechnung der Gierverstärkung wird weiter unten in Verbindung mit 3 genauer beschrieben.
Als Nächstes wird ein Straßenradwinkel berechnet (Schritt 210). In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Straßenradwinkel durch Erzeugen einer Funktion berechnet, die den Straßenradwinkel und einen Lenkradwinkel des Fahrzeugs in Korrelation setzt.
Der resultierende Straßenradwinkel wird dann zusammen mit der Gierverstärkung verwendet, um eine Soll-Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs zu berechnen (Schritt 212). In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Soll-Giergeschwindigkeit in Übereinstimmung mit der oben beschriebenen Gleichung 3 berechnet, insbesondere durch Verändern von Gleichung 3, um nach der Giergeschwindigkeit () aufzulösen, indem die Gierverstärkung ( _g) mit dem Straßenradwinkel () multipliziert wird. Die Giergeschwindigkeit wird dann verwendet, um eine oder mehrere Funktionen des Fahrzeugs zu steuern (Schritt 214). In einer bevorzugten Ausführungsform verwendet die Steuereinheit 115 von 1 die Soll-Giergeschwindigkeit zusammen mit dem Gierverstärkung, um eine oder mehrere Funktionen eines elektronischen Stabilitätssteuersystems für das Fahrzeug zu steuern.
3 ist ein Ablaufplan einer beispielhaften Ausführungsform des Schrittes 208 des Lenksteuerprozesses 200 von 2, d. h. des Schrittes des Berechnens der Gierverstärkung. In der dargestellten Ausführungsform verwendet dieser Gierverstärkungsberechnungsprozess 208 einen rekursiven Algorithmus, um die Gierverstärkung anhand des oben beschriebenen Einstellfaktors für eine Basislinien-Lenkgeometriegleichung wie etwa die Gleichung 1 zu bestimmen.
Wie in 3 dargestellt ist, beginnt der Gierverstärkungsberechnungsprozess 208 mit dem Schritt des Initialisierens eines Soll-Querbeschleunigungswerts (a_yd) (Schritt 302). Der initialisierte Soll-Querbeschleunigungswert wird anschließend in einem rekursiven Algorithmus verwendet, wie weiter unten angegeben wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Soll-Querbeschleunigungswert als ein Bruchteil eines beliebigen Querbeschleunigungswerts für das Fahrzeug initialisiert. In einer bevorzugten Ausführungsform repräsentiert der beliebige Querbeschleunigungswert (im Folgenden auch als der maximale Querbeschleunigungswert bezeichnet) einen maximalen Querbeschleunigungswert des Fahrzeugs wie etwa der maximalen Querbeschleunigungsfähigkeit des Fahrzeugs auf einer trockenen Fahrbahn. In anderen Ausführungsformen können andere Werte für die maximalen Querbeschleunigungswerte verwendet werden, um das Untersteuern im Fahrzeug zu kalibrieren. Beispielsweise kann der maximale Querbeschleunigungswert gleich einem Wert gesetzt werden, der größer als die wahre maximale Querbeschleunigungsfähigkeit des Fahrzeugs auf trockener Fahrbahn ist, falls eine Steuerung mit erhöhtem Untersteuern erwünscht ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Soll-Querbeschleunigungswert gemäß der folgenden Gleichung 6 auf einen Wert initialisiert, der gleich einem Zehntel des maximalen Querbeschleunigungswerts des Fahrzeugs ist: a_yd = a_ymax/10 (Gleichung 6)
In Gleichung 6 repräsentieren a_yd den Soll-Querbeschleunigungswert und a_ymax den maximalen Querbeschleunigungswert für das Fahrzeug. Es wird anerkannt werden, dass in anderen Ausführungsformen der Soll-Querbeschleunigungswert in Übereinstimmung mit einer anderen Gleichung oder einem anderen Verfahren initialisiert werden kann, beispielsweise unter Verwendung eines anderen Bruchteils, Prozentsatzes oder einer anderen Beziehung zu dem maximalen Querbeschleunigungswert.
Als Nächstes wird ein Untersteuergradient für das Fahrzeug bestimmt (Schritt 303). In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Untersteuergradient als eine Funktion des Soll-Querbeschleunigungswerts gemäß der folgenden Gleichung 7 bestimmt: K_u = f(a_yd) (Gleichung 7)
In Gleichung 7 repräsentiert K_u den Untersteuergradienten. In einer alternativen Ausführungsform wird der Untersteuergradient (K_u) unter Verwendung einer Nachschlagtabelle oder eines anderen Typs einer Beziehung, die den Untersteuergradienten mit der Soll-Querbeschleunigung in Beziehung setzt, bestimmt.
Außerdem wird eine Fahrzeuggeschwindigkeit erhalten (Schritt 304). In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Fahrzeuggeschwindigkeit aus einer oder aus mehreren Raddrehzahlen 106 von 1 abgeleitet. Es wird anerkannt werden, dass die Schritte 303 und 304 sowie verschiedene andere Schritte des Gierverstärkungsberechnungsprozesses 208 von 3 gleichzeitig oder in einer anderen Reihenfolge als in 3 dargestellt oder wie in Verbindung hiermit beschrieben ausgeführt werden können.
Anschließend wird ein Fahrzeugkurvenradius berechnet (Schritt 306). In einer bevorzugten Ausführungsform, in der der rekursive Algorithmus in mehreren Iterationen wiederholt wird, werden ein oder mehrere verschiedene Zwischenwerte des Kurvenradius in jeder Iteration des Schrittes 306 berechnet, bis in einer letzten Iteration des Schrittes 306 ein endgültiger Fahrzeugkurvenradius berechnet wird. Unabhängig von der Iteration wird der Fahrzeugkurvenradius als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Soll-Querbeschleunigung gemäß der folgenden Gleichung 8 berechnet: R = V² _ref/a_yd (Gleichung 8)
In Gleichung 8 repräsentieren R den Fahrzeugkurvenradius und V_ref die Fahrzeuggeschwindigkeit. In einer bevorzugten Ausführungsform werden diese Berechnung und die verschiedenen anderen Bestimmungen und Berechnungen des Gierverstärkungsberechnungsprozesses 208 durch den Prozessor 126 des Computersystems 114 von 1 ausgeführt.
Weiterhin wird eine Beziehung zwischen dem Einstellfaktor und dem Kurvenradius erhalten (Schritt 307). In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Beziehung zwischen dem Einstellfaktor und dem Kurvenradius vor der Ausführung des Gierverstärkungsberechnungsprozesses 208 bestimmt, im Speicher 128 des Computersystems 114 von 1 in Form eines Polynoms oder einer Nachschlagtabelle gespeichert und dann im Schritt 307 aus dem Speicher 128 wiedergewonnen. Eine beispielhafte Ausführungsform eines Prozesses zum Erzeugen der Beziehung zwischen dem Einstellfaktor und dem Kurvenradius (der vorzugsweise vor dem Beginn des Gierverstärkungsberechnungsprozesses 208 ausgeführt wird) wird weiter unten in Verbindung mit 4 beschrieben.
Die Beziehung zwischen dem Einstellfaktor und dem Kurvenradius, die im Schritt 307 erhalten wird, wird dann zusammen mit dem Kurvenradius aus dem Schritt 306 bei der Berechnung des Einstellfaktors verwendet (Schritt 308). In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Einstellfaktor (F_c) gemäß der folgenden Gleichung 9 berechnet: F_c = f(R) (Gleichung 9)
In Gleichung 9 repräsentieren F_c den Einstellfaktor, R den Kurvenradius und f die Beziehung zwischen dem Einstellfaktor und dem Kurvenradius, die in Schritt 307 erhalten wird. Außerdem werden in einer bevorzugten Ausführungsform, in der der rekursive Algorithmus in mehreren Iterationen wiederholt wird, ein oder mehrere verschiedene Zwischenwerte des Einstellfaktors in jeder Iteration des Schrittes 308 berechnet, bis ein letzter Fahrzeugeinstellfaktor in einer letzten Iteration des Schrittes 308 berechnet wird.
Der Prozess umfasst außerdem das Erhalten eines Radstands des Fahrzeugs (Schritt 310). In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Radstand im Voraus im Speicher 128 des Computersystems 114 von 1 gespeichert und anschließend während des Schrittes 310 aus dem Speicher 128 wiedergewonnen. Beispielsweise kann der Radstand aus Herstellungsdaten für das Fahrzeug erhalten und im Computersystem 114 von 1 vor dem Beginn des Gierverstärkungsberechnungsprozesses 208 gespeichert werden, um später im Schritt 310 des Gierverstärkungsberechnungsprozesses 208 verwendet zu werden.
Als Nächstes wird eine Gierverstärkung berechnet (Schritt 312). Genauer wird die Gierverstärkung anhand der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, des Einstellfaktors, des Radstands und des Untersteuergradienten gemäß der folgenden Gleichung 10 berechnet: Ω_g = V_ref/(F_c ^L + K_u × V_ref ²) (Gleichung 10)
In Gleichung 10 repräsentieren Ω_g die Giergeschwindigkeit und L den Fahrzeugradstand. In einer bevorzugten Ausführungsform, in der der rekursive Algorithmus in mehreren Iterationen wiederholt wird, werden ein oder mehrere verschiedene Zwischenwerte der Gierverstärkung in jeder Iteration des Schrittes 312 berechnet, bis ein letzter Gierverstärkungswert in einer letzten Iteration des Schrittes 312 unter Verwendung der letzten Werte des Kurvenradius und des Einstellfaktors aus den letzten Iterationen der Schritte 306 bzw. 308 berechnet wird.
Der Prozess umfasst außerdem das Bestimmen eines Straßenradwinkels für das Fahrzeug (Schritt 314). In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Straßenradwinkel von einem Winkel oder einer Stellung des Lenkrades, etwa von dem Lenkradwinkel 104 von 1, abgeleitet. Der Straßenradwinkel wird dann zusammen mit der Gierverstärkung und der Fahrzeuggeschwindigkeit bei der Berechnung eines Soll-Querbeschleunigungswerts gemäß der folgenden Gleichung 11 verwendet (Schritt 316): a_yd = Ω_g × δ × V_ref (Gleichung 11)
In Gleichung 11 repräsentieren a_yd einen neuen Querbeschleunigungswert und δ den Straßenradwinkel.
Der Querbeschleunigungswert wird dann zusammen mit einer Filterungskonstante verwendet, um einen neuen Soll-Querbeschleunigungswert unter Verwendung der folgenden Gleichung 12 zu bestimmen (Schritt 318): a_yd* = a_yd + g × (a_yd* – a_yd) (Gleichung 12)
In Gleichung 12 repräsentieren a_yd* den neuen Soll-Querbeschleunigungswert und g die Filterungskonstante, die die Konvergenzrate steuert. in einer bevorzugten Ausführungsform werden die Schritte 303–318 in mehreren Iterationen wiederholt, bis die Soll-Querbeschleunigungswerte wenigstens in einem vorgegebenen Ausmaß konvergieren. Genauer ist in einer bevorzugten Ausführungsform eine solche Konvergenz erreicht, wenn die Differenz zwischen dem neuen Soll-Querbeschleunigungswert (a_yd*), die in einer aktuellen Iteration berechnet wird, mit dem Soll-Querbeschleunigungswert (a_yd), der in einer direkt vorhergehenden Iteration berechnet wird, kleiner ist als ein vorgegebener Epsilon-Wert (oder wenn alternativ, wie in der obigen Gleichung 12 erwähnt ist, die Differenz zwischen dem neuen Querbeschleunigungswert (a_y), der in einer aktuellen Iteration berechnet wird, und dem Soll-Querbeschleunigungswert (a_yd), der in einer direkt vorhergehenden Iteration berechnet wird, kleiner als der vorgegebene Epsilon-Wert ist). In der Folge einer solchen Konvergenz der Querbeschleunigungswerte kann die Gierverstärkung dann aus der jüngsten oder letzten Iteration von Schritt 312 (oben als letzter Gierverstärkungswert bezeichnet) in dem Lenksteuerprozess 200 von 2 verwendet werden, um einen oder mehrere Fahrzeuglenkeingriffe zu steuern. Beispielsweise kann in einer bevorzugten Ausführungsform die Gierverstärkung dann in einem elektronischen Stabilitätssteuersystem verwendet werden, um die Steuerung des Lenkens in geeigneten Situationen, etwa dann, wenn das Fahrzeug schleudert, zu unterstützen. In anderen Ausführungsformen kann die Konvergenz einer oder mehrerer anderer Variablen wie etwa der Gierverstärkung und/oder der Soll-Giergeschwindigkeit statt der oben beschriebenen Konvergenz der Querbeschleunigung verwendet werden.
4 ist ein Ablaufplan eines Einstellfaktor/Kurvenradius-Beziehungs-Erzeugungsprozesses 400 zum Erzeugen einer Beziehung zwischen einem Einstellfaktor für eine Basislinien-Lenkgeometriegleichung und einem Kurvenradius des Fahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie oben beschrieben worden ist, kann die Beziehung zwischen dem Einstellfaktor und dem Kurvenradius des Fahrzeugs im Speicher 128 des Computersystems 114 von 1 gespeichert werden, um anschließend im Schritt 307 des Gierverstärkungsberechnungsprozesses 208 von 3 darauf zuzugreifen, um bei der Berechnung der Gierverstärkung verwendet zu werden. In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft der Einstellfaktor eine Einstellung auf die oben beschriebene Gleichung 1 für die Basislinien-Lenkgeometrie.
Wie in 4 gezeigt ist, beginnt der Einstellfaktor/Kurvenradius-Beziehungs-Erzeugungsprozess 400 mit dem Schritt des Initialisierens eines Indexes (Schritt 402). In der gezeigten Ausführungsform wird der Index (i) mit einem Wert, der gleich Eins ist, initialisiert. Wie weiter unten besprochen wird, werden ein Kurvenradius und ein Einstellfaktor für jeden Indexwert bestimmt, um dadurch eine Beziehung zwischen dem Kurvenradius und dem Einstellfaktor zu entwickeln.
Nachdem der Index initialisiert worden ist, wird anschließend ein Kurvenradius erhalten (Schritt 404). In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Kurvenradius durch Veränderung des Lenkrades des Fahrzeugs, auf die oben in Verbindung mit 1 Bezug genommen worden ist, erhalten. Wie weiter unten genauer beschrieben wird, wird der Schritt 404 mehrmals ausgeführt, wobei jede Iteration einen Kurvenradiuswert erzeugt, so dass ein entsprechender Einstellfaktor für jeden solchen Kurvenradiuswert berechnet wird, um die gewünschte Beziehung zwischen dem Kurvenradius und dem Einstellfaktor zu erzeugen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird jeder Kurvenradiuswert durch Bewegung eines Fahrzeuglenkrades durch eine Bedienungsperson des Fahrzeugs, beispielsweise während der Herstellung des Fahrzeugs oder während des Testens, erzeugt. Wie ebenfalls weiter unten in Verbindung mit 5 beschrieben wird, sind in einer bevorzugten Ausführungsform die Werte logarithmisch beabstandet.
Außerdem wird eine Beziehung zwischen dem Kurvenradius und einem Straßenvorderradwinkel erhalten (Schritt 406). In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Beziehung zwischen dem Kurvenradius und dem Straßenvorderradwinkel vor der Ausführung des Einstellfaktor/Kurvenradius-Beziehungs-Erzeugungsprozesses bestimmt, im Speicher 128 des Computersystems 114 von 1 in Form eines Polynoms oder einer Nachschlagtabelle gespeichert und dann im Schritt 406 aus dem Speicher 128 wiedergewonnen. Eine beispielhafte Ausführungsform eines Prozesses zum Erzeugen der Beziehung zwischen dem Kurvenradius und dem Straßenvorderradwinkel (der vorzugsweise vor dem Beginn des Einstellfaktor/Kurvenradius-Beziehungs-Erzeugungsprozesses 400 ausgeführt wird) wird weiter unten in Verbindung mit 5 beschrieben. Es wird anerkannt werden, dass in verschiedenen Ausführungsformen die Schritte 404 und 406 sowie viele verschiedene andere Schritte, die hier beschrieben worden sind, gleichzeitig oder in einer anderen Reihenfolge als in 4 dargestellt oder hier beschrieben ausgeführt werden können.
Dann wird anhand des aktuellen Fahrzeugkurvenradius und anhand der Beziehung zwischen dem Kurvenradius und dem Straßenvorderradwinkel ein Straßenvorderradwinkel berechnet (Schritt 408). In einer bevorzugten Ausführungsform werden diese Berechnung und verschiedene andere Bestimmungen und Berechnungen, die hier beschrieben werden, durch den Prozessor 126 des Computersystems 114 von 1 ausgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Radstand aus dem Speicher 128 des Computersystems 114 von 1 erhalten.
Dann wird ein Einstellfaktor aus dem aktuellen Indexwert (Schritt 412) unter Verwendung des aktuellen Fahrzeugkurvenrades, des Straßenvorderradwinkels und des Radstands gemäß der folgenden Gleichung 13 berechnet: F_c(i) = R_(i)δ_(i)/L (Gleichung 13) die aus der oben angegebenen Gleichung 5 abgeleitet ist. In Gleichung 13 repräsentieren F_c(i) den Einstellfaktor für den aktuellen Indexwert (i), R_(i) einen Kurvenradius für den aktuellen Indexwert (i) und L den Radstand für das Fahrzeug. Der Einstellfaktor für den aktuellen Indexwert wird dann mit dem Kurvenradius für diesen Indexwert in Korrelation gesetzt, um als ein Datenpunkt bei der Erzeugung einer Tabelle, einer Formel oder eines anderen Typs eine Beziehung zwischen dem Kurvenradius und dem Einstellfaktor verwendet zu werden.
Als Nächstes wird eine Bestimmung ausgeführt, ob der Einstellfaktor für den Indexwert angenähert gleich Eins ist (Schritt 414). In der dargestellten Ausführungsform erfolgt diese Bestimmung durch Subtrahieren des Eistellfaktors für den Indexwert von Eins und dann durch Vergleichen dieser Differenz mit einem vorgegebenen Epsilon-Wert. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der vorgegebene Epsilon-Wert gleich 0,999; er kann jedoch in anderen Ausführungsformen hiervon abweichen.
Falls festgestellt wird, dass der Einstellfaktor für den Indexwert nicht angenähert gleich Eins ist (d. h. falls für einen bestimmten Wert von Epsilon (ε) gilt: 1 – F_c(i) ≥ ε), wird der Index um Eins inkrementiert (Schritt 416), woraufhin eine Bestimmung ausgeführt wird, ob jeder der Indexwerte betrachtet worden ist (Schritt 418). In der dargestellten Ausführungsform gibt es ”m” Indexwerte, weshalb der Schritt 418 eine Bestimmung enthält, ob der aktuelle inkrementierte Indexwert (i) größer als ”m” ist. In dieser Ausführungsform ist ”m” gleich der Gesamtzahl von Kurvenradiuswerten die erzeugt werden sollen. Beispielsweise repräsentiert in einer bevorzugten Ausführungsform ein Wert ”m”, der gleich Zwanzig ist, die Tatsache, dass zwanzig Kurvenradiuswerte erzeugt werden sollen; diese Anzahl kann jedoch in verschiedenen Ausführungsformen unterschiedlich sein.
Falls bestimmt wird, dass der Indexwert (i) größer als ”m” ist, wird festgestellt, dass die Beziehung vollständig ist (Schritt 420). Wenn umgekehrt festgestellt wird, dass der Indexwert (i) kleiner oder gleich ”m” ist, werden die Schritte 404–418 wiederholt, bis festgestellt wird, dass der Indexwert größer als ”m” ist, wobei an diesem Punkt davon ausgegangen wird, dass die Beziehung vollständig ist (Schritt 420). Insbesondere werden in einer bevorzugten Ausführungsform die Beziehungen zwischen dem Kurvenradius und dem entsprechenden Einstellfaktor für jeden Indexwert in eine Tabelle oder Formel und/oder irgendeinen anderen Typ einer Gesamtbeziehung zwischen dem Kurvenradius und dem Einstellfaktor aufgenommen.
Falls hingegen festgestellt wird, dass der Einstellfaktor für den Indexwert angenähert gleich Eins ist (d. h. falls für einen bestimmten Wert von Epsilon (ε) gilt: 1 – F_c(i) < ε), wird davon ausgegangen, dass der Einstellfaktor vergleichsweise vernachlässigbar ist, weshalb davon ausgegangen wird, dass die Beziehung an jenem Punkt vollständig ist (Schritt 420). Daher werden die Beziehungen zwischen dem Kurvenradius und einem entsprechenden Einstellfaktor für jeden Indexwert in eine Tabelle oder Formel und/oder irgendeine andere Beziehung zwischen dem Kurvenradius und dem Einstellfaktor aufgenommen. Außerdem wird in einer bevorzugten Ausführungsform diese Beziehung in dem Speicher 128 des Computersystems 114 von 1 gespeichert, um anschließend in dem Gierverstärkungsberechnungsprozess 208 von 3 verwendet zu werden.
5 ist ein Ablaufplan eines Kurvenradius/Straßenvorderradwinkel-Beziehungs-Erzeugungsprozesses 500 für die Erzeugung einer Beziehung zwischen einem Kurvenradius und einem Straßenvorderradwinkel in einem Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie oben beschrieben worden ist, kann die Beziehung zwischen dem Kurvenradius und dem Straßenvorderradwinkel des Fahrzeugs anschließend im Speicher 128 des Computersystems 114 von 1 gespeichert und anschließend im Schritt 406 des Einstellfaktor/Kurvenradius-Beziehungs-Erzeugungsprozesses 400 wiedergewonnen werden.
Wie in 5 gezeigt ist, beginnt der Kurvenradius/Straßenvorderradwinkel-Beziehungs-Erzeugungsprozess 500 mit dem Schritt des Erzeugens eines Kurvenradiusvektors für das Fahrzeug (Schritt 504). Das erste Element dieses Vektors ist der minimale Kurvenradius des Fahrzeugs, der aus Fahrzeugentwurfsdaten oder experimentell bestimmt wird. Das letzte Element dieses Vektors ist ein großer Kurvenradius. Zwischenwerte sind typischerweise logarithmisch beabstandet. Ein entsprechender Straßenvorderradwinkel wird für jeden solchen Kurvenradiuswert berechnet, um die gewünschte Beziehung zwischen dem Kurvenradius und dem Straßenvorderradwinkel zu erzeugen.
Als Nächstes wird ein innerer Straßenvorderradwinkel berechnet (Schritt 506). Weiterhin wird auch ein äußerer Straßenvorderradwinkel berechnet (Schritt 508). Diese Berechnungen und die verschiedenen anderen Bestimmungen und Berechnungen, die hier beschrieben werden, werden durch den Prozessor 126 des Computersystems 114 von 1 in einer bevorzugten Ausführungsform ausgeführt. Es wird anerkannt werden, dass die Schritte 506 und 508 sowie verschiedene andere Schritte, die hier beschrieben werden, gleichzeitig oder in einer anderen Reihenfolge als in 5 dargestellt oder hier beschrieben ausgeführt werden können.
Wie in 6 gezeigt ist (die eine Straßenradanordnung 600 mit vier Straßenrädern 601 während einer momentanen Fahrzeugkurvenfahrt darstellt), kann der innere Straßenvorderradwinkel (δ_if) als ein Winkel definiert werden, der durch ein inneres Straßenvorderrad 602 und eine Referenzlinie 604 gebildet wird, die zu einer Vorderachse 606, die das innere Straßenvorderrad 602 mit dem äußeren Straßenvorderrad 608 verbindet, senkrecht ist. Ebenso kann der äußere Straßenvorderradwinkel (δ_of) als ein Winkel definiert werden, der durch das äußere Straßenvorderrad 608 und die Referenzlinie 604 gebildet wird. Das innere Straßenvorderrad 602 ist als das Straßenvorderrad definiert, das sich näher bei einem Zentrum C (610) oder einer Achse der momentanen Fahrzeugkurvenfahrt befindet, weshalb es sich im Vergleich zu dem anderen Straßenvorderrad während der momentanen Fahrzeugkurvenfahrt um eine kleinere Strecke bewegt. Umgekehrt ist das äußere Straßenvorderrad 608 als das Straßenvorderrad definiert, das sich weiter entfernt von dem Zentrum C (610) oder der Achse der momentanen Fahrzeugkurvenfahrt befindet und das sich deshalb während der momentanen Fahrzeugkurvenfahrt im Vergleich zu dem anderen Fahrzeugvorderrad über eine größere Strecke bewegt.
Nun wird wieder auf 5 Bezug genommen; in einer bevorzugten Ausführungsform werden sowohl der innere als auch der äußere Straßenvorderradwinkel unter Verwendung einer Arcustangens-Funktion berechnet, die einen Fahrzeugkurvenradius, einen Radstandswert des Fahrzeugs, einen Abstand vom Schwerpunkt des Fahrzeugs zu einer Hinterachse des Fahrzeugs und eine vordere Fahrzeugspurweite beinhaltet. Dies kann jedoch in anderen Ausführungsformen unterschiedlich sein. In einer beispielhaften Ausführungsform wird der innere Straßenvorderradwinkel unter Verwendung der folgenden Gleichung 14 berechnet (Schritt 508), während der äußere Straßenvorderradwinkel unter Verwendung der folgenden Gleichung 15 berechnet wird (Schritt 510):
In den Gleichungen 14 und 15 repräsentieren δ_if den inneren Straßenvorderradwinkel, δ_of den äußeren Straßenvorderradwinkel, L den Fahrzeugradstand, R den Fahrzeugkurvenradius, b den Abstand vom Schwerpunkt des Fahrzeugs zu einer Hinterachse des Fahrzeugs und t die vordere Fahrzeugspurweite.
Der innere und der äußere Straßenvorderradwinkel werden dann verwendet, um einen Gesamt-Straßenvorderradwinkel (δ_f) für das Fahrzeug zu berechnen (Schritt 512). Der Gesamt-Straßenvorderradwinkel (δ_f) ist als ein effektiver Gesamtwinkel der Straßenvorderräder definiert, wenn ein Lenken des Fahrzeugs ausgeführt wird. Wie in 6 gezeigt ist, besitzt der Gesamt-Straßenvorderradwinkel (δ_f) einen Wert, der irgendwo zwischen jeweiligen Werten des inneren Straßenvorderradwinkels (δ_if) und des äußeren Straßenvorderradwinkels (δ_of) liegt.
Nun wird wieder auf 5 Bezug genommen; in einer bevorzugten Ausführungsform wird der Gesamt-Straßenvorderradwinkel ebenfalls unter Verwendung einer Arcustangens-Funktion berechnet. Dies kann jedoch in anderen Ausführungsformen unterschiedlich sein. In einer beispielhaften Ausführungsform wird der Gesamt-Strafenvorderradwinkel gemäß der folgenden Gleichung 16 berechnet: δ_f = tan^–1[(2 × tanδ_if × tanδ_of)/(tanδ_if + tanδ_of)] (Gleichung 16) worin δ_f den Gesamt-Straßenvorderradwinkel des Fahrzeugs repräsentiert.
Nachdem der Gesamt-Straßenvorderradwinkel berechnet worden ist, wird bestimmt, ob irgendwelche zusätzlichen Lenkradstellungen implementiert werden müssen (Schritt 514). Falls bestimmt wird, dass eine oder mehrere zusätzliche Lenkradstellungen implementiert werden müssen, kehrt der Prozess zum Schritt 508 zurück und wird ein neues Kurvenradiusvektor-Element gewählt. Anschließend werden ein neuer innerer Straßenvorderradwinkel, ein neuer äußerer Straßenvorderradwinkel und ein neuer Gesamt-Straßenvorderradwinkel durch eine neue Iteration der Schritte 508–512 berechnet, woraufhin in einer neuen Iteration des Schrittes 514 bestimmt wird, ob irgendwelche weiteren Lenkradstellungen implementiert werden müssen. Die Schritte 508–512 werden auf diese Weise in verschiedenen Iterationen wiederholt, bis in einer Iteration des Schrittes 514 bestimmt wird, ob irgendwelche weiteren Lenkradstellungen implementiert werden müssen. Sobald bestimmt wird, dass keine weiteren Lenkradstellungen implementiert werden müssen, wird davon ausgegangen, dass die Beziehung vollständig ist (Schritt 516).
Insbesondere wird ein entsprechender Gesamt-Straßenvorderradwinkel für jeden Kurvenradiuswert berechnet, weshalb eine Beziehung entwickelt wird, die den Kurvenradius und den Gesamt-Straßenvorderradwinkel in Korrelation setzt. In einer bevorzugten Ausführungsform werden solche Werte als Datenpunkte verwendet und in eine Tabelle, eine Formel und/oder einen anderen Typ einer Beziehung aufgenommen, die im Speicher 128 des Computersystems 114 von 1 gespeichert sein kann und auf die dann in dem Lenksteuerprozess 200 und in dem Gierverstärkungsberechnungsprozess 208, die oben in Verbindung mit 2 bzw. 3 beschrieben worden sind, zugegriffen werden kann. Weiterhin sind in einer bevorzugten Ausführungsform alle Kurvenradiuswerte in einem oder in mehreren Kurvenradiusvektoren beispielsweise während der verschiedenen Iterationen des Schrittes 504 logarithmisch beabstandet.
Folglich wird ein verbessertes System zum Berechnen einer Gierverstärkung für die Verwendung bei der Steuerung eines Fahrzeugs geschaffen. Außerdem wird ein verbessertes Programmprodukt für die Verwendung in einem solchen verbesserten System geschaffen. Weiterhin werden verbesserte Verfahren zum Berechnen einer Gierverstärkung für die Verwendung bei der Steuerung eines Fahrzeugs geschaffen. Das verbesserte System, das verbesserte Programmprodukt und die verbesserten Verfahren ermöglichen eine verbesserte Bestimmung der Gierverstärkung für die Verwendung bei der Steuerung eines Fahrzeugs selbst in Situationen, in denen der Kurvenradius nicht erheblich größer als der Radstand ist, beispielsweise während enger Kurvenfahrtmanöver. Dies hat eine verbesserte Stabilitätssteuerung und ein verbessertes Antriebsverhalten zur Folge.

Claims

Verfahren zum Berechnen einer Gierverstärkung für die Verwendung bei der Steuerung eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Ermitteln eines Kurvenradius des Fahrzeugs; Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit; Berechnen einer Größe zur Anpassung einer Lenkgeometriegleichung, die auf der Annahme beruht, dass der Kurvenradius des Fahrzeugs wesentlich größer als der Radstand ist, an eine Situation, in der der Kurvenradius des Fahrzeugs nicht wesentlich größer als der Radstand ist, wenigstens teilweise anhand des Kurvenradius; und Berechnen der Gierverstärkung wenigstens teilweise anhand des Kurvenradius, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Anpassungsgröße.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den folgenden Schritt umfasst: Steuern eines Fahrzeugeingriffs unter Verwendung der Gierverstärkung.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen eines Straßenradwinkels des Fahrzeugs; und Berechnen einer Giergeschwindigkeit durch Multiplizieren der Gierverstärkung mit dem Straßenradwinkel.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Bestimmens eines Straßenradwinkels des Fahrzeugs die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen einer Funktion, die einen Straßenradwinkel und einen Kurvenradius des Fahrzeugs in Korrelation setzt; und Bestimmen des Straßenradwinkels wenigstens teilweise anhand des Kurvenradius und der Funktion, die den Straßenradwinkel und den Kurvenradius in Korrelation setzt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Erzeugens der Funktion, die den Straßenradwinkel und den Kurvenradius in Korrelation setzt, die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen mehrerer Kurvenradiuswerte; Berechnen eines inneren Straßenvorderradwinkels für jeden der mehreren Kurvenradiuswerte; Berechnen eines äußeren Straßenvorderradwinkels für jeden der mehreren Kurvenradiuswerte; und Berechnen eines Gesamt-Straßenvorderradwinkels für jeden der mehreren Kurvenradiuswerte wenigstens teilweise anhand des inneren Straßenvorderradwinkels und des äußeren Straßenvorderradwinkels für jeden der mehreren Kurvenradiuswerte.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den folgenden Schritt umfasst: Bestimmen eines Untersteuergradienten des Fahrzeugs; wobei die Gierverstärkung außerdem wenigstens teilweise anhand des Untersteuergradienten berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den folgenden Schritt umfasst: Bestimmen einer Querbeschleunigung unter Verwendung einer Folge rekursiver Schritte; wobei die Gierverstärkung wenigstens teilweise auch anhand der Querbeschleunigung berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Folge rekursiver Schritte die folgenden Schritte umfasst: Auswählen eines Anfangswerts der Querbeschleunigung; Berechnen eines Untersteuergradienten des Fahrzeugs wenigstens teilweise anhand des Anfangswerts der Querbeschleunigung; Berechnen eines Zwischenwerts des Kurvenradius wenigstens teilweise anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Anfangswerts der Querbeschleunigung; Berechnen eines Zwischenwerts für die Anpassungsgröße wenigstens teilweise anhand des Zwischenwerts des Kurvenradius; Erhalten eines Radstands des Fahrzeugs; Berechnen eines Zwischenwerts der Gierverstärkung wenigstens teilweise anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit, des Zwischenwerts für die Anpassungsgröße, des Radstands und des Untersteuergradienten; Bestimmen eines Straßenradwinkels des Fahrzeugs; und Berechnen eines neuen Werts der Querbeschleunigung wenigstens teilweise anhand des Anfangswerts der Querbeschleunigung, des Zwischenwerts der Gierverstärkung, der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Straßenradwinkels.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Anfangswert der Querbeschleunigung wenigstens teilweise anhand einer maximalen Querbeschleunigungsfähigkeit des Fahrzeugs auf trockener Fahrbahn ausgewählt wird.
Programmprodukt zum Berechnen einer Gierverstärkung für die Verwendung bei der Steuerung eines Fahrzeugs, wobei das Programmprodukt umfasst: ein Programm, das konfiguriert ist, um die folgenden Schritte auszuführen: Ermitteln eines Kurvenradius des Fahrzeugs; Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit; Bestimmen einer Größe zur Anpassung einer Lenkgeometriegleichung, die auf der Annahme beruht, dass der Kurvenradius des Fahrzeugs wesentlich größer als der Radstand ist, an eine Situation, in der der Kurvenradius des Fahrzeugs nicht wesentlich größer als der Radstand ist, wenigstens teilweise anhand des Kurvenradius; und Berechnen der Gierverstärkung wenigstens teilweise anhand des Kurvenradius, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Anpassungsgröße; und ein computerlesbares Signale tragendes Medium, das das Programm trägt.
Programmprodukt nach Anspruch 10, wobei das Programm ferner konfiguriert ist, um wenigstens zu erleichtern: Bestimmen eines Straßenradwinkels des Fahrzeugs; und Berechnen einer Giergeschwindigkeit durch Multiplizieren der Gierverstärkung mit dem Straßenradwinkel.
Programmprodukt nach Anspruch 11, wobei das Programm ferner konfiguriert ist, um wenigstens zu erleichtern: Erzeugen einer Funktion, die den Straßenradwinkel und den Kurvenradius des Fahrzeugs in Korrelation setzt; und Bestimmen des Straßenradwinkels wenigstens teilweise anhand des Kurvenradius und der Funktion, die den Straßenradwinkel und den Kurvenradius in Korrelation setzt.
Programmprodukt nach Anspruch 12, wobei das Programm ferner konfiguriert ist, um wenigstens das Erzeugen der Funktion, die den Straßenradwinkel und den Kurvenradius in Korrelation setzt, zu erleichtern, indem wenigstens Folgendes erleichtert wird: Erzeugen mehrerer Kurvenradiuswerte; Berechnen eines inneren Straßenvorderradwinkels für jeden der mehreren Kurvenradiuswerte; Berechnen eines äußeren Straßenvorderradwinkels für jeden der mehreren Kurvenradiuswerte; und Berechnen eines Gesamt-Straßenvorderradwinkels für jeden der mehreren Kurvenradiuswerte wenigstens teilweise anhand des inneren Straßenvorderradwinkels und des äußeren Straßenvorderradwinkels für jeden der mehreren Kurvenradiuswerte.
Programmprodukt nach Anspruch 10, wobei das Programm ferner konfiguriert ist, um wenigstens zu erleichtern: Bestimmen einer Querbeschleunigung unter Verwendung einer Folge rekursiver Schritte; wobei die Gierverstärkung außerdem wenigstens teilweise anhand der Querbeschleunigung berechnet wird.
Programmprodukt nach Anspruch 14, wobei die Folge rekursiver Schritte umfasst: Auswählen eines Anfangswerts der Querbeschleunigung; Berechnen eines Untersteuergradienten des Fahrzeugs wenigstens teilweise anhand des Anfangswerts der Querbeschleunigung; Berechnen eines Zwischenwerts des Kurvenradius wenigstens teilweise anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Anfangswerts der Querbeschleunigung; Berechnen eines Zwischenwerts für die Anpassungsgröße wenigstens teilweise anhand des Zwischenwerts des Kurvenradius; Erhalten eines Radstands des Fahrzeugs; Berechnen eines Zwischenwerts der Gierverstärkung wenigstens teilweise anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit, des Zwischenwerts für die Anpassungsgröße, des Radstands und des Untersteuergradienten; Bestimmen eines Straßenradwinkels des Fahrzeugs; und Berechnen eines neuen Werts der Querbeschleunigung wenigstens teilweise anhand des Anfangswerts der Querbeschleunigung, des Zwischenwerts der Gierverstärkung, der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Straßenradwinkels.
System zum Steuern eines Lenkeingriffs eines Fahrzeugs, wobei das System umfasst: eine erste Erfassungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um einen ersten Wert zu erfassen, der dazu verwendet wird, das Bestimmen eines Kurvenradius des Fahrzeugs wenigstens zu erleichtern; eine zweite Erfassungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um eine zweiten Wert zu erfassen, der dazu verwendet wird, das Bestimmen einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs wenigstens zu erleichtern; und einen Prozessor, der konfiguriert ist, um die folgenden Schritte auszuführen: Bestimmen einer Größe zur Anpassung einer Lenkgeometriegleichung, die auf der Annahme beruht, dass der Kurvenradius des Fahrzeugs wesentlich größer als der Radstand ist, an eine Situation, in der der Kurvenradius des Fahrzeugs nicht wesentlich größer als der Radstand ist, wenigstens teilweise anhand des Kurvenradius; Berechnen einer Gierverstärkung wenigstens teilweise anhand des Kurvenradius, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Anpassungsgröße; und Steuern des Lenkeingriffs unter Verwendung der Gierverstärkung.
System nach Anspruch 16, wobei der Prozessor ferner konfiguriert ist, um wenigstens zu erleichtern: Bestimmen eines Straßenradwinkels des Fahrzeugs; und Berechnen einer Giergeschwindigkeit durch Multiplizieren der Gierverstärkung mit dem Straßenradwinkel.
System nach Anspruch 17, wobei der Prozessor ferner konfiguriert ist, um wenigstens zu erleichtern: Erzeugen einer Funktion, die den Straßenradwinkel und den Kurvenradius des Fahrzeugs in Korrelation setzt; und Bestimmen des Straßenradwinkels wenigstens teilweise anhand des Kurvenradius und der Funktion, die den Straßenradwinkel und den Kurvenradius in Korrelation setzt.
System nach Anspruch 16, wobei der Prozessor ferner konfiguriert ist, um wenigstens zu erleichtern: Bestimmen einer Querbeschleunigung unter Verwendung einer Folge rekursiver Schritte; wobei die Gierverstärkung außerdem wenigstens teilweise anhand der Querbeschleunigung berechnet wird.
System nach Anspruch 19, wobei die Folge rekursiver Schritte umfasst: Auswählen eines Anfangswerts der Querbeschleunigung; Berechnen eines Untersteuergradienten des Fahrzeugs wenigstens teilweise anhand des Anfangswerts der Querbeschleunigung; Berechnen eines Zwischenwerts des Kurvenradius wenigstens teilweise anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Anfangswerts der Querbeschleunigung; Berechnen eines Zwischenwerts für die Anpassungsgröße wenigstens teilweise anhand des Zwischenwerts des Kurvenradius; Erhalten eines Radstands des Fahrzeugs; Berechnen eines Zwischenwerts der Gierverstärkung wenigstens teilweise anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit, des Zwischenwerts für die Anpassungsgröße, des Radstands und des Untersteuergradienten; Bestimmen eines Straßenradwinkels des Fahrzeugs; und Berechnen eines neuen Werts der Querbeschleunigung wenigstens teilweise anhand des Anfangswerts der Querbeschleunigung, des Zwischenwerts der Gierverstärkung, der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Straßenradwinkels.