DE102010007615B4

DE102010007615B4 - Aktives Hinterradlenksteuersystem und Controller eines aktiven Hinterradlenksteuersystems

Info

Publication number: DE102010007615B4
Application number: DE102010007615.5A
Authority: DE
Inventors: Youssef A. Ghoneim; Ross Feller; Kevin A. O'Dea; Edward J. Argalas
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2010-02-11
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2030-02-12
Also published as: US8494719B2; US20120065842A1; CN101934816B; CN101934816A; DE102010007615A1

Abstract

Aktives Hinterradlenksteuersystem (10) für ein Fahrzeug (12), das umfasst: einen Vorderradlenkwinkelsensor (34), der dazu konfiguriert ist, einen Vorderradlenkwinkel (δf) des Fahrzeugs (12) zu messen; einen Giergeschwindigkeitssensor (30), der dazu konfiguriert ist, eine Giergeschwindigkeit (Ψ') des Fahrzeugs (12) zu messen; einen Geschwindigkeitssensor (32), der dazu konfiguriert ist, eine Geschwindigkeit (VX, VY) des Fahrzeugs (12) zu messen; und einen Controller (19), der Anweisungen enthält, die, wenn sie von einem Prozessor (40) ausgeführt werden, veranlassen, dass der Prozessor (40): einen ersten Hinterradlenkwinkel (δr1) als Funktion des Vorderradlenkwinkels (δf) bestimmt; einen zweiten Hinterradlenkwinkel (δr2) als Funktion der Giergeschwindigkeit (Ψ') bestimmt; eine Lenkwinkelgeschwindigkeit (δf') mittels einer zeitlichen Ableitung (d/dt) des Vorderradlenkwinkels (δf) berechnet; eine Gierbeschleunigung (Ψ'') mittels einer zeitlichen Ableitung (d/dt) der Giergeschwindigkeit (Ψ'') berechnet; einen Fahrzeugzustand (S) als Funktion der Lenkwinkelgeschwindigkeit (δf'), der Gierbeschleunigung (Ψ'') und der Geschwindigkeit (VX) des Fahrzeugs (12) bestimmt, wobei ein stationärer, langsamer Fahrzustand (S1) ermittelt wird, wenn die berechnete Lenkwinkelgeschwindigkeit (δf') kleiner als ein Lenkwinkelgeschwindigkeits-Schwellenwert (δfth') und/oder die berechnete Gierbeschleunigung (Ψ'') kleiner als eine Schwellengierbeschleunigung (Ψth'') ist, und die Geschwindigkeit (Vx) des Fahrzeugs kleiner als eine Schwellengeschwindigkeit (Vth) ist, ein stationärer, schneller Fahrzustand (S2) ermittelt wird, wenn die berechnete Lenkwinkelgeschwindigkeit (δf') kleiner als der Lenkwinkelgeschwindigkeits-Schwellenwert (δfth') und/oder die berechnete Gierbeschleunigung (Ψ'') kleiner als die Schwellengierbeschleunigung (Ψth'') ist, und die Geschwindigkeit (Vx) des Fahrzeugs größer als die Schwellengeschwindigkeit (Vth) ist, ...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Das technische Gebiet bezieht sich im Allgemeinen auf die Steuerung eines aktiven Hinterradlenksystems (ARS-Systems) eines Fahrzeugs. Im Speziellen bezieht sich die Erfindung auf ein aktives Hinterradlenksteuersystem und einen Controller eines aktiven Hinterradlenksteuersystems.
HINTERGRUND
Die DE 691 15 621 T2 beschreibt eine Regeleinheit, die einen Heckradsteuerungsregelmechanismus steuert. Die Regeleinheit empfängt Sensordaten von einem Steuerrad-Steuerwinkelsensor, von einem Geschwindigkeitssensor, von Lateralbeschleunigungssensoren, von einem Verschlüssler, von einem Schaltstufensensor und von einem Heckradsteuerwinkelsensor. Der Rotationswinkel eines Relaisstabes (Lenkzwischenstange) wird in Abhängigkeit eines Steuerwinkels des Steuerrades, einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Gierrate verändert. Sowohl der Einfluss des Steuerwinkels auf den Rotationswinkel als auch der Einfluss des Produkts aus Fahrzeuggeschwindigkeit und Gierrate auf den Rotationswinkel sind von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig.
Die DE 43 32 040 A1 beschreibt ein Vierrad-Lenksystem mit einem Vorderradlenkwinkel-Sensor, einem Gierwinkelsensor, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor und eine Steuereinheit, welche einen Hinterrad-Lenkmechanismus steuert. Das Hinterradlenkwinkelverhältnis wird aus vier Summanden zusammengesetzt. Der Einfluss jedes einzelnen Summanden ist aufgrund einer summandenspezifischen Fahrzeuggeschwindigkeitsempfindlichkeitsverstärkungsfunktion von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig. Die Größe des ersten Summanden ist von dem Vorderradlenkwinkel abhängig. Die Größe des zweiten Summanden ist von der Gierrate abhängig. Die Größe des dritten Summanden ist von einer Änderungsgeschwindigkeit des Vorderradlenkwinkels abhängig. Die Größe des vierten Summanden ist von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig.
Die EP 2 085 293 A1 beschreibt eine Steuereinheit einer Hinterradlenkwinkelsteuerung, die Signale von Hinterradlenkwinkelsensoren, Beschleunigungssensoren, einem Lenkradlenkwinkelsensor, Geschwindigkeitssensoren und einem Gierratensensor empfängt. Aus einer Differenz zwischen einer Zielgierrate und einer tatsächlichen Gierrate wird ein Korrekturwert zur Berechnung des Ziel-Hinterradlenkwinkels berechnet.
Die DE 690 07 132 T2 beschreibt eine Hinterradlenkung, die den Solllenkwinkel der Hinterräder anhand der Formel: Sollwinkel der Hinterräder = –Koeffizient_F·Lenkwinkel der Vorderräder + Koeffizient_R·Fahrzeuggeschwindigkeit·Giergeschwindigkeit berechnet. Dabei wird zumindest Koeffizient_F mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit verändert, wodurch in speziellen Fahrsituationen stabilere Fahreigenschaften erzielt werden sollen. Der Koeffizient_R wird gemäß einer in der Druckschrift DE 690 07 132 T2 beschriebenen Ausführungsform mit Hilfe einer Funktion h(ψ'') gebildet, die in Abhängigkeit der Gierbeschleunigung ψ'' bis zu einer bestimmten Gierbeschleunigung den Wert 1 ausgibt und ab der bestimmten Gierbeschleunigung linear ansteigt.
Moderne Fahrzeuge enthalten manchmal aktive Fahrzeugsteueruntersysteme. Ein solches Untersystem zum Schaffen einer automatischen Hinterradlenkung ist als aktives Hinterradlenksteuersystem (ARS-Steuersystem) bekannt. Das ARS-Steuersystem korrigiert den Fahrerlenkbefehl, um zu bewirken, dass das Fahrzeug dem beabsichtigten Lenkweg des Fahrzeugfahrers enger folgt, während die Fahrzeugstabilität und -handhabung gesteigert werden. Unter Bedingungen mit hoher Geschwindigkeit nehmen jedoch einige ARS-Steuersysteme Lenkkorrekturen vor, die das Gesamtverhalten des Fahrzeugs verschlechtern.
ZUSAMMENFASSUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Hinterradlenksteuersystem mit einem verbesserten Gesamtverhalten zu schaffen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein aktives Hinterradlenksteuersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Controller eines aktiven Hinterradlenksteuersystems mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
Die verschiedenen Ausführungsformen beseitigen die Nachteile des Standes der Technik durch Schaffen eines aktiven Hinterradlenksteuersystems (ARS-Steuersystems), das dazu konfiguriert ist, den Winkel der Hinterräder eines Fahrzeugs für verschiedene Fahrzeugzustände, einschließlich jener, die Bedingungen mit hoher Geschwindigkeit umfassen, zu steuern. Fahrzeugzustandsinformationen werden beispielsweise verwendet, um einen Hinterradlenkwinkelbefehl gemäß bevorzugten Kurvenfahreigenschaften für ein Fahrzeug, das mit hoher Geschwindigkeit fährt, zu formen.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein aktives Hinterradlenksteuersystem für ein Fahrzeug einen Vorderradlenkwinkelsensor, der dazu konfiguriert ist, einen Vorderradlenkwinkel des Fahrzeugs zu messen, einen Giergeschwindigkeitssensor, der dazu konfiguriert ist, eine Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs zu messen, einen Geschwindigkeitssensor, der dazu konfiguriert ist, eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu messen, und einen Controller. Der Controller umfasst Anweisungen, die, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, bewirken, dass der Prozessor einen ersten Hinterradlenkwinkel als Funktion des Vorderradlenkwinkels bestimmt; einen zweiten Hinterradlenkwinkel als Funktion der Giergeschwindigkeit bestimmt; eine Gierbeschleunigung mittels einer zeitlichen Ableitung der Giergeschwindigkeit berechnet; einen Fahrzeugzustand als Funktion der Gierbeschleunigung und von mindestens einem des Vorderradlenkwinkels, der Giergeschwindigkeit und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt; eine erste Formfunktion, die dem ersten Hinterradlenkwinkel zugeordnet ist, als Funktion des Fahrzeugzustandes bestimmt; eine zweite Formfunktion, die dem zweiten Hinterradlenkwinkel zugeordnet ist, als Funktion des Fahrzeugzustandes bestimmt; und einen Hinterradlenkbefehl als Funktion des ersten Hinterradlenkwinkels, des zweiten Hinterradlenkwinkels, der ersten Formfunktion und der zweiten Formfunktion bestimmt.
Das Vorangehende hat breit einige der Aspekte und Charakteristika der verschiedenen Ausführungsformen umrissen, die lediglich als für verschiedene potentielle Anwendungen erläuternd aufgefasst werden sollten. Weitere vorteilhafte Ergebnisse können durch Anwenden der offenbarten Informationen in einer anderen Weise oder durch Kombinieren von verschiedenen Aspekten der offenbarten Ausführungsformen erhalten werden. Weitere Aspekte und ein umfassenderes Verständnis können durch Bezugnahme auf die ausführliche Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen zusätzlich zu dem durch die Ansprüche definierten Schutzbereich erhalten werden.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem aktiven Hinterradlenksystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
2 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren eines Softwaremoduls des aktiven Hinterradlenksystems von 1 darstellt.
3 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren eines Softwaremoduls des aktiven Hinterradlenksystems von 1 darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie erforderlich, werden hierin ausführliche Ausführungsformen offenbart. Selbstverständlich sind die offenbarten Ausführungsformen nur beispielhaft für verschiedene und alternative Formen. Wie hierin verwendet, wird das Wort ”beispielhaft” umfangreich verwendet, um auf Ausführungsformen Bezug zu nehmen, die als Erläuterungen, Exemplare, Modelle oder Muster dienen. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstäblich und einige Elemente können übertrieben oder minimiert sein, um Details von speziellen Komponenten zu zeigen. In anderen Fällen wurden gut bekannte Komponenten, Systeme, Materialien oder Verfahren, die dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt sind, nicht im Einzelnen beschrieben, um es zu vermeiden, die vorliegende Offenbarung unklar zu machen. Daher sollen hierin offenbarte spezifische Struktur- und Funktionsdetails nicht als Begrenzung, sondern lediglich als Basis für die Ansprüche und als repräsentative Basis für das Unterrichten eines Fachmanns auf dem Gebiet interpretiert werden.
In 1 umfasst ein Fahrzeug 12 ein aktives Hinterradlenksteuersystem (ARS-Steuersystem) 10, ein Lenkrad 44, eine Lenksäule 46, eine Vorderachse 48, Vorderräder 26, eine Hinterachse 50 und Hinterräder 24. Das ARS-Steuersystem 10 umfasst einen ARS-Controller (bzw. Controller) 19, einen Prozessor 40, einen Speicher 42 und einen ARS-Aktuator 14. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff ”Controller” auf eine Rechenvorrichtung, wie z. B. einen programmierbaren Logikcontroller (PLC), eine entfernte Endgeräteinheit (RTU) oder ein verteiltes Steuersystem (DCS), das die Betriebsbedingungen eines gegebenen Systems überwacht und auf diese einwirkt, ist jedoch nicht darauf begrenzt. Der ARS-Controller 19 umfasst Softwaremodule 16, 18a, 18b, 20, 22, 23, die Anweisungen umfassen, die vom Prozessor 40 ausführbar sind. Der dargestellte ARS-Aktuator 14 umfasst einen Motor 28, der dazu konfiguriert ist, die Hinterräder 24 des Fahrzeugs 12 gemäß einem Hinterradlenkbefehl δ_rcom zu lenken.
Das ARS-Steuersystem 10 umfasst einen Giergeschwindigkeitssensor 30, der dazu konfiguriert ist, die Giergeschwindigkeit ψ' des Fahrzeugs 12 zu messen, einen Geschwindigkeitssensor 32, der dazu konfiguriert ist, die Längsgeschwindigkeit V_x und die Quergeschwindigkeit V_y des Fahrzeugs 12 zu messen, und einen Lenkwinkelsensor 34, der dazu konfiguriert ist, den Vorderradlenkwinkel δ_f des Fahrzeugs 12 zu messen.
Das Zustandssoftwaremodul 16 ist dazu konfiguriert, den Zustand S des Fahrzeugs 12 als Funktion der Giergeschwindigkeit ψ', der Fahrzeuggeschwindigkeit V_x und des Vorderradlenkwinkels δ_f zu bestimmen. Die Lenkwinkel-Softwaremodule 20, 22 sind dazu konfiguriert, die Hinterradlenkwinkel δ_r1, δ_r2 als Funktion der Giergeschwindigkeit ψ' und des Vorderradlenkwinkels δ_f zu bestimmen. Die Formsoftwaremodule 18a, 18b sind dazu konfiguriert, die Formfunktionen F_sh1, F_sh2 als Funktion des Vorderradlenkwinkels δ_f, des Fahrzeugzustandes S und eines jeweiligen der Hinterradlenkwinkel δ_r1, δ_r2 zu bestimmen. Das Kombinationssoftwaremodul 23 ist dazu konfiguriert, die Hinterradlenkwinkel δ_r1, δ_r2 mit den Formfunktionen F_sh1, F_sh2 zu kombinieren, um den Hinterradlenkbefehl δ_rcom zu erzeugen. Der ARS-Aktuator 14 ist dazu konfiguriert, die Hinterräder 24 als Funktion des Hinterradlenkbefehls δ_rcom zu lenken und zu steuern. Der ARS-Aktuator 14 erzeugt beispielsweise unter Verwendung des Hinterradlenkbefehls δ_rcom ein Signal, um den Motor 28 anzutreiben.
Die Softwaremodule 16, 18a, 18b, 20, 22, 23 werden nun genauer beschrieben. Das Zustandssoftwaremodul 16 ist dazu konfiguriert, den Fahrzeugzustand S zu bestimmen. Für Lehrzwecke werden verschiedene Zustände S wie folgt definiert. Ein erster Zustand S₁ umfasst eine niedrige Geschwindigkeit V_x und einen stationären Betrieb; ein zweiter Zustand S₂ umfasst eine hohe Geschwindigkeit V_x und einen stationären Betrieb; ein dritter Zustand S₃ umfasst eine niedrige Geschwindigkeit V_x und einen instationären Betrieb; und ein vierter Zustand S₄ umfasst eine hohe Geschwindigkeit V_x und einen instationären Betrieb. Der stationäre Betrieb und der instationäre Betrieb werden für Lehrzwecke durch einen Vorderradlenkgeschwindigkeits-Schwellenwert δ_fth', eine minimale Vorderradlenkgeschwindigkeit δ_fthmin', einen Gierbeschleunigungsschwellenwert ψ_th'' und eine minimale Gierbeschleunigung ψ_thmin'' definiert. Ein Betrieb oberhalb beider Schwellenwerte δ_fth', ψ_th'' ist beispielsweise der instationäre Betrieb und ein Betrieb unter einem oder beiden Schwellenwerten δ_fth', ψ_th'' ist der stationäre Betrieb. Die Minima δ_fthmin', ψ_thmin'' sind kleiner als die Schwellenwerte δ_fth', ψ_th'' und werden verwendet, um den stationären Zustand über einen Zeitraum oder eine Anzahl von Zyklen zu überprüfen. Die Schwellenwerte δ_fth', ψ_th'' und die Minima δ_fthmin', ψ_thmin'' werden über das Testen des Fahrzeugs 12 experimentell bestimmt. Ebenso werden die hohe Geschwindigkeit und niedrige Geschwindigkeit durch eine Schwellengeschwindigkeit V_th bestimmt. Über der Schwellengeschwindigkeit V_th liegt die hohe Geschwindigkeit und unter der Schwellengeschwindigkeit V_th liegt die niedrige Geschwindigkeit. Zur Erläuterung ist die Schwellengeschwindigkeit V_th 16 m/s.
In 2 wird ein beispielhaftes Verfahren zum Bestimmen des Fahrzeugzustandes S beschrieben. In einem Schritt 132 berechnet das Zustandssoftwaremodul 16 die Ableitung des Vorderradlenkwinkels δ_f und der Giergeschwindigkeit ψ', um eine Vorderradlenkgeschwindigkeit δ_f' und eine Gierbeschleunigung ψ'' zu erhalten. In einem Schritt 136 stellt das Zustandssoftwaremodul 16 fest, ob die Lenkwinkelgeschwindigkeit δ_f' größer ist als der Lenkwinkelgeschwindigkeits-Schwellenwert δ_fth'. Wenn ja, setzt das Zustandssoftwaremodul 16 ein erstes Flag G₁ im Kasten 150 auf Eins. Wenn nicht, stellt das Zustandssoftwaremodul 16 in einem Schritt 134 fest, ob die Lenkwinkelgeschwindigkeit δ_f' für eine gewisse Menge an Zeit (beispielsweise 20 Zyklen mit einer Steuerzykluszeit von 10 ms, d. h. 200 ms) geringer ist als die minimale Lenkwinkelgeschwindigkeit δ_fthmin'. Wenn ja, setzt das Zustandssoftwaremodul 16 das erste Flag G₁ im Kasten 152 auf Null. Wenn nicht, setzt das Zustandssoftwaremodul 16 das erste Flag G₁ im Kasten 150 auf Eins.
In einem Schritt 138 stellt das Zustandssoftwaremodul 16 fest, ob die Gierbeschleunigung ψ'' größer ist als die Schwellengierbeschleunigung ψ_th''. Wenn ja, dann setzt das Zustandssoftwaremodul 16 ein zweites Flag G₂ im Kasten 146 auf Eins. Wenn nicht, stellt das Zustandssoftwaremodul 16 in einem Schritt 140 fest, ob die Gierbeschleunigung ψ'' für eine gewisse Menge an Zeit (beispielsweise 20 Zyklen mit einer Steuerzykluszeit von 10 ms, d. h. 200 ms) geringer ist als die minimale Gierbeschleunigung ψ_thmin''. Wenn ja, dann setzt das Zustandssoftwaremodul 16 das zweite Flag G₂ im Kasten 148 auf Null. Wenn nicht, setzt das Zustandssoftwaremodul 16 das zweite Flag G₂ im Kasten 146 auf Eins. In einem Schritt 160 bestimmt das Zustandssoftwaremodul 16 ein variables Flag G durch Multiplizieren des ersten Flags G₁ und des zweiten Flags G₂. Hier stellt ein variables Flag G gleich Eins einen instationären Betrieb dar und ein variables Flag G gleich Null stellt einen stationären Betrieb dar.
In einem Schritt 161 stellt das Zustandssoftwaremodul 16 fest, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V_x geringer ist als die Schwellengeschwindigkeit V_th. Wenn ja, stellt das Zustandssoftwaremodul 16 in einem Schritt 162 fest, ob das variable Flag G auf Eins gesetzt ist. Wenn nicht, setzt das Zustandssoftwaremodul 16 in einem Kasten 166 den Fahrzeugzustand S auf den ersten Zustand S₁. Wenn ja, setzt das Zustandssoftwaremodul 16 den Fahrzeugzustand S in einem Kasten 164 auf den dritten Zustand S₃. Wenn in Schritt 161 die Fahrzeuggeschwindigkeit V_x nicht geringer ist als die Schwellengeschwindigkeit V_th, stellt das Zustandssoftwaremodul 16 in einem Schritt 168 fest, ob das variable Flag G auf Eins gesetzt ist. Wenn nicht, setzt das Zustandssoftwaremodul 16 den Fahrzeugzustand S im Kasten 170 auf den zweiten Zustand S₂. Wenn ja, setzt das Zustandssoftwaremodul 16 den Fahrzeugzustand S im Kasten 169 auf den vierten Zustand S₄.
In alternativen Ausführungsformen umfasst das Verfahren alternative oder zusätzliche Fahrzeugzustände. Der Zustand kann alternativ durch ein kontinuierliches Signal dargestellt werden, wobei die Amplitude des Signals relativ zu einem Schwellenwert den Zustand angibt.
Beispielhafte Lenkwinkel-Softwaremodule 20, 22, die dazu konfiguriert sind, die Hinterradlenkwinkel δ_r1, δ_r2 zu bestimmen, werden nun genauer beschrieben. Für Lehrzwecke wird ein Modell einer Gierebenendynamik mit zwei Freiheitsgraden verwendet. Während das Fahrzeug 12 Handhabungsmanövern unterzogen wird, erfährt es nicht nur eine Gierbewegung, sondern es erfährt gleichzeitig auch eine Querdriftbewegung. Die Gierbewegung ist teilweise durch die Giergeschwindigkeit ψ' gekennzeichnet und die Querbewegung ist teilweise durch die Drift- oder Quergeschwindigkeit V_y gekennzeichnet. Die Fahrzeuggierebenendynamik wird durch eine Zustandsgleichung zweiter Ordnung beschrieben.
wobei a der Abstand vom Schwerpunkt 52 des Fahrzeugs 12 zur Vorderachse 48 ist; b der Abstand vom Schwerpunkt 52 des Fahrzeugs 12 zur Hinterachse 50 ist; C_f die Kurvensteifigkeit beider Vorderräder 26 der Vorderachse 48 ist; C_r die Kurvensteifigkeit beider Hinterräder 24 der Hinterachse 50 ist; I das Trägheitsmoment des Fahrzeugs 12 um die Gierachse ist; m die gesamte Fahrzeugmasse ist; V_x die Längsgeschwindigkeit des Schwerpunkts des Fahrzeugs ist; V_y die Quergeschwindigkeit des Schwerpunkts 52 des Fahrzeugs ist; δ_f der Vorderradlenkwinkel der Vorderräder 26 ist; δ_r der Hinterradlenkwinkel der Hinterräder 24 ist; und ψ' die Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs 12 ist. Experimentell bestimmte Parameter und Parameter, die nachgeschlagen werden, werden im Speicher 42 gespeichert.
Der Hinterradlenkwinkel δ_r kann als Funktion des Vorderradlenkwinkels δ_f und der Giergeschwindigkeit ψ' durch Setzen sowohl der Quergeschwindigkeit V_y als auch ihrer Ableitung V_y' auf Null in der Zustandsgleichung bestimmt werden, was Folgendes ergibt:
Das Auflösen nach dem Hinterradlenkwinkel δ_r ergibt:
Der Hinterradlenkwinkel δ_r ist die Summe des ersten Hinterradlenkwinkels δ_r1 und des zweiten Hinterradlenkwinkels δ_r2. Der erste Hinterradlenkwinkel δ_r1 ist eine Funktion des Vorderradlenkwinkels δ_f und ist gegeben durch:
Das Signal des zweiten Hinterradlenkwinkels δ_r2 ist eine Funktion der Giergeschwindigkeit ψ' und der Längsgeschwindigkeit V_x und ist gegeben durch:
In einer alternativen Ausführungsform werden die Hinterradlenkwinkel δ_r1, δ_r2 auf der Basis von verschiedenen Zielen bestimmt, wie z. B. einer subjektiven Fahrzeugbeweglichkeit, einer Fahrzeugwendekreisverringerung oder einer Fahrzeuglenkempfindlichkeitsmodifikation, wie für den Fachmann auf dem Gebiet verständlich ist.
Die Formsoftwaremodule 18a, 18b sind dazu konfiguriert, Formfunktionen F_sh1, F_sh2 zu bestimmen. In 3 wird nun ein beispielhaftes Verfahren zum Bestimmen der ersten Formfunktion F_sh1 mit dem Formsoftwaremodul 18a beschrieben. In einem Schritt 182 stellt das Formsoftwaremodul 18a fest, ob der erste Hinterradlenkwinkel δ_r1 kleiner ist als ein Hinterradlenkwinkel-Schwellenwert δ_rthmin. Wenn ja, setzt das Formsoftwaremodul 18a im Kasten 184 die erste Formfunktion F_sh1 auf eine erste Formverstärkung K_sh(1). Wenn in Schritt 182 der erste Hinterradlenkwinkel δ_r1 nicht kleiner ist als der Hinterradlenkwinkel-Schwellenwert δ_rthmin, stellt das Formsoftwaremodul 18a in einem Schritt 186 fest, ob der Zustand S der dritte Zustand S₃ oder der vierte Zustand S₄ ist. Wenn ja, setzt das Formsoftwaremodul 18a die erste Formfunktion F_sh1 im Kasten 188 auf eine zweite Formverstärkung K_sh(2). Wenn der Zustand S im Schritt 186 nicht der dritte Zustand S₃ oder der vierte Zustand S₄ ist, stellt das Formsoftwaremodul 18a in einem Schritt 190 fest, ob der Zustand S der erste Zustand S₁ ist. Wenn ja, setzt das Formsoftwaremodul 18a im Kasten 192 die erste Formfunktion F_sh1 auf eine dritte Formverstärkung K_sh(3). Wenn der Zustand S in Schritt 190 nicht Eins ist, setzt das Formsoftwaremodul 18a im Kasten 194 die erste Formfunktion F_sh1 auf eine vierte Formverstärkung K_sh(4). Das Formsoftwaremodul 18b bestimmt die zweite Formfunktion F_sh2 gemäß demselben Verfahren.
Das beispielhafte Verfahren zum Auswählen einer Formverstärkung K_sh für die erste Formfunktion F_sh1 berücksichtigt den Fahrzeugzustand S und einen Hinterradlenkwinkel δ_r1, δ_r2. Die beispielhaften Formverstärkungen K_sh sind gegeben durch
Hier ist T die Schleifenzeit (beispielsweise 10 ms), N ist die Schleifennummer, N_th ist die Gesamtzahl von Schleifen, δ_fth ist der Vorderradlenkwinkel-Schwellenwert (beispielsweise 5 Grad) und A und K_sh(rate) sind experimentelle Werte, die über eine Fahrzeugprüfung experimentell bestimmt werden. Für einen Satz von indizierten Situationen (Index ist [1 2 3 4]) ist beispielsweise A(Index) [1 1 0,01 0,02] und K_sh(rare)(Index) ist [0 0 –5 –10]. Die Schleifennummer N wird auf Null zurückgesetzt, wenn der Vorderradlenkwinkel δ_f geringer ist als der Vorderradlenkwinkel-Schwellenwert δ_fth. Andere geeignete Werte für die Formverstärkungen K_sh können auch verwendet werden, die Formfunktionen F_sh können gemäß alternativen Verfahren ausgewählt werden und die spezifische Implementierung der Formfunktionen F_sh, um den Hinterradlenkbefehl δ_rcom zu bestimmen, kann gemäß alternativen Ausführungsformen modifiziert werden.
Das Kombinationssoftwaremodul 23 ist dazu konfiguriert, den Hinterradlenkbefehl δ_rcom als Funktion der Formfunktionen F_sh1, F_sh2 und der Hinterradlenkwinkel δ_r1, δ_r2 zu bestimmen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kombiniert das Kombinationssoftwaremodul 23 die Formfunktionen F_sh1, F_sh2 und die Hinterradlenkwinkel δ_r1, δ_r2 gemäß: δ_rcom = F_sh1·δ_r1 + F_sh2·δ_r2.
Gemäß einem beispielhaften Betriebsverfahren messen die Sensoren 30, 32, 34 mit Bezug auf 1 die Giergeschwindigkeit ψ', die Fahrzeuggeschwindigkeit V_x, V_y und den Vorderradlenkwinkel δ_f. Der ARS-Controller 19 bestimmt den Hinterradlenkbefehl δ_rcom, wie vorstehend beschrieben.
Kurz gesagt bestimmt das Zustandssoftwaremodul 16 den Fahrzeugzustand S, die Lenkwinkelsoftwaremodule 20, 22 bestimmen die Hinterradlenkwinkel δ_r1, δ_r2, das Formsoftwaremodul 18a bestimmt die Formfunktionen F_sh1, F_sh2 und das Kombinationssoftwaremodul 23 bestimmt den Hinterradlenkbefehl δ_rcom. Der ARS-Aktuator 14 steuert den Motor 28, um die Hinterräder 24 gemäß dem Hinterradlenkbefehl δ_rcom zu lenken.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erläutern lediglich Implementierungen, die für ein klares Verständnis der Prinzipien dargelegt sind. Variationen, Modifikationen und Kombinationen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können durchgeführt werden, ohne vom Schutzbereich der Ansprüche abzuweichen.

Claims

Aktives Hinterradlenksteuersystem (10) für ein Fahrzeug (12), das umfasst: einen Vorderradlenkwinkelsensor (34), der dazu konfiguriert ist, einen Vorderradlenkwinkel (δ_f) des Fahrzeugs (12) zu messen; einen Giergeschwindigkeitssensor (30), der dazu konfiguriert ist, eine Giergeschwindigkeit (Ψ') des Fahrzeugs (12) zu messen; einen Geschwindigkeitssensor (32), der dazu konfiguriert ist, eine Geschwindigkeit (V_X, V_Y) des Fahrzeugs (12) zu messen; und einen Controller (19), der Anweisungen enthält, die, wenn sie von einem Prozessor (40) ausgeführt werden, veranlassen, dass der Prozessor (40): einen ersten Hinterradlenkwinkel (δ_r1) als Funktion des Vorderradlenkwinkels (δ_f) bestimmt; einen zweiten Hinterradlenkwinkel (δ_r2) als Funktion der Giergeschwindigkeit (Ψ') bestimmt; eine Lenkwinkelgeschwindigkeit (δ_f') mittels einer zeitlichen Ableitung (d/dt) des Vorderradlenkwinkels (δ_f) berechnet; eine Gierbeschleunigung (Ψ'') mittels einer zeitlichen Ableitung (d/dt) der Giergeschwindigkeit (Ψ'') berechnet; einen Fahrzeugzustand (S) als Funktion der Lenkwinkelgeschwindigkeit (δ_f'), der Gierbeschleunigung (Ψ'') und der Geschwindigkeit (V_X) des Fahrzeugs (12) bestimmt, wobei ein stationärer, langsamer Fahrzustand (S1) ermittelt wird, wenn die berechnete Lenkwinkelgeschwindigkeit (δ_f') kleiner als ein Lenkwinkelgeschwindigkeits-Schwellenwert (δ_fth') und/oder die berechnete Gierbeschleunigung (Ψ'') kleiner als eine Schwellengierbeschleunigung (Ψ_th'') ist, und die Geschwindigkeit (V_x) des Fahrzeugs kleiner als eine Schwellengeschwindigkeit (V_th) ist, ein stationärer, schneller Fahrzustand (S2) ermittelt wird, wenn die berechnete Lenkwinkelgeschwindigkeit (δ_f') kleiner als der Lenkwinkelgeschwindigkeits-Schwellenwert (δ_fth') und/oder die berechnete Gierbeschleunigung (Ψ'') kleiner als die Schwellengierbeschleunigung (Ψ_th'') ist, und die Geschwindigkeit (V_x) des Fahrzeugs größer als die Schwellengeschwindigkeit (V_th) ist, ein instationärer, langsamer Fahrzustand (S3) ermittelt wird, wenn die berechnete Lenkwinkelgeschwindigkeit (δ_f') größer als der Lenkwinkelgeschwindigkeits-Schwellenwert (δ_fth') und die berechnete Gierbeschleunigung (Ψ'') größer als die Schwellengierbeschleunigung (Ψ_th'') ist, und die Geschwindigkeit (V_x) des Fahrzeugs kleiner als die Schwellengeschwindigkeit (V_th) ist, und ein instationärer, schneller Fahrzustand (S4) ermittelt wird, wenn die berechnete Lenkwinkelgeschwindigkeit (δ_f') größer als der Lenkwinkelgeschwindigkeits-Schwellenwert (δ_fth') und die berechnete Gierbeschleunigung (Ψ'') größer als die Schwellengierbeschleunigung (Ψ_th'') ist, und die Geschwindigkeit (V_x) des Fahrzeugs größer als die Schwellengeschwindigkeit (V_th) ist; eine erste Formfunktion (F_Sh1), die dem ersten Hinterradlenkwinkel (δ_r1) zugeordnet ist, als Funktion des ermittelten Fahrzeugzustandes (S) bestimmt; eine zweite Formfunktion (F_Sh2), die dem zweiten Hinterradlenkwinkel (δ_r2) zugeordnet ist, als Funktion des ermittelten Fahrzeugzustandes (S) bestimmt; und einen Hinterradlenkbefehl (δ_rcom) als Funktion des ersten Hinterradlenkwinkels (δ_r1), des zweiten Hinterradlenkwinkels (δ_r2), der ersten Formfunktion (F_Sh1) und der zweiten Formfunktion (F_Sh2) bestimmt.
Aktives Hinterradlenksteuersystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des Fahrzeugzustandes (S) das Auswählen aus einer aufgeführten Liste von Fahrzeugzuständen (S₁, S₂, S₃, S₄) umfasst.
Aktives Hinterradlenksteuersystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des Fahrzeugzustandes (S) das Bestimmen der Amplitude eines Fahrzeugzustandssignals (δ_f', Ψ'', V_X, V_Y) umfasst.
Aktives Hinterradlenksteuersystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugzustand (S) ferner eine Funktion des Vorderradlenkwinkels (δ_f) ist, wobei insbesondere der Fahrzeugzustand (S) eine Funktion der Änderungsrate (δ_f') des Vorderradlenkwinkels (δ_f) ist.
Aktives Hinterradlenksteuersystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugzustand (S) ferner eine Funktion des Vorderradlenkwinkels (δ_f) und der Giergeschwindigkeit (Ψ') ist, und/oder wobei der Hinterradlenkbefehl (δ_rcom) die Summe des ersten Hinterradlenkwinkels (δ_r1) multipliziert mit der ersten Formfunktion (F_Sh1) und des zweiten Hinterradlenkwinkels (δ_r2) multipliziert mit der zweiten Formfunktion (F_Sh2) ist.
Aktives Hinterradlenksteuersystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten Formfunktion (F_Sh1) und der zweiten Formfunktion (F_Sh2) aus mehreren Verstärkungen (K_Sh(1); K_Sh(2); K_Sh(3); K_Sh(4)) ausgewählt ist, wobei insbesondere die Verstärkungen (K_Sh(1); K_Sh(2); K_Sh(3); K_Sh(4)) als Funktion des Vorderradlenkwinkels (δ_f) bestimmt werden.
Aktives Hinterradlenksteuersystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten Formfunktion (F_Sh1) und der zweiten Formfunktion (F_Sh2) ferner eine Funktion eines zugeordneten des ersten Hinterradlenkwinkels (δ_r1) und des zweiten Hinterradlenkwinkels (δ_r2) ist, und/oder das ferner einen Aktuator (14) umfasst, der dazu konfiguriert ist, einen Hinterradlenkwinkel (δ_r) von Hinterrädern (24) des Fahrzeugs (12) gemäß dem Hinterradlenkbefehl (δ_rcom) zu steuern, und/oder wobei der erste Hinterradlenkwinkel (δ_r1) ferner eine Funktion einer Vorderradsteifigkeit (C_f) und einer Hinterradsteifigkeit (C_r) ist, und/oder wobei der zweite Hinterradlenkwinkel (δ_r2) ferner eine Funktion der Geschwindigkeit (V_X, V_Y), einer Fahrzeugmasse (m), einer Vorderradsteifigkeit (C_f), einer Hinterradsteifigkeit (C_r), eines Abstandes (a) von einer Vorderachse (48) zu einem Schwerpunkt (52) des Fahrzeugs (12) und eines Abstandes (b) von einer Hinterachse (50) zum Schwerpunkt (52) ist.
Controller (19) eines aktiven Hinterradlenksteuersystems (10), der umfasst: einen Prozessor (40); und mindestens ein Softwaremodul, das Anweisungen enthält, die, wenn sie vom Prozessor (40) ausgeführt werden, veranlassen, dass der Prozessor (40): einen ersten Hinterradlenkwinkel (δ_r1) als Funktion des Vorderradlenkwinkels (δ_f) bestimmt, der durch einen Lenkwinkelsensor (34) des aktiven Hinterradlenksteuersystems (10) gemessen wird; einen zweiten Hinterradlenkwinkel (δ_r2) als Funktion der Giergeschwindigkeit (Ψ') bestimmt, die durch einen Giergeschwindigkeitssensor (30) des aktiven Hinterradlenksteuersystems (10) gemessen wird; eine Lenkwinkelgeschwindigkeit (δ_f') mittels einer zeitlichen Ableitung (d/dt) des Vorderradlenkwinkels (δ_f) berechnet; eine Gierbeschleunigung (Ψ'') mittels einer zeitlichen Ableitung (d/dt) der Giergeschwindigkeit (Ψ') berechnet; einen Fahrzeugzustand (S) als Funktion der Lenkwinkelgeschwindigkeit (δ_f'), der Gierbeschleunigung (Ψ'') und einer Geschwindigkeit (V_X) des Fahrzeugs (12) bestimmt, die durch einen Geschwindigkeitssensor (32) des aktiven Hinterradlenksteuersystems (10) gemessen wird, wobei ein stationärer, langsamer Fahrzustand (S1) ermittelt wird, wenn die berechnete Lenkwinkelgeschwindigkeit (δ_f') kleiner als ein Lenkwinkelgeschwindigkeits-Schwellenwert (δ_fth') und/oder die berechnete Gierbeschleunigung (Ψ'') kleiner als eine Schwellengierbeschleunigung (Ψ_th'') ist, und die Geschwindigkeit (V_x) des Fahrzeugs kleiner als eine Schwellengeschwindigkeit (V_th) ist, ein stationärer, schneller Fahrzustand (S2) ermittelt wird, wenn die berechnete Lenkwinkelgeschwindigkeit (δ_f') kleiner als der Lenkwinkelgeschwindigkeits-Schwellenwert (δ_fth') und/oder die berechnete Gierbeschleunigung (Ψ'') kleiner als die Schwellengierbeschleunigung (Ψ_th') ist, und die Geschwindigkeit (V_x) des Fahrzeugs größer als die Schwellengeschwindigkeit (V_th) ist, ein instationärer, langsamer Fahrzustand (S3) ermittelt wird, wenn die berechnete Lenkwinkelgeschwindigkeit (δ_f') größer als der Lenkwinkelgeschwindigkeits-Schwellenwert (δ_fth') und die berechnete Gierbeschleunigung (Ψ'') größer als die Schwellengierbeschleunigung (Ψ_th'') ist, und die Geschwindigkeit (V_x) des Fahrzeugs kleiner als die Schwellengeschwindigkeit (V_th) ist, und ein instationärer, schneller Fahrzustand (S4) ermittelt wird, wenn die berechnete Lenkwinkelgeschwindigkeit (δ_f') größer als der Lenkwinkelgeschwindigkeits-Schwellenwert (δ_fth') und die berechnete Gierbeschleunigung (Ψ'') größer als die Schwellengierbeschleunigung (Ψ_th'') ist, und die Geschwindigkeit (V_x) des Fahrzeugs größer als die Schwellengeschwindigkeit (V_th) ist; eine erste Formfunktion (F_Sh1), die dem ersten Hinterradlenkwinkel (δ_r1) zugeordnet ist, als Funktion des ermittelten Fahrzeugzustandes (S) bestimmt; eine zweite Formfunktion (F_Sh2), die dem zweiten Hinterradlenkwinkel (δ_r2) zugeordnet ist, als Funktion des ermittelten Fahrzeugzustandes (S) bestimmt; und einen Hinterradlenkbefehl (δ_rcom) als Funktion des ersten Hinterradlenkwinkels (δ_r1), des zweiten Hinterradlenkwinkels (δ_r2), der ersten Formfunktion (F_Sh1) und der zweiten Formfunktion (F_Sh2) bestimmt.
Controller (19) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugzustand (S) ferner eine Funktion des Vorderradlenkwinkels (δ_f) ist, und/oder wobei der Fahrzeugzustand (S) ferner eine Funktion der Giergeschwindigkeit (Ψ') ist, und/oder wobei der Hinterradlenkbefehl (δ_rcom) die Summe des ersten Hinterradlenkwinkels (δ_r1) multipliziert mit der ersten Formfunktion (F_Sh1) und des zweiten Hinterradlenkwinkels (δ_r2) multipliziert mit der zweiten Formfunktion (F_Sh2) ist.