DE102010036610A1 - Method for determining parameter i.e. skew rigidity, of vehicle model for motor car, involves calculating skew rigidity at front axle and rear axle of motor car as corresponding parameter using rear axle angle to-be-measured of motor car - Google Patents

Method for determining parameter i.e. skew rigidity, of vehicle model for motor car, involves calculating skew rigidity at front axle and rear axle of motor car as corresponding parameter using rear axle angle to-be-measured of motor car Download PDF

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Abstract

The method involves considering two different driving situations with uniform lateral acceleration. Skew rigidity at a front axle and a rear axle of a motor car is calculated as a corresponding parameter using a rear axle angle to-be-measured of the motor car. Lateral acceleration, vehicle speed, steering angle at the front axle and a slip angle are measured. Drift angles for the front axle and the rear axle and the skew rigidity are computed. The skew rigidity is added based on the rear axle angle to-be-measured during presence of rear axle steering. An independent claim is also included for a method for determining a driving state of a motor car.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Parametern eines Fahrzeugmodells für ein Fahrzeug aufgrund aktuell am Fahrzeug gemessener Werte.The invention relates to a method for determining parameters of a vehicle model for a vehicle based on values currently measured on the vehicle.

Die Automobilentwicklung hat verschiedene Ansatzpunkte erarbeitet, um durch einen Regeleingriff in die Fahrdynamik eines Fahrzeugs zu verhindern, dass ein Fahrzeug in Querrichtung Stabilität verliert. Beim sogenannten elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) werden z. B. einzelne Räder individuell gebremst, um das Fahrzeug in der Spur zu halten. Auf der anderen Seite bieten aktive Hinter- und Vorderachslenkungen die Möglichkeit, einen Fahrer in kritischen Situationen bei der Fahrzeugführung zu unterstützen.Automotive development has developed various approaches to prevent a vehicle from becoming transversely unstable by means of a control intervention in the driving dynamics of a vehicle. The so-called electronic stability program (ESP) z. B. individual wheels braked individually to keep the vehicle in the lane. On the other hand, active rear and front steering provide the ability to assist a driver in critical vehicle handling situations.

Für die Beurteilung des querdynamischen Verhaltens eines Fahrzeugs stellt der Schwimmwinkel eine wichtige Größe dar. Er beschreibt den Winkel zwischen der entsprechenden Fahrzeuglängsachse und der jeweiligen Bewegungsrichtung des Fahrzeugs. Ein hoher Absolutwert oder schnelle Änderungen des Schwimmwinkels deuten auf querdynamisch kritische Fahrsituationen hin. Eine direkte Messung des Schwimmwinkels ist aufwändig und nur mit spezieller Messtechnik möglich. Zur Zeit stehen allerdings noch keine Sensoren zur Verfügung, die sich für eine Messung des Schwimmwinkels im Serieneinsatz eignen würden. Für eine Identifizierung bzw. Bestimmung von Parameter eines Fahrzeugmodells ist der Schwimmwinkel bei den bisherigen Verfahren jedoch notwendig. Die Kenntnis dieser Parameter bzw. die Verwendung eines entsprechenden Fahrzeugmodells ist wichtig für viele Fahrdynamik-Regelsysteme.For the assessment of the lateral dynamic behavior of a vehicle, the slip angle is an important factor. It describes the angle between the corresponding vehicle longitudinal axis and the respective direction of movement of the vehicle. A high absolute value or rapid changes in the slip angle are indicative of lateral dynamic critical driving situations. A direct measurement of the slip angle is complex and only possible with special measuring technology. At present, however, no sensors are available that would be suitable for measuring the slip angle in series production. However, for the identification or determination of parameters of a vehicle model, the slip angle is necessary in the previous methods. The knowledge of these parameters or the use of a corresponding vehicle model is important for many vehicle dynamics control systems.

Bei bekannten Fahrdynamik-Regelsystemen für Kraftfahrzeuge kann eine verbesserte Fahrzeugstabilität durch eine Regelung der die Fahrdynamik des entsprechenden Fahrzeugs beschreibenden Größen wie Schwimmwinkel, Schwimmwinkelgeschwindigkeit und/oder Gierrate erzielt werden. Allerdings kann auf Werte dieser Größen nicht direkt Einfluss genommen werden, sondern das Verhalten kann nur indirekt über Stellgrößen, wie Lenkwinkel und Bremskräfte geregelt werden.In known driving dynamics control systems for motor vehicles, improved vehicle stability can be achieved by regulating the parameters describing the driving dynamics of the corresponding vehicle, such as slip angle, slip angle velocity and / or yaw rate. However, values of these variables can not be directly influenced, but the behavior can only be regulated indirectly via manipulated variables such as steering angle and braking forces.

In DE 102 12 582 A1 wird der Schwimmwinkel durch ein Schwimmwinkelschätzverfahren ermittelt, das eine erste Berechnung des Schwimmwinkels durch Lösen einer linearen oder linealisierten Differentialgleichung 1. Ordnung und eine zweite Berechnung des Schwimmwinkels durch direkte Integration durch ein geeignetes Fusionsverfahren, bevorzugt über eine gewichtete Addition, kombiniert.In DE 102 12 582 A1 the slip angle is determined by a float angle estimation method combining a first float angle calculation by solving a first order linear or linealized differential equation and a second float angle calculation by direct integration through a suitable fusion method, preferably via weighted addition.

DE 195 44 691 A1 beschreibt ein System zur Bestimmung wenigstens einer Schräglaufsteifigkeit repräsentierenden Größe bei einem Kraftfahrzeug. Hierzu werden die Gierbewegung, der Schwimmwinkel, die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, der vordere Radlenkwinkel und optional der hintere Radlenkwinkel erfasst. In einer weiteren Ausführungsform wird auf die Erfassung des oben erwähnten Schwimmwinkels verzichtet. Die die vordere Schräglaufsteifigkeit repräsentierende Größe wird dann abhängig von der erfassten Gierbewegung, der erfassten Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, dem erfassten vorderen und hinteren Radlenkwinkel und abhängig von einem fest vorgegebenen, die hintere Schräglaufsteifigkeit repräsentierenden Wert berechnet. Da für die Berechnung der vorderen Schräglaufsteifigkeit ein voreingestellter Kompromisswert für die hintere Schräglaufsteifigkeit eingesetzt wird, stellt der so erhaltene Wert für die vordere Schräglaufsteifigkeit eine Näherung dar. DE 195 44 691 A1 describes a system for determining at least one skew stiffness representing quantity in a motor vehicle. For this purpose, the yaw motion, the slip angle, the vehicle longitudinal speed, the front wheel steering angle and optionally the rear wheel steering angle are detected. In a further embodiment, the detection of the above-mentioned float angle is dispensed with. The magnitude representing the front skew stiffness is then calculated depending on the detected yaw motion, the detected vehicle longitudinal velocity, the detected front and rear wheel steering angles, and a fixed predetermined rear skew stiffness value. Since a preset skew stiffness compromise value is used for the calculation of the front skew stiffness, the value obtained for the front skew stiffness is an approximation.

DE 10 2006 009 682 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen des Fahrzustands eines zweispurigen Fahrzeugs durch Schätzung des Schwimmwinkels über ein mathematisches Modell aufgrund aktuell am Fahrzeug gemessener Werte wie z. B. Reifenkräfte, Lenkwinkel, Gierbeschleunigung und Längsgeschwindigkeit. Daraufhin wird das Fahrzeug mit Hilfe eines mathematischen, parametrischen und zeitinvarianten Modells beschrieben. Zur Notation des mathematischen Modells wird eine allgemeine, nicht lineare Zustandsraumdarstellung verwendet. DE 10 2006 009 682 A1 describes a method for determining the driving state of a two-lane vehicle by estimating the slip angle via a mathematical model based on values currently measured on the vehicle, such as a vehicle. B. tire forces, steering angle, yaw acceleration and longitudinal speed. The vehicle is then described using a mathematical, parametric and time-invariant model. For the notation of the mathematical model, a general, non-linear state space representation is used.

Bei den oben erwähnten Dokumenten wird bei der Bestimmung von Paramtern eines Fahrzeugmodells bzw. bei der Bestimmung eines Fahrzustands der Schwimmwinkel durch aufwendige mathematische Berechnungen ermittelt oder durch Näherungen beschrieben.In the above-mentioned documents, in the determination of parameters of a vehicle model or in the determination of a driving state, the slip angle is determined by complex mathematical calculations or described by approximations.

Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung von Parametern eines Fahrzeugmodells für ein Fahrzeug aufzuzeigen, das auf eine direkte Messung bzw. auf eine umständliche Berechnung des entsprechenden Schwimmwinkels verzichtet und die Bestimmung der entsprechenden Parameter des Fahrzeugmodells somit erleichtert.It is therefore an object of the present invention to provide a method for determining parameters of a vehicle model for a vehicle, which dispenses with a direct measurement or a cumbersome calculation of the corresponding float angle and thus facilitates the determination of the corresponding parameters of the vehicle model.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Bestandteil des Unteranspruchs. This object is achieved by a method having the features of claim 1. Advantageous developments of the invention are part of the subclaim.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Bestimmung von Parametern eines Fahrzeugmodells für ein Kraftfahrzeug mittels aktuell zu messenden bzw. gemessener Werte bereitgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zwei verschiedene Fahrsituationen des Kraftfahrzeugs mit gleicher Querbeschleunigung betrachtet werden, wobei unter Zuhilfenahme eines jeweils zu messenden bzw. gemessenen Hinterachslenkwinkels des Kraftfahrzeugs eine Berechnung einer jeweiligen Schräglaufsteifigkeit an Vorder- und Hinterachse des Kraftfahrzeugs als Parameter des Fahrzeugmodells durchgeführt wird, ohne einen entsprechenden Schwimmwinkel direkt zu messen.According to the invention, a method for determining parameters of a vehicle model for a motor vehicle by means of currently measured or measured values is provided, which is characterized in that two different driving situations of the motor vehicle are considered with the same lateral acceleration, with the aid of a respectively measured or measured Hinterachslenkwinkels the motor vehicle is carried out a calculation of a respective skew stiffness at the front and rear axle of the motor vehicle as a parameter of the vehicle model, without directly measuring a corresponding float angle.

Vorzugsweise werden zwei verschiedene Fahrsituationen mit gleicher Querbeschleunigung, aber unterschiedlicher Fahrzeuggeschwindigkeit betrachtet.Preferably, two different driving situations with the same lateral acceleration, but different vehicle speed are considered.

Für eine Bestimmung der Schräglauffestigkeit an Vorderachse und Hinterachse gelten im Allgemeinen folgende Beziehungen:

Figure 00040001
For a determination of the slip resistance on the front axle and rear axle, the following relationships generally apply:
Figure 00040001

In diesen Beziehungen sind Radstand L, Abstand von SP (Schwerpunkt) zu der Hinterachse LR sowie Lenkübersetzung τ bekannte Größen. Gemessen werden müssen Querbeschleunigung ay, Fahrzeuggeschwindigkeit v, Lenkwinkel an der Vorderachse δF sowie Schwimmwinkel β. Aus diesen Gleichungen lassen sich somit Schräglaufwinkel αF und αR für die Vorder- bzw.- Hinterachse und daraus die entsprechenden Schräglaufsteifigkeiten cα,F und cα,R berechnen.In these relationships are wheelbase L, distance from SP (center of gravity) to the rear axle L R and steering ratio τ known sizes. To be measured are lateral acceleration a y , vehicle speed v, steering angle at the front axle δ F and slip angle β. From these equations, slip angles α F and α R for the front and rear axles and hence the corresponding skew stiffnesses c α, F and c α, R can be calculated.

Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass bei Vorhandensein einer Hinterachslenkung Beziehung (1-2) durch einen zu messenden Hinterachslenkwinkel δR ergänzt werden kann:

Figure 00040002
The present invention is based on the idea that in the presence of a rear axle steering relationship (1-2) can be supplemented by a rear axle steering angle δ R to be measured:
Figure 00040002

Mit Hilfe dieses Hinterachslenkwinkels δR können für zwei verschiedene stationäre Fahrzustände folgende vier Beziehungen aufgestellt werden:

Figure 00040003
Figure 00050001
With the aid of this rear axle steering angle δ R , the following four relationships can be established for two different stationary driving states:
Figure 00040003
Figure 00050001

Unter der Voraussetzung, dass die Querbeschleunigung für beide Fahrzustände gleich ist, also ay,1 = ay,2, sind die entsprechenden Seitenkräfte auch gleich, d. h. Fy,1 = Fy,2. Daraus ergibt sich, dass auch die Schräglaufwinkel bei Vorderachse und Hinterachse in beiden Fahrzuständen jeweils gleich sind, also αF,1= αF,2 und αR,1 = αR,2.Assuming that the lateral acceleration is the same for both driving states, ie a y, 1 = a y, 2 , the corresponding lateral forces are also the same, ie F y, 1 = F y, 2 . It follows that the slip angles for the front axle and rear axle are also the same in both driving states, ie α F, 1 = α F, 2 and α R, 1 = α R, 2 .

Dadurch lassen sich die Beziehungen (2-2) bis (2-5) wie folgt umformulieren:

Figure 00050002
This allows the relationships (2-2) to (2-5) to be reworded as follows:
Figure 00050002

Die Beziehungen (3-1) bis (3-4) enthalten vier Unbekannte (αF, αR, β1 und β2), welche nunmehr auf Basis bekannter Werte für Radstand L, Abstand Schwerpunkt zur Hinterachse LR sowie Lenkübersetzung τ und gemessener Werte von Vorderachslenkwinkel δF,1 und δF,2, Hinterachslenkwinkel δR,1 und δR,2 sowie jeweiliger Fahrzeuggeschwindigkeit ν1 und ν2 exakt berechnet werden können. Über die so erhaltenen Werte dieser jeweiligen Größen lassen sich somit für zwei Fahrzustände die entsprechenden Schräglaufsteifigkeiten berechnen. Dabei entfällt eine direkte Messung, eine aufwendige Berechnung oder Näherung des Schwimmwinkels. Anhand der so erhaltenen Schräglaufsteifigkeiten als entsprechende Parameter können dann zur Erlangung einer gewünschten Fahrdynamik Vortriebsmoment, Radaufhängung, Radbremsen und/oder Lenksysteme des Fahrzeugs wie bekannt beeinflusst werden.The relationships (3-1) to (3-4) contain four unknowns (α F , α R , β 1 and β 2 ), which are now based on known values for wheelbase L, distance center of gravity to the rear axle L R and steering ratio τ and measured values of Vorderachslenkwinkel δ F, 1 and δ F, 2 , Hinterachslenkwinkel δ R, 1 and δ R, 2 and respective vehicle speed ν 1 and ν 2 can be calculated exactly. The corresponding skew stiffnesses can thus be calculated for the two driving states via the values of these respective variables obtained in this way. This eliminates a direct measurement, a complex calculation or approximation of the slip angle. On the basis of the thus obtained skew stiffnesses as corresponding parameters, it is then possible to influence the driving moment, suspension, wheel brakes and / or steering systems of the vehicle to obtain a desired driving dynamics as known.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the above-mentioned features can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10212582 A1 [0005] DE 10212582 A1 [0005]
  • DE 19544691 A1 [0006] DE 19544691 A1 [0006]
  • DE 102006009682 A1 [0007] DE 102006009682 A1 [0007]

Claims (3)

Verfahren zur Bestimmung von Parametern eines Fahrzeugmodells für ein Kraftfahrzeug mittels aktuell zu messenden Werten, dadurch gekennzeichnet, dass zwei verschiedene Fahrsituationen mit gleicher Querbeschleunigung betrachtet werden, wobei unter Zuhilfenahme eines jeweils zu messenden Hinterachslenkwinkels des Kraftfahrzeugs eine Berechnung einer jeweiligen Schräglaufsteifigkeit an Vorder- und Hinterachse des Kraftfahrzeugs als entsprechendem Parameter durchgeführt wird, ohne einen entsprechenden Schwimmwinkel direkt zu messen.A method for determining parameters of a vehicle model for a motor vehicle by means of currently measured values, characterized in that two different driving situations are considered with the same lateral acceleration, wherein with the aid of a respectively measured Hinterachslenkwinkels of the motor vehicle, a calculation of a respective skew stiffness at the front and rear axle of Motor vehicle is carried out as a corresponding parameter without directly measuring a corresponding float angle. Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei den zwei verschiedenen Fahrsituationen Fahrsituationen mit gleicher Querbeschleunigung, aber unterschiedlicher Fahrzeuggeschwindigkeit und somit unterschiedlicher Hinterachslenkwinkel betrachtet werden.The method of claim 1, wherein in the two different driving situations driving situations with the same lateral acceleration, but different vehicle speed and thus different Hinterachslenkwinkel be considered. Verfahren zur Bestimmung des Fahrzustands eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 2, wobei ausgehend von folgenden Beziehungen
Figure 00070001
und
Figure 00070002
bei denen αF und αR Vorderachsschräglaufwinkel und Hinterachsschräglaufwinkel sind, Radstand L, Abstand von SP zu der Hinterachse IR sowie Lenkübersetzung ⊤ bekannte Größen sind, und Querbeschleunigung ay, Fahrzeuggeschwindigkeit v, Lenkwinkel an der Vorderachse δF sowie Schwimmwinkel β zu messen sind, Beziehung (1-2) bei Vorhandensein einer Hinterachslenkung durch einen Hinterachslenkwinkel δR zu der Beziehung
Figure 00080001
ergänzt wird, wobei mit Hilfe dieses Hinterachslenkwinkels δR für zwei verschiedene stationäre Fahrzustände die Beziehungen
Figure 00080002
aufgestellt werden, wobei die Beziehungen (2-2) bis (2-5) unter der Voraussetzung, dass ay,1 = ay,2 und folglich auch Fy,1 = Fy,2, αF,1 = αF,2 und αR,1 = αR,2 sind, in die Beziehungen
Figure 00080003
Figure 00090001
umformuliert werden, woraus sich die Unbekannten αF, αR, β1 und β2 und daraus die jeweiligen Schräglaufsteifigkeiten für Vorder- und Hinterachse eindeutig berechnen lassen.A method for determining the driving condition of a motor vehicle according to claim 2, wherein, based on the following relationships
Figure 00070001
and
Figure 00070002
where α F and α R are front axle slip angle and rear axle slip angle, wheelbase L, distance from SP to rear axle I R and steering ratio ⊤ are known quantities, and lateral acceleration a y , vehicle speed v, steering angle at front axle δ F and slip angle β are to be measured , Relationship (1-2) in the presence of a Hinterachslenkung by a Hinterachslenkwinkel δ R to the relationship
Figure 00080001
is supplemented, with the help of this Hinterachslenkwinkels δ R for two different stationary driving conditions, the relationships
Figure 00080002
with relations (2-2) to (2-5) provided that a y, 1 = a y, 2 and consequently also F y, 1 = F y, 2 , α F, 1 = α F, 2 and α R, 1 = α R, 2 are, in the relationships
Figure 00080003
Figure 00090001
be reformulated, from which the unknowns α F , α R , β 1 and β 2 and from this the unique slip stiffnesses for the front and rear axle can be clearly calculated.
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