DE102012001546B4 - Echtzeit-zuteilung von stellglieddrehmoment in einem fahrzeug - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Zuteilen von Kräften auf Ecken eines Fahrzeugs, das eine redundante Stellgliedsuite aufweist, bei der eine Anzahl von an den Ecken verwendeten Stellgliedern oder von verschiedenen Rad/Straßenschnittstellen des Fahrzeugs eine Anzahl der Kräfte übersteigt, die an den gleichen Ecken gesteuert werden sollen, und es mehrere Kombinationen von Stellgliedpositionen gibt, welche alle eine gleiche virtuelle Steuerung erzeugen, und somit ein gleiches Verhalten des Gesamtsystems bereitstellen, wobei das Verfahren umfasst, dass:ein Satz von Sollkräften an einem Schwerpunkt des Fahrzeugs ermittelt wird;der Satz von Sollkräften auf die Ecken des Fahrzeugs als virtuelle Steuerbefehle unter Verwendung eines Controllers zugeteilt wird;die virtuellen Steuerbefehle an den Ecken auf echte Steuerbefehle an den Ecken abgebildet werden; undmehrere Stellglieder an den Ecken unter Verwendung der echten Steuerbefehle gesteuert werden; dadurch gekennzeichnet, dassdas Abbilden der virtuellen Steuerbefehle die Verwendung einer Formulierung mit kleinsten Quadraten umfasst; unddie Steuerung der Stellglieder mit Bezug zueinander unter Verwendung von Gewichtungsmatrizen priorisiert wird.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Offenbarung betrifft das Zuteilen oder Verteilen verschiedener Drehmomente von Motoren, Reibungsbremsen oder anderen Stellgliedern auf die Ecken eines Hybridelektro- oder Batterieelektrofahrzeugs.
• HINTERGRUND
• Controller für Hybridelektro- und Batterieelektro-Antriebsstränge managen die Drehmomentausgabe eines oder mehrerer Antriebsaggregate, etwa einer Brennkraftmaschine und/oder eines oder mehrerer Elektroantriebsmotoren auf automatische Weise. Zusätzliche Stellglieder, wie etwa Reibungsbremsen und Radmotoren, können direkt an jeder Ecke des Fahrzeugs wirken, um ein jeweiliges Niveau an gewünschter Brems- und Antriebskraft bereitzustellen. Bestimmte ganzheitliche Steueransätze können ein optimales Kraftniveau, das auf die verschiedenen Ecken aufgebracht werden soll, als einen Satz virtueller Steuerbefehle ermitteln.
• Die effektive Umformung der virtuellen Steuerbefehle in einen Satz tatsächlicher oder echter Drehmomentsteuerbefehle ist allgemein als das Zuteilungsproblem der Steuerung bekannt. Das Zuteilungsproblem der Steuerung kann beim Vorhandensein einer redundanten Stellgliedsuite, d.h. wenn die Anzahl von an den Ecken verwendeten Stellgliedern oder von verschiedenen Rad/Straßenschnittstellen eines Fahrzeugs die Anzahl der Kräfte übersteigt, die an den gleichen Ecken gesteuert werden sollen, besonders komplex sein. Bei einer redundanten Stellgliedsuite gibt es mehrere Kombinationen von Stellgliedpositionen, welche alle die gleiche virtuelle Steuerung erzeugen, und somit das gleiche Verhalten des Gesamtsystems bereitstellen.
• Die Druckschrift US 2004 / 0 186 647 A1 offenbart ein Verfahren zum Zuteilen von Kräften auf Ecken eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• ZUSAMMENFASSUNG
• Es wird hier ein Verfahren zum Verteilen oder Zuteilen eines tatsächlichen Drehmomentbefehls auf die Ecken eines Fahrzeugs, das eine derartige redundante Stellgliedsuite aufweist, in Echtzeit offenbart. Der Ausdruck „Ecke“ bezeichnet, so wie er hier verwendet wird, eine Position eines Rads, und folglich weist ein Fahrzeug typischerweise vier Ecken auf, obwohl dies nicht unbedingt der Fall ist. Das Fahrzeug enthält eine Anzahl von Eckenstellgliedern, z.B. Reibungsbremsen oder Radelektromotoren, welche die Anzahl der Kräfte übersteigt, die an den Ecken gesteuert werden müssen. Diese Steuerbedingung wird auch als „Über-Betätigung“ [englisch: over actuation] bezeichnet.
• Das vorliegende Verfahren umfasst, dass virtuelle Steuerbefehle über einen Controller auf die physikalische/Drehmomentsteuerung an jeder Ecke, d.h. die echten Steuerbefehle, abgebildet werden. Die Stellglieder können mit Bezug auf Energieeffizienz- und/oder Bandbreiten-Gewichtungsmatrizen priorisiert und gesteuert werden, wie hier offengelegt wird, wodurch das Verhalten auf eine spezielle Mischung aus Antriebsstrangskonstruktion und Stellgliedern angepasst wird.
• Insbesondere umfasst ein Verfahren zum Zuteilen von Kräften auf die Ecken eines Fahrzeugs, das eine redundante Stellgliedsuite aufweist, dass ein Satz von Sollkräften am Schwerpunkt des Fahrzeugs ermittelt wird und der Satz von Sollkräften auf die Ecken des Fahrzeugs unter Verwendung eines Controllers als virtuelle Steuerbefehle zugeteilt werden. Das Verfahren umfasst ferner, dass die virtuellen Steuerbefehle an den Ecken auf tatsächliche oder echte Steuerbefehle an den gleichen Ecken unter Verwendung einer Formulierung mit kleinsten Quadraten abgebildet werden und mehrere Stellglieder an den Ecken unter Verwendung der tatsächlichen oder echten Steuerbefehle gesteuert werden, wobei die Steuerung der Stellglieder mit Bezug zueinander unter Verwendung von Gewichtungsmatrizen priorisiert wird.
• Ein Controller für ein Fahrzeug, das eine redundante Stellgliedsuite aufweist, umfasst eine Rechenvorrichtung und einen konkreten/nichtflüchtigen Arbeitsspeicher. Die Rechenvorrichtung ist zur Ausführung des vorstehenden Verfahrens über eine Ausführung der Prozessanweisungen ausgestaltet.
• Ein Fahrzeug mit einer redundanten Stellgliedsuite umfasst mehrere Antriebsräder, die jeweils an einer anderen Ecke des Fahrzeugs positioniert sind, mehrere Stellglieder, die jeweils mit Bezug auf mindestens eines der Antriebsräder positioniert sind, welche eine Reibungsbremse und einen Radmotor umfassen, und den wie vorstehend erwähnt ausgestalteten Controller.
• Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten, um die Erfindung auszuführen, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
• Figurenliste
• 1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das eine redundante Stellgliedsuite und einen Controller aufweist, der zum Zuteilen tatsächlicher Drehmomentbefehle an die Ecken des Fahrzeugs ausgestaltet ist;
• 2 ist ein schematisches Flussdiagramm, das eine mögliche Ausführungsform des in 1 gezeigten Controllers beschreibt; und
• 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Zuteilen von tatsächlichen Drehmomentbefehlen an die Ecken eines Fahrzeugs beschreibt.
• BESCHREIBUNG
• Mit Bezug auf die Zeichnungen ist in 1 ein Fahrzeug 10, das einen Schwerpunkt (Punkt 45) aufweist, schematisch dargestellt. Das Fahrzeug 10 kann als ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) oder ein Batterieelektrofahrzeug (BEV) gemäß zwei möglichen Ausführungsformen ausgestaltet sein. Wenn das Fahrzeug 10 als HEV ausgestaltet ist, kann es eine Brennkraftmaschine 12 enthalten, wie gestrichelt gezeigt ist. Das Fahrzeug 10 enthält einen oder mehrere Elektromotoren 14, eine oder mehrere Hinterachsen 16, eine oder mehrere Vorderachsen 18 und Räder 20, 22, 24 und 26, d.h. eines an jeder Ecke des Fahrzeugs 10. Andere Ausführungsformen des Fahrzeugs können eine andere Anzahl von Ecken aufweisen, z.B. eine Fahrzeugkonstruktion mit drei Rädern, die drei Ecken aufweist.
• Das Fahrzeug 10 kann bei einigen Ausführungsformen auch ein Getriebe (nicht gezeigt) enthalten, das eine oder mehrere Kupplungen, einen oder mehrere Zahnradsätze usw. aufweist, welche zum Herstellen eines gewünschten Übersetzungsverhältnisses oder Drehmomentverhältnisses geeignet sind. Die in 1 gezeigte spezielle Fahrzeugausführungsform positioniert an jeder Ecke einen anderen Motor 14 zur Verwendung als Radmotoren, obwohl die Motoren 14 alternativ als eine einzige Motor-Generator-Einheit ausgestaltet sind können, deren Motordrehmomentausgabe auf mindestens einige der Räder 20, 22, 24 und 26 verteilt wird, wie auf dem Gebiet gut verstanden wird.
• Wenn mehrere Motoren 14 verwendet werden, die wie gezeigt ausgestaltet sind, kann jeder der Motoren 14 individuell ein Motordrehmoment an ein entsprechendes der Räder 20, 22, 24 und 26 liefern. An jedem der Räder 20 und 22 sind bei der in 1 gezeigten Ausführungsform Reibungsbremsen 30 positioniert und ausgestaltet, um ein Bremsmoment auf das zugehörige Antriebsrad 20 oder 22 aufzubringen. Außerdem können zusätzliche Reibungsbremsen an den Hinterachsen 16 bei den Antriebsrädern 24 und 26 positioniert sein, eine Konfiguration, die die Anzahl der gesteuerten Stellglieder um Zwei erhöhen würde.
• Noch mit Bezug auf 1 enthält das Fahrzeug 10 einen Controller 40, der einen Satz virtueller Steuerbefehle (v) an die Ecken des Fahrzeugs 10 zuteilt und dann einen Satz echter/tatsächlicher Drehmomentsteuerbefehle (u) aus den virtuellen Steuerbefehlen abbildet, wie nachstehend erwähnt. Der Controller 40 kann als ein digitaler Computer oder eine andere Rechenvorrichtung ausgestaltet sein, die einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, einen Festwertspeicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EEPROM), einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, Analog/Digital-Schaltungen (A/D-Schaltungen) und Digital/Analog-Schaltungen (D/A-Schaltungen) und Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Vorrichtungen (I/O) sowie geeigneten Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen aufweist. Beliebige Algorithmen, die im Controller 40 vorhanden sind oder für diesen zugänglich sind, welche beliebige Prozessanweisungen oder Code umfassen, die bzw. der zum Ausführen des vorliegenden Verfahrens 100 benötigt werden bzw. wird, wie nachstehend mit Bezug auf 3 beschrieben wird, können in einem konkreten/nichtflüchtigen Speicher 42 aufgezeichnet sein und nach Bedarf von zugehörigen Hardwarekomponenten des Controllers 40 ausgeführt werden.
• Der Speicher 42 kann ein beliebiges Medium sein, das an der Bereitstellung computerlesbarer Daten oder Prozessanweisungen teilnimmt. Ein derartiges Medium kann viele Formen annehmen, welche nichtflüchtige Medien und flüchtige Medien umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. Nichtflüchtige Medien können beispielsweise optische oder magnetische Platten und anderen dauerhaften Speicher umfassen. Flüchtige Medien können beispielsweise einen dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) umfassen, welcher einen Hauptspeicher bilden kann. Derartige Anweisungen können von einem oder mehreren Übertragungsmedien übertragen werden, welche Koaxialkabel, Kupferdraht und Glasfaser einschließlich der Leitungen, die einen Systembus bilden, der mit einem Prozess eines Computers gekoppelt ist, umfassen. Der Speicher 42 kann auch eine Diskette, eine flexible Platte, eine Festplatte, ein Magnetband, ein beliebiges anderes magnetisches Medium, eine CDROM, eine DVD, ein beliebiges anderes optisches Medium usw. umfassen.
• Verschiedene Stellglieder können verwendet werden, um die Arbeitsweise verschiedener Fahrzeugsysteme zum Zweck der Optimierung der Fahrzeugsteuerung zu modifizieren. Die Reibungsbremsen 30, die Motoren 14 und potentiell weitere Stellglieder ermöglichen eine präzise Kraftsteuerung an Bord des Fahrzeugs 10 unter Verwendung von Eingaben von einem Fahrer und/oder von einem halbautonomen oder autonomen System. Zu Darstellungszwecken werden die Reibungsbremsen 30 und die Motoren 14 nachstehend als repräsentative Stellglieder beschrieben, deren Steuerung gemäß dem vorliegenden Verfahren 100 bestimmt und zugeteilt wird. Jedoch können im Umfang des vorliegenden Verfahrens 100 andere Stellglieder in Betracht gezogen und gesteuert werden.
• Mit Bezug auf 2 ist der Logikfluss des Controllers 40 von 1 gemäß einer möglichen Ausführungsform gezeigt. Wie vorstehend erwähnt, ist der Controller 40 ausgestaltet, um eine Drehmomentsteuerung an den Ecken eines Fahrzeugs, das eine redundante Stellgliedsuite aufweist, etwa an Bord des in 1 gezeigten beispielhaften Fahrzeugs 10, zu koordinieren. Der Controller 40 kann ein Befehlsintegrationsmodul 110 enthalten, welches verschiedene manuelle Fahreingaben 112 und/oder sensorgeführte autonome Fahreingaben 114 überwacht. Das Befehlsintegrationsmodul 110 kann eine Fahrzeugsolldynamik/ Kinematik 122 erzeugen und diese an ein Fahrzeugdynamikmodul 120 übertragen. Das Fahrzeugdynamikmodul 120 erzeugt eine Sollfahrzeugkraft und ein Sollfahrzeugmoment 132 in Ansprechen auf die Fahrzeugsolldynamik/Kinematik 122, welche beispielsweise Kräfte und ein Moment beschreibt, die auf den Schwerpunkt wirken (Punkt 45 des in 1 gezeigten Fahrzeugs 10), und eine resultierende Fahrzeugdynamik/Kinematik 124.
• Bei der beispielhaften Ausführungsform von 2 überwacht das Befehlsintegrationsmodul 110 zusätzlich die resultierende Fahrzeugdynamik/Kinematik 124 und kann die resultierende Fahrzeugdynamik/Kinematik 124 verwenden, um eine Rückmeldung für die Fahrzeugsolldynamik/Kinematik 122 bereitzustellen. Ein Stellgliedüberwachungs-Steuermodul 130 kann die Sollfahrzeugkraft und das Sollfahrzeugmoment 132 einlesen und einen Satz von Steuerbefehlen 142, 147 und 152 für jeweilige Stellgliedmodule 140, 145 und 150 erzeugen, z.B. Bremssteuermodule und/oder Motorsteuerprozessoren für die jeweiligen in 1 gezeigten Bremsen 30 und Motoren 14. Rückmeldungssignale 144, 149 und 154 werden von den jeweiligen Stellgliedmodulen 140, 145 und 150 zurück an das Stellgliedüberwachungs-Steuermodul 130 geliefert, um eine Regelung mit geschlossenem Regelkreis der verschiedenen Stellglieder zu ermöglichen.
• Wie vorstehend erwähnt wurde, ist der Controller 40 ausgestaltet, um einen Satz von Sollkräften am Schwerpunkt (Punkt 45 von 1) des Fahrzeugs 10 zu bestimmen, und um die Sollkräfte auf die Ecken des Fahrzeugs 10 als virtuelle Steuerbefehle (v) zuzuteilen, z.B. eine Sollkraft und ein Sollmoment an den Ecken. Der Controller 40 kann die manuellen Fahreingaben 112 und/oder die sensorgeführten autonomen Fahreingaben 114 überwachen und die Fahrzeugsolldynamik/Kinematik 122 erzeugen, welche die Fahrzeugbetrieb beschreibt, der von einem Fahrer des Fahrzeugs 10 gewünscht wird. Beispielsweise kann die Fahrzeugsolldynamik/Kinematik 122 aus Solllängs- und -querkräften und einem Giermoment des Fahrzeugs bestehen.
• Gemäß einer Ausführungsform kann das Befehlsintegrationsmodul 110 des Controllers 40 ein inverses Fahrzeugdynamikmodell verwenden. Zudem kann das Befehlsintegrationsmodul 110 die resultierende Fahrzeugdynamik/Kinematik 124 wie vorstehend beschrieben überwachen. Die resultierende Fahrzeugdynamik/ Kinematik 124 kann über Sensoren oder Messsysteme des Typs, der in der Technik bekannt ist, entwickelt werden, beispielsweise durch Überwachen einer Gierrate, einer Querbeschleunigung, einer Längsbeschleunigung, von Raddrehzahlen, eines geschätzten Reifenschlupfs, einer Fahrzeugmasse, eines Reifenradius, geschätzter Kräfte und/oder einer geschätzten Reibung zwischen den Rädern und der Straßenoberfläche.
• Unter Verwendung eines Dynamikmodells oder eines beliebigen anderen geeigneten Mittels teilt der Controller 40 die Kräfte am Schwerpunkt (Punkt 45 von 1) auf die Ecken des Fahrzeugs 10 zu. Nach der Zuteilung bildet der Controller 40 die Kräfte an den Ecken ab, um letztendlich Steuerdrehmomente für die verschiedenen Stellglieder zu bestimmen, und koordiniert dann eine Drehmomentsteuerung an jeder Ecke des Fahrzeugs 10. Dieser Prozess wird im Detail mit Bezug auf 3 erläutert.
• Mit Bezug auf 3 kann das vorliegende Verfahren 100 von dem Controller 40 von 1 ausgeführt werden, um einen Satz virtueller Steuerbefehle (v) an den Ecken des Fahrzeugs 10 in einen Satz echter/tatsächlicher Steuerbefehle (u) zu transformieren. Mit Schritt 102 beginnend ermittelt der Controller 40 zuerst die Eckenkräfte an jeder der Ecken, d.h. F_X1, F_X2, F_X3 und F_X4 bei dem Beispiel mit vier Ecken des in 1 gezeigten Fahrzeugs 10. Mit anderen Worten berücksichtigt der Controller 40 bei Schritt 102 die folgende Formulierung: $$\left[\begin{array}{c}{\text{F}}_{\text{X}}\\ {\text{F}}_{\text{Y}}\\ {\text{G}}_{\text{Z}}\end{array}\right]={\text{A}}_{\text{F}}^{3\times 4}\left[\begin{array}{c}{\text{F}}_{\text{X1}}\\ {\text{F}}_{\text{X2}}\\ {\text{F}}_{\text{X3}}\\ {\text{F}}_{\text{X4}}\end{array}\right]$$

  

  wobei Fx und F_Y die Kräfte sind, die in die jeweilige Längs- und Querrichtung am Schwerpunkt (Punkt 45) des in 1 gezeigten Fahrzeugs 10 wirken, und Gz das Giermoment am Schwerpunkt (Punkt 45) ist. A_F ist eine Matrix der vier Eckenkräfte (F_X1, ..., F_X4). Schritt 102 kann umfassen, dass Sensoren und/oder ein geeignetes Dynamikmodell wie vorstehend erwähnt verwendet werden, oder ein beliebiges anderes geeignetes Mittel, welches potentiell umfasst, dass in etwa gleiche Kräfte an den Ecken während eines Zustands mit linearer Bewegung bei einer stationären Geschwindigkeit angenommen werden. Das Verfahren 100 geht zu Schritt 104 weiter, wenn die Sollkräfte auf die Ecken zugeteilt wurden.
• Bei Schritt 104 formuliert der Controller 40 eine Beziehung von Drehmoment zu Kraft für die vorstehenden verteilten Kraftsätze. Eine mögliche Formulierung ist die Beziehung v = Bu, wobei B eine Matrix ist, die eine Transferfunktion bereitstellt, welche Sollkräfte auf tatsächliche Drehmomente abbildet. Beispielsweise unter Verwendung des Fahrzeugs 10 von 1 mit seinen vier Motoren 14 und zwei Reibungsbremsen 30: $$\text{v}=\left[\begin{array}{c}{\text{F}}_{\text{X1}}\\ {\text{F}}_{\text{X2}}\\ {\text{F}}_{\text{X3}}\\ {\text{F}}_{\text{X4}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{llllll}\frac{{\text{N}}_{\text{fg}}}{{\text{r}}_{\text{w}}}\hfill & 0\hfill & 0\hfill & 0\hfill & \frac{1}{{\text{r}}_{\text{w}}}\hfill & 0\hfill \\ 0\hfill & \frac{{\text{N}}_{\text{fg}}}{{\text{r}}_{\text{w}}}\hfill & 0\hfill & 0\hfill & 0\hfill & \frac{1}{{\text{r}}_{\text{w}}}\hfill \\ 0\hfill & 0\hfill & \frac{{\text{N}}_{\text{fg}}}{{\text{r}}_{\text{w}}}\hfill & 0\hfill & 0\hfill & 0\hfill \\ 0\hfill & 0\hfill & 0\hfill & \frac{{\text{N}}_{\text{fg}}}{{\text{r}}_{\text{w}}}\hfill & 0\hfill & 0\hfill \end{array}\right]\left[\begin{array}{l}{\text{T}}_{\text{m1}}\hfill \\ {\text{T}}_{\text{m2}}\hfill \\ {\text{T}}_{\text{m3}}\hfill \\ {\text{T}}_{\text{m4}}\hfill \\ {\text{T}}_{\text{f1}}\hfill \\ {\text{T}}_{\text{f2}}\hfill \end{array}\right]$$

  

  wobei (N_fg) das Übersetzungsverhältnis eines Frontgetriebes ist, (r_w) der Radius der Antriebsräder 20, 22, 24, 26 ist, T_m1 - T_m4 die echten/tatsächlichen Steuerdrehmomente für jeden der Motoren 14 sind und T_f1 und T_f2 die Steuerdrehmomente für jede der Reibungsbremsen 30 sind. Mit anderen Worten stellen die echten Steuerbefehle (u) die Sollausgabebefehle bereit und werden über eine Transferfunktionsmatrix (B) angewendet. Das Verfahren 100 geht dann zu Schritt 106 weiter.
• Bei Schritt 106 fährt der Controller 40 mit dem Abbilden der virtuellen Steuerbefehle (v) auf die echten Steuerbefehle (u) fort. Die folgende Formulierung kann durch den Controller 40 angewendet werden: $${\Vert {\text{W}}_{\text{u}}\left(\text{u}-{\text{u}}_{\text{des}}\right)\Vert }^2+\mathrm{\gamma }{\Vert {\text{W}}_{\text{v}}\left(\text{Bu}-\text{v}\right)\Vert }^2$$

  

  wobei W_u und W_v kalibrierte Gewichtungsmatrizen sind, wie nachstehend beschrieben wird. Wenn es mehrere mögliche Lösungen gibt, wählt der Controller 40 die optimale Lösung. Wenn es keine Lösung gibt, kann der Controller 40 die nächstliegende mögliche Lösung bestimmen. Das heißt, der Controller 40 kann gewichtete kleinste Quadrate verwenden, wobei: $$\text{u}=\text{arg min}{\Vert \text{Wu}\left(\text{u}-{\text{u}}_{\text{des}}\right)\Vert }^2+\mathrm{\gamma }{\Vert {\text{W}}_{\text{v}}\left(\text{Bu}-\text{v}\right)\Vert }^2$$

  

  wobei γ » 1 eine ganze Zahl ist, die gewählt wurde, um zu betonen, dass primär (Bu-v) minimiert werden soll. In dieser Formel ist (u_des) die gewünschte Steuereingabe und (W_u) und (W_v) sind Gewichtungsmatrizen. Die Matrix (W_u) ermöglicht eine Stellgliedpriorisierung, d.h. die Wahl, welches der Stellglieder an Bord des Fahrzeugs von 1 primär verwendet werden soll. Die Matrix (W_v) ermöglicht eine Steuerungspriorisierung, wenn (Bu-v) keine Lösung hat. Somit: $${\Vert \left[\begin{array}{c}{\mathrm{\gamma }}^{\frac{1}{2}}{\text{W}}_{\text{v}}\text{B}\\ {\text{W}}_{\text{u}}\end{array}\right]\text{u}-\left[\begin{array}{l}{\mathrm{\gamma }}^{\frac{1}{2}}{\text{W}}_{\text{v}}\text{v}\hfill \\ {\text{ W}}_{\text{u}}{\text{u}}_{\text{des}}\hfill \end{array}\right]\Vert }^2={\Vert \text{Au}-\text{b}\Vert }^2$$

  
• Bei der beispielhaften Ausführungsform des Fahrzeugs 10, das in 1 gezeigt ist, gibt es sechs Stellglieder, d.h. vier der Motoren 14 und zwei der Reibungsbremsen 30. Diese Stellglieder können willkürlich als (1) - (6) beschriftet werden, wobei die Matrizen (W_v) und (W_u) wie folgt geschrieben werden: $${\text{W}}_{\text{v}}=\left[\begin{array}{cccc}\text{Wv}\left(1\right)& 0& 0& 0\\ 0& \text{Wv}\left(2\right)& 0& 0\\ 0& 0& \text{Wv}\left(3\right)& 0\\ 0& 0& 0& \text{Wv}\left(4\right)\end{array}\right]$$

  

  $${\text{W}}_{\text{u}}=\left[\begin{array}{cccccc}\text{Wu}\left(1\right)& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& \text{Wu}\left(2\right)& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& \text{Wu}\left(3\right)& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& \text{Wu}\left(4\right)& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& \text{Wu}\left(5\right)& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& \text{Wu}\left(6\right)\end{array}\right]$$

  
• Aus dieser Formulierung kann der Controller 40 die Matrizen A und B wie folgt definieren: $$A=\left[\begin{array}{cccccc}{\gamma }^{\frac{1}{2}}\frac{N_{fg}{W}_v\left(1\right)}{r_w}& 0& 0& 0& {\gamma }^{\frac{1}{2}}\frac{W_v\left(1\right)}{r_w}& 0\\ 0& {\gamma }^{\frac{1}{2}}\frac{N_{fg}{W}_v\left(2\right)}{r_w}& 0& 0& 0& {\gamma }^{\frac{1}{2}}\frac{W_v\left(2\right)}{r_w}\\ 0& 0& {\gamma }^{\frac{1}{2}}\frac{N_{rg}{W}_v\left(3\right)}{r_w}& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& {\gamma }^{\frac{1}{2}}\frac{N_{rg}{W}_v\left(4\right)}{r_w}& 0& 0\\ Wu\left(1\right)& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& Wu\left(2\right)& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& Wu\left(3\right)& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& Wu\left(4\right)& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& Wu\left(5\right)& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& Wu\left(6\right)\end{array}\right]$$

  

  $$\text{b}=\left[\begin{array}{l}{\mathrm{\gamma }}^{\frac{1}{2}}{\text{F}}_{\text{X1}}\hfill \\ {\mathrm{\gamma }}^{\frac{1}{2}}{\text{F}}_{\text{X2}}\hfill \\ {\mathrm{\gamma }}^{\frac{1}{2}}{\text{F}}_{\text{X3}}\hfill \\ {\mathrm{\gamma }}^{\frac{1}{2}}{\text{F}}_{\text{X4}}\hfill \\ {\text{T}}_{\text{dm1}}{\text{W}}_{\text{u}}\left(1\right)\hfill \\ {\text{T}}_{\text{dm2}}{\text{W}}_{\text{u}}\left(2\right)\hfill \\ {\text{T}}_{\text{dm3}}{\text{W}}_{\text{u}}\left(3\right)\hfill \\ {\text{T}}_{\text{dm4}}{\text{W}}_{\text{u}}\left(4\right)\hfill \\ {\text{T}}_{\text{df1}}{\text{W}}_{\text{u}}\left(5\right)\hfill \\ {\text{T}}_{\text{df2}}{\text{W}}_{\text{u}}\left(6\right)\hfill \end{array}\right]$$

  
• Bei den vorstehenden Matrizen ist der Satz [T_dm1, T_dm2, T_dm3, T_dm4, T_df1 und T_df2] die echten Sollsteuerbefehle (u) für die Motordrehmomente (m1 - m4) und die Reibungsbremsmomente (f1, f2). Um die Verwendung eines regenerativen Bremsens zu maximieren, kann der Controller 40 das Sollreibungsmoment T_df1 und T_df2 auf Null setzen, wodurch die Verwendung der Motoren 14 vor den Bremsen 30 priorisiert wird. Auf ähnliche Weise können andere Stellglieder selektiv beschränkt werden, um den gewünschten Antriebsstrangbetrieb bereitzustellen oder um das Verhalten der verschiedenen Stellglieder anderweitig abzustimmen.
• Der Controller 40 kann die Funktionen ${\Vert \text{Au}-\text{b}\Vert }_2^2={\left(\text{Au}-\text{b}\right)}^{\text{T}}\left(\text{Au}-\text{b}\right)=\left({\text{b}}^{\text{T}}-{\text{u}}^{\text{T}}{\text{A}}^{\text{T}}\right)$

  

  minimieren. Wie der Fachmann erkennt, ist dies eine quadratische Funktion der echten Steuerbefehle (u) und hat daher ein globales Minimum. Daher kann der Controller 40 die Ableitung ermitteln und diese auf Null setzen, d.h.: $${\text{A}}^{\text{T}}\text{Au}-{\text{A}}^{\text{T}}\text{b}=0$$

  

  $$\stackrel{⌢}{\text{u}}=\lfloor {\left({\text{A}}^{\text{T}}\text{A}\right)}^{-1}{\text{A}}^{\text{T}}\rfloor \text{b}$$

  
• Die Inversionsmatrix (A^TA) existiert, was somit zu einer Lösung mit einer geschlossenen Form führt.
• Bei Schritt 108 kann der Controller 40 dann die Drehmomentsteuerung an jeder Ecke unter Verwendung der echten Steuerbefehle (u) koordinieren, welche wie vorstehend offengelegt bestimmt wurden. Das Hinzufügen zusätzlicher Stellglieder, z.B. von zwei zusätzlichen Bremsen 30 an den Hinterachsen 16 von 1 wird nur die Größe der Matrizen erhöhen, die in den vorstehenden Formulierungen verwendet wurden, z.B. eine 4x8-Matrix, wenn acht Stellglieder anstelle der sechs beispielhaften Stellglieder, die in 1 gezeigt sind, verwendet werden.
• Daher wird unter Verwendung des Controllers 40 und des Verfahrens 100, das vorstehend erläutert wurde, eine wiederverwendbare optimale Lösung für eine optimale Überwachungsdrehmomentsteuerung und -zuteilung an Bord eines Fahrzeugs in Echtzeit bereitgestellt. Das Verfahren 100 ist für andere HEV- und BEV-Konstruktionen wie oben erwähnt konfigurierbar, indem die Matrizen modifiziert werden, um sie an die speziell verwendete Fahrzeugkonfiguration und die Anzahl/den Typ der verwendeten Stellglieder anzupassen. Wenn beispielsweise eine Batterie Leistung von sowohl Front- als auch Heckmotoren empfangen kann, kann der Controller 40 derart eingestellt werden, dass nur ein regeneratives Bremsen verwendet wird, wie vorstehend erwähnt wurde. Bei einem alternativen Beispiel können Heckmotoren 14 zum Bremsen verwendet werden, Frontmotoren beschleunigt werden, um die Batterie wiederaufzuladen, und eine Reibungsbremse kann verwendet werden, um die Frontmotoren zu kompensieren und die Vorderräder zu bremsen. Auf diese Weise können Entwicklungszeit und Entwicklungskosten verringert werden.
• Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zum Umsetzen der Erfindung in die Praxis im Umfang der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims (7)

1. Verfahren zum Zuteilen von Kräften auf Ecken eines Fahrzeugs, das eine redundante Stellgliedsuite aufweist, bei der eine Anzahl von an den Ecken verwendeten Stellgliedern oder von verschiedenen Rad/Straßenschnittstellen des Fahrzeugs eine Anzahl der Kräfte übersteigt, die an den gleichen Ecken gesteuert werden sollen, und es mehrere Kombinationen von Stellgliedpositionen gibt, welche alle eine gleiche virtuelle Steuerung erzeugen, und somit ein gleiches Verhalten des Gesamtsystems bereitstellen, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Satz von Sollkräften an einem Schwerpunkt des Fahrzeugs ermittelt wird; der Satz von Sollkräften auf die Ecken des Fahrzeugs als virtuelle Steuerbefehle unter Verwendung eines Controllers zugeteilt wird; die virtuellen Steuerbefehle an den Ecken auf echte Steuerbefehle an den Ecken abgebildet werden; und mehrere Stellglieder an den Ecken unter Verwendung der echten Steuerbefehle gesteuert werden; dadurch gekennzeichnet, dass das Abbilden der virtuellen Steuerbefehle die Verwendung einer Formulierung mit kleinsten Quadraten umfasst; und die Steuerung der Stellglieder mit Bezug zueinander unter Verwendung von Gewichtungsmatrizen priorisiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Steuern mehrerer Stellglieder umfasst, dass mehrere Reibungsbremsen und mehrere Radmotoren gesteuert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln eines Satzes von Sollkräften am Schwerpunkt des Fahrzeugs umfasst, dass ein Fahrzeugdynamikmodell verwendet wird.
4. Controller für ein Fahrzeug, das eine redundante Stellgliedsuite aufweist, bei der eine Anzahl von an Ecken des Fahrzeugs verwendeten Stellgliedern oder von verschiedenen Rad/Straßenschnittstellen des Fahrzeugs eine Anzahl der Kräfte übersteigt, die an den gleichen Ecken gesteuert werden sollen, und es mehrere Kombinationen von Stellgliedpositionen gibt, welche alle eine gleiche virtuelle Steuerung erzeugen, und somit ein gleiches Verhalten des Gesamtsystems bereitstellen, und der zum Zuteilen von Kräften auf die Ecken des Fahrzeugs betrieben werden kann, wobei der Controller umfasst: eine Rechenvorrichtung; und einen konkreten/nichtflüchtigen Speicher, in dem Prozessanweisungen zum Zuteilen der Kräfte auf die Ecken aufgezeichnet sind; wobei die Rechenvorrichtung ausgestaltet ist, um über eine Ausführung der Prozessanweisungen: einen Satz von Sollkräften an einem Schwerpunkt des Fahrzeugs zu ermitteln; den Satz von Sollkräften auf die Ecken des Fahrzeugs als virtuelle Steuerbefehle zuzuteilen; die virtuellen Steuerbefehle an den Ecken auf echte Steuerbefehle an den Ecken unter Verwendung einer Formulierung mit kleinsten Quadraten abzubilden; und mehrere Stellglieder an den Ecken unter Verwendung der echten Steuerbefehle mit Bezug zueinander unter Verwendung von Gewichtungsmatrizen priorisiert zu steuern.
5. Controller nach Anspruch 4, wobei das Steuern mehrerer Stellglieder umfasst, dass mehrere Reibungsbremsen und mehrere Radmotoren gesteuert werden.
6. Fahrzeug mit einer redundanten Stellgliedsuite, bei der eine Anzahl von an Ecken des Fahrzeugs verwendeten Stellgliedern oder von verschiedenen Rad/Straßenschnittstellen des Fahrzeugs eine Anzahl der Kräfte übersteigt, die an den gleichen Ecken gesteuert werden sollen, und es mehrere Kombinationen von Stellgliedpositionen gibt, welche alle eine gleiche virtuelle Steuerung erzeugen, und somit ein gleiches Verhalten des Gesamtsystems bereitstellen, das umfasst: mehrere Antriebsräder, die jeweils an einer anderen Ecke des Fahrzeugs positioniert sind; mehrere Stellglieder, die jeweils mit Bezug auf mindestens eines der Antriebsräder positioniert sind, welche eine Reibungsbremse und einen Radmotor umfassen; und einen Controller, der ausgestaltet ist, um Kräfte auf die Ecken des Fahrzeugs zuzuteilen; wobei der Controller ausgestaltet ist, um: einen Satz von Sollkräften an einem Schwerpunkt des Fahrzeugs zu ermitteln; den Satz von Sollkräften auf die Ecken des Fahrzeugs als virtuelle Steuerbefehle zuzuteilen; die virtuellen Steuerbefehle an den Ecken auf echte Steuerbefehle an den Ecken unter Verwendung einer Formulierung mit kleinsten Quadraten abzubilden; die Steuerung der Stellglieder mit Bezug zueinander unter Verwendung von Gewichtungsmatrizen zu priorisieren; und die mehreren Stellglieder unter Verwendung der echten Steuerbefehle zu steuern.
7. Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei das Fahrzeug entweder als ein Hybridelektrofahrzeug oder als ein Batterieelektrofahrzeug ausgestaltet ist.

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