DE102012212083B4

DE102012212083B4 - Verfahren für ein Kraftfahrzeug zum Regeln einer Reifenlängskraft

Info

Publication number: DE102012212083B4
Application number: DE102012212083.1A
Authority: DE
Inventors: Johannes Köppern
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2020-01-02
Anticipated expiration: 2032-07-12
Also published as: DE102012212083A1

Abstract

Verfahren für ein Kraftfahrzeug (102) zum Regeln einer Reifenlängskraftänderung eines Rads mit einem Reifen, der mit einer Fahrbahnoberfläche in Kontakt steht, wobei das Rad mithilfe einer Aktuatoreinrichtung mit einem Antriebsmoment und/oder mit einem Bremsmoment beaufschlagbar ist und an dem Rad eine Reifenkraft in einer Reifenlängsrichtung wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Reifenkraft induziertes Drehmoment (202, 302) mitmit T: Zeitkonstante, τ: Drehmoment, τ: Drehmoment, τ: Drehmoment, γ : Korrekturfaktor, r: Reifenradius und ḟ: Referenz-Reifenkraftänderung derart bestimmt wird, dass das von der Reifenlängskraft induzierte Drehmoment konstant ist, sofern sich die Reifenkraft nicht ändern soll.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für ein Kraftfahrzeug zum Regeln einer Reifenlängskraft eines Rads mit einem Reifen, der mit einer Fahrbahnoberfläche in Kontakt steht, wobei das Rad mithilfe einer Aktuatoreinrichtung mit einem Antriebsmoment und/oder mit einem Bremsmoment beaufschlagbar ist und an dem Rad eine Reifenkraft in einer Reifenlängsrichtung.
Aus der Veröffentlichung Köppern, Johannes (2010), Integrierte Fahrzeugregelung durch einen hybriden Ansatz aus inversem Modell und modellprädiktiver Optimierung, GMA-Fachausschuss 1.40 „Theoretische Verfahren der Regelungstechnik“, Salzburg, ist ein Regelungskonzept bekannt, bei dem eine Strecke durch eine E/A-Linearisierung in einem inversen Modell gesteuert wird. Um Abweichungen von Streckenmodell im Regler und Strecke zu begegnen, wird um inverses Modell und Strecke ein Regelkreis geschlossen. Ein einfacher äußerer Regler, z. B. ein PID-Regler, führt die Fahrzeugbeschleunigung auf die gewünschte Referenzbeschleunigung a _ref .Die Lehre dieser Veröffentlichung ist als Bestandteil des vorliegenden Dokuments anzusehen. Merkmale dieser Veröffentlichung sind Merkmale des vorliegenden Dokuments.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2011 085 103 A1 ist ein Verfahren bekannt zum Regeln der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs aufweisend wenigstens ein antreibbares, bremsbares und/oder lenkbares Rad mit einem Reifen, der mit einer Fahrbahnoberfläche in Kontakt steht, demzufolge ausgehend von einer momentanen Fahrzeugbeschleunigung und unter Berücksichtigung einer angeforderten Fahrzeugbeschleunigung ein Stellvektor bestimmt wird, wobei eine Fahrzeugbeschleunigung eine translatorische Beschleunigung in einer Fahrzeuglängsrichtung, eine translatorische Beschleunigung in einer Fahrzeugquerrichtung und eine rotatorische Beschleunigung um eine Fahrzeughochachse umfasst und der Stellvektor Werte zum Stellen wenigstens eines Radantriebsmoments, wenigstens eines Radbremsmoments und/oder wenigstens eines Radlenkwinkels umfasst, bei dem der Stellvektor mithilfe eines inversen Modells bestimmt und regelungstechnisch adaptiert wird, um das Verfahren funktional zu verbessern. Zur genaueren Information über die Merkmale der vorliegenden Erfindung wird ausdrücklich auf die deutsche Patentanmeldung DE 10 2011 085 103 A1 verwiesen. Die Lehre dieser Patentanmeldung ist als Bestandteil des vorliegenden Dokuments anzusehen. Merkmale dieser Patentanmeldung sind Merkmale des vorliegenden Dokuments.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren funktional zu verbessern.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren für ein Kraftfahrzeug zum Regeln einer Winkelgeschwindigkeit eines Rads mit einem Reifen, der mit einer Fahrbahnoberfläche in Kontakt steht, wobei das Rad mithilfe einer Aktuatoreinrichtung mit einem Antriebsmoment und/oder mit einem Bremsmoment beaufschlagbar ist und an dem Rad eine Reifenkraft in einer Reifenlängsrichtung wirkt, bei dem ein von der Reifenkraft induziertes Drehmoment mit T · τ̇_road = τ_drive - τ_ν̇ - τ_road und τ̇_road = γ · r_tire · ḟ_x,ref mit T: Zeitkonstante, τ_road : Drehmoment, τ_drive : Drehmoment, τ_ν: Drehmoment, γ: Korrekturfaktor, r_tire: Reifenradius und f_x,ref : Referenz-Reifenkraftänderung derart bestimmt wird, dass das von der Reifenlängskraft induzierte Drehmoment konstant ist, sofern sich die Reifenkraft nicht ändern soll.
Das Verfahren kann für ein einziges Rad durchgeführt werden. Das Verfahren kann für mehrere Räder durchgeführt werden. Das Verfahren kann für die Räder einer Achse des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden. Das Verfahren kann für alle Räder des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden. Das Verfahren zum Regeln einer Winkelgeschwindigkeit eines Rads kann zur Umsetzung einer Bewegungsanforderung dienen. Das Verfahren zum Regeln einer Winkelgeschwindigkeit eines Rads kann zum Regeln einer Drehzahl des Rads dienen. Das Verfahren zum Regeln einer Winkelgeschwindigkeit eines Rads kann zum Regeln einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs dienen. Das Kraftfahrzeug kann eine Längsachse aufweisen. Das Verfahren zum Regeln einer Winkelgeschwindigkeit eines Rads kann zum Regeln einer Translation des Kraftfahrzeugs in Richtung der Längsachse dienen.
Der Reifen kann mit der Fahrbahnoberfläche in einem reibschlüssigen Kontakt stehen. Der Reifen kann elastische Eigenschaften aufweisen. Bei einer Relativgeschwindigkeit des Reifens, insbesondere eines Reifenlatsches, zur Fahrbahnoberfläche kann sich der Reifen, insbesondere an einer Reifenaufstandsfläche, elastisch verformen. Diese Verformung kann als Reifenschlupf quantifiziert werden. Der Reifenschlupf kann eine Reifenkraft verursachen. Bei einer Bestimmung der Reifenkraft kann ein Haftbeiwert zwischen dem Reifen und der Fahrbahnoberfläche berücksichtigt werden. Das Reifenverhalten kann als isotrop angenommen werden. Die durch den Reifenschlupf verursachte Reifenkraft kann stets in Richtung des Reifenschlupfs weisen. Die durch den Reifenschlupf verursachte Reifenkraft kann von dessen Betrag abhängen.
Das Antriebsmoment kann eine Aufrechterhaltung einer Winkelgeschwindigkeit eines Rads bewirken. Das Antriebsmoment kann eine Aufrechterhaltung einer Fahrzeuggeschwindigkeit bewirken. Das Antriebsmoment kann eine Erhöhung einer Winkelgeschwindigkeit eines Rads bewirken. Das Antriebsmoment kann eine Erhöhung einer Fahrzeuggeschwindigkeit bewirken. Das Bremsmoment kann eine Verringerung einer Winkelgeschwindigkeit eines Rads bewirken. Das Bremsmoment kann eine Verringerung einer Fahrzeuggeschwindigkeit bewirken. Das Antriebsmoment und/oder das Bremsmoment können zusammen mit einem Drehmoment aus einer Straße in ein resultierendes Drehmoment eingehen.
Das Drehmoment kann an einer Achse des Rads wirken. Zwischen einem Angriffspunkt der Reifenkraft und der Achse des Rads kann ein Hebel wirksam sein. Der Hebel kann mit einem Radius des Rads gebildet sein. Der Radius des Rads kann sich zwischen der Achse und dem Reifen, insbesondere einem Reifengürtel, insbesondere einer Radaufstandsfläche, erstrecken.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Bestimmung eines Drehmoments, das aufgrund einer Reifenkraft in Reifenlängsrichtung und über einen Hebelarm eines Reifenradius entsteht. Damit ist eine Regelung einer Winkelgeschwindigkeit eines Rads ermöglicht. Eine Umsetzung einer Bewegungsanforderung für ein Kraftfahrzeug ist ermöglicht.
Das von der Reifenkraft induzierte Drehmoment kann mithilfe der zeitlichen Ableitung dieses Drehmoments bestimmt werden. Die zeitliche Ableitung des von der Reifenkraft induzierten Drehmoments kann unter Berücksichtigung einer Referenz-Reifenkraftänderung, eines Reifenradius und eines Faktors γ bestimmt werden. Der Faktor γ kann kleiner 1 sein. Der Faktor γ kann dem Umstand begegnen, dass eine geforderte Reifenkraftänderung nicht korrekt umgesetzt wird. Oberhalb einer vorgegebenen Abweichung einer tatsächlichen Reifenkraftänderung von der Referenz-Reifenkraftänderung kann das von der Reifenkraft induzierte Drehmoment erneut bestimmt werden. Damit wird eine zu große Abweichung einer Ist-Reifenkraftänderung von einer Soll-Reifenkraftänderung, die zu einem Blockieren oder Durchdrehen des Rads führen kann, erkannt.
Die zeitliche Ableitung des von der Reifenkraft induzierten Drehmoments kann unter Berücksichtigung einer tatsächlichen Reifenkraftänderung und einer Referenz-Reifenkraftänderung bestimmt werden. Eine tatsächliche Reifenkraftänderung kann eine Ist-Reifenkraftänderung sein. Eine Referenz-Reifenkraftänderung kann eine Soll-Reifenkraftänderung sein. Bei der Bestimmung der zeitlichen Ableitung des von der Reifenkraft induzierten Drehmoments kann eine maximale und/oder eine minimale tatsächliche Reifenkraftänderung berücksichtigt werden. Das so ermittelte Drehmoment kann wieder einem Regler zugeführt werden. Damit kann, sofern eine Kraftänderungsanforderung an den Reifen null ist, ein konstantes Drehmoment bestimmt werden. Dieses Drehmoment kann sich stationär als konstante Reifenkraft auf der Fahrbahnoberfläche abstützen. Damit wird ein Regelkreis stabilisiert. Instabilitäten aufgrund von Schätzfehlern bei der Reifenkraft und -radius werden vermieden. Resultiert aus einem Schätzfehler eine falsche Reifenkraft, wird dieser Fehler durch die Gesamtregelung kompensiert.
Das Produkt aus der Zeitkonstante und der zeitlichen Ableitung des von der Reifenkraft induzierten Drehmoments kann unter Berücksichtigung eines Aktuator-Drehmoments, eines Kompensations-Drehmoments, und eines von der Reifenkraft induzierten Drehmoments bestimmt werden. Insbesondere die Berücksichtigung des Kompensations-Drehmoments ermöglicht eine stabile Regelung der Reifenkraft mithilfe eines inversen Modells. Die Zeitkonstante kann zur Berücksichtigung einer Verzögerung des von der Reifenkraft induzierten Drehmoments dienen. Das von der Reifenkraft induzierte Drehmoment stützt sich - in einem stabilen Bereich - nicht vollständig auf der Straße ab. Das von der Reifenkraft induzierte Drehmoment weicht von einem Drehmoment der Straße ab. Die Tiefpassfilterung approximiert die zeitliche Verzögerung.
Das Produkt aus der Zeitkonstante und der zeitlichen Ableitung des von der Reifenkraft induzierten Drehmoments kann unter Berücksichtigung eines Beschleunigungs-Drehmoments bestimmt werden. Das Kompensations-Drehmoment kann das Rad beschleunigen, um einer Fahrzeugbeschleunigung zu begegnen. Das Beschleunigungs-Drehmoment kann eine weitere Beschleunigung des Rads bewirken. Damit kann eine Reifenkraftänderung induziert werden. Das Drehmoment zur Reifenkraftänderung kann sich nach einer Einlaufphase ohne das Beschleunigungs-Drehmoment auf der Fahrbahnoberfläche abstützen. Das sich auf der Fahrbahnoberfläche abstützende Beschleunigungs-Drehmoment kann geschätzt werden. Das sich auf der Fahrbahnoberfläche abstützende Beschleunigungs-Drehmoment kann mit der Zeitkonstante verzögert einlaufen.
Das Verfahren kann im Rahmen eines Verfahrens zum Regeln der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs mithilfe eines inversen Modells durchgeführt werden. Insbesondere kann das Verfahren im Zusammenhang mit einem Verfahren gemäß der deutschen Patentanmeldung DE 10 2011 085 103 A1 durchgeführt werden. Das Kompensations-Drehmoment kann als Ausgangsgröße des inversen Modells zur Verfügung stehen. Das Verfahren kann zur Fahrdynamikregelung eines Automobils verwendet werden. Das Verfahren kann zur Regelung eines Flugzeugfahrwerks verwendet werden. Das Verfahren kann in einem Schienenfahrzeug verwendet werden. Das Verfahren kann in einem Planeten-Rover verwendet werden.
Das Verfahren kann durchgeführt werden mithilfe einer Vorrichtung aufweisend wenigstens ein Rad, eine Aktuatoreinrichtung mit einer Einrichtung zum Antreiben des wenigstens einen Rads und/oder einer Einrichtung zum Bremsen des wenigstens einen Rads und eine Kontrolleinrichtung zum Kontrollieren der Aktuatoreinrichtung.
Das wenigstens eine Rad kann eine Felge und einen Reifen aufweisen. Die Einrichtung zum Antreiben des wenigstens einen Rads kann wenigstens eine Antriebsmaschine aufweisen. Die wenigstens eine Antriebsmaschine kann mit dem wenigstens einen Rad antriebsverbunden sein. Die wenigstens eine Antriebsmaschine kann eine Brennkraftmaschine sein. Die wenigstens eine Antriebsmaschine kann eine Verbrennungsmaschine sein. Die wenigstens eine Antriebsmaschine kann eine elektrische Maschine sein. Die Einrichtung zum Antreiben des wenigstens einen Rads kann ein Getriebe aufweisen. Die Einrichtung zum Antreiben des wenigstens einen Rads kann eine Kupplung, wie Reibungskupplung, aufweisen. Zwischen der Einrichtung zum Antreiben des wenigstens einen Rads und dem wenigstens einen Rad kann ein Antriebsstrang gebildet sein. Das Getriebe und/oder die Kupplung kann in dem Antriebsstrang angeordnet sein. Mithilfe der Antriebsmaschine kann das wenigstens eine Rad mit einem Antriebsmoment beaufschlagt werden. Mithilfe des Antriebsstrangs kann das wenigstens eine Rad mit einem Bremsmoment beaufschlagt werden. Das Antriebsmoment und/oder das Bremsmoment kann durch einen Eingriff in den Antriebsstrang eingestellt werden. Ein Antriebsmoment kann von einer Bedienperson vorgegeben werden. Ein Antriebsmoment kann automatisiert vorgegeben werden. Die Vorrichtung kann Mittel aufweisen, die eine Modifikation einer Antriebsmomentvorgabe ermöglichen. Die Einrichtung zum Bremsen des wenigstens einen Rads kann eine dem wenigstens einen Rad zugeordnete Bremse aufweisen. Die Einrichtung zum Bremsen des wenigstens einen Rads kann von einer Bedienperson betätigt werden. Die Einrichtung zum Bremsen des wenigstens einen Rads kann automatisiert betätigt werden. Die Vorrichtung kann Mittel aufweisen, die eine Modifikation einer Bremsbetätigung ermöglichen. Die Vorrichtung kann eine Einrichtung zur Ermittlung einer Drehzahl des wenigstens einen Rads aufweisen. An dem wenigstens einen Rad kann ein Drehzahlsensor angeordnet sein. Die Kontrolleinrichtung kann wenigstens ein elektronisches Steuergerät aufweisen. Die Kontrolleinrichtung kann mit der Einrichtung zum Antreiben des wenigstens einen Rads signalleitend verbunden sein. Die Kontrolleinrichtung kann mit der Einrichtung zum Bremsen des wenigstens einen Rads signalleitend verbunden sein. Die Kontrolleinrichtung kann mit der Einrichtung zur Ermittlung einer Drehzahl des wenigstens einen Rads signalleitend verbunden sein.
Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem eine Schätzung eines Raddrehmoments durch Reifenkräfte für eine Regelung eines Straßenfahrzeugs bzw. eine Schätzung eines Raddrehmoments durch Referenzreifenkraftänderung für eine Regelung eines Straßenfahrzeugs. Es kann nicht das tatsächlich wirkende Drehmoment geschätzt, sondern ein realistisches Drehmoment bestimmt werden. Dieses kann konstant sein, sofern sich eine Reifenkraft nicht ändern soll.
Die Änderung des Drehmoments kann aus der Reifenkraft um eine Raddrehache zu $\dot{τ} = γ \cdot r_{t i r e} \cdot {\dot{f}}_{x, r e f}$
Bestimmt werden. Dabei kann r_tire ein angenommener Reifenradius sein. Ein Faktor y ≤ 1 kann dem Umstand begegnen, dass eine geforderte Reifenkraftänderung ḟ_x,ref nicht korrekt umgesetzt wird: $| {\dot{f}}_{x} | < | {\dot{f}}_{x, r e f} |$
Eine große Abweichung einer Soll- und Ist-Reifenkraftänderung kann zum Blockieren oder Durchdrehen des Rades führen. Dies soll erkannt werden. In diesem Fall kann ein geschätztes Drehmoment τ_road neu gesetzt werden.
Eine Dynamik einer Radwinkelgeschwindigkeit ω kann durch $Θ \dot{ω} =− f_{x} \cdot r_{t i r e} + τ$

Beschrieben werden. Nachstehende Tabelle führt die Größen in der Gleichung ein.

Größe	Beschreibung
Θ	Massenträgheitsmoment des Rades um die Hauptdrehachse
ω	Radwinkelgeschwindigkeit um die Hauptdrehachse des Rades
f_x	Reifenlängskraft
r_tire	Reifenradius
τ	Antriebs- bzw. Bremsmoment

Um ein Drehmoment zu stellen, das eine Winkelbeschleunigung ω̇_ref erreichen lässt, soll das Drehmoment $τ_{m} = Θ {\dot{ω}}_{r e f} + f_{x} \cdot r_{t i r e}$
gestellt werden. Damit soll das Drehmoment $τ_{r o a d} = - f_{x} \cdot r_{t i r e}$
bekannt sein.
Eine aktuell wirkende Reifenkraft und damit ihre Änderungsrate ḟ_x kann gemäß dem Stand der Technik geschätzt werden. Eine Winkelbeschleunigung des Rades soll zu einer Reifenkraftänderung ḟ_x,ref führen. Ein Reifen-Radius r̃_tire kann konstant angenommen werden. Damit kann τ_road zu ${\dot{τ}}_{r o a d} = {\begin{matrix} max (0, min ({\dot{f}}_{x, r e f}, {\dot{f}}_{x})) f ü r {\dot{f}}_{x, r e f} > 0 \\ min (0, max ({\dot{f}}_{x, r e f}, {\dot{f}}_{x})) f ü r {\dot{f}}_{x, r e f} \leq 0 \end{matrix}$
Bestimmt werden. Dieses Drehmoment kann wieder der einer Regelung zugeführt werden. Es besteht nicht der Anspruch, ein aktuell an einem Reifen durch eine Reifenkraft wirkendes Drehmoment exakt zu bestimmen. Durch diese Schätzung kann jedoch, sofern eine Kraftänderungsanforderung an den Reifen Null ist, ein konstantes Drehmoment bestimmt werden. Dieses kann sich stationär als konstante Reifenkraft auf einer Straße abstützen. Damit kann ein Regelkreis stabilisiert werden. Ein Auftreten von Instabilitäten durch Schätzfehler in Reifenkraft und -radius kann verhindert werden. Resultiert aus dem Schätzfehler eine falsche Reifenkraft, kann dieser Fehler durch eine Gesamtregelung kompensiert werden.
An einem Rad können die Drehmomente τ_road und τ_drive wirken: $τ = - τ_{r o a d} + τ_{d r i v e}$
Das Drehmoment τ_road kann aus der wirkenden Reifenkraft resultieren. Das Drehmoment τ_drive kann durch einen Aktuator gestellt werden.
Um eine Reifenkraftänderung zu erreichen, soll ein Reifenschlupf verändert werden. Als Schlupf kann eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen einem Reifenlatsch und einer Straße bezogen auf eine Geschwindigkeit der Straße definiert werden. Also soll sich die Winkelgeschwindigkeit des Rades geeignet ändern. Um einen aktuellen Schlupf aufrecht zu halten, soll

1. ein Drehmoment aus der Reifenkraft kompensiert werden und
2. das Rad gemäß einer zeitlichen Veränderung einer Straßengeschwindigkeit und einem Reifenradius ebenfalls beschleunigt werden.

Genannte Beschleunigung der Radwinkelgeschwindigkeit zur Anpassung an die Geschwindigkeitsänderung der Straße kann durch das Drehmoment τ_ν̇ induziert werden. Dieses Drehmoment kann sich nicht als Reifenkraft auf der Straße abstützten.
Das Drehmoment aus der Reifenkraft um eine Raddrehache kann mit $T \cdot {\dot{τ}}_{r o a d} = τ_{d r i v e} - τ_{\dot{v}} - τ_{r o a d}$
Bestimmt werden.
τ_drive muss nicht unbedingt das wirkliche Antriebsmoment sein. Es kann auch das geforderte Drehmoment sein. Das Drehmoment τ_ν̇ kann im Falle einer integrierten Fahrwerkregelung Ausgang eines inversen Modells sein. Aufgrund der Berücksichtigung des Drehmoments τ_ν̇ bei der Bestimmung von τ_road kann die Regelung der Reifenkraft durch ein inverses Modell stabilisiert sein.
Das inverse Modell kann das Drehmoment τ stellen. Das Drehmoment τ kann sich aus τ = τ_road + τ_ν̇ + τ_ḟ zusammensetzen. Das Drehmoment τ_ν̇ kann das Rad beschleunigen, um der Fahrzeugbeschleunigung zu begegnen. Würde das Drehmoment τ = τ_road + τ_ν̇ gestellt werden, bliebe der Reifenschlupf unverändert. Damit würde sich auch die Reifenkraft in Längsrichtung nicht ändern. Durch das Drehmoment τ_ḟ kann das Rad weiter beschleunigt werden, um eine Reifenkraftänderung zu induzieren. Dieses Drehmoment kann sich nach einer Einlaufphase auf der Straße abstützen. Das sich auf der Straße abstützende Drehmoment kann -τ_road sein. Es soll geschätzt werden. Weiter laufe das Drehmoment τ_ḟ mit der Zeitkonstante T verzögert ein. Damit kann τ_road nach $T \cdot {\dot{τ}}_{r o a d} = τ_{\dot{f}}$
geschätzt werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.
Es zeigen schematisch und beispielhaft:

1 ein Blockschaltbild zu einem Kraftfahrzeug, auf das Stellgrößen wirken und das eine Bewegung ausführt,
2 ein Blockschaltbild zu einem regelungstechnischen Schätzer zur Bestimmung eines geschätzten Drehmoments aus einer Referenz-Reifenkraftänderung und
3 ein Blockschaltbild zu einem regelungstechnischen Schätzer zur Bestimmung eines geschätzten Drehmoments aus einem Soll-Drehmoment und einer geschätzten Reifenkraft.

1 zeigt ein Blockschaltbild 100 zu einem Kraftfahrzeug 102, auf das Stellgrößen 104 wirken und das eine Bewegung 106 ausführt. Das Kraftfahrzeug 102 weist eine Karosserie und ein Fahrwerk auf. Das Fahrwerk weist vier Räder auf. Die Räder weisen Reifen auf. Die Reifen stehen mit einer Fahrbahnoberfläche in Kontakt. Die vorderen Räder und die hinteren Räder können angetrieben werden. Bei einer anderen Ausführung können nur die vorderen Räder angetrieben werden. Bei einer anderen Ausführung können nur die hinteren Räder angetrieben werden. Alle vier Räder können gebremst werden.
Das Kraftfahrzeug 102 weist Stellglieder auf. Die Stellgrößen 104 wirken auf die Stellglieder. Damit kann die Bewegung 106 des Kraftfahrzeugs 102 kontrolliert werden. Das Kraftfahrzeug 102 weist als Stellglieder einen Antrieb 108, eine Bremse 110 und eine Energieversorgung 112 auf.
Der Antrieb 108 weist eine Brennkraftmaschine auf. Bei einer anderen Ausführung weist der Antrieb 108 einen Elektromotor auf. Bei einer anderen Ausführung weist der Antrieb 108 eine Brennkraftmaschine und einen Elektromotor auf. Mithilfe des Antriebs 108 kann auf die Räder des Kraftfahrzeugs 102 ein Antriebsmoment aufgebracht werden. Das Antriebsmoment kann auf die Räder gezielt verteilt werden. Mithilfe des Antriebs 108 kann auf die Räder des Kraftfahrzeugs 102 ein Bremsmoment aufgebracht werden. Das Bremsmoment kann auf die Räder gezielt verteil werden. Das Kraftfahrzeug 102 weist ein Antriebsschlupfregelsystem, wie Traktionskontrolle oder Antriebsschlupfregelung (ASR) auf. Eine fahrerseitige Antriebsmomentanforderung kann überlagert werden.
Mithilfe der Bremse 110 können die Räder des Kraftfahrzeugs 102 gebremst werden. Die einzelnen Räder können jeweils gesondert gebremst werden. Eine Bremskraft kann auf die Räder gezielt verteil werden. Das Kraftfahrzeug 102 weist ein Bremsregelsystem, wie Antiblockiersystem (ABS), auf. Das Kraftfahrzeug 102 weist eine Electronic Stability Control (ESC) auf. Eine fahrerseitige Bremsanforderung kann überlagert werden.
Das Kraftfahrzeug 102 weist ein Steuergerät zum Kontrollieren des Antriebs 108 auf. Das Kraftfahrzeug 102 weist ein Steuergerät zum Kontrollieren der Bremse 110 auf. Das Kraftfahrzeug 102 weist ein Steuergerät zum Kontrollieren der Energieversorgung 112 auf. Die Steuergeräte können baulich und/oder funktional gesondert oder teilweise oder vollständig zusammengefasst sein. Gesonderte Steuergeräte können miteinander signalleitend verbunden sein, beispielsweise über einen CAN-Bus 114.
Das Kraftfahrzeug 102 weist Drehzahlsensoren zur Ermittlung von Raddrehzahlen auf. Die Signale dieser Sensoren stehen den Steuergeräten zur Verfügung.
2 zeigt ein Blockschaltbild zu einem regelungstechnischen Schätzer 200 zur Bestimmung eines geschätzten Drehmoments 202 aus einer Referenz-Reifenkraftänderung 204. Das Drehmoment 202 kann mithilfe des Schätzers 200 zu τ̇_road = γ · r_tire · ḟ_x,ref bestimmt werden. Mit τ̇_road ist eine zeitliche Ableitung des geschätzten Drehmoments 202 bezeichnet. r_tire bezeichnet einen angenommenen Reifenradius. γ bezeichnet einen Korrekturfaktor und wird größer 1 gewählt. Die Referenz-Reifenkraftänderung 204 ist mit ḟ_x,ref bezeichnet.
Das Drehmoment 202 kann mithilfe des Schätzers 200 zu ${\dot{τ}}_{r o a d} = {\begin{matrix} max (0, min ({\dot{f}}_{x, r e f}, {\dot{f}}_{x})) f ü r {\dot{f}}_{x, r e f} > 0 \\ min (0, max ({\dot{f}}_{x, r e f}, {\dot{f}}_{x})) f ü r {\dot{f}}_{x, r e f} \leq 0 \end{matrix}$
bestimmt werden.
3 zeigt ein Blockschaltbild zu einem regelungstechnischen Schätzer 300 zur Bestimmung eines geschätzten Drehmoments 302 aus einem Soll-Drehmoment 304 und einer geschätzten Reifenkraft 306. Das Drehmoment 302 kann mithilfe des Schätzers 300 mit T · τ̇_road = τ_drive - τ_ν̇ - τ_road bestimmt werden. T bezeichnet eine Zeitkonstante. Das Drehmoment 302 ist mit τ_road bezeichnet. Die zeitliche Ableitung dieses Drehmoments ist mit τ̇_road bezeichnet. τ_drive bezeichnet ein Aktuator-Drehmoment. τ_ν̇ bezeichnet ein Kompensations-Drehmoment.
Bezugszeichenliste

100: Blockschaltbild
102: Kraftfahrzeug
104: Stellgrößen
106: Bewegung
108: Antrieb
110: Bremse
112: Energieversorgung
114: CAN-Bus
200: Schätzer
202: geschätztes Drehmoment
204: Referenz-Reifenkraftänderung
300: Schätzer
302: geschätztes Drehmoment
304: Soll-Drehmoment
306: geschätzte Reifenkraft

Claims

Verfahren für ein Kraftfahrzeug (102) zum Regeln einer Reifenlängskraftänderung eines Rads mit einem Reifen, der mit einer Fahrbahnoberfläche in Kontakt steht, wobei das Rad mithilfe einer Aktuatoreinrichtung mit einem Antriebsmoment und/oder mit einem Bremsmoment beaufschlagbar ist und an dem Rad eine Reifenkraft in einer Reifenlängsrichtung wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Reifenkraft induziertes Drehmoment (202, 302) mit $T \cdot {\dot{τ}}_{r o a d} = τ_{d r i v e} - τ_{\dot{v}} - τ_{r o a d} und {\dot{τ}}_{r o a d} = γ \cdot r_{t i r e} \cdot {\dot{f}}_{x, r e f}$
mit T: Zeitkonstante, τ_road : Drehmoment, τ_drive : Drehmoment, τ_ν: Drehmoment, γ : Korrekturfaktor, r_tire: Reifenradius und ḟ_x,ref : Referenz-Reifenkraftänderung derart bestimmt wird, dass das von der Reifenlängskraft induzierte Drehmoment konstant ist, sofern sich die Reifenkraft nicht ändern soll.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb einer vorgegebenen Abweichung einer tatsächlichen Reifenkraftänderung von der Referenz-Reifenkraftänderung (204) das von der Reifenkraft induzierte Drehmoment (202) erneut bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt aus der Zeitkonstante und der zeitlichen Ableitung des von der Reifenkraft induzierten Drehmoments (302) unter Berücksichtigung eines Beschleunigungs-Drehmoments bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren im Rahmen eines Verfahrens zum Regeln der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs mithilfe eines inversen Modells durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensations-Drehmoment als Ausgangsgröße des inversen Modells zur Verfügung steht.