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Die Erfindung betrifft ein Verfahren für ein Fahrzeug mit wenigstens zwei geregelt lenkbaren Rädern zum Einstellen von Lenkwinkeln, wobei eine Regelung mithilfe eines inversen Modells erfolgt, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
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Bekannt sind Achsschenkellenkungen, bei der jedes lenkbare Rad gesondert gelenkt wird. Damit ist grundsätzlich an jedem lenkbaren Rad ein Lenkwinkel individuell einstellbar. Üblicherweise werden die Lenkwinkel nach dem Ackermann-Prinzip jeweils derart eingestellt, dass die Verlängerungen aller Radachsen sich im Kurvenmittelpunkt schneiden. Außerdem sind Aktivlenkungen bekannt, die durch eine elektrische Lenkwinkelüberlagerung einen fahrerunabhängigen Eingriff an lenkbaren Rädern ermöglichen. Je nach Fahrsituation fällt ein wirksamer Lenkwinkel an den Rädern deshalb größer oder kleiner aus als ihn der Fahrer am Lenkrad einstellt. Aktivlenkungen ermöglichen bei niedrigen und mittleren Geschwindigkeiten, beispielsweise bei einem Ein- oder Ausparken, einen großen Lenkeinschlag der Räder bei einem verhältnismäßig kleinen Lenkradeinschlag. Dies führt bei mittleren Geschwindigkeiten zu einer sportlich-direkten Lenkung, beim Ein- oder Ausparken zu einer verringerten Lenkarbeit. Bei hohen Geschwindigkeiten, beispielsweise bei einer Autobahnfahrt, ist der Lenkeinschlag im Vergleich zum Lenkradeinschlag klein, so wird die Lenkung indirekt und komfortabel. Außerdem können hierdurch Lenkfehler ausgeglichen werden. Diese Aktivlenkungen sind sowohl mit einer Elektrolenkung, als auch mit einer hydraulischen Servolenkung kombinierbar.
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Aus der Veröffentlichung Ralf Orend, Integrierte Fahrdynamikregelung mit Einzelradaktorik, Shaker Verlag Aachen 2007, ist ein Konzept einer Fahrdynamikregelung bekannt, das Stelleingriffe und Radkräfte unter der Maßgabe festlegt, die Kraftschlusspotentiale zwischen vier Reifen und einer Fahrbahn optimal auszunutzen und eine Beanspruchung aller vier Reifen in jeder Fahrsituation zu minimieren. Damit soll das Fahrzeug an die fahrdynamische Grenze geführt und so ein fahrdynamisches Optimum dargestellt werden. Ein Entwurf der integrierten Fahrdynamikregelung erfolgt auf Basis einer nichtlinearen Fahrzeugmodellierung, die das Bewegungsverhalten des Fahrzeugs bis in einen Grenzbereich, in dem die Reifen die Kraftschlussgrenze erreichen, nachbildet. Die Stelleingriffe werden zur Minimierung der Reifenbeanspruchung durch das numerische Lösen einer Optimierungsaufgabe bestimmt. Auf diesem Wege findet sich ein Maß, das für jede Fahrsituation den Abstand zur fahrdynamischen Grenze quantifiziert und zu deren exakten Identifikation dient.
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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. Aus der
deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2011 085 103.8 ist ein Verfahren bekannt zum Regeln der Fahrdynamik eines Fahrzeugs 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.
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Zur genaueren Information über die Merkmale der vorliegenden Erfindung wird ausdrücklich auf die Veröffentlichungen
Ralf Orend, Integrierte Fahrdynamikregelung mit Einzelradaktorik, Shaker Verlag Aachen 2007, und
Köppern, Johannes (2010), Integrierte Fahrzeugregelung durch einen hybriden Ansatz aus inversem Modell und modellprädiktiver Optimierung, GMA-Fachausschuss 1.40 ”Theoretische Verfahren der Regelungstechnik”, Salzburg, sowie die
deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2011 085 103.8 verwiesen. Die Lehren dieser Veröffentlichungen und dieser Patentanmeldung sind als Bestandteil des vorliegenden Dokuments anzusehen. Merkmale dieser Veröffentlichungen und dieser Patentanmeldung sind Merkmale des vorliegenden Dokuments.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren funktional zu verbessern und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereit zu stellen. Insbesondere soll das Einstellen von Lenkwinkeln vereinfacht sein. Insbesondere soll eine Bestimmung von Soll-Lenkwinkeln vereinfacht sein.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren für ein Fahrzeug mit wenigstens zwei geregelt lenkbaren Rädern zum Einstellen von Lenkwinkeln, wobei eine Regelung mithilfe eines inversen Modells erfolgt, bei dem zunächst jeweils ein fahrsituationsabhängig geeigneter Lenkwinkelunterschied bestimmt wird.
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Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug sein. Das Fahrzeug kann ein Flugzeug sein. Das Fahrzeug kann ein Schienenfahrzeug sein. Das Fahrzeug kann ein Planeten-Rover sein.
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Das Fahrzeug kann mehrere Achsen aufweisen. Jede Achse kann zwei Räder aufweisen. Die Räder wenigstens einer Achse können lenkbar sein. Die Räder genau einer Achse können lenkbar sein. Die Räder mehrerer Achsen können lenkbar sein. Die lenkbaren Räder können jeweils individuell lenkbar sein. Ein Lenkwinkel kann an jedem lenkbaren Rad individuell einstellbar sein. Die Lenkwinkel können jeweils unter Berücksichtigung einer Bewegungsanforderung an das Fahrzeug einstellbar sein.
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Die Räder können jeweils einen Reifen aufweisen. Die Reifen können jeweils mit der Fahrbahnoberfläche in einem reibschlüssigen Kontakt stehen. Die Reifen können jeweils elastische Eigenschaften aufweisen. Bei einer Relativbewegung des Reifens, insbesondere einer Reifenaufstandsfläche, zu einer 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. Die Lenkwinkel können jeweils unter Berücksichtigung der Reifenkraft einstellbar sein.
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Ein inverses Modell kann ein Modell sein, bei dem ausgehend von einer Wirkung die der Wirkung zugrundeliegende Ursache ermittelt wird. Das inverse Modell kann ein regelungstechnisches Modell sein. Das inverse Modell kann ein regelungstechnisches Modell des Kraftfahrzeugs umfassen. Ausgangsgrößen des inversen Modells können zum Einstellen von Lenkwinkeln dienen.
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Ein Lenkwinkelunterschied kann ein Unterschied zwischen Lenkwinkeln zweier lenkbarer Räder sein. Ein Lenkwinkelunterschied kann ein Unterschied zwischen Lenkwinkeln zweier lenkbarer Räder einer Achse sein. Ein Lenkwinkelunterschied kann ein Unterschied zwischen Lenkwinkeln zweier lenkbarer Räder unterschiedlicher Achsen sein.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein vereinfachtes Einstellen von Lenkwinkeln. Soll-Lenkwinkel sind auf optimierte Weise bestimmbar. Eine Stabilisierung des Fahrzeugs und der Lenkwinkel ist von einer Hilfsgrößenwahl entkoppelt.
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Der Lenkwinkelunterschied kann mithilfe einer Hilfsgröße bestimmt werden. Der Lenkwinkelunterschied kann in Lenkwinkelraten umgesetzt werden. Eine Lenkwinkelrate kann sich als zeitliche Ableitung eines Lenkwinkels ergeben. Eine Inversion kann auf Ebene der Lenkwinkelraten erfolgen.
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Außerdem wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst mit einer Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens aufweisend wenigstens zwei lenkbare Räder, eine Lenkeinrichtung zum Lenken der Räder und eine Kontrolleinrichtung zum Kontrollieren der Lenkeinrichtung.
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Die lenkbaren Räder können jeweils eine Felge und einen Reifen aufweisen. Die lenkbaren Räder können jeweils lenkbar an dem Fahrzeug angeordnet sein. Mithilfe der Lenkeinrichtung können Lenkwinkel einstellbar sein. Mithilfe der Lenkeinrichtung können Lenkwinkel für jedes lenkbare Rad individuell einstellbar sein. Die Lenkeinrichtung kann von einer Bedienperson betätigbar sein. Die Lenkeinrichtung kann Mittel aufweisen, mithilfe derer eine Modifikation einer Lenkbetätigung ermöglicht ist. Mithilfe der Lenkeinrichtung kann ein elektronischer Lenkeingriff ermöglicht sein. Die Lenkeinrichtung kann für jedes lenkbare Rad einen Aktuator aufweisen. Die Kontrolleinrichtung kann wenigstens ein Steuergerät aufweisen. Das Steuergerät kann eine Recheneinrichtung aufweisen. Das Steuergerät kann eine Speichereinrichtung aufweisen.
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Die Vorrichtung kann eine Einrichtung zur Ermittlung von Raddrehzahlen und/oder eine Einrichtung zur Ermittlung von Lenkwinkeln aufweisen. Zur Ermittlung von Raddrehzahlen können Drehzahlsensoren dienen. Die Lenkeinrichtung kann einen Lenkwinkelsensor oder ein Wegsensor aufweisen.
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Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergeben sich somit durch die Erfindung unter anderem Hilfsgrößen für Lenkwinkel. Eine Hilfsgröße ν kann einen Lenkwinkelunterschied beschreiben. Ein lokaler Regler kann diesen Unterschied stellen. Dieser kann ebenfalls im inversen Modell realisiert sein. Damit kann das inverse Modell eine Lenkwinkelrate δ .1 bestimmen. Die Lenkwinkelrate δ .1 kann sich mit einer Konstante k zu δ .2 = δ .1 + k(ν – Δδ) ergeben.
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Mit „kann” sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweist.
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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.
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Es zeigen schematisch und beispielhaft:
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1 ein Blockschaltbild zu einem Kraftfahrzeug, auf das Stellgrößen wirken und das eine Bewegung ausführt und
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2 ein Blockschaltbild einer geregelten Strecke mit einem inneren Regler.
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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. Ein Rad ist ein vorderes linkes Rad. Ein Rad ist ein vorderes rechtes Rad. Ein Rad ist ein hinteres rechtes Rad. Ein Rad ist ein hinteres linkes Rad.
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Die Räder sind an der Karosserie insbesondere in Richtung einer Hochachse des Kraftfahrzeugs 102 verlagerbar angeordnet. Zwischen den Rädern und der Karosserie ist eine Feder-/Dämpfereinrichtung wirksam. 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. Die vorderen Räder können gelenkt werden. Bei einer anderen Ausführung können die vorderen und die hinteren Räder gelenkt werden. Die Räder können dann achsweise gelenkt werden. Bei einer anderen Ausführung kann eine Einzelradlenkung vorhanden sein.
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Das Kraftfahrzeug 102 weist eine Aktuatoreinrichtung auf. Die Aktuatoreinrichtung weist Stellglieder auf. Die Stellglieder können zu einem Antrieb 108, einer Bremse 110 und/oder einer Lenkung 112 gehören. Das Kraftfahrzeug 102 weist eine Kontrolleinrichtung zum Kontrollieren der Aktuatoreinrichtung auf. Die Kontrolleinrichtung gibt Stellgrößen 104 aus. Die Stellgrößen 104 wirken auf die Stellglieder. Damit kann die Bewegung 106 des Kraftfahrzeugs 102 kontrolliert werden. Das Kraftfahrzeug 102 weist eine Energieversorgung 114 auf.
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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.
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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. Mithilfe der Lenkung 112 kann das Kraftfahrzeug 102 gelenkt werden. Ein Lenkwinkel kann auf die lenkbaren Räder gezielt verteil werden.
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Die Kontrolleinrichtung weist ein Steuergerät zum Kontrollieren des Antriebs 108 auf. Die Kontrolleinrichtung weist ein Steuergerät zum Kontrollieren der Bremse 110 auf. Die Kontrolleinrichtung weist ein Steuergerät zum Kontrollieren der Lenkung 112 auf. Die Kontrolleinrichtung weist ein Steuergerät zum Kontrollieren der Energieversorgung 114 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 116.
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Das Kraftfahrzeug 102 weist Drehzahlsensoren zur Ermittlung von Raddrehzahlen auf. Das Kraftfahrzeug 102 weist Sensoren zur Ermittlung eine Schlupfes auf. Das Kraftfahrzeug 102 weist einen Sensor zur Ermittlung eines Lenkwinkels auf. Die Signale dieser Sensoren stehen den Steuergeräten zur Verfügung.
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2 zeigt ein Blockschaltbild 200 zu einer geregelten Strecke mit einem inneren Regler. Der Regler weist ein inverses Modell 202 auf. Das inverse Modell 202 bildet das Kraftfahrzeug regelungstechnisch ab. Das inverse Modell 202 errechnet ausgehend von Eingangsgrößen 204 Stellgrößen 206, beispielsweise ein Drehmoment, das nach den geschätzten Zustandsgrößen des Fahrzeugs und nach dem Fahrzeugmodell im inversen Modell 202 zu insgesamt vier Reifenkraftänderungen führen soll, oder eine Lenkwinkelrate. Die Stellgrößen 206 werden dem Kraftfahrzeug 208 zugeführt und dort mithilfe adäquater Stellglieder umgesetzt.
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Eine sich einstellende Reifenkraftänderung 210 wird geschätzt und mit einer von dem inversen Modell 202 vorgegebenen Reifenkraftänderung 212 verglichen. Ein Fehler 214 führt zu einem Korrekturwert 216, beispielsweise zu einem zusätzlichen Drehmoment bzw. einer zusätzlichen Lenkwinkelrate. Der Korrekturwert 216 wird über einen lokalen Regler 218 dem inversen Modell 202 zugeführt. Mithilfe des Korrekturwerts 216 erfolgt eine Adaption der Stellgrößen 206.
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Zum Einstellen von Lenkwinkeln an den lenkbaren Rädern wird zunächst jeweils ein fahrsituationsabhängig geeigneter Lenkwinkelunterschied bestimmt. Der Lenkwinkelunterschied wird mithilfe einer Hilfsgröße bestimmt. Der Lenkwinkelunterschied wird durch zeitliche Ableitung in Lenkwinkelraten umgesetzt. Eine Inversion erfolgt dann auf Ebene der Lenkwinkelraten.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Blockschaltbild
- 102
- Fahrzeug
- 104
- Stellgrößen
- 106
- Bewegung
- 108
- Antrieb
- 110
- Bremse
- 112
- Lenkung
- 114
- Energieversorgung
- 116
- CAN-Bus
- 200
- Blockschaltbild
- 202
- Modell
- 204
- Eingangsgrößen
- 206
- Stellgrößen
- 208
- Fahrzeug
- 210
- Reifenkraftänderung
- 212
- Reifenkraftänderung
- 214
- Fehler
- 216
- Korrekturwert
- 218
- Regler
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011085103 [0004, 0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Ralf Orend, Integrierte Fahrdynamikregelung mit Einzelradaktorik, Shaker Verlag Aachen 2007 [0003]
- Köppern, Johannes (2010) [0004]
- Ralf Orend, Integrierte Fahrdynamikregelung mit Einzelradaktorik, Shaker Verlag Aachen 2007 [0005]
- Köppern, Johannes (2010) [0005]
