Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs. The invention relates to a method and a system for operating a motor vehicle.
Ein Kraftfahrzeug hat mit seinen Rädern Kontakt zu einem zu befahrenden Untergrund. Hierbei ist unter anderem ein sogenannter Reibungsbeiwert zu beachten, der von einer Bereifung der Räder, bspw. von einer Reifenprofiltiefe und dem Reifentyp, aber auch von einer Beschaffenheit des Untergrunds, üblicherweise einer Straße, sowie von Witterungsverhältnissen abhängen kann. Fährt das Kraftfahrzeug durch eine Kurve, ist es zudem einer Seitenkraft und somit einer Querbeschleunigung ausgesetzt. Eine Spursicherheit beim Durchfahren der Kurve hängt von einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, einem Radius der Kurve sowie von dem Reibungsbeiwert ab. A motor vehicle has contact with its wheels to a traveling surface. Among other things, a so-called coefficient of friction is to be considered, which may depend on a tire tires, for example. Of a tire tread depth and the tire type, but also on a condition of the ground, usually a road, as well as weather conditions. If the motor vehicle drives through a curve, it is also exposed to a lateral force and thus to a lateral acceleration. Spurs safety when driving through the curve depends on a speed of the motor vehicle, a radius of the curve and on the coefficient of friction.
Ein Verfahren zur Ermittlung des Reibungsbeiwerts zwischen Reifen eines Kraftfahrzeugs und einer Fahrbahn ist aus der Druckschrift DE 10 2009 002 245 A1 bekannt. Hierbei wird ein tatsächliches, auf die lenkbaren Räder des Kraftfahrzeugs wirkendes Ist-Reifenrückstellmoment ermittelt und mit einem Referenz-Reifenrückstellmoment verglichen. Zur Ermittlung des Reibungsbeiwerts wird das Verhältnis des Ist-Reifenrückstellmoments zu dem Referenz-Reifenrückstellmoment zugrunde gelegt. Weiterhin wird das Ist-Reifenrückstellmoment aus einer aktuellen Zahnstangenkraft berechnet, die in einer Zahnstange eines Lenksystems des Kraftfahrzeugs wirkt. A method for determining the coefficient of friction between tires of a motor vehicle and a roadway is from the publication DE 10 2009 002 245 A1 known. Here, an actual, acting on the steerable wheels of the motor vehicle actual tire restoring torque is determined and compared with a reference tire return torque. To determine the coefficient of friction, the ratio of the actual tire return torque to the reference tire return torque is used. Furthermore, the actual tire return torque is calculated from a current rack force acting in a rack of a steering system of the motor vehicle.
Bei einem aus der Druckschrift DE 10 2006 036 751 A1 bekannten Verfahren zur Regelung oder Steuerung zumindest einer Fahrzustandsgröße eines Kraftfahrzeugs wird die Seitenführungskraft an einem Reifen des Kraftfahrzeugs für die Einstellung eines Aktuators im Kraftfahrzeug gemäß einem vorgegebenen kinematischen Zusammenhang als Funktion der Zahnstangenkraft ermittelt, die in der Zahnstange des Lenksystems des Kraftfahrzeug wirkt. Außerdem wird die Zahnstangenkraft als Funktion der im Lenksystem wirkenden Lenkmomente ermittelt. In one from the publication DE 10 2006 036 751 A1 known methods for controlling or controlling at least one driving state variable of a motor vehicle, the cornering force is determined on a tire of the motor vehicle for adjusting an actuator in the motor vehicle according to a predetermined kinematic relationship as a function of the rack force acting in the rack of the steering system of the motor vehicle. In addition, the rack-and-pinion force is determined as a function of the steering moments acting in the steering system.
Ein Verfahren zum Bestimmen des Reibungsbeiwerts bei einem Kraftfahrzeug mit mindestens einem gelenkten Rad ist in der Druckschrift DE 10 2010 036 638 A1 beschrieben. Dabei wird an dem mindestens einen gelenkten Rad die Seitenführungskraft bestimmt, wobei eine Zahnstangenkraft erfasst und ein Rückstellmoment an dem gelenkten Rad in Abhängigkeit der Zahnstangenkraft sowie der Seitenführungskraft als eine Funktion eines Nachlaufs ermittelt und auf Grundlage des Rückstellmoments der Reibungsbeiwert bestimmt wird. A method for determining the coefficient of friction in a motor vehicle with at least one steered wheel is in the document DE 10 2010 036 638 A1 described. In this case, the cornering force is determined on the at least one steered wheel, wherein a racking force detected and determined a restoring moment on the steered wheel in dependence of the rack force and the cornering force as a function of caster and determined on the basis of the return torque of the coefficient of friction.
Die Abschätzung des Reibungsbeiwerts kann über verschiedene bereits bekannte Ansätze erfolgen. Beispielsweise kann während eines Brems- oder Beschleunigungsvorgangs ein Radschlupf ermittelt und daraus der Reibungsbeiwert bestimmt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, mit Hilfe einer aktuell gemessenen Querbeschleunigung ein Ausschlussverfahren durchzuführen. Dabei können bei hohen Aufbaubeschleunigungen eines Kraftfahrzeugs niedrige Reibungsbeiwerte ausgeschlossen werden, da eine hohe Querbeschleunigung auf einer glatten Fahrbahn nicht zu erreichen ist. The estimation of the coefficient of friction can be carried out by various already known approaches. For example, a wheel slip can be determined during a braking or acceleration process and the coefficient of friction determined therefrom. Another possibility is to perform an exclusion method using a currently measured lateral acceleration. In this case, low friction coefficients can be excluded at high body accelerations of a motor vehicle, since a high lateral acceleration on a slippery road surface can not be achieved.
Eine weitere Möglichkeit sieht die Nutzung eines Kraftfahrzeugmodells vor, mit dessen Hilfe ein theoretisches Rückstellmoment bzw. eine theoretische Zahnstangenkraft der Lenkung ermittelt werden kann. Dazu werden bei Durchführung bisheriger Maßnahmen diverse Eingangssignale benötigt, üblicherweise eine Querbeschleunigung, eine Gierrate, eine Kraftfahrzeuglängsgeschwindigkeit und ein Kurvenradius. Derartige für Fahrbahnen mit hohem Reibungsbeiwert geltenden Referenzwerte werden mit den Werten eines aktuell gemessenen und/oder abgeschätzten Rückstellmoments bzw. der aktuellen Zahnstangenkraft verglichen. Über ein weiteres Modell oder ein Kennfeld kann anschließend aus dem Momenten- bzw. Kraftverhältnis der Reibungsbeiwert abgeschätzt werden. Another possibility provides for the use of a motor vehicle model with the aid of which a theoretical restoring torque or a theoretical rack force of the steering can be determined. For this purpose, various input signals are required when carrying out previous measures, usually a lateral acceleration, a yaw rate, a motor vehicle longitudinal speed and a curve radius. Such reference values which apply to high friction coefficient roadways are compared with the values of a currently measured and / or estimated restoring torque or the current rack force. The coefficient of friction can then be estimated from the moment or force ratio via another model or a characteristic diagram.
Diese genannten Maßnahmen sind bspw. in den Druckschriften DE 103 19 662 A1 und DE 10 2010 036 638 A1 erwähnt. These measures are, for example, in the publications DE 103 19 662 A1 and DE 10 2010 036 638 A1 mentioned.
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1, ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 12 und ein System mit den Merkmalen von Patentanspruch 18 vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung. Against this background, a method having the features of claim 1, a method having the features of claim 12 and a system having the features of claim 18 are presented. Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, das hier beispielhaft eine Lenkanlage mit einer Zahnstange aufweist, mit der Räder an einer Achse, auf denen Reifen aufgezogen sind, inklusive zugehöriger Radaufhängungen des Kraftfahrzeugs gelenkt werden. Dabei wird das Kraftfahrzeug auf einer Fahrbahn bzw. einem Untergrund bewegt. Bei dem Verfahren wird ein Reibungsbeiwert oder eine davon abgeleitete Größe zwischen einem jeweiligen Reifen und der Fahrbahn unter Berücksichtigung eines Fahrzustands, einer Kinematik der Lenkanlage, einer Kinematik der Achse, eines Verhaltens der Reifen auf den Rädern und/oder deren Nachlaufstrecke als charakteristischer Größe bzw. Betriebszustand des Kraftfahrzeugs ermittelt. Im Verlauf einer Anwendung des Verfahrens werden sich ändernde Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs und der Reifen durch eine Lernphase, die während mindestens einer Fahrt des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird, erkannt und berücksichtigt werden und das Verfahren in Ausgestaltung entsprechend adaptiert. The method according to the invention is intended for operating a motor vehicle, which by way of example here has a steering system with a rack, with the wheels on an axle on which tires mounted, including associated suspension of the motor vehicle are steered. The motor vehicle is moved on a roadway or a subsoil. In the method, a coefficient of friction or a quantity derived therefrom between a respective tire and the roadway taking into account a driving condition, a kinematics of the steering system, a kinematics of the axle, a behavior of the tires on the wheels and / or their trailing distance as a characteristic size or Operating condition of the motor vehicle determined. In the course of an application of the method, changing operating parameters of the motor vehicle and of the tires will be recognized and taken into account by a learning phase, which is carried out during at least one drive of the motor vehicle, and the method will be adapted accordingly in design.
Der Reibungsbeiwert oder die davon abgeleitete Größe als Betriebsparameter wird zwischen einem jeweiligen Reifen und der Fahrbahn aus gemessenen Kräften und/oder Drehmomenten in der Achse, der Lenkanlage und/oder den Reifen sowie aus fahrdynamischen Betriebsparametern, bspw. der Geschwindigkeit und/oder Querbeschleunigung, des Kraftfahrzeugs ermittelt. The coefficient of friction or the quantity derived therefrom as an operating parameter is determined between measured forces and / or torques in the axle, the steering gear and / or the tires as well as from driving dynamic operating parameters, for example the speed and / or lateral acceleration, of a respective tire and the road Motor vehicle determined.
Der Reibungsbeiwert wird als Funktion, die von mindestens einem weiteren Betriebsparameter abhängig ist, berechnet. Als der mindestens eine weitere, üblicherweise fahrdynamische Betriebsparameter wird ein Lenkwinkel, eine Querbeschleunigung, die auf das Kraftfahrzeug wirkt, eine Gierrate des Kraftfahrzeugs, eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, eine auf die Zahnstange wirkende Zahnstangenkraft, ein Rückstellmoment mindestens eines Reifens und/oder ein Lenkwinkel mindestens eines Rads verwendet. The friction coefficient is calculated as a function that depends on at least one other operating parameter. As the at least one further, usually driving dynamic operating parameters is a steering angle, a lateral acceleration acting on the motor vehicle, a yaw rate of the motor vehicle, a speed of the motor vehicle, acting on the rack rack force, a restoring torque of at least one tire and / or a steering angle at least a wheel used.
In Ausgestaltung wird eine aktuelle, gemessene Zahnstangenkraft FZst_akt in einen ersten Anteil, der die Nachlaufstrecke der Reifen auf den Rädern umfasst, und in einen zweiten, konstruktiven Anteil, der eine Kinematik der Achse bzw. Achskinematik umfasst, unterteilt. Dabei wird der zweite, konstruktive Anteil hier als konstruktive Zahnstangenkraft FZst_akt_k = kSv·FSv bezeichnet, die proportional zu einer auf das Kraftfahrzeug wirkenden Seitenkraft ist. In an embodiment, a current, measured rack force F Zst_akt is subdivided into a first portion, which comprises the trailing path of the tires on the wheels, and into a second, constructive portion, which comprises a kinematics of the axle or axle kinematics. Here, the second, constructive portion is referred to here as a constructive rack force F Zst_akt_k = k Sv · F Sv , which is proportional to a side force acting on the motor vehicle.
Weiterhin wird die Nachlaufstrecke auf einer Strecke mit hohem Reibungsbeiwert in Abhängigkeit von der auf das Kraftfahrzeug wirkenden Seitenkraft FSv bestimmt. Darauf basierend wird der Referenzwert für die Zahnstangenkraft, der für eine Fahrbahn mit hohem Reibungsbeiwert zu ermitteln ist, in Ausgestaltung mit einem Wert der aktuell gemessenen Zahnstangenkraft verglichen, wobei der Reibungsbeiwert unter Berücksichtigung eines aktuellen Fahrzustands des Kraftfahrzeugs abgeschätzt wird. Furthermore, the trailing distance is determined on a route with a high coefficient of friction as a function of the lateral force F Sv acting on the motor vehicle. Based thereon, the reference value for the rack-and-pinion force to be determined for a roadway having a high coefficient of friction is compared in design with a value of the currently measured rack-and-pinion force, the coefficient of friction being estimated taking into account a current driving state of the motor vehicle.
Außerdem wird eine dynamische Radlast für mindestens ein vorderes Rad als Funktion der Querbeschleunigung oder einer dazu äquivalenten Größe, bspw. der Seitenkraft, die als fahrdynamischer Betriebsparameter auf das Kraftfahrzeug, insbesondere bei einer Kurvenfahrt, wirkt, bestimmt. Durch die Querbeschleunigung ergibt sich eine dynamische Verlagerung bzw. Änderung der Radlast, wobei eine Änderung der Radlast direkt proportional zur Querbeschleunigung ist. In addition, a dynamic wheel load is determined for at least one front wheel as a function of the lateral acceleration or an equivalent quantity, for example the lateral force, which acts as a driving dynamic operating parameter on the motor vehicle, in particular during cornering. The lateral acceleration results in a dynamic displacement or change in the wheel load, wherein a change in the wheel load is directly proportional to the lateral acceleration.
In weiterer Ausgestaltung wird die Achskinematik der Achse, insbesondere der vorderen Achse des Kraftfahrzeugs, und deren Einfluss auf ein Verhalten einer Kraft- und Drehmomentenübertragung von einem resultierenden Punkt einer Krafteinleitung in einer Aufstandsfläche bzw. Radaufstandsfläche mindestens eines Rads bis zu einem Ort einer Messung der Kraft oder des Drehmoments an der Achse berücksichtigt. In another embodiment, the axle kinematics of the axle, in particular the front axle of the motor vehicle, and their influence on a behavior of a force and torque transmission from a resultant point of force application in a footprint or wheel contact surface at least one wheel to a place of measurement of the force or the torque on the axle.
Ein Verhalten der Reifen und/oder der Nachlaufstrecke des mindestens einen Rads in dem resultierenden Punkt in der Aufstandsfläche des mindestens einen Rads und/oder Reifens auf der Fahrbahn wird durch variable Fahrbetriebszustände, durch Kräfte, die auf das mindestens eine Rad wirken, und durch unterschiedliche Lasten, die auf das mindestens eine Rad wirken, beeinflusst. A behavior of the tires and / or the trailing distance of the at least one wheel in the resulting point in the footprint of the at least one wheel and / or tire on the road is determined by variable driving conditions, by forces acting on the at least one wheel and by different ones Loads that act on the at least one wheel influenced.
Die Ermittlung des Reibungsbeiwerts oder der davon abgeleiteten Größe wird in der Regel nur dann durchgeführt, wenn nachfolgende Bedingungen erfüllt sind. Diese Bedingungen sind erfüllt, wenn die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs größer als ein hierfür vorgesehener minimaler Wert ist, wenn die Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs größer als ein hierfür vorgesehener Wert ist, wenn Einflüsse von Antriebs- und Bremsmomenten an der Achse zu vernachlässigen sind, wenn eine zweite Ableitung des Lenkwinkels nach der Zeit, d. h. eine Lenkwinkelbeschleunigung, und eine dritte Ableitung des Lenkwinkels nach der Zeit, d. h. ein Lenkwinkelruck, jeweils hierfür vorgesehene maximale Werte unterschreiten und/oder der Lenkwinkel sich außerhalb eines Bereichs des Nulldurchgangs befindet, und wenn das Verhältnis der Geschwindigkeit des Lenkwinkels zur Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und der Bremsdruck jeweils kleiner als ein hierfür vorgesehener Schwellwert sind. The determination of the coefficient of friction or the quantity derived therefrom is usually carried out only if the following conditions are met. These conditions are met when the speed of the motor vehicle is greater than a minimum value provided for this purpose, if the lateral acceleration of the motor vehicle is greater than a value provided for this, if influences of driving and braking torques on the axle are negligible, if a second derivative the steering angle after the time, d. H. a steering angular acceleration, and a third derivative of the steering angle with time, d. H. a steering angle pressure, falling below each intended maximum values and / or the steering angle is outside of a range of the zero crossing, and when the ratio of the speed of the steering angle to the speed of the motor vehicle and the brake pressure are each smaller than a threshold provided for this purpose.
In einer weiteren Ausgestaltung werden aus erfassten Betriebsparametern eine wirksame Nachlaufstrecke und eine bei hohem Reibungsbeiwert zu erwartende theoretische Nachlaufstrecke berechnet, wobei für die berechnete wirksame Nachlaufstrecke ein Ausschlusskriterium überprüft wird. Falls eine Prüfung dieses Ausschlusskriteriums positiv ausfällt, wird festgestellt, dass keine neue zuverlässige Abschätzung des Reibungsbeiwerts zwischen den Reifen und der befahrenen Fahrbahn möglich ist. Falls die Prüfung des Ausschlusskriteriums negativ ausfällt, wird ein Wert der Querbeschleunigung überprüft. Falls der Wert der Querbeschleunigung größer als ein unterer Grenzwert und kleiner als ein oberer Grenzwert ist, werden die Betriebsparameter zur Auswertung der Zahnstangenkraft erneut angepasst bzw. adaptiert, wobei für den Fall, dass die Querbeschleunigung größer als der obere Grenzwert oder gleich dem oberen Grenzwert ist, ein Vergleich von Werten einer theoretischen Nachlaufstrecke mit Werten der wirksamen Nachlaufstrecke durchgeführt wird. Falls Werte der theoretischen Nachlaufstrecke kleiner als Werte der wirksamen Nachlaufstrecke sind, werden die Betriebsparameter zur Auswertung der Zahnstangenkraft erneut angepasst. Falls Werte für die theoretische Nachlaufstrecke und die wirksame Nachlaufstrecke um maximal einen Toleranzwert voneinander abweichen, wird ermittelt, dass die Querbeschleunigung aktuell zu gering ist, und dass keine neue zuverlässige Abschätzung des Reibungsbeiwerts zwischen den Reifen und der befahrenen Fahrbahn möglich ist. Falls Werte der theoretischen Nachlaufstrecke um den Toleranzwert größer als jene der wirksamen Nachlaufstrecke sind, wird ein maximal nutzbarer Kraftschluss und somit der Reibungsbeiwert abgeschätzt. In a further refinement, an effective follow-up distance and a theoretical follow-up distance to be expected in the case of a high coefficient of friction are calculated from recorded operating parameters, an exclusion criterion being checked for the calculated effective follow-up distance. If a test of this exclusion criterion is positive, it is determined that no new reliable estimation of the coefficient of friction between the tires and the driven lane is possible. If the check of the exclusion criterion is negative, a value of the lateral acceleration is checked. If the value of the lateral acceleration is greater than a lower limit value and less than an upper limit value, the operating parameters for evaluating the rack force are readjusted or adapted, in the event that the lateral acceleration is greater than the upper limit value or equal to the upper limit value , a comparison of values of a theoretical trailing path with values of the effective trailing path is carried out. If values of the theoretical trailing distance are smaller than values of the effective trailing distance, the operating parameters for evaluating the rack force are adjusted again. If values for the theoretical caster distance and the effective caster distance differ by a maximum of one tolerance value, it is determined that the lateral acceleration is currently too low, and that no new reliable estimate of the coefficient of friction between the tires and the traveled lane is possible. If values of the theoretical trailing distance are greater than those of the effective trailing distance by the tolerance value, a maximum usable frictional connection and thus the coefficient of friction is estimated.
Außerdem wird im Rahmen des Verfahrens für mindestens eine Kenngröße des Kraftfahrzeugs, bspw. der Lenkanlage, mindestens eines Rads und/oder Reifens, bzw. für einen kraftfahrzeugspezifischen Betriebsparameter ein gespeicherter Wert für die mindestens eine Kenngröße berücksichtigt. Dabei wird zu regelmäßigen Zeitpunkten und/oder bei Vorliegen eines charakteristischen Betriebsbereichs bzw. Betriebszustands des Kraftfahrzeugs ein aktueller Wert für die mindestens eine Kenngröße des Kraftfahrzeugs ermittelt und der bislang gespeicherte Wert für die mindestens eine Kenngröße an den aktuellen Wert adaptiert, wobei die mindestens eine Kenngröße aktualisiert wird. Eine derartige Kenngröße ist z. B. ein Beladungszustand des Kraftfahrzeugs oder eine Profiltiefe sowie ein Luftdruck des mindestens einen Reifens. Unter Berücksichtigung des charakteristischen Betriebsbereichs des Kraftfahrzeugs werden bei Durchführung des Verfahrens veränderte Kenngrößen des Kraftfahrzeugs und/oder des mindestens einen Reifens erkannt und das Verfahren entsprechend adaptiert bzw. angepasst. Somit ist eine Langzeit-Güte des Verfahrens zu verbessern. Üblicherweise kann der dabei zu nutzende Betriebsbereich so gewählt werden, dass dort verfahrensbedingt keine Messung des Reibungsbeiwerts stattfindet. Regelmäßige Zeitpunkte, zu denen eine Überwachung der mindestens einen Kenngröße und ggf. eine Anpassung des Verfahrens durchgeführt wird, werden anhand eines ggf. variabel einstellbaren Zeitintervalls, bspw. einer Minute, einer Stunde oder eines Tags, festgelegt und/oder wiederholt. Ein derartiges Zeitintervall kann unter Berücksichtigung einer jeweiligen Laufzeit des Kraftfahrzeugs unabhängig von einem Stillstand des Kraftfahrzeugs eingestellt werden. In addition, in the context of the method, at least one parameter of the motor vehicle, for example the steering system, at least one wheel and / or tire, or for a motor vehicle-specific operating parameter, a stored value for the at least one characteristic is taken into account. In this case, a current value for the at least one parameter of the motor vehicle is determined at regular times and / or in the presence of a characteristic operating range or operating state of the motor vehicle and adapted the previously stored value for the at least one parameter to the current value, wherein the at least one parameter is updated. Such a characteristic is z. B. a load state of the motor vehicle or a tread depth and an air pressure of the at least one tire. Taking into account the characteristic operating range of the motor vehicle, modified parameters of the motor vehicle and / or of the at least one tire are detected when the method is carried out and the method is adapted or adapted accordingly. Thus, a long-term quality of the method is to be improved. Usually, the operating range to be used in this case can be chosen such that there is no measurement of the coefficient of friction due to the process. Regular times at which a monitoring of the at least one parameter and possibly an adaptation of the method is carried out are determined and / or repeated on the basis of an optionally variably adjustable time interval, for example one minute, one hour or one day. Such a time interval can be adjusted taking into account a respective running time of the motor vehicle independently of a standstill of the motor vehicle.
Das weitere erfindungsgemäße Verfahren ist zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, das eine Lenkanlage mit einer Zahnstange aufweist, mit der Räder an einer Achse, auf denen Reifen aufgezogen sind, inklusive zugehöriger Radaufhängungen des Kraftfahrzeugs gelenkt werden, wobei das Kraftfahrzeug auf einer Fahrbahn bewegt wird. Hierbei werden in einer Lernphase, die während mindestens einer Fahrt des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird, Wertepaare jeweils aus Werten für eine aktuelle Zahnstangenkraft FZst_akt der Zahnstange sowie aus Werten für eine auf das Kraftfahrzeug wirkende, aktuelle Seitenkraft FSv_akt, die aus fahrdynamischen Betriebsparametern berechnet werden, ermittelt. Hierbei wird aus mehreren Wertepaaren eine Steigung makt für mindestens eine Gerade, die eine Proportionalität zwischen der aktuellen Zahnstangenkraft FZst_akt und der aktuellen Seitenkraft FSv_akt beschreibt, ermittelt, wobei für die Steigung makt gilt: The further method according to the invention is intended for operating a motor vehicle which has a steering system with a toothed rack, with which wheels are guided on an axle on which tires are mounted, including associated wheel suspensions of the motor vehicle, wherein the motor vehicle is moved on a roadway. In this case, in a learning phase which is carried out during at least one drive of the motor vehicle, value pairs are respectively calculated from values for a current rack force F Zst_akt of the rack and from values for a current side force F Sv_akt acting on the motor vehicle, which are calculated from driving dynamic operating parameters. determined. Here, a plurality of pairs of values a slope m act for at least one line that describes a proportionality between the current rack force F Zst_akt and the current side force F Sv_akt determined, wherein m akt applies to the slope:
Somit wird in Ausgestaltung zum Bestimmen des Reibungsbeiwerts u. a. ein Zusammenhang zwischen der Zahnstangenkraft FZst und der Querbeschleunigung bzw. der Seitenkraft FSv, die auf das Kraftfahrzeug wirkt, genutzt. Die aktuell wirkende Seitenkraft wird hierzu aus Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs, bspw. fahrdynamischen bzw. kinematischen Größen zum Beschreiben einer Bewegung des Kraftfahrzeugs, berechnet. Thus, in an embodiment for determining the friction coefficient, inter alia, a relationship between the rack force F Zst and the lateral acceleration or the lateral force F Sv , which acts on the motor vehicle, used. For this purpose, the currently acting lateral force is calculated from operating parameters of the motor vehicle, for example driving dynamics or kinematic variables, for describing a movement of the motor vehicle.
Nach der Lernphase wird über einen Gefahrenindikator GI eine mögliche Abweichung der aktuellen Zahnstangenkraft FZst_akt von der Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref unter Berücksichtigung einer konstruktiven Zahnstangenkraft FZst_akt_k bestimmt, wobei für den Gefahrenindikator GI gilt: After the learning phase, a possible deviation of the actual rack force F Zst_akt from the reference rack force F Zst_ref is determined via a danger indicator GI taking into account a constructive rack force F Zst_akt_k , whereby the following applies to the danger indicator GI:
Die Lernphase wird in der Regel dann durchgeführt, nachdem Räder des Kraftfahrzeugs mit Reifen neu bereift worden sind. The learning phase is usually carried out after wheels of the motor vehicle have been repurposed with tires.
Außerdem kann das Verfahren mit einem geringstmöglichen Signal-Umfang betrieben werden, so dass nur eine geringe Anzahl von Werten von Betriebsparametern, die üblicherweise einem Steuergerät über Signale bereitgestellt werden, erforderlich ist. Dies betrifft beispielsweise Werte für den eingeschlagenen Lenkwinkel mindestens eines Rads, die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Vorwärts- bzw. Längsrichtung und/oder die Querbeschleunigung. Von dem Steuergerät des Kraftfahrzeugs wird nur die geringe Anzahl an gemessenen und/oder ermittelten Werten von Betriebsparametern verwendet, um keine weitere Messtechnik und hohe Steuergeräte-Ressourcen einsetzen zu müssen. In addition, the method can be operated with the lowest possible signal volume, so that only a small number of values of operating parameters, which are usually provided to a control unit via signals, are required. This relates for example to values for the steering angle of at least one wheel, the speed of the motor vehicle in the forward or longitudinal direction and / or the lateral acceleration. Only a small number of measured and / or determined values of operating parameters are used by the control unit of the motor vehicle in order to avoid having to use any further measuring technology and high control unit resources.
Das erfindungsgemäße System bzw. eine entsprechende Anordnung ist zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs ausgebildet, das eine Lenkanlage mit einer Zahnstange aufweist, mit der Räder an einer Achse, auf denen Reifen aufgezogen sind, inklusive zugehöriger Radaufhängungen des Kraftfahrzeugs gelenkt werden, wobei das Kraftfahrzeug auf einer Fahrbahn bewegt wird. Das System umfasst ein Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, einen Reibungsbeiwert oder eine davon abgeleitete Größe zwischen einem jeweiligen Reifen und der Fahrbahn unter Berücksichtigung eines Fahrzustands, einer Kinematik der Lenkanlage, einer Kinematik der Achse, eines Verhaltens der Reifen auf den Rädern und/oder deren Nachlaufstrecke als charakteristischer Größe zu ermitteln. Das Steuergerät ist weiterhin dazu ausgebildet, sich ändernde Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs und der Reifen durch eine Lernphase, die während mindestens einer Fahrt des Kraftfahrzeugs durchzuführen ist, zu erkennen und zu berücksichtigen. The system according to the invention or a corresponding arrangement is designed for operating a motor vehicle which has a steering system with a toothed rack, with which wheels are steered on an axle on which tires are mounted, including associated wheel suspensions of the motor vehicle, the motor vehicle being mounted on a roadway is moved. The system includes a control unit configured to calculate a coefficient of friction or a quantity derived therebetween between a respective tire and the road in consideration of a running condition, a steering mechanism kinematics, a kinematics of the axle, a behavior of the tires on the wheels, and / or determine their caster distance as a characteristic size. The control unit is further configured to recognize and take account of changing operating parameters of the motor vehicle and of the tires by a learning phase that is to be carried out during at least one drive of the motor vehicle.
Im Rahmen der vorgestellten Verfahren wird mit der mindestens einen Gerade mit der Steigung makt ein linearer Ansatz zum Ermitteln der Seitenkraft bzw. Querbeschleunigung genutzt. Der Reibungsbeiwert ist alternativ oder ergänzend lediglich unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und des Lenkwinkels mindestens eines Rads zu ermitteln. In einer weiteren Ausgestaltung wird bzw. werden zum Bestimmen des Reibungsbeiwerts die Achskinematik der Achse und/oder die Lenkkinematik der Lenkanlage zur genaueren Bestimmung des Reibungsbeiwerts berücksichtigt. In the context of the presented method, a linear approach for determining the lateral force or lateral acceleration is used with the at least one straight line with the gradient m act . The coefficient of friction is alternatively or additionally determined only taking into account the speed of the motor vehicle and the steering angle of at least one wheel. In another embodiment, the axle kinematics of the axle and / or the steering kinematics of the steering system are taken into account for determining the coefficient of friction for more precise determination of the coefficient of friction.
Das hier vorgestellte Verfahren basiert auf der Ableitung von Kraft- bzw. Drehmomentenverhältnissen im Bereich radführender Komponenten des Kraftfahrzeugs. Dies kann bspw. durch die Ermittlung einer Zahnstangenkraft in der Lenkanlage des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden. Ein sich dabei ergebendes Signal kann aus internen Betriebsparametern der Lenkanlage abgeleitet werden, wie dies z. B. bei Umsetzung einer Maßnahme für ein sog. Electric-Power-Steering (EPS) möglich ist. Alternativ werden Maßnahmen zum Messen äquivalenter Kräfte bzw. Momente, z. B. mittels einer zusätzlich angebrachten Sensorik im Bereich einer Radführung, bspw. durch Dehnmessstreifen an Spurstangen oder einer Momenten-Sensorik, eingesetzt. The method presented here is based on the derivation of force or torque ratios in the area of wheel-guiding components of the motor vehicle. This can be done, for example, by determining a rack force in the steering system of the motor vehicle. A resulting signal can be derived from internal operating parameters of the steering system, as z. B. in implementing a measure for a so-called. Electric Power Steering (EPS) is possible. Alternatively, measures for measuring equivalent forces or moments, z. B. by means of an additionally mounted sensors in the field of a wheel, for example. By strain gauges on tie rods or torque sensors used.
Falls nur für zwei der genannten Betriebsparameter, hier bspw. für die Geschwindigkeit und den Lenkwinkel, eingehende Signale mit gemessenen Werten zur Verfügung stehen, wird zum Bestimmen des Reibungsbeiwerts ein Simulationsmodell eingesetzt, für das mindestens eine Annahme getroffen wird und/oder in das mindestens eine Abfrage integriert ist. If only for two of the mentioned operating parameters, here for example for the speed and the steering angle, incoming signals with measured values are available, a simulation model is used to determine the friction coefficient for which at least one assumption is made and / or in the at least one Query is integrated.
In Ausgestaltung wird der Reibungsbeiwert der Reifen des Kraftfahrzeugs auf der Fahrbahn über eine Veränderung eines Rückstellmoments des mindestens einen Reifens geschätzt. In an embodiment, the friction coefficient of the tires of the motor vehicle on the roadway is estimated via a change in a restoring torque of the at least one tire.
Tritt eine signifikante Abweichung von aktuell gemessenen Wertepaaren von einer Geraden auf, die bei Hochreibwertverhältnissen und somit bei einem hohen Reibungsbeiwert ermittelt wurde, kann durch einen Grad der Abweichung eine Abnahme des Reibungsbeiwerts quantifiziert werden. If a significant deviation from currently measured value pairs occurs from a straight line which was determined at high frictional value ratios and thus at a high coefficient of friction, a degree of the deviation can be used to quantify a decrease in the coefficient of friction.
Solange von einem Reifen weniger als ca. 50% des verfügbaren Reibungsbeiwerts µ ausgenutzt werden, treten keine merklichen Gleitbewegungen in der Reifenaufstandsfläche auf. Dadurch ist die Nachlaufstrecke des Reifens näherungsweise konstant, d. h. die Seitenkraft greift immer im gleichen Abstand hinter einer Mitte des Reifens bzw. des Rads an. Hierdurch steigt das Rückstellmoment des Reifens proportional zur übertragenen Seitenkraft. Zumindest bei kleinen Lenkwinkeln ist die Zahnstangenkraft zum Rückstellmoment des Reifens ebenfalls proportional, somit ist zwischen der aktuellen Zahnstangenkraft FZst_akt und der aktuellen Seitenkraft FSv_akt näherungsweise die Proportionalität gegeben. Falls deutlich mehr als 50% des Reibungsbeiwerts ausgenutzt werden, so beginnt der Reifen im hinteren Bereich der Reifenaufstandsfläche zu gleiten, wobei die Nachlaufstrecke abnimmt. Die gemessene Zahnstangenkraft wird dadurch geringer. Aus der Abweichung zwischen der auftretenden Zahnstangenkraft und der Zahnstangenkraft, die bei dieser Seitenkraft aus der zuvor angelernten Proportionalität zwischen der Zahnstangenkraft und der Seitenkraft berechnet wird, kann auf den momentan verfügbaren Kraftschluss zwischen dem Reifen und der Fahrbahn geschlossen werden. As long as less than about 50% of the available coefficient of friction μ is utilized by a tire, no noticeable sliding movements occur in the tire contact patch. As a result, the trailing distance of the tire is approximately constant, ie the lateral force always attacks at the same distance behind a center of the tire or the wheel. As a result, the restoring torque of the tire increases in proportion to the transferred lateral force. At least for small steering angles, the rack-and-pinion force is also proportional to the restoring torque of the tire, so the approximate proportionality between the actual rack-and-pinion force F Zst_akt and the current side force F Sv_akt is approximated. If significantly more than 50% of the Friction coefficient be exploited, the tire begins to slide in the rear of the tire contact patch, the trailing distance decreases. The measured rack force is thereby reduced. From the deviation between the occurring rack force and the rack force, which is calculated at this side force from the previously learned proportionality between the rack force and the lateral force, can be concluded that the currently available adhesion between the tire and the road.
In weiterer Ausgestaltung wird berücksichtigt, dass die Nachlaufstrecke von einer Seitenkraft, die auf das Kraftfahrzeug wirkt, abhängig ist. Üblicherweise wird die Nachlaufstrecke auf einer Strecke mit hohem Reibungsbeiwert µ in Abhängigkeit von der wirkenden Seitenkraft bestimmt. Die Nachlaufstrecke nimmt als Funktion der Radlast durch eine größere Aufstandsfläche eines Rads zu, wobei eine maximale Seitenkraft und die Aufstandsfläche nahezu proportional zu einer Zunahme einer jeweiligen Radlast steigen. In a further embodiment, it is considered that the trailing distance is dependent on a lateral force which acts on the motor vehicle. Usually, the trailing distance is determined on a route with a high coefficient of friction μ as a function of the acting lateral force. The trailing distance increases as a function of the wheel load by a larger footprint of a wheel, wherein a maximum lateral force and the footprint increase almost in proportion to an increase of a respective wheel load.
In der Regel werden Werte für einen eingeschlagenen Lenkwinkel mindestens eines Rads und für eine Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs von einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs als gemessene Betriebsparameter verwendet. As a rule, values for a selected steering angle of at least one wheel and for a longitudinal speed of the motor vehicle are used by a control device of the motor vehicle as measured operating parameters.
Üblicherweise wird eine Seitenkraft berechnet, die an einer als Vorderachse ausgebildeten Achse und/oder lenkbaren Achse des Kraftfahrzeugs wirkt. Usually, a lateral force is calculated which acts on an axle formed as a front axle and / or steerable axle of the motor vehicle.
Die wirksame Nachlaufstrecke wird in Ausgestaltung berechnet. Dies kann bedeuten, dass ein hoher Reibungsbeiwert µ bzw. ein Hochreibungsbeiwert, der sich theoretisch auf die wirksame Nachlaufstrecke auswirkt, berechnet wird. The effective overrun distance is calculated in an embodiment. This may mean that a high coefficient of friction μ or a high friction coefficient, which theoretically affects the effective tracking distance, is calculated.
Die theoretische Nachlaufstrecke ist hier jene Nachlaufstrecke, die sich am Reifen ergibt, wenn keine Gleitbewegungen auftreten und optimale Bedingungen für den Reibungsbeiwert herrschen. Unter der Annahme, dass die theoretische Nachlaufstrecke unabhängig von der wirkenden Seitenkraft bzw. Querbeschleunigung konstant ist, ist aus der theoretischen Nachlaufstrecke die Proportionalität zwischen der Zahnstangenkraft und die Seitenkraft, die mit der hierfür vorgesehenen Gerade darstellbar ist, abzuleiten. Die wirksame Nachlaufstrecke ist hingegen die tatsächlich im Fahrbetrieb an den Reifen wirkende Nachlaufstrecke. Bei geringer Ausnutzung des Reibungsbeiwerts sind die beiden Nachlaufstrecken in guter Näherung identisch. Bei einer Ausnutzung von deutlich mehr als 50% des Reibungsbeiwerts ist die wirksame Nachlaufstrecke merklich geringer als die theoretische Nachlaufstrecke. Die dabei auftretende Zahnstangenkraft wird somit ebenfalls geringer. The theoretical caster distance here is the caster distance which results on the tire when no sliding movements occur and optimal conditions for the friction coefficient prevail. Assuming that the theoretical caster distance is constant independently of the lateral force acting or lateral acceleration, the proportionality between the rack force and the lateral force, which can be represented by the straight line provided for this purpose, can be derived from the theoretical caster distance. The effective overrun distance, on the other hand, is actually the overrun track that actually acts on the tire while driving. With low utilization of the coefficient of friction, the two overrun sections are to a good approximation identical. At a utilization of significantly more than 50% of the coefficient of friction, the effective overrun distance is noticeably less than the theoretical overrun distance. The occurring rack power is thus also lower.
In einer möglichen Ausgestaltung wird für die berechnete wirksame Nachlaufstrecke das Ausschlusskriterium überprüft. Hierbei wird für den Fall, dass der Wert der Querbeschleunigung größer als ein unterer Grenzwert, von z. B. 0,5 m/s2, und/oder kleiner als ein oberer Grenzwert, von z. B. 1 m/s2, ist, die Betriebsparameter zur Auswertung der Zahnstangenkraft erneut angepasst werden. Falls die Querbeschleunigung größer als der obere Grenzwert oder gleich dem oberen Grenzwert ist, wird ein Vergleich von Werten einer theoretischen Nachlaufstrecke nR_theo mit Werten einer wirksamen Nachlaufstrecke nR_wirk durchgeführt. In one possible embodiment, the exclusion criterion is checked for the calculated effective overrun distance. In this case, in the event that the value of the lateral acceleration is greater than a lower limit, z. B. 0.5 m / s 2 , and / or less than an upper limit, z. B. 1 m / s 2 , is the operating parameters for the evaluation of the rack force to be adjusted again. If the lateral acceleration is greater than the upper limit value or equal to the upper limit value, a comparison of values of a theoretical trailing distance n R_theo with values of an effective trailing distance n R_wirk is performed.
Dabei wird einer Schätzung des Reibungsbeiwerts nur dann vertraut, wenn das Ausschlusskriterium nicht erfüllt ist, wobei zur Beurteilung des Ausschlusskriteriums bspw. Werte des Antriebsmoments an der Achse, eine Beschleunigung d2δ/dt2 des Lenkwinkels δ sowie eine Ableitung der Beschleunigung des Lenkwinkels betrachtet wird, wodurch vermieden wird, dass bei einer stark schwankenden Beschleunigung d2δ/dt2 des Lenkwinkels Nulldurchgänge der Beschleunigung d2δ/dt2 des Lenkwinkels als gültig angesehen werden. Als weitere Betriebsparameter werden ein Verhältnis der Geschwindigkeit dδ/dt des Lenkwinkels zur Geschwindigkeit vx des Kraftfahrzeugs und der Bremsdruck betrachtet. Das Ausschlusskriterium liegt vor, wenn ein Wert eines der voranstehend genannten Betriebsparameter größer als ein jeweils hierfür zu definierender und/oder festzulegender Grenzwert ist. In this case, an estimate of the coefficient of friction is only trusts if the exclusion criterion is not satisfied, for example evaluating the exclusion criterion considered values of the drive torque on the axle, an acceleration d 2 δ / dt 2 of the steering angle δ and a derivative of the acceleration of the steering angle is avoided, thereby avoiding that at a strongly fluctuating acceleration d 2 δ / dt 2 of the steering angle zero crossings of the acceleration d 2 δ / dt 2 of the steering angle are considered valid. As a further operating parameter, a ratio of the speed dδ / dt of the steering angle to the speed v x of the motor vehicle and the brake pressure are considered. The exclusion criterion is when a value of one of the above-mentioned operating parameters is greater than a respective limit value to be defined and / or defined for this purpose.
Alternativ oder ergänzend wird eine Schätzung des Reibungsbeiwerts nur dann durchgeführt, falls die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs größer als ein hierfür vorgesehener Minimalwert ist, damit unter anderem eine Auflösung der Gierrate bzw. Giergeschwindigkeit ausreichend genau ist, und falls von einem Fahrwerkregelsystem kein Regeleingriff vorliegt. Alternatively or additionally, an estimate of the coefficient of friction is only carried out if the speed of the motor vehicle is greater than a minimum value provided for this, so that inter alia a resolution of the yaw rate or yaw rate is sufficiently accurate, and if there is no control intervention by a chassis control system.
In weiterer Ausgestaltung wird der Fall berücksichtigt, dass eine wirksame Nachlaufstrecke größer als die theoretische Nachlaufstrecke ist. Demnach entsprechen Werte von Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs nicht hierfür vorgesehenen Werten, die zur Bestimmung der theoretischen Nachlaufstrecke verwendet worden sind. In diesem Fall wird die ermittelte Nachlaufstrecke zum Anpassen der Betriebsparameter zur Auswertung der Zahnstangenkraft verwendet. Falls jedoch der Wert der wirksamen Nachlaufstrecke kleiner als der hierfür vorgesehene theoretische Wert wird, wird dieser Wert zur Abschätzung des maximal nutzbaren Reibungsbeiwerts verwendet. In a further embodiment, the case is taken into account that an effective trailing distance is greater than the theoretical trailing distance. Accordingly, values of operating parameters of the motor vehicle do not correspond to values provided for this, which have been used to determine the theoretical tracking distance. In this case, the determined overrun distance for adjusting the operating parameters for evaluation the rack power used. However, if the value of the effective trailing distance becomes smaller than the theoretical value provided therefor, this value is used to estimate the maximum usable coefficient of friction.
In der Regel wird eine Abhängigkeit des Reibungsbeiwerts entweder durch eine mathematische Funktion oder durch ein Kennfeld dargestellt, wobei für den Fall, dass eine ermittelte, wirksame Nachlaufstrecke unterhalb eines Grenzwerts liegt, der von der Seitenkraft abhängig ist, und kein Ausschlusskriterium vorliegt, der Reibungsbeiwert geschätzt wird. In general, a dependency of the coefficient of friction is represented either by a mathematical function or by a characteristic map, wherein in the event that a determined, effective trailing distance is below a limit value which depends on the lateral force and no exclusion criterion exists, the coefficient of friction is estimated becomes.
Das erfindungsgemäße System bzw. die entsprechende Anordnung umfasst mindestens einen Sensor zum Erfassen von mindestens einem bspw. fahrdynamischen und/oder kraftfahrzeugspezifischen Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs und ist dazu ausgebildet, das voranstehend vorgestellte Verfahren durchzuführen. The system according to the invention or the corresponding arrangement comprises at least one sensor for detecting at least one, for example, driving dynamics and / or motor vehicle-specific operating parameter of the motor vehicle and is designed to carry out the method presented above.
Das Steuergerät umfasst ein Modul, das zum Schätzen des Reibungsbeiwerts µ unter Berücksichtigung eines Simulationsmodells ausgebildet ist. The control unit comprises a module which is designed to estimate the friction coefficient μ taking into account a simulation model.
Das Steuergerät ist zudem dazu ausgebildet, einen Referenzwert für die Zahnstangenkraft ausschließlich aus einem Lenkwinkel mindestens eines Rads und einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu bestimmen. The control unit is also designed to determine a reference value for the rack-and-pinion force exclusively from a steering angle of at least one wheel and a speed of the motor vehicle.
Das vorgestellte Verfahren ist üblicherweise adaptiv durchführbar, wobei diverse, üblicherweise kraftfahrzeugspezifische Betriebsparameter bzw. Kenngrößen des Kraftfahrzeugs über dessen Lebensdauer, bspw. durch betriebsbegleitende Aktualisierungen, anzupassen sind. The presented method is usually adaptive feasible, wherein various, usually motor vehicle-specific operating parameters or characteristics of the motor vehicle over its lifetime, for example. By in-service updates are adjusted.
Das Verfahren erreicht durch Betrachtung des Reifennachlaufs als charakteristischer Größe zur Ermittlung des Reibungsbeiwerts eine hohe Stabilität. Hierbei ist eine Radlastverteilung (links – rechts) an der Vorderachse aufgrund einer Querbeschleunigung bei einer Kurvenfahrt zu berücksichtigen. Außerdem ist eine Kinematik der Vorderachse und deren Einfluss eines Verhaltens der Kraftübertragung auf die Spurstangen zu berücksichtigen. Bei dem Verfahren werden eine Funktion der Reifen, eine Beeinflussung eines Reifennachlaufs und ein resultierender Krafteinleitungspunkt in die Reifenaufstandsfläche durch Reifen-Längs-Kräfte und Reifen-Quer-Kräfte sowie unterschiedliche Radlasten betrachtet, wobei die Vorderachse auch durch einen Motor des Kraftfahrzeugs angetrieben werden kann. The method achieves high stability by considering the tire slip as a characteristic amount for determining the friction coefficient. Here, a wheel load distribution (left - right) on the front axle due to a lateral acceleration when cornering must be considered. In addition, a kinematics of the front axle and their influence of a behavior of the power transmission to the tie rods to be considered. In the method, a function of the tires, an influence of a tire wake and a resultant force introduction point in the tire footprint by tire longitudinal forces and transverse tire forces and different wheel loads are considered, wherein the front axle can also be driven by an engine of the motor vehicle.
Somit ist eine Reduktion notwendiger Betriebsparameter auf den Lenkwinkel und die Geschwindigkeit zum Vereinfachen des Verfahrens und zur schnellen Realisierung auf einem EPS-Steuergerät mit einfacher Algorithmik möglich. Thus, a reduction of necessary operating parameters on the steering angle and the speed to simplify the process and for quick implementation on an EPS controller with simple algorithms is possible.
Bei dem Verfahren wird in weiterer Ausgestaltung während mindestens einer Fahrt des Kraftfahrzeugs eine das Reifenrückstellmoment charakterisierende Größe als Betriebsparameter in Relation zur wirksamen Seitenkraft, die an diesem Rad zwischen Reifen und Fahrbahn wirkt, gesetzt. Diese Betrachtung kann auch achsweise oder auf das gesamte Kraftfahrzeug bezogen durchgeführt werden. In the method, in a further refinement, during at least one drive of the motor vehicle, a variable characterizing the tire return torque is set as the operating parameter in relation to the effective lateral force acting on this wheel between the tire and the roadway. This consideration can also be carried out axle by axle or based on the entire motor vehicle.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird bspw. angenommen, dass zwischen der aktuellen Zahnstangenkraft und der aktuellen Seitenkraft der über die Gerade darstellbare linearer Zusammenhang besteht. Bei einer hierbei zu berücksichtigenden Näherung werden alle nichtlinearen Effekte aus einer Radaufhängung des Kraftfahrzeugs, die z. B. von Lenkwinkeln und Wankwinkeln abhängig sind, vernachlässigt. Dabei wird aus mehreren Wertepaaren eine Steigung makt für mindestens eine Gerade bzw. Ausgleichsgerade, die eine Proportionalität zwischen der Zahnstangenkraft und der Seitenkraft beschreibt, ermittelt. In one embodiment of the method, for example, it is assumed that there is a linear relationship between the current rack force and the current lateral force that can be represented by the straight line. In an approximation to be considered in this case, all nonlinear effects from a suspension of the motor vehicle, the z. B. of steering angles and roll angles are neglected. In this case, from a plurality of pairs of values, a gradient m.sub.actu is determined for at least one straight line or equalizing straight line which describes a proportionality between the rack-and-pinion force and the lateral force.
Somit wird die zu ermittelnde Steigung makt bei dieser Ausgestaltung über eine Ausgleichsrechnung berechnet, wobei das Produkt aus den Wertepaaren FZst_akt(t) für die aktuelle Zahnstangenkraft und FSv_akt(t) für die aktuelle Seitenkraft, die jeweils zu demselben Zeitpunkt ermittelt werden, gebildet und anschließend aufsummiert wird. Eine dabei ermittelte Summe wird durch die Summe aller Quadrate der zu den Zeitpunkten jeweils ermittelten Seitenkräften FSv_akt(t) geteilt. Thus, the slope m akt to be determined in this embodiment is calculated via a compensation calculation, wherein the product of the value pairs F Zst_akt (t) for the current rack force and F Sv_akt (t) for the current side force, which are determined at the same time, is formed and then added up. A sum determined in this case is divided by the sum of all squares of the lateral forces F Sv_akt (t) respectively determined at the times.
Alternativ wird eine Gleichung für eine Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref = makt·FSv + b und somit für eine Soll-Zahnstangenkraft, die bei Betrieb des Kraftfahrzeugs herrschen sollte, ermittelt. Dabei wird mit einem konstanten Wert b ein Offset und/oder ein Wert für eine konstruktive Zahnstangenkraft FZst_akt_k beschrieben. Die Steigung makt hängt u. a. von einem Druck und einer Temperatur eines Reifens eines Rads ab. Alternatively, an equation for a reference rack force F Zst_ref = m akt · F Sv + b and thus for a desired rack force, which should prevail during operation of the motor vehicle, is determined. In this case, an offset and / or a value for a constructive rack force F Zst_akt_k is described with a constant value b. The slope m akt depends inter alia on a pressure and a temperature of a tire of a wheel.
Werte für die aktuelle Zahnstangenkraft FZst_akt werden zu deren Ermittlung gemessen oder alternativ berechnet, wohingegen Werte für eine auf das Kraftfahrzeug wirkende Seitenkraft FSv zu deren Ermittlung berechnet oder alternativ gemessen werden. Values for the current rack force F Zst_akt are measured for their determination or alternatively calculated, whereas values for a side force F Sv acting on the motor vehicle are calculated for their determination or alternatively measured.
Zum Bestimmen der Steigung makt wird ein direkter Zusammenhang zwischen der gemessenen, aktuellen Zahnstangenkraft FZst_akt und der aktuellen Seitenkraft FSv_akt ausgewertet. Alternativ können auch Wertepaare aus Werten der Zahnstangenkraft FZst_akt und zugeordneten Werten der Querbeschleunigung ausgewertet werden. In order to determine the slope m.sub.akt , a direct relationship between the measured, actual rack force F.sub.Zst_akt and the current side force F.sub.S_akt is evaluated. Alternatively, value pairs can also be evaluated from values of the rack force F Zst_akt and associated values of the lateral acceleration.
Zum Ermitteln der aktuellen Zahnstangenkraft FZst_akt bei nicht konstantem Lenkwinkel δ kann ein Wert für die bspw. gemessene Zahnstangenkraft FZst_gem mit zumindest einem Korrekturwert FZst_korr korrigiert werden. Für die aktuelle Zahnstangenkraft gilt: For determining the current rack force F Zst_akt at a non-constant steering angle δ, a value for the, for example, measured rack force F Zst_gem can be corrected with at least one correction value F Zst_korr . For the current rack power applies:
Hierbei ist FZst_gem die gemessene Zahnstangenkraft, JRad eine Massenträgheit jener Komponenten, u. a. der Räder, des Kraftfahrzeugs, die bei einer Lenkung um den Lenkwinkel δ bewegt werden. d2 δ/dt2 bzw. δ ist eine Lenkbeschleunigung, ΘRad eine rotatorische Massenträgheit der Räder, d δ/dt bzw. δ eine Lenkgeschwindigkeit, nRad eine Drehzahl eines bewegten Rads und hw ein wirksamer Spurhebel. cγ ist das Verhältnis der Sturzänderung bezogen auf eine Lenkwinkeländerung beim Einschlagen der Räder. Ein erster Korrekturwert FZst_korr1 beschreibt eine Massenträgheit, für die gilt: FZst_korr1 = –JRad·δ Here, F Zst_gem is the measured rack force, J Rad is an inertia of those components, including the wheels of the motor vehicle, which are moved by the steering angle δ in a steering. d 2 δ / dt 2 or δ is a steering acceleration, Θ Rad a rotational inertia of the wheels, d δ / dt or δ a steering speed, n wheel is a speed of a moving wheel and h w is an effective steering lever. c γ is the ratio of the camber change with respect to a change in steering angle when the wheels are turned. A first correction value F Zst_korr1 describes a mass inertia, for which the following applies: F Zst_korr1 = -J Rad · δ
Ein zweiter Korrekturwert FZst_korr2 beschreibt Kreiselkräfte, wobei gilt: A second correction value F Zst_korr2 describes centrifugal forces , where:
In der Regel wird hier nur der erste Korrekturwert FZst_korr1 verwendet. Eine ergänzende Verwendung des zweiten Korrekturwerts FZst_korr2 ist nur optional vorgesehen. As a rule, only the first correction value F Zst_korr1 is used here. An additional use of the second correction value F Zst_korr2 is only optional.
Auf Basis einer aktuell ermittelten charakteristischen Größe des Reifenrückstellmoments und einer zusätzlichen Größe, die zur aktuell wirkenden Seitenkraft äquivalent ist, wird auf einen aktuell verfügbaren Kraftschluss zwischen der Fahrbahn und den auf den Rädern aufgezogenen Reifen und somit den Reibungsbeiwert µ geschlossen. On the basis of a currently determined characteristic size of the tire return torque and an additional variable which is equivalent to the currently acting lateral force, a currently available adhesion between the road and the tires mounted on the wheels and thus the coefficient of friction μ is concluded.
Das Reifenrückstellmoment bzw. Rückstellmoment des Reifens entsteht dadurch, dass die Seitenkraft um die Nachlaufstrecke versetzt hinter der Mitte des Rads angreift. Dabei ist das Rückstellmoment ein Produkt aus der Seitenkraft und der Nachlaufstrecke. Bei bekannter Seitenkraft kann somit aus dem Rückstellmoment die Nachlaufstrecke und umgekehrt aus der Nachlaufstrecke das Rückstellmoment berechnet werden. Die Nachlaufstrecke ist somit eine charakteristische Größe des Reifenrückstellmoments. The tire return torque or restoring torque of the tire arises from the fact that the lateral force engages offset by the caster distance behind the center of the wheel. The restoring moment is a product of the lateral force and the trailing distance. With known lateral force can thus be calculated from the restoring torque, the trailing distance and vice versa from the trailing distance, the restoring moment. The trailing distance is thus a characteristic variable of the tire return torque.
Die Lernphase, die während des Verfahrens durchführbar ist, wird u. a. bei einem Wechsel eines Betriebsbereichs des Kraftfahrzeugs durchgeführt und dabei die Steigung makt aktualisiert, nachdem Räder des Kraftfahrzeugs neu bereift worden sind. Alternativ oder ergänzend wird eine Lernphase durchgeführt, nachdem ein Modus bzw. ein Betriebsbereich eines Fahrwerks des Kraftfahrzeugs verändert worden ist. Dabei können für unterschiedliche Fahrwerkmodi Werte für unterschiedliche Steigungen hinterlegt sein. The learning phase, which can be carried out during the method, is carried out, inter alia, when changing an operating range of the motor vehicle and thereby updates the gradient m.sub.new after wheels of the motor vehicle have been re-frosted. Alternatively or additionally, a learning phase is carried out after a mode or an operating range of a chassis of the motor vehicle has been changed. In this case, values for different gradients can be stored for different suspension modes.
Es ist auch möglich, die Lernphase zur Adaption von Betriebsparametern in regelmäßigen zeitlichen Abständen und/oder nach einer bestimmten zurückgelegten Strecke durchzuführen und somit die Steigung makt zu aktualisieren, wodurch eine Abnutzung der verwendeten Reifen berücksichtigt werden kann. It is also possible to carry out the learning phase for the adaptation of operating parameters at regular time intervals and / or after a certain distance covered, and thus to update the gradient m akt , whereby wear of the tires used can be taken into account.
In weiterer Ausgestaltung wird eine erste Gerade mit einer ersten Steigung makt für eine Fahrtrichtung bzw. Lenkung nach links und eine zweite Gerade mit einer zweiten Steigung makt für eine Fahrtrichtung bzw. Lenkung nach rechts ermittelt. In a further embodiment, a first straight line with a first pitch m akt for a direction of travel or steering to the left and a second straight line with a second pitch m akt for a direction of travel or steering to the right are determined.
Das erfindungsgemäße System umfasst den mindestens einen Sensor zum kontinuierlichen Erfassen von mindestens einem Betriebsparameter, bspw. des Lenkwinkels von mindestens einem Rad, eines Lenkradwinkels, um den das Lenkrad gedreht wird, der Seitenkraft FSv und der Querbeschleunigung ay sowie von Kraft- bzw. Momentenverhältnissen in radführenden Elementen der Radaufhängung bzw. der Lenkanlage bzw. eines Lenksystems des Kraftfahrzeugs. Die Zahnstangenkraft FZst_akt wird in Ausgestaltung aus anderen sensorisch ermittelten Betriebsparametern abgeleitet. The system according to the invention comprises the at least one sensor for continuously detecting at least one operating parameter, for example the steering angle of at least one wheel, a steering wheel angle about which the steering wheel is rotated, the lateral force F Sv and the lateral acceleration a y and of force or Torque ratios in Radführenden elements of the suspension or the steering system or a steering system of the motor vehicle. The rack force F Zst_akt is derived in design from other sensory operating parameters.
In Ausgestaltung des Verfahrens wird unter anderem die Zahnstangenkraft eines Zahnstangenlenksystems ermittelt. In an embodiment of the method, among other things, the rack force of a rack and pinion steering system is determined.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden 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 features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
1 zeigt in schematischer Darstellung ein Detail eines Kraftfahrzeugs sowie eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems. 1 shows a schematic representation of a detail of a motor vehicle and an embodiment of a system according to the invention.
2 zeigt ein erstes Diagramm mit Betriebsparametern, die bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt werden. 2 shows a first diagram with operating parameters, which are taken into account in a first embodiment of the method according to the invention.
3 zeigt ein zweites Diagramm mit Betriebsparametern, die bei der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt werden. 3 shows a second diagram with operating parameters, which are taken into account in the first embodiment of the method according to the invention.
4 zeigt ein drittes Diagramm mit Betriebsparametern, die bei der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt werden. 4 shows a third diagram with operating parameters, which are taken into account in the first embodiment of the method according to the invention.
5 zeigt ein viertes Diagramm mit Betriebsparametern, die bei der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt werden. 5 shows a fourth diagram with operating parameters, which are taken into account in the first embodiment of the method according to the invention.
6 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel eines Steuergeräts als eine Komponente des erfindungsgemäßen Systems. 6 shows a schematic representation of an example of a control device as a component of the system according to the invention.
7 zeigt ein erstes und ein zweites Diagramm mit Betriebsparametern, die bei einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt werden. 7 shows a first and a second diagram with operating parameters, which are taken into account in a second embodiment of the method according to the invention.
8 zeigt ein drittes und ein viertes Diagramm mit Betriebsparametern, die bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt werden. 8th shows a third and a fourth diagram with operating parameters, which are taken into account in the second embodiment of the method according to the invention.
9 zeigt ein erstes Flussdiagramm zur Durchführung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. 9 shows a first flowchart for carrying out a third embodiment of the method according to the invention.
10 zeigt ein Detail aus 1 zur Bestimmung von Betriebsparametern, die bei der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt werden. 10 shows a detail 1 for determining operating parameters, which are taken into account in the third embodiment of the method according to the invention.
11 zeigt ein Diagramm zur Bestimmung von Betriebsparametern, die bei der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt werden. 11 shows a diagram for determining operating parameters, which are taken into account in the third embodiment of the method according to the invention.
12 zeigt ein zweites Flussdiagramm zur Bestimmung von Betriebsparametern, die im Rahmen der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt werden. 12 shows a second flowchart for determining operating parameters, which are taken into account in the context of the third embodiment of the method according to the invention.
13 zeigt ein weiteres Detail aus 1 zur Bestimmung von Betriebsparametern, die bei der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt werden. 13 shows another detail 1 for determining operating parameters, which are taken into account in the third embodiment of the method according to the invention.
14 zeigt ein fünftes Diagramm mit Betriebsparametern, die bei der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt werden. 14 shows a fifth diagram with operating parameters, which are taken into account in the third embodiment of the method according to the invention.
15 zeigt ein drittes Flussdiagramm zur Bestimmung von Betriebsparametern, die im Rahmen der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt werden. 15 shows a third flowchart for determining operating parameters, which are taken into account in the context of the third embodiment of the method according to the invention.
Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleiche Bezugsziffern bezeichnen gleiche Komponenten. The figures are described coherently and comprehensively, like reference numerals designate like components.
In 1 ist in schematischer Darstellung ein vorderer Abschnitt eines Kraftfahrzeugs 2 dargestellt, der hier eine als Vorderachse ausgebildete Achse 4 mit zwei lenkbaren Rädern 6, 8, die hier als Vorderräder ausgebildet sind, aufweist, auf denen Reifen aufgezogen sind. Außerdem umfasst das Kraftfahrzeug eine Lenkanlage 10 zum Lenken der beiden Räder 6, 8, wobei diese Lenkanlage 10 ein Gehäuse 11, das ein Lenkritzel umfasst, und eine Zahnstange 12 aufweist. Dabei umschließt das Gehäuse 11 die Zahnstange 12. Das innerhalb des Gehäuses 11 angeordnete Lenkritzel greift in Zähne der Zahnstange 12 ein. Die Lenkanlage 10 umfasst ferner ein manuell zu bedienendes Lenkrad 13 und eine Lenkstange 15, wobei das Lenkritzel und das Lenkrad 13 über die Lenkstange 15 miteinander verbunden sind. In 1 is a schematic representation of a front portion of a motor vehicle 2 shown, the here designed as a front axle axis 4 with two steerable wheels 6 . 8th , which are designed here as front wheels, has, on which tires are mounted. In addition, the motor vehicle comprises a steering system 10 for steering the two wheels 6 . 8th , this steering system 10 a housing 11 which includes a steering pinion and a rack 12 having. The enclosure encloses 11 the rack 12 , That inside the case 11 arranged steering pinion engages teeth of the rack 12 one. The steering system 10 also includes a manually operated steering wheel 13 and a handlebar 15 , wherein the steering pinion and the steering wheel 13 over the handlebar 15 connected to each other.
Die hier vorgestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 14 umfasst ein Steuergerät 16 sowie mindestens einen Sensor 18, wobei der in 1 gezeigte, mindestens eine Sensor 18 der Zahnstange 12 und dem Gehäuse 11 der Lenkanlage 10 zugeordnet und dazu ausgebildet ist, als Betriebsparameter eine sich beim Betrieb des Kraftfahrzeugs 2 ergebende Zahnstangenkraft, d. h. eine auf die Zahnstange 12 und/oder zwischen dem Gehäuse 11 und/oder der Zahnstange 12 wirkende Zahnstangenkraft, direkt oder zumindest indirekt zu messen. Hierbei sind von dem Sensor 18 in Ausgestaltung Kontrollgrößen, d. h. Steuer- und/oder Regelgrößen in einem Aktor als Betriebsparameter der Lenkanlage 10 zu erfassen, aus denen die Zahnstangenkraft abzuleiten ist. The presented here embodiment of the system according to the invention 14 includes a controller 16 and at least one sensor 18 , where the in 1 shown, at least one sensor 18 the rack 12 and the housing 11 the steering system 10 assigned and is designed to operate as an operating parameter during operation of the motor vehicle 2 resulting rack force, ie one on the rack 12 and / or between the housing 11 and / or the rack 12 acting rack force to measure directly or at least indirectly. Here are the sensor 18 in an embodiment control variables, ie control and / or controlled variables in an actuator as operating parameters of the steering system 10 to detect, from which the rack power is derived.
Die in den 2 bis 5 dargestellten Diagramme zeigen Verläufe 34, 50, 84, 86, 104, 106, 108 von Betriebsparametern, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt werden und nachfolgend genauer beschrieben werden. The in the 2 to 5 Diagrams shown show gradients 34 . 50 . 84 . 86 . 104 . 106 . 108 of operating parameters, which are taken into account in the context of the method according to the invention and will be described in more detail below.
Die Diagramme aus 2 und 3 umfassen jeweils eine Abszisse 30, entlang der eine Querbeschleunigung ay des Kraftfahrzeugs 2 in m/s2 aufgetragen ist. Außerdem umfassen die beiden Diagramme aus den 2 und 3 jeweils eine Ordinate 32, entlang der eine Zahnstangenkraft FZst, die auf die Zahnstange 12 wirkt, aufgetragen ist. The diagrams off 2 and 3 each comprise an abscissa 30 along the transverse acceleration a y of the motor vehicle 2 in m / s 2 is applied. In addition, the two diagrams include the 2 and 3 one ordinate each 32 , along which a rack-and-pinion force F zst , resting on the rack 12 acts, is applied.
Das Diagramm aus 2 umfasst einen kurvenförmigen Verlauf 34 von gemessenen Werten der Zahnstangenkraft FZst_gem bei einem Reibungsbeiwert µ, der hier bei trockener Fahrbahn näherungsweise 1 ist. Außerdem umfasst das Diagramm aus 2 eine erste Gerade 36 für eine Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref mit einer positiven Steigung makt, eine zweite Gerade 38 für einen Grenzwert eines Gefahrenindikators GI und eine dritte Gerade 40 zur Darstellung eines konstruktiven Anteils der Zahnstangenkraft FZst_akt_k, wobei diese dritte Gerade 40 eine Steigung kSv aufweist. The diagram 2 includes a curved course 34 of measured values of the rack-and-pinion force F Zst_gem at a coefficient of friction μ, which here is approximately 1 when the road is dry. In addition, the diagram includes 2 a first straight line 36 for a reference rack force F Zst_ref with a positive slope m akt , a second straight line 38 for a limit value of a hazard indicator GI and a third straight line 40 for representing a constructive portion of the rack-and-pinion force F Zst_akt_k , this third straight line 40 has a slope k Sv .
Die aktuelle Zahnstangenkraft FZst_akt ist in Ausgestaltung in einen ersten Anteil, der eine Nachlaufstrecke bzw. einen Nachlauf der Reifen auf den Rädern 6, 8 bzw. einen Reifennachlauf umfasst, und in einen zweiten konstruktiven Anteil, der eine Achskinematik der Achse 4 umfasst, zu unterteilen. Der zweite, konstruktive Anteil wird hier als konstruktive Zahnstangenkraft FZst_akt_k = kSv·FSv bezeichnet. Bei der beschriebenen Ausführungsform wird auf Grundlage eines vereinfachenden Ansatzes angenommen, dass zwischen der Seitenkraft und der Zahnstangenkraft ein linearer Zusammenhang besteht. In diesem Fall bleiben alle nichtlinearen Effekte einer Radaufhängung und der Reifen für die Räder 6, 8 unberücksichtigt. The current rack force F Zst_akt is in an embodiment in a first portion, the trailing distance or a wake of the tires on the wheels 6 . 8th or a tire overrun, and in a second structural portion, the axis kinematics of the axis 4 includes, subdivide. The second, constructive portion is referred to here as a constructive rack force F Zst_akt_k = k Sv · F Sv . In the described embodiment, it is assumed on the basis of a simplifying approach that there is a linear relationship between the lateral force and the rack-and-pinion force. In this case, all non-linear effects of a suspension and the tires for the wheels remain 6 . 8th unconsidered.
Durch einen Doppelpfeil 42 ist in dem Diagramm aus 2 auch ein durch einen Grenzwert der Querbeschleunigung definierter Gültigkeitsbereich für den Gefahrenindikator sowie für die Referenz-Zahnstangenkraft, die durch die Geraden 36, 38 dargestellt sind, angegeben. Innerhalb des Gültigkeitsbereichs sind Steigungen der Geraden 36, 38 positiv, wobei die Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref bei dem Grenzwert der Querbeschleunigung ay bzw. Seitenkraft FSv ein Maximum erreicht. Oberhalb des Grenzwerts der Querbeschleunigung zur Definition des Gültigkeitsbereichs für eine Querbeschleunigung, wobei in dem hier gezeigten Beispiel der Grenzwert ca. 7,5 m/s2 beträgt, zeigt das Diagramm aus 2 eine vierte Gerade 44, mit einer negativen Steigung aSv zum Darstellen einer Abhängigkeit der Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref von der Querbeschleunigung bzw. der Seitenkraft FSv außerhalb des Gültigkeitsbereichs. By a double arrow 42 is off in the diagram 2 Also, a defined by a limit value of the lateral acceleration range of validity for the hazard indicator and for the reference rack force, by the line 36 . 38 are shown. Within the scope are slopes of the line 36 . 38 positive, wherein the reference rack force F Zst_ref reaches a maximum at the limit value of the lateral acceleration a y or side force F Sv . Above the limit value of the lateral acceleration for defining the range of validity for a lateral acceleration, wherein in the example shown here the limit value is approximately 7.5 m / s 2 , the diagram shows 2 a fourth straight line 44 , with a negative slope a Sv for representing a dependence of the reference rack force F Zst_ref on the lateral acceleration and the lateral force F Sv outside the validity range.
Das Diagramm aus 3 zeigt ebenfalls einen kurvenförmigen Verlauf 50 von Messwerten der Zahnstangenkraft FZst_gem bei feuchter Fahrbahn, wenn der Reibungsbeiwert µ kleiner als 1 ist. Diese Voraussetzung berücksichtigend, umfasst das Diagramm aus 3 auch eine erste Gerade 52 für eine Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref mit positiver Steigung makt, eine zweite Gerade 54 für einen Grenzwert eines Gefahrenindikators GI und eine dritte Gerade 56 für einen konstruktiven Anteil der Zahnstangenkraft FZst_akt_k mit einer Steigung kSv. Dabei weist die Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref auch hier ein Maximum auf, das für einen Grenzwert der Querbeschleunigung bzw. der Seitenkraft FSv erreicht wird. The diagram 3 also shows a curved course 50 of measured values of the rack-and-pinion force F Zst_gem in the case of a wet track, if the coefficient of friction μ is less than 1. These Considering the condition, the diagram comprises 3 also a first straight line 52 for a reference rack force F Zst_ref with positive slope m akt , a second straight line 54 for a limit value of a hazard indicator GI and a third straight line 56 for a constructive portion of the rack force F Zst_akt_k with a slope k Sv . Here, the reference rack force F Zst_ref also has a maximum here, which is achieved for a limit value of the lateral acceleration or the lateral force F Sv .
Eine vierte, hier gestrichelt angedeutete Gerade 58 mit einer Steigung aSv verdeutlicht einen Verlauf der gemessenen Zahnstangenkraft FZst_gem bzw. Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref für Werte der Querbeschleunigung, die größer als der Grenzwert sind, wobei diese vierte Gerade 58 eine negative Steigung aSv aufweist. Eine in dem Diagramm aus 3 zusätzlich angedeutete fünfte Gerade 60 ist parallel zu der vierten Geraden 58 angeordnet und weist demnach ebenfalls die Steigung aSv zum Beschreiben der Proportionalität zwischen Werten der gemessenen Zahnstangenkraft FZst_gem und der Querbeschleunigung bzw. Seitenkraft FSv auf. Zum Bestimmen eines Reibungsbeiwerts µ wird diese vierte Gerade 58, mit der die Abhängigkeit der gemessenen Zahnstangenkraft FZst_gem bzw. Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref von der Querbeschleunigung bzw. Seitenkraft FSv oberhalb eines für die Querbeschleunigung bzw. Seitenkraft FSv vorgesehenen Grenzwerts beschrieben wird, parallel verschoben und mit der dritten Geraden 56 für den konstruktiven Anteil der Zahnstangenkraft FZst_akt_k geschnitten. A fourth, indicated here by dashed lines 58 with a slope a Sv illustrates a course of the measured rack force F Zst_gem or reference rack force F Zst_ref for values of the lateral acceleration which are greater than the limit value, this fourth straight line 58 has a negative slope a Sv . One in the diagram 3 additionally indicated fifth straight line 60 is parallel to the fourth straight line 58 Accordingly, it also has the slope a Sv for describing the proportionality between values of the measured rack force F Zst_gem and the lateral acceleration or lateral force F Sv . To determine a coefficient of friction μ, this fourth straight line is obtained 58 with which the dependence of the measured rack force F Zst_gem or reference rack force F Zst_ref on the lateral acceleration or side force F Sv above a limit value provided for the lateral acceleration or lateral force F Sv is described, shifted in parallel and with the third straight line 56 for the constructive part of the rack-and-pinion force F Zst_akt_k cut.
Im vorliegenden Fall schneidet die fünfte Gerade 60 mit der Steigung aSv die dritte Gerade 56 für den konstruktiven Anteil der Zahnstangenkraft FZst_akt_k, die hier ebenfalls die Steigung kSv aufweist, in einem Betriebspunkt 62, für den der Reibungsbeiwert hier bspw. µ = 0,45 beträgt. Bei einer Projektion dieses Betriebspunkts 62 auf die Abszisse 30, wie hier durch einen Pfeil 64 angedeutet, ist hier ein Wert für eine maximale Querbeschleunigung von ca. 4,5 m/s2 in diesem Betriebspunkt 62 zu ermitteln. Eine Gerade 58, 60 beschreibt hier eine Proportionalität zwischen der Querbeschleunigung ay bzw. der Seitenkraft FSv und der Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref, mit der bspw. die gemessene Zahnstangenkraft FZst_gem abgeglichen werden kann, wobei FZst_ref = aSv·FSv + c mit einem entsprechenden Offset c gilt. Durch ein derartiges Verschieben dieser Geraden 58, 60 wird voranstehend genannte Gleichung der Geraden 58, 60 für die Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref für Werte der Seitenkraft FSv, die größer als der Grenzwert sind, mit der konstruktiven Zahnstangenkraft FZst_akt_k = kSv·FSv, die nachfolgend als Gleichung (G3) bezeichnet wird, gleichgesetzt und somit der Betriebspunkt 62 mit dem zu ermittelnden Reibungsbeiwert µ bestimmt. In the present case, the fifth line intersects 60 with the slope a Sv the third straight line 56 for the structural part of the rack-and-pinion force F Zst_akt_k , which here also has the slope k Sv , in one operating point 62 for which the coefficient of friction is here, for example, μ = 0.45. At a projection of this operating point 62 on the abscissa 30 as shown here by an arrow 64 indicated here is a value for a maximum lateral acceleration of about 4.5 m / s 2 in this operating point 62 to investigate. A straight 58 . 60 here describes a proportionality between the lateral acceleration a y and the side force F Sv and the reference rack force F Zst_ref , with the example, the measured rack force F Zst_gem can be adjusted, where F Zst_ref = a Sv · F Sv + c with a corresponding Offset c applies. By such a shift of this line 58 . 60 is the above equation of the line 58 . 60 for the reference rack force F Zst_ref for values of the side force F Sv that are greater than the limit, with the constructive rack force F Zst_akt_k = k Sv · F Sv , which is hereinafter referred to as equation (G3), equated and thus the operating point 62 determined with the friction coefficient μ to be determined.
Das Diagramm aus 4 umfasst eine Abszisse 80, entlang der die Zeit in Sekunden aufgetragen ist, sowie eine Ordinate 82, entlang der eine Kraft in Newton aufgetragen ist. In dem Diagramm ist ein erster Verlauf 84 für eine bei Durchführung des Verfahrens aus der Seitenkraft FSV zu berechnende Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref aufgetragen. Diese Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref ist proportional zu einer Seitenkraft FSv, die während der Fahrt auf das Kraftfahrzeug 2 wirkt. Mögliche Verläufe dieser Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref sind anhand der Diagramme aus den 2 und 3 vorgestellt worden. Außerdem zeigt das Diagramm aus 4 einen Verlauf 86 für die während der Fahrt durch Messung ermittelte aktuelle Zahnstangenkraft FZst_akt. The diagram 4 includes an abscissa 80 , along which the time is plotted in seconds, as well as an ordinate 82 along which a force is applied in Newton. In the diagram is a first history 84 for a reference rack force F Zst_ref to be calculated from the lateral force F SV when carrying out the method. This reference rack force F Zst_ref is proportional to a lateral force F Sv generated while driving on the motor vehicle 2 acts. Possible courses of this reference rack force F Zst_ref are based on the diagrams from 2 and 3 been presented. In addition, the diagram shows 4 a course 86 for the current rack force F Zst_akt determined during the measurement.
Das Diagramm aus 4 zeigt die Verläufe 84, 86 der berechneten und der gemessenen, aktuellen Zahnstangenkraft FZst_akt bei einer Fahrt auf einer Landstraße als Fahrbahn. Die Verläufe 84, 86 decken sich hier sehr gut. The diagram 4 shows the courses 84 . 86 the calculated and measured current rack force F Zst_akt when driving on a country road as a lane. The courses 84 . 86 cover themselves very well here.
Das Diagramm aus 5 umfasst eine Abszisse 100, entlang der eine auf die Achse 4 des Kraftfahrzeugs 2 wirkende Seitenkraft FSv aufgetragen ist. Entlang einer Ordinate 102 des Diagramms aus 5 ist eine Zahnstangenkraft FZst aufgetragen. Weiterhin umfasst das Diagramm aus 5 drei unterschiedliche Verläufe 104, 106, 108 für eine gemessene Zahnstangenkraft FZst_gem bei unterschiedlicher Bereifung der Räder 6, 8 sowie unterschiedlicher Konfiguration eines Fahrwerks des Kraftfahrzeugs 2. Dabei ergibt sich der erste Verlauf 104 für Winterreifen (WR) mit einer komfortorientierten Modifikation des Fahrwerks. Bezüglich dieses ersten Verlaufs 104 zeigt 5 zusätzlich eine erste Gerade 110 zur Darstellung einer Steigung der Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref in Abhängigkeit der Seitenkraft FSv. Der zweite Verlauf 106 ergibt sich bei Sommerreifen (SR) und komfortorientierter Modifikation des Fahrwerks, wobei diesbezüglich in dem Diagramm aus 5 auch eine aus diesem zweiten Verlauf 106 abgeleitete Steigung einer zweiten Geraden 112 dargestellt ist. Der dritte Verlauf 108 ergibt sich bei Nutzung von Sommerreifen und fahrdynamikorientierter Modifikation des Fahrwerks. Aus jeweils einem Wert der gemessenen Zahnstangenkraft FZst_gem wird unter Berücksichtigung mindestens eines Korrekturfaktors FZst_korr eine aktuelle Zahnstangenkraft FZst_akt ermittelt. The diagram 5 includes an abscissa 100 , along the one to the axis 4 of the motor vehicle 2 acting lateral force F Sv is applied. Along an ordinate 102 of the diagram 5 is a rack force F Zst applied. Furthermore, the diagram comprises 5 three different courses 104 . 106 . 108 for a measured rack force F Zst_gem with different wheels tires 6 . 8th and different configuration of a chassis of the motor vehicle 2 , This results in the first course 104 for winter tires (WR) with a comfort-oriented modification of the chassis. Regarding this first course 104 shows 5 in addition a first straight line 110 for representing a slope of the reference rack force F Zst_ref as a function of the lateral force F Sv . The second course 106 results in summer tires (SR) and comfort-oriented modification of the chassis, in this respect in the diagram 5 also one from this second course 106 derived slope of a second straight line 112 is shown. The third course 108 results from the use of summer tires and vehicle dynamics-oriented modification of the chassis. From a respective value of the measured rack force F Zst_gem , a current rack force F Zst_akt is determined taking into account at least one correction factor F Zst_korr .
Zusätzlich ist in 5 durch eine Ellipse 114 ein Bereich zum Anlernen von Steigungen der beiden Geraden 110, 112 angedeutet. Bei der ersten Ausführungsform des Verfahrens wird eine Steigung makt zur Darstellung der Proportionalität zwischen der Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref und der Seitenkraft FSv bei geringen Seitenkräften FSv erfasst und über Ausgleichsverfahren berechnet. Ein dabei ermittelter Wert einer jeweiligen Steigung makt wird bei Durchführung der ersten Ausführungsform des Verfahrens auch für höhere Seitenkräfte FSv extrapoliert. Additionally is in 5 through an ellipse 114 an area for training slopes of the two straight lines 110 . 112 indicated. In the first embodiment of the method, a pitch m.sub.actu becomes representative of the proportionality between the reference rack force Fzst_ref and the side force F Sv low side forces F Sv recorded and calculated on the compensation method. An thereby determined value of a respective slope m akt is extrapolated by conducting the first embodiment of the process for higher lateral forces F Sv.
Mit der vorliegenden ersten Ausführungsform des Verfahrens ist u. a. eine Schätzung eines Reibungsbeiwerts µ der Reifen des Kraftfahrzeugs 2 über eine Veränderung eines Rückstellmoments der Reifen möglich, wobei ein Zusammenhang zwischen der Zahnstangenkraft FZst und somit der Kraft der Zahnstange 12 der Lenkanlage 10 des Kraftfahrzeugs 2 und einer Seitenkraft FSv bzw. Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs 2 genutzt wird. With the present first embodiment of the method, inter alia, an estimate of a coefficient of friction μ of the tires of the motor vehicle 2 about a change of a restoring torque of the tires possible, with a relationship between the rack force F Zst and thus the force of the rack 12 the steering system 10 of the motor vehicle 2 and a lateral force F Sv or lateral acceleration of the motor vehicle 2 is being used.
Hierbei wird für kleine Querbeschleunigungen ein, wie oben bereits ausgeführt, vereinfachender, linearer Ansatz bzw. Zusammenhang zwischen der Seitenkraft FSv bzw. FSv_akt und der Zahnstangenkraft FZst bzw. FZst_akt verwendet, wobei eine ermittelbare Funktion durch die Gerade mit der Steigung makt beschrieben werden kann. Diese Gerade wird üblicherweise bei einer Durchführung des Verfahrens gelernt, bspw. neu angelernt, und demnach aktualisiert. Mit der über die Gerade zu beschreibenden Funktion können Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs 2, die sich durch neue Reifen, eine Änderung der Spur des Kraftfahrzeugs 2 oder sonstige Einflüsse ergeben können, erfasst werden. Here, for small lateral accelerations, as already explained above, a simplifying, linear approach or relationship between the lateral force F Sv or F Sv_akt and the rack force F Zst or F Zst_akt is used, where an ascertainable function is given by the straight line with the gradient m act can be described. This straight line is usually learned when carrying out the method, for example newly trained, and therefore updated. With the function to be described about the straight line operating parameters of the motor vehicle 2 that is characterized by new tires, a change in the track of the motor vehicle 2 or other influences can be detected.
Bei Durchführung des Verfahrens wird gemäß Gleichung (G1) die Seitenkraft FSv des Kraftfahrzeugs 2 berechnet. Alternativ kann statt der Seitenkraft FSv eine Querbeschleunigung ay des Kraftfahrzeugs gemessen und direkt genutzt werden, allerdings ist die Querbeschleunigung ay bei dynamischen Manövern des Kraftfahrzeugs 2 ungenauer. When carrying out the method, according to equation (G1), the side force F Sv of the motor vehicle 2 calculated. Alternatively, instead of the lateral force F Sv, a transverse acceleration a y of the motor vehicle can be measured and used directly, but the lateral acceleration a y is in dynamic maneuvers of the motor vehicle 2 inaccurate.
Gleichung (G1) umfasst die Masse m des Kraftfahrzeugs sowie einen Abstand lh eines Schwerpunkts des Kraftfahrzeugs zu dessen Hinterachse in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs, die Querbeschleunigung ay des Kraftfahrzeugs 2 in y-Richtung und somit quer zu einer Fahrtrichtung in x-Richtung des Kraftfahrzeugs 2, eine Massenträgheit Θz des Kraftfahrzeugs 2 in z-Richtung und somit parallel zu einer Hochachse des Kraftfahrzeugs 2 sowie senkrecht zur x-Richtung und zur y-Richtung, eine Giergeschwindigkeit d2ψ/dt2 bzw. ψ , einen Lenkwinkel δVA an der Achse des Kraftfahrzeugs 2 und einem Radstand l des Kraftfahrzeugs. Equation (G1) comprises the mass m of the motor vehicle and a distance l h of a center of gravity of the motor vehicle to its rear axle in the longitudinal direction of the motor vehicle, the lateral acceleration a y of the motor vehicle 2 in the y-direction and thus transversely to a direction of travel in the x-direction of the motor vehicle 2 , an inertia Θ z of the motor vehicle 2 in the z-direction and thus parallel to a vertical axis of the motor vehicle 2 as well as perpendicular to the x-direction and the y-direction, a yaw rate d 2 ψ / dt 2 or ψ , a steering angle δ VA on the axis of the motor vehicle 2 and a wheelbase l of the motor vehicle.
Zum Bestimmen einer aktuellen Zahnstangenkraft FZst_akt kann in Ausgestaltung eine aktuell gemessene Zahnstangenkraft FZst_gem zumindest über die Massenträgheit ΘRad des Rads und eine Beschleunigung d2δ/dt2 des Lenkwinkels bzw. eines Einschlagwinkels eines Rads 6, 8 korrigiert werden. In weiterer Ausgestaltung kann die gemessene Zahnstangenkraft FZst_gem bei Bedarf ergänzend durch Anteile von Kreiselkräften korrigiert werden, mit denen eine Sturzänderung bezogen auf die Lenkwinkeländerung cγ, die Massenträgheit ΘRad, eine Geschwindigkeit des dδ/dt Lenkwinkels, eine Drehzahl nRad und dem wirksamen Spurhebel hw berücksichtigt wird. Unter Berücksichtigung sämtlicher Korrekturfaktoren ergibt sich für die aktuelle Zahnstangenkraft FZst_akt Gleichung (G2): In order to determine a current rack force F Zst_akt , a currently measured rack force F Zst_gem can be designed at least via the mass inertia Θ wheel of the wheel and an acceleration d 2 δ / dt 2 of the steering angle or a steering angle of a wheel 6 . 8th Getting corrected. In a further embodiment, the measured rack force F Zst_gem can be corrected if necessary by shares of centrifugal forces , with which a camber change based on the steering angle change c γ , the inertia Θ wheel , a speed of dδ / dt steering angle, a speed n wheel and the effective Tracking lever h w is taken into account. Taking into account all the correction factors, the actual rack force F results Zst_akt equation (G2):
Die konstruktive Zahnstangenkraft FZst_akt_k wird, wie Gleichung (G3) zeigt, aus einer Achskinematik berechnet und ist proportional zu der Seitenkraft FSv, wobei kSv eine Steigung und somit ein Verhältnis der konstruktiven Zahnstangenkraft FZst_akt_k zu der Seitenkraft FSv beschreibt. Hierzu wird auf die Geraden 40, 56 aus den 2 und 3 verwiesen, wobei statt der Seitenkraft FSv eine dazu proportionale Querbeschleunigung berücksichtigt wird. Die konstruktive Zahnstangenkraft FZst_akt_k ist auch dann vorhanden, wenn sich Reifen im vollen Gleitschlupf befinden und somit die dynamische Zahnstangenkraft null ist: FZst_akt_k = kSv·FSv (G3) The constructive rack force F Zst_akt_k , as equation (G3) shows, calculated from an axle kinematics and is proportional to the side force F Sv , where k Sv describes a slope and thus a ratio of the constructive rack force F Zst_akt_k to the side force F Sv . This is done on the straights 40 . 56 from the 2 and 3 referenced, wherein instead of the lateral force F Sv a proportional lateral acceleration is taken into account. The constructive rack-and-pinion force F Zst_akt_k is also present when tires are in full sliding slip and thus the dynamic rack-and-pinion force is zero: F Zst_akt_k = k Sv · F Sv (G3)
Aus der Seitenkraft FSv oder Querbeschleunigung ay wird über Gleichung (G4) eine Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref berechnet, die eine Gerade beschreibt. Die Steigung makt der Gerade variiert über den Reifendruck und die Temperatur, wobei hierfür Korrekturfaktoren angegeben werden können. Ein Parameter b, welcher gemäß der Gleichung (G4) auch angelernt werden kann, beschreibt einen Offset bzw. Mindestwert, den die Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref auch dann aufweist, wenn die Seitenkraft FSv null ist: FZst_ref = makt·FSv + b (G4) From the lateral force F Sv or lateral acceleration a y , a reference rack force F Zst_ref is calculated via equation (G4), which describes a straight line. The slope m akt the straight line varies over the tire pressure and the temperature, which correction factors can be specified. A parameter b, which can also be taught in accordance with the equation (G4), describes an offset or minimum value that the reference rack force F Zst_ref also has when the side force F Sv is zero: F Zst_ref = m act · F Sv + b (G4)
Weiterhin wird gemäß der Gleichungen (G5.1) und (G5.1) zunächst jeweils der Mittelwert aller ermittelten Zahnstangenkräfte und aller ermittelten Seitenkräfte gebildet: Furthermore, in accordance with equations (G5.1) and (G5.1), first the mean value of all determined rack forces and of all determined lateral forces is formed:
In einem nachfolgenden Schritt werden gemäß der Gleichung (G6.1) die Abweichungen aller ermittelten, zeitabhängigen Werte der Zahnstangenkraft von dem Mittelwert der Zahnstangenkraft gebildet: ∆FZst_akt(t) = FZst_akt(t) – FZst_akt_mittel (G6.1) In a subsequent step, according to equation (G6.1), the deviations of all determined, time-dependent values of the rack-and-pinion force are formed by the mean value of the rack-and-pinion force: ΔF Zst_akt (t) = F Zst_akt (t) - F Zst_akt_mittel (G6.1)
Entsprechend werden gemäß der Gleichung (G6.2) die Abweichungen aller ermittelten, zeitabhängigen Werte der Seitenkraftkraft von dem Mittelwert der Seitenkraft gebildet: ∆FSv_akt(t) = FSv_akt(t) – FSv_akt_mittel (G6.2) Correspondingly, according to the equation (G6.2), the deviations of all determined time-dependent values of the lateral force are formed by the mean value of the lateral force: ΔF Sv_akt (t) = F Sv_akt (t) - F Sv_akt_mittel (G6.2)
Mit diesen Werten wird die Steigung makt einer Ausgleichsgeraden laut Gleichung (G7) ermittelt: These values are used to determine the slope m akt of a regression line according to equation (G7):
Danach wird in einem weiteren Schritt ein Wert für den Offset b bestimmt, für den Gleichung (G8) gilt: b = FZst_akt_mittel – makt·FSv_akt_mittel (G8) Thereafter, in a further step, a value for the offset b is determined for which equation (G8) holds: b = F Zst_akt_mittel - m akt · F Sv_akt_mittel (G8)
Beispiele für die Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref sind anhand der Geraden 110, 112 mit einer jeweiligen Steigung makt dargestellt. Mit dieser Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref wird eine gemessene Zahnstangenkraft FZst_gem oder eine daraus abgeleitete, aktuelle Zahnstangenkraft FZst_akt abgeglichen. Examples of the reference rack force F Zst_ref are based on the straight line 110 . 112 represented with a respective slope m act . With this reference rack force F Zst_ref , a measured rack force F Zst_gem or a current rack force F Zst_akt derived therefrom is adjusted.
Die maximal mögliche Seitenkraft FSv_max wird über Gleichung (G9) berechnet. Hierbei wird angenommen, dass diese erreicht wird, wenn die aktuelle Zahnstangenkraft FZst_akt den Wert der konstruktiven Zahnstangenkraft FZst_akt_k aufweist. Unter dieser Annahme ergibt sich für Gleichung (G9): The maximum possible lateral force F Sv_max is calculated via equation (G9). It is assumed that this is achieved when the actual rack force F Zst_akt has the value of the constructive rack force F Zst_akt_k . Under this assumption, equation (G9) yields:
Hier ist eine weitere Steigung aSv zu berücksichtigen, wie sie bspw. die Geraden 44, 58, 60 aus den 2 und 3 aufweisen. Wie anhand der voranstehenden Beschreibung zu den 2 und 3 angeführt, sind diese Geraden 44, 58, 60 in Ausgestaltung durch FZst_ref bzw. FZst_akt = aSv·FSv + c darzustellen, wobei c einem weiteren Offset entspricht. Dabei beschreibt die Steigung aSv eine Proportionalität zwischen der Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref und der Seitenkraft FSv für Werte der Seitenkraft FSv, die größer als ein hierfür vorgesehener Grenzwert sind, bei dem die Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref einen maximalen Wert erreicht. Here is another slope a Sv to take into account, such as the straight lines 44 . 58 . 60 from the 2 and 3 exhibit. As with the preceding description of the 2 and 3 cited, these are straight lines 44 . 58 . 60 in an embodiment by F Zst_ref and F Zst_akt = a Sv * F Sv + c, where c corresponds to another offset. In this case, the slope a Sv describes a proportionality between the reference rack force F Zst_ref and the side force F Sv for values of the side force F Sv that are greater than a limit value provided for this, at which the reference rack force F Zst_ref reaches a maximum value.
Über Gleichung (G10) wird ein Gefahrenindikator GI berechnet, der dazu genutzt wird, um bei geringen Abweichungen der gemessenen, aktuellen Zahnstangenkraft FSv_akt zur Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref keine Fehlwarnung zu generieren. Equation (G10) is used to calculate a hazard indicator GI which is used to generate no false warning with slight deviations of the measured, actual rack force F Sv_akt from the reference rack force F Zst_ref .
Wenn der Gefahrenindikator GI unter einen hierfür vorgesehenen Grenzwert fällt, der je nach Messgenauigkeit ca. 0.8 beträgt, wird eine Schätzung für einen Reibungsbeiwert µ durchgeführt, der über Gleichung (G11) berechnet wird: If the hazard indicator GI falls below a limit specified for this, which is approximately 0.8 depending on the measurement accuracy, an estimate is made for a coefficient of friction μ, which is calculated using equation (G11):
Hier beschreibt FNv eine auf die Räder 6, 8 der Achse 4 wirkende Normalkraft. Here F Nv describes one on the wheels 6 . 8th the axis 4 acting normal force.
Wird das Kraftfahrzeug ohne neues Anlernen der Steigung makt von Sommerreifen (SR) auf Winterreifen (WR) umgestellt, wird permanent eine Fehlwarnung bereitgestellt, wenn der Gefahrenindikator GI geringer als der Grenzwert ist. Dies kann vermieden werden, wenn für den innerhalb der Ellipse 114 angeordneten Bereich in 5 eine neue Steigung makt angelernt wird. Hierbei wird Gleichung (G10) verwendet. If the motor vehicle is changed over from summer tires (SR) to winter tires (WR) without new learning of the gradient m akt , a false warning is permanently provided if the danger indicator GI is less than the limit value. This can be avoided if for the inside of the ellipse 114 arranged area in 5 a new slope m akt is trained. Here, equation (G10) is used.
Mit Gleichung (G10) kann z. B. im Bereich einer Querbeschleunigung von 0,5 bis 2 m/s2 oder einer entsprechenden Seitenkraft FSv eine neue Steigung makt für die Gerade gelernt werden. With equation (G10) can z. B. in the range of a lateral acceleration of 0.5 to 2 m / s 2 or a corresponding lateral force F Sv a new slope m akt be learned for the line.
Ein Lernen und/oder Anpassen wird im Rahmen des Verfahrens durchgeführt, wobei die Steigung makt über mehrere Kurvenfahrten gemittelt wird, ohne dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs 2 davon etwas mitbekommt. Hierbei wird vereinfachend berücksichtigt, dass sich die Steigungen makt der Geraden in einem Bereich des Reibungsbeiwerts µ von 0,5 bis 1,2 kaum unterscheiden. Somit ist Kenntnis über einen genauen Zustand der Fahrbahn nicht erforderlich. Learning and / or adaptation is carried out within the scope of the method, wherein the gradient m akt is averaged over several cornering movements without the driver of the motor vehicle 2 of something noticed. Here, for the sake of simplification, it is taken into account that the slopes m akt of the straight lines barely differ in a range of the friction coefficient μ of 0.5 to 1.2. Thus, knowledge of a precise condition of the roadway is not required.
In 5 ist zu sehen, dass die Geraden 110, 112 für unterschiedliche Reifen-Konfigurationen des Fahrwerks unterschiedliche Steigungen makt aufweisen. In 5 you can see that the straights 110 . 112 for different tire configurations of the chassis have different slopes m akt .
Für Links- und Rechtskurven können die Steigung makt und der Offset b getrennt ermittelt werden. Wenn sich hierbei unterschiedliche Werte bei Links- und Rechtskurven ergeben, kann daraus auf unterschiedliche Einstellungen von Radführungsgrößen, wie z. B. Spur und Sturz, auf unterschiedliche Reifenzustände, wie z. B. Typ, Profiltiefe und Druck eines Reifens auf einer linken und einer rechten Seite des Kraftfahrzeugs sowie einseitige Beladungszustände als Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs geschlossen werden. For left and right curves, the slope m akt and the offset b can be determined separately. If this results in different values for left and right turns, it can be different settings of Radführungsgrößen, such. B. lane and camber, to different tire conditions, such. B. type, tread depth and pressure of a tire on a left and a right side of the motor vehicle and unilateral loading conditions are closed as operating parameters of the motor vehicle.
Damit werden in Ausgestaltung neue Vorgehensweisen zur Ermittlung für diese Betriebsparameter bzw. Größen des Kraftfahrzeugs generiert. In this way, new procedures for determining these operating parameters or variables of the motor vehicle are generated in an embodiment.
Bei der voranstehend vorgestellten ersten Ausführungsform des Verfahrens wird von Vereinfachungen ausgegangen, wobei berücksichtigt wird, dass für sämtliche Betriebsparameter Signale, über die diese dem Steuergerät 16 bereitgestellt werden, vorliegen. In the above presented first embodiment of the method is based on simplifications, taking into account that for all operating parameters signals, via which these the control unit 16 be provided available.
Allerdings ist es möglich, dass dem Steuergerät 16 nicht sämtliche beschriebenen Betriebsparameter zur Verfügung stehen. So ist denkbar, dass neben der in der Regel abzuschätzenden Zahnstangenkraft nur ein jeweils eingeschlagener Lenkwinkel mindestens eines Rads 6, 8 und eine Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs verfügbar sind, wohingegen Signale für die Querbeschleunigung und die Gierrate nicht vorliegen. However, it is possible that the control unit 16 not all described operating parameters are available. Thus, it is conceivable that in addition to the usually estimated rack force only one each struck steering angle of at least one wheel 6 . 8th and a longitudinal speed of the motor vehicle are available, whereas signals for the lateral acceleration and the yaw rate are not present.
Das bereits anhand von 1 vorgestellte Steuergerät 16 als Komponente des erfindungsgemäßen Systems ist zur Durchführung der voranstehend beschriebenen ersten Ausführungsform des Verfahrens aber auch zur Durchführung der nachfolgend beschriebenen zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen. Ein mögliches Beispiel für ein derartiges Steuergerät 16a, das hier als EPS-Steuergerät ausgebildet ist, ist in 6 schematisch dargestellt. Dabei umfasst dieses Steuergerät 16a ein Modul 120, das zum Schätzen eines Reibungsbeiwerts µ zwischen Reifen und einer befahrenen Fahrbahn unter Berücksichtigung eines Simulationsmodells ausgebildet und in 6 als Blockschaltbild dargestellt ist. In der schematischen Darstellung aus 6 umfasst dieses Modul 120 mehrere Teilmodule 122, 124, 126, 128, 130 die zum Bestimmen und/oder Verarbeiten einzelner Betriebsparameter mit dem Simulationsmodell, die bei zumindest einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt werden, ausgebildet sind. That already on the basis of 1 presented control unit 16 as a component of the system according to the invention is for carrying out the above-described first embodiment of the method but also for carrying out the second embodiment of the inventive method described below provided. A possible example of such a control unit 16a , which is designed here as an EPS control unit is in 6 shown schematically. In this case, this controller includes 16a a module 120 , which is designed to estimate a coefficient of friction μ between tires and a traveled lane taking into account a simulation model and in 6 is shown as a block diagram. In the schematic diagram 6 includes this module 120 several submodules 122 . 124 . 126 . 128 . 130 which are designed to determine and / or process individual operating parameters with the simulation model, which are taken into account in at least one embodiment of the method according to the invention.
Dabei ist ein erstes Teilmodul 122 zum Berechnen und/oder Bestimmen einer Gierrate dψ/dt ausgebildet, wobei diese Gierrate dψ/dt als Funktion f, die von einer Geschwindigkeit v, einem Lenkwinkel δ sowie einem Faktor K1 abhängig ist, zu berechnen ist. Dabei werden Werte für die Geschwindigkeit v und den Lenkwinkel δ dem Steuergerät 16a über Signale von mindestens einem Sensor bereitgestellt. Ein Kennfeld für den Faktor K1 ist in dem ersten Teilmodul 122 abgelegt. Ein zweites Teilmodul 124 ist zum Bestimmen einer Querbeschleunigung ay des Kraftfahrzeugs 2 ausgebildet, wobei diese Querbeschleunigung ay als Funktion der Geschwindigkeit v, deren Werte dem Steuergerät 16a von dem mindestens einen Sensor bereitgestellt werden, sowie von berechneten und/oder bestimmten Werten der Gierrate dψ/dt, die von dem ersten Teilmodul 122 bereitgestellt werden, darstellbar ist. Here is a first sub-module 122 for calculating and / or determining a yaw rate dψ / dt, wherein this yaw rate dψ / dt is to be calculated as a function f, which is dependent on a speed v, a steering angle δ and a factor K 1 . In this case, values for the speed v and the steering angle δ the control unit 16a provided by signals from at least one sensor. A map for the factor K 1 is in the first sub-module 122 stored. A second submodule 124 is for determining a lateral acceleration a y of the motor vehicle 2 formed, wherein this lateral acceleration a y as a function of the speed v, whose values the control unit 16a from which at least one sensor is provided, as well as calculated and / or determined values of the yaw rate dψ / dt, that of the first sub-module 122 be provided, is representable.
Ein drittes Teilmodul 126 ist zum Bestimmen von Sollwerten einer Seitenkraft FSv bzw. von Werten einer Soll-Seitenkraft FSv_soll, die auf das Kraftfahrzeug 2 wirkt, ausgebildet. Dabei sind die Werte für die Soll-Seitenkraft FSv_soll als Funktion des Lenkwinkels δ und der Querbeschleunigung ay darzustellen. Werte für eine Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref sind mit einem vierten Teilmodul 128 zu berechnen. Hierbei ist die Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref als Funktion der Soll-Seitenkraft FSv_soll und eines zweiten Faktors K2 darstellbar. Werte für die Soll-Seitenkraft FSv_soll werden dem vierten Teilmodul 128 von dem dritten Teilmodul 126 bereitgestellt. Werte für den Faktor K2 sind in einem weiteren Kennfeld, das dem vierten Teilmodul 128 zugeordnet ist, abgelegt. A third submodule 126 is for determining set values of a side force F Sv and values of a target side force F Sv_soll which are on the motor vehicle 2 acts, educated. The values for the target lateral force F Sv_soll as a function of the steering angle δ and the lateral acceleration a y are to be represented. Values for a reference rack force F Zst_ref are with a fourth submodule 128 to calculate. Here, the reference rack force F Zst_ref as a function of the target lateral force F Sv_soll and a second factor K 2 can be displayed . Values for the target side force F Sv_soll become the fourth submodule 128 from the third submodule 126 provided. Values for the factor K 2 are in another characteristic field, the fourth submodule 128 is assigned, filed.
Werte für den Reibungsbeiwert µ werden mit dem dritten Teilmodul 130 ermittelt. Dabei ist der Reibungsbeiwert µ als Funktion der Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref, der gemessenen Zahnstangenkraft FZst_gem sowie einer Abfrage A darstellbar. Zum Berechnen des Reibungsbeiwerts µ werden dem fünften Teilmodul 130 Werte für die Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref von dem vierten Teilmodul 128 bereitgestellt. Werte für die gemessene Zahnstangenkraft FZst_gem werden von dem mindestens einen Sensor erfasst und dem Steuergerät 16a bereitgestellt. Die Abfrage A ist als Funktion der Geschwindigkeit v, üblicherweise der Längsgeschwindigkeit, des Lenkradwinkels und/oder Lenkwinkels δ, der Gierrate dψ/dt sowie der Querbeschleunigung ay darstellbar. Values for the friction coefficient μ are calculated using the third submodule 130 determined. Here, the friction coefficient μ as a function of the reference rack force F Zst_ref , the measured rack force F Zst_gem and a query A can be displayed . To calculate the coefficient of friction μ, the fifth submodule 130 Values for the reference rack force F Zst_ref from the fourth submodule 128 provided. Values for the measured rack force F Zst_gem are detected by the at least one sensor and the control unit 16a provided. The query A can be represented as a function of the speed v, usually the longitudinal speed, the steering wheel angle and / or the steering angle δ, the yaw rate dψ / dt and the lateral acceleration a y .
Bei der zweiten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Satz von Betriebsparametern zur Berechnung des Reibungsbeiwerts µ verwendet. Dabei gilt für eine Funktion zum Beschreiben des Reibungsbeiwerts µ entweder µ = f(ay, dψ/dt, v, FZst) oder µ = f(ay, dψ/dt, v, Mrück). Hierbei ist neben den bereits beschriebenen Betriebsparametern Mrück ein Rückstellmoment zu berücksichtigen. Der vorgesehene Satz und somit eine entsprechende Funktion zur Berechnung des Reibungsbeiwerts µ wird weiterhin auf µ = f(δ, v, FZst) reduziert. In the second embodiment of the method, a set of operating parameters is used to calculate the coefficient of friction μ. The following applies for a function to describe the friction coefficient μ either μ = f (y a, dψ / dt, v, F Zst) or μ = f (y a, dψ / dt, v, M re). Here, in addition to the operating parameters M already described above, a restoring moment must be taken into account. The proposed set and thus a corresponding function for calculating the coefficient of friction μ is further reduced to μ = f (δ, v, F Zst ).
Die beiden jeweils in 7 sowie in 8 dargestellten Diagramme umfassen jeweils eine Abszisse 132, entlang der die Zeit t in Sekunden aufgetragen ist. Entlang einer Ordinate 134 eines ersten der beiden Diagramme sind Werte für eine Kraft aufgetragen. Entlang einer Ordinate 136 eines zweiten der beiden Diagramme sind Werte für einen Reibungsbeiwert µ aufgetragen. The two each in 7 as in 8th Illustrated diagrams each include an abscissa 132 along which the time t is plotted in seconds. Along an ordinate 134 A first of the two diagrams plots values for a force. Along an ordinate 136 A second of the two diagrams plots values for a coefficient of friction μ.
In dem ersten Diagramm aus 7 zeigt eine erste Kurve 138 einen zeitlichen Verlauf von Werten einer gemessenen Zahnstangenkraft FZst_gem und eine zweite Kurve 140 einen Verlauf einer Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref. Eine Differenz zwischen den gemessenen Werten der Zahnstangenkraft und der als Referenzwerte vorgesehenen Werte der Zahnstangenkraft ∆F = FZst_ref – FZst_gem ist anhand einer dritten Kurve 142 in dem ersten Diagramm aus 7 dargestellt. Ein zweites Diagramm aus 7 zeigt eine Kurve 144 für einen konstanten Verlauf eines hohen, maximalen Reibungsbeiwerts µ = 1, der hier auch als Hochreibungsbeiwert bezeichnet wird. In the first diagram 7 shows a first curve 138 a time course of values of a measured rack force F Zst_gem and a second curve 140 a course of a reference rack force F Zst_ref . A difference between the measured values of the rack force and the values of the rack force ΔF = F Zst_ref -F Zst_gem provided as reference values is shown by a third curve 142 in the first diagram 7 shown. A second diagram 7 shows a curve 144 for a constant course of a high, maximum coefficient of friction μ = 1, which is also referred to here as a high friction coefficient.
Die gemessene Zahnstangenkraft und die Referenz-Zahnstangenkraft sind näherungsweise gleich groß. Es wird kein Niederreibungsbeiwert detektiert. The measured rack force and the reference rack force are approximately equal. No reduction coefficient is detected.
Das erste Diagramm aus 8 umfasst eine erste Kurve 146 für einen zeitlichen Verlauf von Werten einer gemessenen Zahnstangenkraft FZst_gem und eine zweite Kurve 148 für einen Verlauf einer Referenz-Zahnstangenkraft FZst_ref. Eine Differenz zwischen den gemessenen Werten der Zahnstangenkraft und der als Referenzwerte vorgesehenen Werte der Zahnstangenkraft ∆F = FZst_ref – FZst_gem ist in dem ersten Diagramm aus 8 anhand einer dritten Kurve 150 dargestellt. Ein zweites Diagramm aus 8 umfasst eine Kurve 152 für einen Verlauf eines Reibungsbeiwerts µ. In Bereichen mit Peaks, in denen die Referenz-Zahnstangenkraft wesentlich größer als der gemessene Wert der Zahnstangenkraft ist, wird ein verringerter Reibungsbeiwert µ = 0 detektiert. In den Bereichen zwischen den Peaks wird kein Niederreibungsbeiwert, sondern ein Hochreibungsbeiwert bzw. maximaler Reibungsbeiwert µ = 1 erkannt, da die Abfragen bezüglich eines minimalen Lenkwinkels die Ausgabe unterbinden. Eine damit verbundene Fehldiagnose zu einem nicht erkannten, niedrigen Reibungsbeiwert ist ohne Bedeutung, da ein derartiger niedriger Reibungsbeiwert weder in Situationen mit sehr geringen Geschwindigkeiten, noch bei sehr geringen Lenkwinkeln benötigt wird. The first diagram 8th includes a first curve 146 for a time course of values of a measured rack force F Zst_gem and a second curve 148 for a course of a reference rack force F Zst_ref . A difference between the measured values of the rack force and the values of the rack force ΔF = F Zst_ref -F Zst_gem provided as reference values is shown in the first diagram 8th on the basis of a third curve 150 shown. A second diagram 8th includes a curve 152 for a course of a friction coefficient μ. In regions with peaks where the reference rack force is significantly greater than the measured rack force value, a reduced coefficient of friction μ = 0 is detected. In the areas between the peaks no Niederreibungsbeiwert, but a Hochreibungsbeiwert or maximum coefficient of friction μ = 1 is detected because the queries regarding a minimum steering angle prohibit the output. An associated misdiagnosis to an unrecognized, low coefficient of friction is of no importance, since such a low coefficient of friction is required neither in situations with very low speeds, nor at very low steering angles.
Die Kurven 138, 140, 142, 144 in den Diagrammen aus 7 ergeben sich auf Grundlage von Betriebsparametern einer ersten Messung, wohingegen sich die Kurven 146, 148, 150, 152 der Diagramme aus 8 aus einer zweiten Messung ergeben. Anhand der Diagramme ist eine Wirkungsweise des Verfahrens zu erläutern. The curves 138 . 140 . 142 . 144 in the diagrams 7 arise based on operating parameters of a first measurement, whereas the curves 146 . 148 . 150 . 152 of the diagrams 8th result from a second measurement. Based on the diagrams, an operation of the method is explained.
Bei der zweiten Ausführungsform des Verfahrens wird innerhalb des Steuergeräts 16a, das als EPS-Lenkungs-Steuergerät ausgebildet ist, ein Referenzwert für die Zahnstangenkraft ausschließlich aus dem Lenkradwinkel und der Geschwindigkeit bestimmt. Mit einem hierbei verwendeten Algorithmus wird ein Referenzwert für die Zahnstangenkraft, der für eine Fahrbahn mit hohem Reibungsbeiwert zu ermitteln ist, mit einem Wert der aktuell gemessenen Zahnstangenkraft verglichen, wobei der Reibungsbeiwert unter Berücksichtigung eines aktuellen Fahrzustands des Kraftfahrzeugs abgeschätzt wird. In the second embodiment of the method is within the controller 16a , which is designed as an EPS steering controller, a reference value for the rack force determined solely from the steering wheel angle and the speed. With an algorithm used here, a reference value for the rack-and-pinion force to be determined for a roadway having a high coefficient of friction is compared with a value of the currently measured rack-and-pinion force, the coefficient of friction being estimated taking into account a current driving state of the motor vehicle.
Dabei wird berücksichtigt, dass sowohl die Zahnstangenkraft, als auch die Seitenkraft an den Rädern mit zunehmender Querbeschleunigung in unkritischen Fahrzuständen steigen. Außerdem sind auf einer Fahrbahn mit hohem bzw. maximalem Reibungsbeiwert (7) Beträge der zu berücksichtigenden Kräfte bzw. Beschleunigungen, d. h. zumindest der Zahnstangenkraft und der Querbeschleunigung, größer als auf einer Fahrbahn mit niedrigem bzw. minimalem Reibungsbeiwert (8). Zur Bestimmung des Reibungsbeiwerts wird zunächst aus einer theoretisch ermittelten Seitenkraft mit Hilfe einer Korrekturfunktion ein Referenzwert für die Zahnstangenkraft gebildet. Die Korrekturfunktion wird mit Hilfe von Referenzmessungen auf Fahrbahnen mit hohem Reibungsbeiwert bestimmt und gleicht einen Sollwert für die Seitenkraft an den gemessenen Wert der Zahnstangenkraft an. Der dabei bestimmte Referenzwert der Zahnstangenkraft wird mit der aktuell gemessenen Zahnstangenkraft verglichen. Wenn ein Betrag des Werts der aktuellen Zahnstangenkraft wesentlich niedriger als ein Betrag eines theoretisch ermittelten Referenzwerts der Zahnstangenkraft ist, wird auf eine Verringerung des Reibungsbeiwerts geschlossen. Eine damit verbundene Erkennung eines Niederreibungsbeiwerts wird somit auf die Differenz zwischen dem aktuellen Wert und dem Referenzwert der Zahnstangenkraft zurückgeführt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein Verhältnis des aktuellen Werts und dem Referenzwert zueinander und/oder eine prozentuale Abweichung des aktuellen Werts von dem Referenzwert zu betrachten. It is taken into account that both the rack-and-pinion force as well as the lateral force on the wheels increase with increasing lateral acceleration in uncritical driving conditions. In addition, on a lane with high or maximum coefficient of friction ( 7 ) Amounts of the forces or accelerations to be taken into account, ie at least the rack force and the lateral acceleration, greater than on a roadway with a low or minimal coefficient of friction ( 8th ). To determine the friction coefficient, a reference value for the rack force is first formed from a theoretically determined side force with the aid of a correction function. The correction function is determined by means of reference measurements on high-friction road surfaces and adjusts a lateral force target value to the measured value of the rack-and-pinion force. The determined reference value of the rack-and-pinion force is compared with the currently measured rack-and-pinion force. When an amount of the value of the actual rack force is substantially lower than an amount of a theoretically determined reference value of the rack force, a reduction in the coefficient of friction is inferred. An associated detection of a reduction coefficient is thus attributed to the difference between the current value and the reference value of the rack force. Another possibility is to consider a ratio of the current value and the reference value to one another and / or a percentage deviation of the current value from the reference value.
Die Ermittlung des theoretischen Referenzwerts für die Zahnstangenkraft wird mit Hilfe eines Simulationsmodells, bspw. eines Einspurmodells, ausschließlich auf Grundlage lenkungsinterner Signale für Betriebsparameter, d. h. für die Geschwindigkeit, den Lenkwinkel und die Geometrie des Kraftfahrzeugs, durchgeführt. Für hierbei zu berücksichtigende Werte der Querbeschleunigung und der Gierrate als weitere Betriebsparameter werden in diesem Fall keine eingehenden Signale benötigt, da Werte für diese Betriebsparameter innerhalb des anhand von 6 vorgestellten Simulationsmodells approximiert werden. Folglich ist das Simulationsmodell, das über die Teilmodule 122, 124, 126, 128, 130 aus 6 umzusetzen ist, zum Abschätzen des Reibungsbeiwerts einfach zu realisieren, da hierfür nur geringe Rechenkapazitäten innerhalb des Steuergeräts 16a erforderlich sind. The determination of the theoretical reference value for the rack-and-pinion force is carried out with the aid of a simulation model, for example a single-track model, exclusively on the basis of steering-internal signals for operating parameters, ie for the speed, the steering angle and the geometry of the motor vehicle. In this case, no incoming signals are required for values of the lateral acceleration and the yaw rate to be taken into account as further operating parameters, since values for these operating parameters are determined within the scope of FIG 6 be approximated to the presented simulation model. Consequently, the simulation model is about the submodules 122 . 124 . 126 . 128 . 130 out 6 is to implement, for estimating the coefficient of friction easily, since this only small computing capacity within the controller 16a required are.
Aufgrund des Umstands, dass nur für zwei Betriebsparameter, hier für die Geschwindigkeit v und den Lenkwinkel δ, eingehende Signale zur Verfügung stehen, können für das Simulationsmodell einige vereinfachende Annahmen getroffen werden. So wird eine näherungsweise Berechnung der Gierrate zunächst unter der Annahme, dass eine Schräglaufwinkeldifferenz zwischen der Vorderachse und der Hinterachse Null ist, durchgeführt. Ein Einfluss der Schräglaufwinkeldifferenz wird anschließend über eine weitere Korrekturfunktion, die analog zu jener Referenz-Zahnstangenkraft zu verwenden ist, berücksichtigt. Darüber hinaus werden ein Einfluss der Achlastverschiebung aufgrund einer Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs sowie ein Einfluss einer Massenträgheit und/oder Gierbeschleunigung um die Hochachse des Kraftfahrzeugs auf die Referenz-Zahnstangenkraft vernachlässigt, zumal die hierfür benötigten Signale ebenfalls nicht verfügbar sind. Die Einflüsse sind näherungsweise in der Korrekturfunktion enthalten. Auf Grundlage dessen wird in Ausgestaltung des Verfahrens ein genäherter und/oder verringerter Reibungsbeiwert, der nur von wenigen weiteren Betriebsparametern abhängig ist, identifiziert. Due to the fact that incoming signals are only available for two operating parameters, here for the speed v and the steering angle δ, some simplifying assumptions can be made for the simulation model. Thus, an approximate calculation of the yaw rate is first made on the assumption that a skew angle difference between the front axle and the rear axle is zero. An influence of the skew angle difference is then taken into account via a further correction function, which is to be used analogously to that reference rack force. In addition, an influence of the axial shift due to a longitudinal acceleration of the motor vehicle and an influence of inertia and / or yaw acceleration about the vertical axis of the motor vehicle to the reference rack force are neglected, especially since the signals required for this purpose are also not available. The influences are approximately contained in the correction function. On the basis of this, in an embodiment of the method, an approximated and / or reduced coefficient of friction, which depends only on a few further operating parameters, is identified.
In kritischen Fahrzuständen, wie zum Beispiel bei einem Über- oder Untersteuern, verringert sich ein Verlauf der Zahnstangenkraft über der Querbeschleunigung ebenfalls, sobald das Kraftahrzeug zu rutschen beginnt. Um für diesen Fall eine Fehldiagnose des Simulationsmodells auf einen verringerten Reibungsbeiwert zu vermeiden, werden in das Simulationsmodell diverse Abfragen integriert. So wird berücksichtigt, dass eine Ausgabe eines verringerten Reibungsbeiwerts nur dann zulässig ist, wenn sich das Kraftfahrzeug in einem bestimmten Fahrzustand befindet. Der Reibungsbeiwert ist bspw. von der Geschwindigkeit, dem Lenkwinkel, der geschätzten Querbeschleunigung und der geschätzten Gierrate abhängig. Durch eine geeignete Wahl der besagten Betriebsparameter kann die Vermeidung von Fehldiagnosen gewährleistet werden. In critical driving conditions, such as oversteer or understeer, a progression of rack force over lateral acceleration also decreases as the vehicle begins to slip. In order to avoid a misdiagnosis of the simulation model to a reduced coefficient of friction for this case, various queries are integrated into the simulation model. Thus, it is considered that an output of a reduced coefficient of friction is only permissible if the motor vehicle in a certain driving condition is located. The coefficient of friction is, for example, dependent on the speed, the steering angle, the estimated lateral acceleration and the estimated yaw rate. By a suitable choice of said operating parameters, the avoidance of misdiagnosis can be ensured.
Das in 9 dargestellte Flussdiagramm zur Durchführung der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst mehrere Schritte 601, 602, 603, 604, 605, 606, 607, 608, 609, 610, 611, 612, 613, 614, 615. This in 9 illustrated flowchart for carrying out the third embodiment of the method according to the invention comprises a plurality of steps 601 . 602 . 603 . 604 . 605 . 606 . 607 . 608 . 609 . 610 . 611 . 612 . 613 . 614 . 615 ,
Dabei ist in einem ersten Schritt 601 ein Start dieser Ausführungsform des Verfahrens durchführbar. Ausgehend hiervon werden in einem zweiten Schritt 602 Werte für Betriebsparameter, nämlich für eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in x-Richtung vx, eine Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs ay, eine Gierrate des Kraftfahrzeugs dψ/dt, einen Lenkradwinkel δH und eine Zahnstangenkraft FZst erfasst. Dabei ist es möglich, in einem dritten Schritt 603 Werte für Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs aus einem Speicher des Steuergeräts 16, 16a auszulesen. Auf Grundlage der im zweiten Schritt 602 erfassten Werte der Betriebsparameter werden in einem vierten Schritt 604 als weitere Betriebsparameter sogenannte Primärgrößen für Federwege f, Nickwinkel θ, Wankwinkel φ, Antriebs- bzw. Bremskräfte FL, den Lenkwinkel δVA der Vorderachse und Radlasten FN berechnet. It is in a first step 601 a start of this embodiment of the method feasible. Starting from this, in a second step 602 Values for operating parameters, namely for a speed of the motor vehicle in the x-direction v x , a lateral acceleration of the motor vehicle a y , a yaw rate of the motor vehicle dψ / dt, a steering wheel angle δ H and a rack force F Zst detected. It is possible in a third step 603 Values for operating parameters of the motor vehicle from a memory of the control unit 16 . 16a read. Based on the second step 602 recorded values of the operating parameters are in a fourth step 604 as further operating parameters so-called primary variables for spring travel f, pitch angle θ, roll angle φ, drive or braking forces F L , the steering angle δ VA of the front axle and wheel loads F N are calculated.
Darauf basierend werden in einem fünften Schritt 605 Werte eines wirksamen, kraftschlussabhängigen Rückstellmoments der Reifen des Kraftfahrzeugs berechnet. In einem sechsten Schritt 606 wird eine wirksame Seitenkraft an der Vorderachse des Kraftfahrzeugs berechnet. In einem siebten Schritt 607 werden Werte bzw. Parameter, die bei einer Auswertung der Zahnstangenkraft ermittelt werden, angepasst. In einem achten Schritt 608 wird eine wirksame Nachlaufstrecke der Reifen berechnet. Außerdem wird in einem neunten Schritt 609 eine Nachlaufstrecke berechnet, die sich theoretisch auf einer Strecke bzw. Fahrbahn mit einem hohen Reibungsbeiwert µ bzw. einem Hochreibungsbeiwert ergeben würde. Based on this, in a fifth step 605 Calculated values of an effective, frictional-dependent restoring torque of the tires of the motor vehicle. In a sixth step 606 an effective lateral force is calculated at the front axle of the motor vehicle. In a seventh step 607 Values or parameters, which are determined during an evaluation of the rack force, are adjusted. In an eighth step 608 an effective caster distance of the tires is calculated. In addition, in a ninth step 609 calculated a tracking distance, which would theoretically result on a track or road with a high coefficient of friction μ or a Hochreibungsbeiwert.
In einem zehnten Schritt 610 ist ein Ausschlusskriterium zu prüfen. Falls eine Prüfung dieses Ausschlusskriteriums positiv ausfällt (ja) ergibt sich in einem vierzehnten Schritt 614, dass keine neue zuverlässige Abschätzung des Kraftschlusses und somit des Reibungsbeiwerts zwischen den Reifen und der befahrenen Fahrbahn möglich ist. Falls jedoch dieses Ausschlusskriterium im zehnten Schritt 610 verneint (nein) wird, wird in einem nachfolgenden elften Schritt 611 ein Wert der Querbeschleunigung ay mit mindestens einem Grenzwert verglichen. Alternativ kann statt der Querbeschleunigung auch die bei dieser Querbeschleunigung bei stationärer Kurvenfahrt wirkende Seitenkraft als Kriterium betrachtet werden. Falls der Wert der Querbeschleunigung ay z. B. größer als 0,5 m/s2 oder kleiner als 1 m/s2 ist, wird das Verfahren bei dem siebten Schritt 607 fortgeführt, wobei die Betriebsparameter zur Auswertung der Zahnstangenkraft erneut angepasst werden. Falls jedoch die Querbeschleunigung ay z. B. größer oder gleich 1 m/s2 ist, wird im zwölften Schritt 612 ein Vergleich einer theoretischen Nachlaufstrecke nR_theo mit Werten einer wirksamen Nachlaufstrecke nR_wirk durchgeführt. Falls sich in diesem zwölften Schritt 612 ergibt, dass Werte der theoretischen Nachlaufstrecke nR_theo kleiner als Werte der wirksamen Nachlaufstrecke nR_wirk sind, wird das Verfahren ebenfalls auf den siebten Schritt 607 zurückgesetzt. Falls jedoch die Werte für die theoretischen Nachlaufstrecke nR_theo und die wirksame Nachlaufstrecke nR_wirk ungefähr gleich sind, ergibt sich in einem dreizehnten Schritt 613, dass die Querbeschleunigung ay aktuell zu gering ist, worauf abschließend der vierzehnte Schritt 614 durchgeführt wird. Falls sich im Rahmen des Vergleichs im zwölften Schritt 612 jedoch ergibt, dass Werte der theoretischen Nachlaufstrecke nR_theo größer als jene der wirksamen Nachlaufstrecke nR_wirk sind, wird in einem abschließenden fünfzehnten Schritt 615 ein maximal nutzbarer Kraftschluss und somit der Reibungsbeiwert abgeschätzt. In a tenth step 610 an exclusion criterion must be checked. If an examination of this exclusion criterion is positive (yes), this results in a fourteenth step 614 in that no new reliable estimation of the frictional connection and thus of the coefficient of friction between the tires and the driven lane is possible. However, if this exclusion criterion in the tenth step 610 denied (no) becomes in a subsequent eleventh step 611 a value of the lateral acceleration a y compared with at least one limit value. Alternatively, instead of the lateral acceleration, the lateral force acting on this lateral acceleration during stationary cornering can also be considered as a criterion. If the value of the lateral acceleration a y z. B. is greater than 0.5 m / s 2 or less than 1 m / s 2 , the method at the seventh step 607 continued, the operating parameters for the evaluation of the rack force are adjusted again. However, if the lateral acceleration a y z. B. is greater than or equal to 1 m / s 2 , is in the twelfth step 612 a comparison of a theoretical tracking distance n R_theo performed with values of an effective tracking distance n R_wirk . If in this twelfth step 612 shows that values of the theoretical trailing distance n R_theo are smaller than values of the effective trailing distance n R_wirk , the method also goes to the seventh step 607 reset. However, if the values for the theoretical caster distance n R_theo and the effective caster distance n R_wirk are approximately equal, the result is a thirteenth step 613 in that the lateral acceleration a y is currently too low, whereupon the fourteenth step 614 is carried out. If, during the comparison, the twelfth step 612 however, results in that values of the theoretical caster distance n R_theo are greater than those of the effective caster distance n R_wirk becomes in a final fifteenth step 615 a maximum usable adhesion and thus the coefficient of friction estimated.
Die Darstellung in 10 basiert auf 1 und zeigt, wie ein manueller bzw. händischer Lenkwinkel δH, um den das Lenkrad 13 manuell gedreht wird, mit einem Lenkwinkel δl des ersten, linken Rads 6 sowie einem Lenkwinkel δr des zweiten, rechten Rads zusammenhängt. Im Rahmen des Verfahrens wird als Betriebsparameter ein Lenkwinkel δ berücksichtigt, der üblicherweise von mindestens einem Lenkwinkel δl und/oder δr eines der beiden Räder 6, 8 abhängig ist. Demnach ist es möglich, dass der Lenkwinkel δ bspw. einem Mittelwert δVA der Lenkwinkel δl, δr beider Räder 6, 8 entspricht, da diese radindividuellen Lenkwinkel δl, δr voneinander abweichen können. Es ist jedoch auch möglich, im Rahmen des Verfahrens als Lenkwinkel den größeren oder den kleineren der beiden radindividuellen Lenkwinkel δl, δr zu berücksichtigen. The representation in 10 based on 1 and shows how a manual steering angle δ H about which the steering wheel 13 is rotated manually, with a steering angle δ l of the first, left wheel 6 and a steering angle δ r of the second, right wheel. In the context of the method, a steering angle δ is taken into account as the operating parameter, which is usually of at least one steering angle δ 1 and / or δ r of one of the two wheels 6 . 8th is dependent. Accordingly, it is possible for the steering angle δ, for example, an average value δ VA, to be the steering angle δ 1 , δ r of both wheels 6 . 8th corresponds, since these wheel-individual steering angle δ l , δ r may differ from each other. However, it is also possible within the scope of the method to consider the larger or the smaller of the two wheel-specific steering angles δ 1 , δ r as the steering angle.
Das Diagramm aus 11 zeigt einen vektoriellen und/oder trigonometrischen Zusammenhang einzelner Betriebsparameter, die bei einer Fahrt des Kraftfahrzeugs dessen Räder 7a, 7b beeinflussen, wobei in 11 diesbezüglich ohne Beschränkung der Allgemeinheit ein Ein-Spur-Modell des Kraftfahrzeugs betrachtet wird, wobei die Räder jeweils einer Achse auf ein in der Mitte des Kraftfahrzeugs angeordnetes Rad 7a, 7b reduziert werden. Der Lenkwinkel δVA des vorderen Rads 7a entspricht dem Mittelwert der Lenkwinkel der beiden Räder 6, 8 an der vorderen Achse 4 aus 1. Ein Schwimmwinkel β gibt den Winkel zwischen der Geschwindigkeit eines Schwerpunkts 9 des Kraftfahrzeugs und einer Mittelebene des Kraftfahrzeugs an. Dabei wirkt auf das vordere Rad 7a, das die Räder 6, 8 im Modell ersetzt, eine vordere Seitenkraft FSv. Auf den Schwerpunkt 9 des Kraftfahrzeugs wirkt eine Querbeschleunigung ax in Längsrichtung sowie eine Querbeschleunigung ay in Querrichtung. Das hintere Rad 7b, das im Modell die Räder an einer hinteren Achse ersetzt, weist von dem Schwerpunkt 9 einen Abstand lh auf. Außerdem wirkt auf das hintere Rad 7b eine hintere Seitenkraft FSh. The diagram 11 shows a vectorial and / or trigonometric relationship of individual operating parameters, the wheels when driving the motor vehicle 7a . 7b influence, with in 11 In this regard, without limitation of generality, a one-track model of the motor vehicle is considered, wherein the wheels each have an axis on a wheel arranged in the middle of the motor vehicle 7a . 7b be reduced. The steering angle δ VA of the front wheel 7a corresponds to the mean of the steering angle of the two bikes 6 . 8th on the front axle 4 out 1 , A slip angle β gives the angle between the speed of a center of gravity 9 of the motor vehicle and a median plane of the motor vehicle. It acts on the front wheel 7a that the wheels 6 . 8th replaced in the model, a front side force F Sv . On the focus 9 of the motor vehicle acts a lateral acceleration a x in the longitudinal direction and a transverse acceleration a y in the transverse direction. The rear wheel 7b , which replaces the wheels on a rear axle in the model, points from the center of gravity 9 a distance l h . It also acts on the rear wheel 7b a rear side force F Sh .
Details zur Berechnung des wirksamen kraftschlussabhängigen Rückstellmoments gemäß dem fünften Schritt 605 aus 9 sind in dem Flussdiagramm aus 12 gezeigt. Dieses umfasst einen ersten Schritt 200, bei dem eine Aufteilung der Rückstellmomente in einen kraftschlussabhängigen Anteil und sonstige Anteile, bspw. ein linkes Rückstellmoment Mkonl und ein rechtes Rückstellmoment Mkonr, vorgenommen wird. In einem zweiten Schritt 202 wird ein auf die Räder links und rechts wirksamer Spurhebel hwl, hwr als Funktion des Lenkradwinkels δH bestimmt. In einem dritten Schritt 204 wird ein Verhältnis der kraftschlussabhängigen Rückstellmomente der Reifen Mrµl/Mrµr als Funktion der Querbeschleunigung bestimmt. In einem vierten Schritt 206 werden Anteile der Zahnstangenkraft FZst_kon, die durch Anteile der Rückstellmomente Mkonl, Mkonr verursacht werden, bestimmt. In einem fünften Schritt 208 werden Werte der wirksamen Zahnstangenkraft FZst bereitgestellt. In einem sechsten Schritt werden Werte für die Querbeschleunigung ay und in einem siebten Schritt 212 Werte für den Lenkradwinkel δH bereitgestellt. Details for calculating the effective frictional-dependent restoring torque according to the fifth step 605 out 9 are out in the flow chart 12 shown. This includes a first step 200 in which a division of the restoring moments in a frictional- dependent portion and other shares, for example. A left restoring moment M konl and a right restoring moment M konr , made. In a second step 202 is a to the wheels on the left and right track levers effective wl h, h wr as a function of steering wheel angle δ H is determined. In a third step 204 a ratio of the friction- dependent restoring moments of the tires M rμl / M rμr is determined as a function of the lateral acceleration. In a fourth step 206 are determined proportions of the rack force F Zst_kon , which are caused by shares of the restoring moments M konl , M konr . In a fifth step 208 Values of the effective rack force F Zst are provided. In a sixth step, values for the lateral acceleration a y and in a seventh step 212 Values for the steering wheel angle δ H provided.
Auf Grundlage des im vierten Schritt 206 bestimmten Anteils der Zahnstangenkraft FZst_kon sowie der im fünften Schritt 208 bereitgestellten, gemessenen Werte der Zahnstangenkraft FZst wird in einem achten Schritt 214 ein Anteil der Zahnstangenkraft FZSRµ, der durch kraftschlussabhängige Rückstellmomente verursacht wird, berechnet. Auf Grundlage dieses dabei berechneten Anteils der Zahnstangenkraft sowie der in den Schritten 210 und 212 bereitgestellten Werte für die Querbeschleunigung ay und den Lenkradwinkel δH wird in einem neunten Schritt 216 eine wirksame Spurhebellänge hw als Funktion des Lenkradwinkels δH und der Querbeschleunigung ay berechnet. Eine abschließende Berechnung des wirksamen kraftschlussabhängigen Reifenrückstellmoments MRµges wird in einem abschließenden zehnten Schritt 218 auf Grundlage des berechneten Anteils der Zahnstangenkraft sowie der berechneten wirksamen Spurhebellänge berechnet. Based on the fourth step 206 certain proportion of the rack force F Zst_kon and the fifth step 208 provided, measured values of the rack force F Zst is in an eighth step 214 a proportion of the rack force F ZSRμ , which is caused by frictional- dependent restoring moments calculated. On the basis of this calculated portion of rack power as well as in the steps 210 and 212 provided values for the lateral acceleration a y and the steering wheel angle δ H is in a ninth step 216 an effective track lever length h w calculated as a function of the steering wheel angle δ H and the lateral acceleration a y . A final calculation of the effective traction-dependent tire return torque M Rμges is made in a final tenth step 218 calculated on the basis of the calculated portion of the rack force and the calculated effective track lever length.
Das Diagramm aus 13 beruht auf dem Diagramm aus 10 und zeigt ergänzend, wie sich eine hier in linker Richtung wirkende Zahnstangenkraft FZst auf eine Spurhebellänge hwl des linken Rads 6 und eine Spurhebellänge hwr des rechten Rads 8 auswirkt. The diagram 13 is based on the diagram 10 and additionally shows how a rack-and-pinion force F Zst acting in the left-hand direction acts on a track lever length h wl of the left-hand wheel 6 and a track lever length h wr of the right wheel 8th effect.
Das Diagramm aus 14 umfasst eine Ordinate 250, entlang der Werte für eine Seitenkraft aufgetragen sind, die auf die als Vorderachse ausgebildete Achse 4 des Kraftfahrzeugs 2 wirkt. Entlang einer Ordinate 252 des Diagramms aus 14 sind Werte für eine gesamte Nachlaufstrecke von Reifen, die auf Rädern 6, 8 des Kraftfahrzeugs 2 aufgezogen sind, aufgetragen. Innerhalb des Diagramms aus 14 ist eine Schar mehrerer ellipsenförmiger Kurven 254, 256, 258, 260, 262, 264, 266, 268, 270, 272, 274, 276 für die von der Seitenkraft abhängige Nachlaufstrecke für unterschiedlich große Werte eines Reibungsbeiwerts aufgetragen. Hierbei ergibt sich eine erste Kurve 254 für einen minimalen Wert des Reibungsbeiwerts und eine letzte, zwölfte Kurve 276 für einen maximalen Wert des Reibungsbeiwerts. Dabei ergibt sich die erste Kurve 254 bei einem Reibungsbeiwert µ = 0,1. Eine zweite Kurve 256 ergibt sich bei einem Reibungsbeiwert µ = 0,2, eine dritte Kurve 258 ergibt sich bei einem Reibungsbeiwert µ = 0,3, eine vierte Kurve 260 ergibt sich bei einem Reibungsbeiwert µ = 0,4, eine fünfte Kurve 262 ergibt sich bei einem Reibungsbeiwert µ = 0,5, eine sechste Kurve 264 ergibt sich bei einem Reibungsbeiwert µ = 0,6, eine siebte Kurve 266 ergibt sich bei einem Reibungsbeiwert µ = 0,7, eine achte Kurve 268 ergibt sich bei einem Reibungsbeiwert µ = 0,8, eine neunte Kurve 270 ergibt sich bei einem Reibungsbeiwert µ = 0,9, eine zehnte Kurve 272 ergibt sich bei einem Reibungsbeiwert µ = 1,0 und eine elfte Kurve 274 ergibt sich bei einem Reibungsbeiwert µ = 1,1. Die letzte, zwölfte Kurve 276 ergibt sich bei einem Reibungsbeiwert µ = 1,2. The diagram 14 includes an ordinate 250 along which values for lateral force are plotted on the axle formed as the front axle 4 of the motor vehicle 2 acts. Along an ordinate 252 of the diagram 14 are values for an entire overrun of tires that are on wheels 6 . 8th of the motor vehicle 2 are applied, applied. Inside the diagram 14 is a family of elliptical curves 254 . 256 . 258 . 260 . 262 . 264 . 266 . 268 . 270 . 272 . 274 . 276 for the side force dependent overrun distance for different values of a coefficient of friction. This results in a first curve 254 for a minimum value of the coefficient of friction and a last, twelfth curve 276 for a maximum value of the coefficient of friction. This results in the first curve 254 with a coefficient of friction μ = 0.1. A second turn 256 results in a coefficient of friction μ = 0.2, a third curve 258 results in a coefficient of friction μ = 0.3, a fourth curve 260 results in a friction coefficient μ = 0.4, a fifth curve 262 results in a coefficient of friction μ = 0.5, a sixth curve 264 results in a coefficient of friction μ = 0.6, a seventh curve 266 results at a coefficient of friction μ = 0.7, an eighth curve 268 results in a friction coefficient μ = 0.8, a ninth curve 270 results in a coefficient of friction μ = 0.9, a tenth curve 272 results in a coefficient of friction μ = 1.0 and an eleventh curve 274 results at a coefficient of friction μ = 1.1. The last, twelfth curve 276 results at a coefficient of friction μ = 1.2.
Eine Gerade 281 beschreibt die theoretisch auf einen hohen Reibungsbeiwert wirkende Nachlaufstrecke. Außerdem ist in dem Diagramm aus 14 ein erster Punkt 278 für eine geschätzte maximale Seitenkraft sowie ein zweiter Punkt 280 für einen Messwert eingetragen. Das Diagramm aus 14 umfasst ferner eine gestrichelte Linie 282, die parallel zu der Geraden 281 ist. A straight 281 describes the theoretically acting on a high coefficient of friction overrun distance. Also, in the diagram is off 14 a first point 278 for an estimated maximum lateral force and a second point 280 entered for a measured value. The diagram 14 further includes a dashed line 282 parallel to the line 281 is.
Wie in 14 zu erkennen ist, nähert die Gerade 281 einen ersten Abschnitt aller ellipsenförmigen Kurven 254, 256, 258, 260, 262, 264, 266, 268, 270, 272, 274, 276 sehr gut an. Dieser erste Abschnitt entspricht jeweils einer geringen Ausnutzung des verfügbaren Reibungsbeiwerts bei geringer Seitenkraft. Die Steigung der Geraden 281, die alternativ auch durch eine Kurve ersetzt werden kann, ist vom Kraftfahrzeug abhängig und kann positive Werte oder, wie hier dargestellt, negative Werte annehmen. As in 14 can be seen, the straight line approaches 281 a first section of all elliptical curves 254 . 256 . 258 . 260 . 262 . 264 . 266 . 268 . 270 . 272 . 274 . 276 very good. This first section corresponds in each case to a low utilization of the available friction coefficient with low lateral force. The slope of the line 281 , which alternatively can also be replaced by a curve, is dependent on the motor vehicle and can assume positive values or, as shown here, negative values.
Bei der ersten Ausführungsform des Verfahrens wird die Steigung der Gerade 281 gleich null gesetzt. In diesem Fall sind das Rückstellmoment und die Seitenkraft zueinander proportional, was zumindest bei großen Werten für die Seitenkraft und die Querbeschleunigung üblicherweise nur eine Annäherung darstellen kann. Bei dieser ersten Ausführungsform des Verfahrens werden ebenfalls Effekte der Lenkkinematik vernachlässigt und ein linearer Zusammenhang zwischen der Zahnstangenkraft und dem Rückstellmoment angenommen. Hierdurch ergibt sich dann bei einer konstanten Nachlaufstrecke ebenfalls ein linearer Zusammenhang zwischen Seitenkraft und Zahnstangenkraft, auf dessen Grundlage gemäß Gleichung (G7) die anlernbare Steigung makt bestimmt wird. In the first embodiment of the method, the slope of the straight line 281 set to zero. In this case, the restoring torque and the side force are proportional to each other, which can usually represent only an approximation, at least for large values for the lateral force and the lateral acceleration. In this first embodiment of the method also effects of the steering kinematics are neglected and assumed a linear relationship between the rack force and the restoring moment. As a result, a linear relationship between lateral force and rack force is then also obtained at a constant follow-up distance, on the basis of which, according to equation (G7), the learnable gradient m akt is determined.
Da eine zweite Linearisierung aber bei den meisten Kraftfahrzeugen nur bei kleinen Lenkwinkeln, die bei Überlandfahrten üblich sind, zu vernachlässigbaren Fehlern führt, stellt die erste Ausführungsform des Verfahrens einen Sonderfall der dritten Ausführungsform dar. Die erste Ausführungsform ist einfacher zu realisieren, schränkt aber den Gültigkeitsbereich und die Genauigkeit des Verfahrens ein. However, since a second linearization leads to negligible errors in most motor vehicles only in the case of small steering angles, which are common in overland driving, the first embodiment of the method represents a special case of the third embodiment. The first embodiment is easier to implement, but limits the scope and the accuracy of the procedure.
Das Diagramm aus 14 zeigt somit beispielhaft den Zusammenhang zwischen der Seitenkraft und der wirksamen Nachlaufstrecke in Abhängigkeit vom Reibungsbeiwert. Mit diesem Diagramm wird aus einem Wertepaar aus der Seitenkraft an der Vorderachse FSv und der wirksamen Nachlaufstrecke nRVA die maximal mögliche Seitenkraft und der aktuell maximal verfügbare Reibungsbeiwert ermittelt. Da bspw. eine Straße als Fahrbahn Unebenheiten aufweist, führen die dadurch auftretenden Schwankungen der Radlast zu Schwankungen des Rückstellmoments und somit auch zu Schwankungen der ermittelten Nachlaufstrecke. Um Schwankungen der Nachlaufstrecke im Bereich niedriger Werte nicht als mangelnden Kraftschluss zu interpretieren, ist eine Toleranzschwelle vorgesehen, die in dem Diagramm aus 14 durch die gestrichelte Linie 282 gegeben ist. Diese Linie 282 liegt um einen vorzuwählenden Wert unterhalb der dazu parallelen Geraden 281, die die bei einem hohen Reibungsbeiwert theoretisch zu erwartende Nachlaufstrecke beschreibt. The diagram 14 Thus, for example, shows the relationship between the lateral force and the effective trailing distance as a function of the coefficient of friction. With this diagram, the maximum possible side force and the currently available maximum friction coefficient are determined from a value pair from the lateral force at the front axle F Sv and the effective trailing distance n RVA . Since, for example, a road as a road surface has unevenness, the resulting fluctuations in the wheel load lead to fluctuations in the restoring torque and thus also to fluctuations in the determined overrun distance. In order not to interpret fluctuations of the trailing distance in the range of low values as a lack of adhesion, a tolerance threshold is provided, which is shown in the diagram 14 through the dashed line 282 given is. This line 282 is a preselected value below the parallel lines 281 , which describes the theoretically expected at a high coefficient of friction lag.
Das Flussdiagramm aus 15 zeigt weitere Schritte 302, 303, 304, 308, 310, 312, 316, 318 zum Berechnen eines wirksamen Rückstellmoments. Hierbei wird in einem ersten Schritt 302 ein auf die Räder links und rechts wirksamer Spurhebel hwl, hwr als Funktion des Lenkradwinkels δH bestimmt. In einem zweiten Schritt 303 werden dynamische Radlasten der Vorderräder als Funktion der Querbeschleunigung bestimmt. In einem dritten Schritt 304 wird ein Verhältnis der Rückstellmomente der Reifen Ml/Mr als Funktion der Querbeschleunigung bestimmt. In einem vierten Schritt 308 werden Werte einer Zahnstangenkraft FZst bereitgestellt. In einem fünften Schritt 310 werden Werte für die Querbeschleunigung ay und in einem sechsten Schritt 312 Werte für den Lenkradwinkel δH bereitgestellt. Auf Grundlage der in den Schritten 310 und 312 bereitgestellten Werte für die Querbeschleunigung und dem Lenkradwinkel wird in einem siebten Schritt 316 eine wirksame Spurhebellänge hw als Funktion des Lenkradwinkels und der Querbeschleunigung berechnet. Eine Berechnung des wirksamen Rückstellmoments MRµges wird in einem abschließenden achten Schritt 318 auf Grundlage des berechneten Anteils der Zahnstangenkraft sowie der berechneten wirksamen Spurhebellänge berechnet. The flowchart off 15 shows further steps 302 . 303 . 304 . 308 . 310 . 312 . 316 . 318 for calculating an effective return torque. This will be done in a first step 302 a to the wheels left and right effective toe lever h wl , h wr determined as a function of the steering wheel angle δ H. In a second step 303 dynamic wheel loads of the front wheels are determined as a function of the lateral acceleration. In a third step 304 a ratio of the restoring moments of the tires M l / M r is determined as a function of the lateral acceleration. In a fourth step 308 Values of a rack force F Zst are provided. In a fifth step 310 become values for the lateral acceleration a y and in a sixth step 312 Values for the steering wheel angle δ H provided. Based on in the steps 310 and 312 Provided values for the lateral acceleration and the steering wheel angle is in a seventh step 316 an effective track lever length h w is calculated as a function of the steering wheel angle and the lateral acceleration. A calculation of the effective restoring torque M Rμges is in a final eighth step 318 calculated on the basis of the calculated portion of the rack force and the calculated effective track lever length.
Bei Durchführung der dritten Ausführungsform des Verfahrens ist für die Betriebsparameter eine höhere Detektionsgüte zu erreichen, wobei u. a. eine Kinematik und ein Nachlaufverhalten der Reifen berücksichtigt werden. When carrying out the third embodiment of the method, a higher detection quality can be achieved for the operating parameters, wherein u. a. a kinematics and a follow-up behavior of the tires are taken into account.
Bei Ausnutzung detaillierter Kenntnisse einer Kinematik der Lenkanlage 10 und somit einer Kinematik der Zahnstange 12, der Achse 4, der Räder 6, 8 und der Reifen ist es möglich, auf die in der ersten Ausführungsform vorgesehene, stark vereinfachende Linearisierung zur Bestimmung der Zahnstangenkraft zu verzichten und durch genauere Modellierungen zu ersetzen. Hiermit wird auch eine genauere Schätzung des Reibungsbeiwerts möglich. Taking advantage of detailed knowledge of a kinematics of the steering system 10 and thus a kinematics of the rack 12 , the axis 4 , the wheels 6 . 8th and the tire, it is possible to dispense with the simplistic linearization for determining the rack force provided in the first embodiment and replace it with more accurate modeling. This also makes a more accurate estimate of the coefficient of friction possible.
Die bei einem Kraftfahrzeug mit Fahrdynamikregelung serienmäßig vorhandenen Betriebsparameter bzw. Messgrößen, d. h. die Längsbeschleunigung, die Querbeschleunigung sowie eventuell eine Vertikalbeschleunigung, der Lenkwinkel, die Gierrate, die Geschwindigkeit und die Zahnstangenkraft, die wie bereits beschrieben, bestimmt wird, sind für die dritte Ausführungsform des Verfahrens ausreichend. The operating parameters or measured variables which are standard available in a motor vehicle with vehicle dynamics control, d. H. the longitudinal acceleration, the lateral acceleration and possibly a vertical acceleration, the steering angle, the yaw rate, the speed and the rack force, which is determined as already described, are sufficient for the third embodiment of the method.
Im dem zweiten Schritt 602 des Verfahrens werden, wie anhand des Flussdiagramms aus 9 dargestellt, Betriebsparameter bzw. Messgrößen für die Längs-, Quer- und Vertikalbeschleunigung, für den Lenkwinkel, für die Gierrate und für die Fahrgeschwindigkeit, soweit vorhanden, erfasst. In dem vierten Schritt 604 werden als Betriebsparameter bzw. Primärgrößen Federwege, Nickwinkel, Wankwinkel, Antriebs- bzw. Bremskräfte und Radlasten bestimmt. Dabei genügt auch nur ein Teil der oben genannten Messgrößen, um die Primärgrößen näherungsweise zu ermitteln. In the second step 602 of the method, as shown in the flowchart 9 represented, operating parameters or parameters for the longitudinal, lateral and vertical acceleration, for the steering angle, for the yaw rate and for the driving speed, if any, detected. In the fourth step 604 are determined as operating parameters or primary variables spring travel, pitch angle, roll angle, drive or braking forces and wheel loads. In this case, only a part of the above-mentioned measured quantities is sufficient to approximately determine the primary quantities.
Durch die Querbeschleunigung ay ergibt sich eine dynamische Radlastverlagerung. Die dynamische Radlaständerung ∆FNv bei stationärer Kurvenfahrt ist somit gemäß Gleichung (G12) eine Funktion der Querbeschleunigung: ∆FNv ≈ f(ay) (G12) Due to the lateral acceleration a y results in a dynamic Radlastverlagerung. The dynamic wheel load change ΔF Nv during stationary cornering is thus a function of the lateral acceleration according to equation (G12): .DELTA.F Nv ≈ f (a y) (G12)
Vereinfacht kann auch angenommen werden, dass das Verhältnis einer Wankabstützung beider Achsen des Kraftfahrzeugs, die durch Achskinematik, Feder- und Stabilisatorraten verursacht wird, dem Verhältnis der statischen Achslast entspricht. Sofern auch Auswirkungen einer Verlagerung des Schwerpunkts innerhalb einer Kurve nach außen vernachlässigt werden, ist aus einer Höhe hs des Schwerpunkts und einer Spurweite bv eine Änderung der Radlast an einer Achse über Gleichung (G13) näherungsweise zu bestimmen: Simplified, it can also be assumed that the ratio of a rolling support of both axles of the motor vehicle, which is caused by axle kinematics, spring and stabilizer rates, corresponds to the ratio of the static axle load. If the effects of a shift of the center of gravity within a curve are also neglected, then from a height h s of the center of gravity and a track width b v, a change of the wheel load on an axis can be approximated using equation (G13):
Somit ist eine Änderung der Radlast direkt proportional zur Querbeschleunigung ay. Ist ein Verhältnis von Differenzen der Radlasten der Vorder- und Hinterachse bei einer Kurvenfahrt bspw. aus dem Simulationsmodell bzw. einer Simulationsrechnungen bekannt, kann in obiger Gleichung (G13) der Term lh/l durch das Verhältnis der Wankabstützung der als Vorderachse ausgebildeten Achse zur gesamten Wankabstützung beider Achsen des Kraftfahrzeugs ersetzt werden. Thus, a change in the wheel load is directly proportional to the lateral acceleration a y . If a ratio of differences in the wheel loads of the front and rear axles during cornering, for example, from the simulation model or a simulation calculations known in the above equation (G13), the term l h / l by the ratio of roll support of the axis formed as a front axle entire roll support of both axles of the motor vehicle to be replaced.
Die gesamte Achslast der Vorderachse ist unter Vernachlässigung von aerodynamischen Kräften in Abhängigkeit der Längsbeschleunigung ax und Erdbeschleunigung g näherungsweise mit folgender Gleichung (G14) zu bestimmen: The total axle load of the front axle, neglecting aerodynamic forces as a function of the longitudinal acceleration a x and gravitational acceleration g, is approximately determined by the following equation (G14):
Daraus ergibt sich für die Radlast am linken Rad 6 Gleichung (G15): und für die Radlast am rechten Rad 8 Gleichung (G16): This results for the wheel load on the left wheel 6 Equation (G15): and for the wheel load on the right wheel 8th Equation (G16):
Sind weitere Sensoren oder Algorithmen im Kraftfahrzeug 2 verfügbar, die eine genauere Schätzung der Vorderachslast ermöglichen, kann alternativ auch die so ermittelte Achslast auf der Vorderachse verwendet werden. Dabei kann ebenfalls, wie oben beschrieben, der Term lh/l durch das Verhältnis der Wankabstützung der als Vorderachse ausgebildeten Achse zur gesamten Wankabstützung beider Achsen ersetzt werden. Are other sensors or algorithms in the vehicle 2 available, which allow a more accurate estimate of the front axle load, alternatively, the thus determined axle load on the front axle can be used. In this case, as described above, the term l h / l can also be replaced by the ratio of the roll support of the axle formed as a front axle to the total roll support of both axles.
Weiter wird in einem weiteren Schritt unter Ausnutzung der Kenntnis der Lenkkinematik, des Lenkradwinkels δH und der beiden Lenkwinkel δl, δr der Räder 6, 8 der Achse 4 über Gleichung (G17) ein Mittelwert δVA für den Lenkwinkel berechnet (vgl. 10): δVA(δH) = 0,5·(δl(δH) + δr(δH)) (G17) wobei auch hier die Indices l und r für links und rechts stehen. Next, in a further step, taking advantage of the knowledge of the steering kinematics, the steering wheel angle δ H and the two steering angle δ l , δ r of the wheels 6 . 8th the axis 4 is calculated via equation (G17) an average value δ VA for the steering angle (cf. 10 ): δ VA (δ H ) = 0.5 · (δ l (δ H ) + δ r (δ H )) (G17) Here, too, the indices l and r stand for left and right.
Aus der mit dem kraftfahrzeuginternen Sensor gemessenen Querbeschleunigung ay, der Gierrate bzw. Giergeschwindigkeit dψ/dt, und dem mittleren Lenkwinkel δVA der Räder 6, 8 wird im nächsten Schritt die an der Achse 4 wirkende Seitenkraft unter Vernachlässigung von Vertikalbeschleunigungen mit Gleichung (G18) (vgl. 11) im sechsten Schritt 606 des Verfahrens (Flussdiagramms aus 9) bestimmt: From the lateral acceleration a y , the yaw rate or yaw rate dψ / dt measured with the vehicle-internal sensor, and the average steering angle δ VA of the wheels 6 . 8th will be the next step on the axis 4 acting lateral force neglecting vertical accelerations with equation (G18) (cf. 11 ) in the sixth step 606 of the method (flowchart from 9 ) certainly:
Hierbei ist m die Masse des Kraftfahrzeugs, lh der Abstand des Schwerpunkts des Kraftfahrzeugs 2 von seiner Hinterachse gemessen in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs und l der Radstand des Kraftfahrzeugs 2. Eine Gierbeschleunigung d2ψ/dt2 wird aus der Gierrate bzw. Giergeschwindigkeit dψ/dt durch Ableiten bestimmt. Θz ist das Trägheitsmoment des Kraftfahrzeugs 2 um dessen Hochachse. Here, m is the mass of the motor vehicle, l h is the distance of the center of gravity of the motor vehicle 2 measured from its rear axle in the longitudinal direction of the motor vehicle and l the wheelbase of the motor vehicle 2 , A yaw acceleration d 2 ψ / dt 2 is determined from the yaw rate or yaw rate dψ / dt by deriving. Θ z is the moment of inertia of the motor vehicle 2 around its vertical axis.
In dem parallelen fünften Schritt 605 wird aus der Zahnstangenkraft das wirksame kraftschlussabhängige Rückstellmoment der Reifen bestimmt. Details hierzu sind in dem Diagramm aus 12 dargestellt. In the parallel fifth step 605 is determined from the rack force, the effective adhesion-dependent restoring torque of the tires. Details on this are in the diagram 12 shown.
Bei einer Achsschenkellenkung wird das kurveninnere Rad stärker als das kurvenäußere Rad eingeschlagen (vgl. 13). Dies bedeutet, dass ein Verhältnis zwischen einem Weg der Zahnstange sZst und einem Einschlagwinkel abhängig von einem Lenkwinkel δl, δr des jeweiligen Rads ist. Dieser Zusammenhang lässt sich durch die wirksamen Spurhebel hWl und hWr über die Gleichungen (G19) und (G20) beschreiben: hWl = dsZst/dδl = f(δH) (G19) hWr = dsZst/dδr = f(δH) (G20) In a steering knuckle steering, the inside wheel is hit stronger than the outside wheel (see. 13 ). This means that a ratio between a path of the rack s Zst and a steering angle is dependent on a steering angle δ 1 , δ r of the respective wheel. This relationship can be described by the effective tracking levers h Wl and h Wr via equations (G19) and (G20): h Wl = ds Zst / dδ l = f (δ H ) (G19) h Wr = ds Zst / dδ r = f (δ H ) (G20)
Für das kurvenäußere Rad bewirkt eine auftretende Erhöhung der Radlast eine annähernd proportionale Vergrößerung des Nachlaufs des Reifens und einen größeren Anteil an der gesamten übertragenen Seitenkraft. Am kurveninneren Rad wird durch eine auftretende Erhöhung der Radlast umgekehrt eine annähernd proportionale Verringerung des Nachlaufs des Reifens und ein geringerer Anteil an der gesamten übertragenen Seitenkraft bewirkt, d. h. die beiden Räder tragen abhängig von der Querbeschleunigung unterschiedlich stark zum gesamten Rückstellmoment bei. Da je nach Einschlagwinkel die wirksamen Spurhebel unterschiedlich groß sind, haben die Rückstellmomente an beiden Rädern unterschiedlich starke Auswirkung auf die Zahnstangenkraft. Für die Zahnstangenkraft gilt Gleichung (G21): FZst = Ml/hWl + Mr/hWr (G21) For the wheel on the outside, an increase in the wheel load that occurs causes an approximately proportional increase in the wake of the tire and a larger proportion of the total transmitted lateral force. On the inside wheel, an approximately proportional reduction in the wake of the tire and a smaller proportion of the total transmitted side force is caused by an increase in the wheel load, ie, the two wheels contribute to the total restoring torque depending on the lateral acceleration to varying degrees. Since the effective steering levers vary in size depending on the steering angle, the restoring torques on both wheels have different effects on the rack-and-pinion force. For rack force, equation (G21) applies: F Zst = M l / h Wl + M r / h Wr (G21)
Die beim Kraftfahrzeug 2 auftretenden Lenkrückstellmomente Ml, Mr sind jeweils aus dem Rückstellmoment und mindestens einem der nachfolgenden Betriebsparametern, nämlich einer Seitenkraft im Zusammenhang mit der Nachlaufstrecke der Reifen bzw. einem Reifennachlauf, einem Rückstellmoment der Reifen durch Sturz, einer Seitenkraft im Zusammenhang mit einem geometrischen Nachlauf bzw. einer geometrischen Nachlaufstrecke, einer Radlast im Zusammenhang mit einem wirksamen Radlasthebelarm, einer Antriebskraft im Zusammenhang mit einem wirksamen Störkrafthebelarm, einer Bremskraft im Zusammenhang mit einem wirksamen Lenkrollradius, einem Trägheitsmoment, einem Kreiselmoment und einem Reibmoment zusammengesetzt. The at the motor vehicle 2 Steering restoring torques M 1 , M r occurring in each case consist of the restoring torque and at least one of the following operating parameters, namely a lateral force in connection with the trailing distance of the tires or a tire trailing, a restoring moment of the tire due to fall, a lateral force in connection with a geometric trailing resp a geometric trailing distance, a wheel load associated with an effective Radlasthebelarm, a driving force associated with an effective Störkrafthebelarm, a braking force associated with an effective steering roller radius, an inertial moment, a Kreiselmoment and a friction torque.
Dabei ist nur der erste Anteil zum Rückstellmoment vom Kraftschluss abhängig und wird nachfolgend für das linke Rad mit MRµl und für das rechte Rad mit MRµr bezeichnet. Daher werden alle weiteren Anteile des Rückstellmoments während der Fahrt unter Berücksichtigung der bekannten Kinematik des Fahrwerks und der Lenkanlage 10 aus mindestens einem im Kraftfahrzeug 2 angeordneten Sensor berechnet. Diese Anteile des Rückstellmoments werden mit Mkonl für eine linke Seite des Kraftfahrzeugs 2 und mit Mkonr für eine rechte Seite des Kraftfahrzeugs 2 bezeichnet. Hierbei gilt für den Anteil des Rückstellmoments Mkonl der linken Seite des Kraftfahrzeugs 2 bei außenliegender Bremse und konventionellem Antrieb über eine Antriebswelle Gleichung (G22): Mkonl = ∆M(γ) + FSl·nkl + FNl·hwFNl + FAl·rwsl + FBl·rwrl + ΘzRadl·d2δl/dt2 + Mkreil + Mreil (G22) In this case, only the first portion of the restoring moment is dependent on the frictional connection and is hereinafter referred to as the left wheel with M Rμl and for the right wheel with M Rμr . Therefore, all other parts of the restoring torque while driving taking into account the known kinematics of the chassis and the steering system 10 from at least one in the motor vehicle 2 arranged sensor calculated. These portions of the return torque are with M konl for a left side of the motor vehicle 2 and with M konr for a right side of the motor vehicle 2 designated. This applies to the proportion of the restoring torque M konl the left side of the motor vehicle 2 with external brake and conventional drive via a drive shaft Equation (G22): M = KONl .DELTA.M (γ) + F · S n + kl F Nl * h + F wFNl Al · r + F wsl Bl · r + Θ wrl zRadl · d 2 δ l / dt 2 + M + M kreil reil ( G22)
Das Rückstellmoment Mkonr für die rechte Seite des Kraftfahrzeugs 2 wird aus entsprechenden Betriebsparametern auf der rechten Seite des Kraftfahrzeugs aus Gleichung (G23) berechnet, wobei Index l durch Index r zu vertauschen ist: Mkonr = ∆M(γ) + FSr·nkr + FNr·hwFNr + FAr·rwsr + FBr·rwrr + ΘzRadr·d2δr/dt2 + Mkreir + Mreir (G23) The restoring moment M konr for the right side of the motor vehicle 2 is calculated from corresponding operating parameters on the right side of the motor vehicle from equation (G23), where index I is to be swapped by index r: M konr = ΔM (γ) + F Sr ·n kr + F Nr ·h wFNr + F Ar · r wsr + F Br ·r wrr + Θ zRadr ·d 2 δ r / dt 2 + M circle + M reir ( G23)
Hierbei beschreibt ∆M(γ) das durch Sturz am linken bzw. rechten Rad 6, 8 verursachte Reifenrückstellmoment. Die weiteren Variablen aus den Gleichungen (G22) und (G23) entsprechen der Seitenkraft FSl bzw. FSr, der Antriebskraft FAl bzw. FAr und der Bremskraft FBl bzw. FBr am linken bzw. rechten Rad 6, 8. nkl bzw. nkr ist der geometrische Nachlauf, hwFNl bzw. hwFNr der bezüglich des Radrückstellmoments wirksame Hebelarm der Radlast und rwsl bzw. rwsr der wirksame Störkrafthebelarm und rwrl bzw. rwrr der wirksame Lenkrollradius des jeweiligen linken bzw. rechten Rads 6, 8. Diese Betriebsparameter nkl bzw. nkr, hwFNl bzw. hwFNr, rwsl bzw. rwsr, rwrl bzw. rwrr werden jeweils aus dem Federweg fl bzw. fr am linken bzw. rechten Rad 6, 8, dem Wankwinkel φ, dem Nickwinkel Θ und dem Lenkwinkel δl, δr berechnet. In möglicher Ausgestaltung wird nur ein Teil der zuletzt genannten Größen bzw. Betriebsparameter zur näherungsweisen Berechnung des jeweiligen Rückstellmoments Mkonl bzw. Mkonr verwendet. Here, ΔM (γ) describes the fall by the left or right wheel 6 . 8th caused tire return torque. The further variables from the equations (G22) and (G23) correspond to the lateral force F S1 or F Sr , the driving force F Al and F Ar and the braking force F Bl and F Br on the left and right wheels, respectively 6 . 8th , n kl or n kr is the geometric caster, h wFNl or h wFNr the effective with respect to Radrückstellmoments lever arm of the wheel load and r wsl or r wsr the effective Störkrafthebelarm and r wrl or r wrr the effective steering roller radius of the respective left or right wheel 6 . 8th , These operating parameters n kl and n kr , h wFNl and h wFNr , r wsl and r wsr , r wrl and r wrr are respectively from the spring travel f l and f r at the left and right wheel 6 . 8th , the roll angle φ, the pitch angle Θ and the steering angle δ l , δ r calculated. In a possible embodiment, only a part of the last-mentioned variables or operating parameters is used for the approximate calculation of the respective restoring torque M konl or M konrr .
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens kann zusätzlich eine Auswirkung einer Elastokinematik berücksichtigt werden, wobei die oben genannten Betriebsparameter ergänzend in Abhängigkeit von Kräften, die auf das linke und/oder rechte Rad wirken, betrachtet werden. Weiterhin kann zusätzlich eine Verformung eines jeweiligen Reifens, die ebenfalls von den am linken bzw. rechten Rad wirkenden Kräften und Momenten sowie vom Sturzwinkel abhängig ist, bei der Berechnung der voranstehend genannten Betriebsparameter berücksichtigt werden. In a further embodiment of the method, an effect of an elastokinematics can additionally be taken into account, with the above-mentioned operating parameters additionally being considered as a function of forces acting on the left and / or right wheel. Furthermore, a deformation of a respective tire, which is also dependent on the forces and moments acting on the left or right wheel and on the camber angle, can additionally be taken into account in the calculation of the above-mentioned operating parameters.
Außerdem beschreibt ΘzRadl bzw. ΘzRadr die Trägheit bzw. Massenträgheit jener Komponenten, u. a. des linken bzw. rechten Rads 6, 8, des Kraftfahrzeugs 2, die bei einer Lenkung um den Lenkwinkel des linken bzw. rechten Rads 6, 8 bewegt werden. Mkreil, Mkreir ist ein Kreiselmoment, das beim Lenken am linken bzw. rechten Rad 6, 8 auftritt, wenn die Kinematik eine lenkwinkelabhängige Sturzänderung bewirkt. Mreil, Mreir ist ein Reibmoment am linken bzw. rechten Rad 6, 8, das abhängig von der Geschwindigkeit des Lenkwinkels links bzw. rechts und der an den Gelenken der linken bzw. rechten Radführung wirkenden Kräften ist. In addition, Θ zRadl or Θ zRadr describes the inertia or inertia of those components, including the left and right wheel 6 . 8th , the motor vehicle 2 when steering by the steering angle of the left or right wheel 6 . 8th to be moved. M kreil , M kreir is a gyroscopic moment when steering on the left or right wheel 6 . 8th occurs when the kinematics causes a steering angle-dependent camber change. M reir , M reir is a friction torque on the left or right wheel 6 . 8th which is dependent on the speed of the steering angle left and right and the forces acting on the joints of the left and right wheel guide forces.
Abhängig von der Genauigkeitsanforderung können auch nur einzelne Anteile der Gleichungen (G22) bzw. (G23) berücksichtigt werden. Depending on the accuracy requirement, only individual parts of the equations (G22) or (G23) can be taken into account.
Zur Bestimmung der an den einzelnen Rädern 6, 8 wirkenden Seitenkraft wird die auf die Achse wirkende Seitenkraft FSv vereinfacht auf die beiden Räder 6, 8 entsprechend der Verteilung der Radlast gemäß der Gleichung (G24) für die linke Seitenkraft und die Gleichung (G25) für die rechte Seitenkraft aufgeteilt: FSl ≈ FSv·FNl/FNv (G24) FSr ≈ FSv·FNr/FNv (G25) To determine the at the individual wheels 6 . 8th acting lateral force is the lateral force F Sv acting on the axle simplified to the two wheels 6 . 8th divided according to the distribution of the wheel load according to the equation (G24) for the left lateral force and the equation (G25) for the right lateral force: F Sl ≈ F Sv F F Nl / F Nv (G24) F Sr ≈ F Sv F F No / F Nv (G25)
Alternativ kann eine radabhängige Aufteilung der Seitenkraft auch als Funktion des Lenkwinkels, der wirkenden Seitenkraft oder anderer fahrdynamischer Betriebsparameter bzw. Größen, bspw. der Querbeschleunigung, betrachtet werden. Alternatively, a wheel-dependent division of the lateral force can also be considered as a function of the steering angle, the acting lateral force or other driving dynamic operating parameters or variables, for example the lateral acceleration.
Mit den aus den Gleichungen (G22) bzw. (G23) bestimmten Rückstellmomenten Mkonl und Mkonr wird jener Anteil der Zahnstangenkraft, der nicht durch kraftschlussabhängige Rückstellmomente der Reifen erzeugt wird und hiervon unabhängig ist, als FZst_kon bezeichnet und über Gleichung (G26) bestimmt: With the restoring moments M konl and M konr determined from the equations (G22) and (G23), the portion of the rack-and-pinion force which is not generated by restraint-dependent restoring moments of the tires and is independent of this is designated as F Zst_kon and via equation (G26) certainly:
Dieser hier konstruktive Anteil der Zahnstangenkraft wird von der wirkenden, aktuellen und/oder gemessenen Zahnstangenkraft FZst_gem abgezogen, woraus gemäß Gleichung (G27) jene Zahnstangenkraft berechnet wird, die durch das kraftschlussabhängige Rückstellmoment der Reifen 6, 8 verursacht wird: This constructive portion of the rack-and-pinion force is deducted from the acting, current and / or measured rack-and-pinion force F Zst_gem , from which equation (G27) the rack-and-pinion force is calculated, which is determined by the traction-dependent restoring torque of the tires 6 . 8th causing:
Daraus wird mit Gleichung (G28) der mittlere Spurhebel hW berechnet: From this, equation (G28) is used to calculate the mean track lever h W :
Unter der vereinfachten Annahme, dass sich die Seitenkräfte entsprechend der dynamischen Radlasten verteilen und der Einfluss der Radlast auf die Nachlaufstrecke vernachlässigt wird, gilt mit einem Betriebsparameter FNVA für eine Achslast bzw. eine Normalkraft, die auf die Vorderachse wirkt, für den wirksamen Spurhebel Gleichung (G29): Under the simplified assumption that the lateral forces are distributed according to the dynamic wheel loads and the influence of the wheel load on the caster distance is neglected, with an operating parameter F NVA for an axle load or a normal force acting on the front axle for the effective toe lever equation (G29):
Zur Erhöhung der Genauigkeit kann auch eine Funktion (G30), die das Verhältnis der Momente als Funktion einer Änderung der Radlast und damit der Querbeschleunigung ausdrückt, verwendet werden: Ml/Mr = f(FNl/FNr) = f(ay) (G30) To increase the accuracy, a function (G30) expressing the ratio of the moments as a function of a change in the wheel load and thus the lateral acceleration can also be used: M l / M r = f (F Nl / F Nr) = f (a y) (G30)
Im letzten Schritt 218 in dem Diagramm aus 12 wird das gesamte Rückstellmoment aus der Zahnstangenkraft bzw. aus der Differenz der beiden Spurstangenkräfte über Gleichung (G31) bestimmt: MRµges = FZst_Rµ·hW (G31) In the last step 218 in the diagram 12 the total return torque is determined from the rack force or from the difference between the two tie rod forces via equation (G31): M Rμges = F Zst_Rμ * h W (G31)
Das so erhaltene Rückstellmoment ist in ausreichender Genauigkeit nur noch von der an der Achse übertragenen Seitenkraft und dem Kraftschluss abhängig. Eine derartige zweidimensionale Abhängigkeit kann entweder durch eine mathematische Funktion oder durch ein Kennfeld beschrieben und aus einem grundsätzlichen Verhalten des Rückstellmoments eines Reifens abgeleitet werden. Das Rückstellmoment des jeweiligen Reifens entsteht dadurch, dass die Seitenkraft um eine Nachlaufstrecke des Reifens nach hinten versetzt außermittig angreift. Daher wird aus diesem Rückstellmoment und der wirksamen Seitenkraft die wirksame Nachlaufstrecke berechnet, was im achten Schritt 608 aus 9 angedeutet ist. Für die wirksame Nachlaufstrecke nRVA gilt Gleichung (G32): The restoring moment thus obtained is in sufficient accuracy only dependent on the side force transmitted to the axle and the frictional connection. Such a two-dimensional dependence can be described either by a mathematical function or by a characteristic map and derived from a fundamental behavior of the restoring torque of a tire. The restoring moment of the respective tire arises from the fact that the lateral force acts eccentrically offset by a trailing distance of the tire to the rear. Therefore, the effective trailing distance is calculated from this restoring moment and the effective lateral force, which is the eighth step 608 out 9 is indicated. For the effective follow-up distance n RVA , equation (G32) applies:
Als Referenz wird hierbei im neunten Schritt 609 aus 9 die Nachlaufstrecke auf einer Strecke mit hohem Reibungsbeiwert µ in Abhängigkeit von der wirkenden Seitenkraft bestimmt. Diese Funktion ist im Steuergerät 16, 16a des Kraftfahrzeugs 2 hinterlegt und wird kontinuierlich geprüft. Wird nun das Kraftfahrzeug 2 beladen oder ein Innendruck des Reifens gesenkt, so steigt das Rückstellmoment. Da der Innendruck gegebenenfalls durch einen Sensor zum Erfassen des Innendrucks des Reifens bekannt ist, ist durch Messen der Nachlaufstrecke bei geringer Seitenkraft auch eine Beladung der Achse zu erkennen und/oder zu ermitteln. Theoretisch ist auch das Erkennen einer einseitigen Beladung denkbar, da sich die Nachlaufstrecken in Links- und Rechtskurven voneinander leicht unterscheiden. Ein Offset der gemessenen Zahnstangenkraft oder der Querbeschleunigung, die dem Steuergerät 16, 16a über ein Signal bereitgestellt wird, kann ebenfalls erkannt und in gewissem Umfang korrigiert werden. In diesem Fall ist bei einem errechneten Nulldurchgang der Seitenkraft das über die Zahnstangenkraft gemessene Rückstellmoment ungleich null, woraus sich ergibt, dass die Nachlaufstrecke theoretisch gegen unendlich geht. Da ein Bereich der Querbeschleunigung mit einem Wert von +/–1 m/s2 häufig genutzt wird, ist der Offset dieser beiden Betriebsparameter durch Betrachten dieses Bereichs zu erkennen und weiterhin zu korrigieren, wenn durch weitere Schätzungen bekannt ist, welcher Wert eines Betriebsparameters den Offset in einem jeweiligen Nulldurchgang verursacht. Dies wird im siebten Schritt 607 zur Anpassung der Parameter der Zahnstangenkraftauswertung im Diagramm aus 9, der nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, durchgeführt. The reference here is in the ninth step 609 out 9 determines the trailing distance on a route with a high coefficient of friction μ as a function of the acting lateral force. This function is in the control unit 16 . 16a of the motor vehicle 2 deposited and is continuously tested. Will now the motor vehicle 2 loaded or reduced internal pressure of the tire, the restoring torque increases. Since the internal pressure may be known by a sensor for detecting the internal pressure of the tire, it is also possible to detect and / or determine a load of the axle by measuring the overrun distance with low lateral force. Theoretically, the recognition of a one-sided loading is also conceivable, since the trailing paths in left and right curves differ slightly from each other. An offset of the measured rack force or lateral acceleration applied to the controller 16 . 16a provided via a signal can also be detected and corrected to some extent. In this case, with a calculated zero crossing of the lateral force, the restoring torque measured via the rack-and-pinion force is not equal to zero, from which it follows that the trailing distance theoretically approaches infinity. Since a range of lateral acceleration with a value of +/- 1 m / s 2 is often used, the offset of these two operating parameters can be recognized by observing this range and continue to correct if it is known by further estimates, which value of an operating parameter Offset caused in a respective zero crossing. This will be in the seventh step 607 for adjusting the parameters of the rack force evaluation in the diagram 9 , which will be described in more detail below.
Obige Gleichung (G32) zum Bestimmen der Nachlaufstrecke kann in bestimmten Betriebsbedingungen fehlerhafte Ergebnisse liefern, wenn gleichzeitig über die gelenkten Räder 6, 8 eine große Längskraft übertragen wird, da die Radlast und der Sturz bei einer Kurvenfahrt relativ zur Fahrbahn an den beiden Rädern 6, 8 der Achse 4 unterschiedlich groß sind, wodurch durch die Längskraft für die Räder 6, 8 unterschiedlich große Rückstellmomente auftreten. Die Unterschiede, die durch unterschiedliche wirksame Störkrafthebelarme entstehen, werden zwar berücksichtigt, sind aber für diesen Effekt nicht alleine verantwortlich. Weiter bewirkt die Längskraft eine Verschiebung der Last in Längsrichtung und verändert damit ebenfalls den Reifennachlauf bzw. die Nachlaufstrecke. The above equation (G32) for determining the caster distance may give erroneous results in certain operating conditions, if simultaneously over the steered wheels 6 . 8th a large longitudinal force is transmitted, since the wheel load and the fall when cornering relative to the roadway on the two wheels 6 . 8th the axis 4 are different in size, resulting in the longitudinal force for the wheels 6 . 8th different sized restoring moments occur. The differences that result from different effective Störkrafthebelarme are indeed taken into account, but are not responsible for this effect alone. Furthermore, the longitudinal force causes a shift of the load in the longitudinal direction and thus also changes the tire slip or the trailing distance.
Außerdem können durch Gleichung (G32) fehlerhafte Ergebnisse geliefert werden, wenn das Kraftfahrzeug 2 in einer Betriebssituation gleichzeitig stark beschleunigt oder verzögert wird und sich hierdurch eine dynamische Achslast ändert. Die maximale Seitenkraft und die Aufstandsfläche eines Rads 6, 8 steigen nahezu proportional zu einer Zunahme der Radlast. Die Nachlaufstrecke als Funktion der Seitenkraft nimmt durch die größere Aufstandsfläche ebenfalls zu. Weiter ist eventuell zu berücksichtigen, dass durch den Nickwinkel der wirksame geometrische Nachlauf und somit die geometrische Nachlaufstrecke leicht verändert wird. In addition, erroneous results can be provided by equation (G32) when the motor vehicle 2 At the same time, it accelerates or decelerates in an operating situation and thus changes a dynamic axle load. The maximum lateral force and footprint of a wheel 6 . 8th increase almost proportionally to an increase in wheel load. The trailing distance as a function of lateral force also increases due to the larger footprint. Furthermore, it may be necessary to take into account that the effective geometric caster and thus the geometric caster distance are slightly changed by the pitch angle.
Falls die Lenkanlage 10 in einer Betriebssituation sehr dynamisch betätigt wird, entstehen durch Trägheitskräfte der Räder 6, 8 von Radträgern und aufgrund von Kreiselkräften der rotierenden Räder 6, 8 zusätzliche Momente, die allerdings theoretisch relativ genau bestimmt werden können. Bei einer im Vergleich zur Fahrgeschwindigkeit hohen Lenkgeschwindigkeit entsteht ein nicht zu vernachlässigender, verzögerter Aufbau der Seitenkraft, der auch zu einer Veränderung der Nachlaufstrecke führen kann. If the steering system 10 is operated very dynamically in an operating situation, caused by inertial forces of the wheels 6 . 8th of wheel carriers and due to centrifugal forces of the rotating wheels 6 . 8th additional moments, which theoretically can be determined relatively accurately. At a high compared to the driving speed steering speed results in a non-negligible, delayed build-up of lateral force, which can also lead to a change in the caster distance.
Bei sehr geringen Querbeschleunigungen ergeben sich für Zähler und Nenner der Gleichung (G32) sehr kleine Werte. Demnach können geringe Sensorfehler und zeitversetzte Schwankungen zu großen Abweichungen bei der Nachlaufstrecke führen. At very low lateral accelerations, the numerator and denominator of the equation (G32) result in very small values. Accordingly, small sensor errors and time-offset fluctuations can lead to large deviations in the trailing distance.
Um den oben genannten Fehlern Rechnung zu tragen, wird einer Schätzung des Reibungsbeiwerts nur vertraut, wenn hierfür im zehnten Schritt 610 kein Ausschlusskriterium vorliegt (nein). Hierbei werden zur Beurteilung des Ausschlusskriteriums bspw. Werte des Antriebsmoments an der Achse 4, eine Beschleunigung d2δ/dt2 des Lenkwinkels δ sowie eine Ableitung der Beschleunigung d2δ/dt2 des Lenkwinkels δ betrachtet, wodurch zu vermeiden ist, dass bei einer stark schwankenden Beschleunigung d2δ/dt2 des Lenkwinkels δ Nulldurchgänge als gültig angesehen werden. Als weitere Betriebsparameter werden hierzu ein Verhältnis der Geschwindigkeit dδ/dt des Lenkwinkels δ zur Geschwindigkeit vx des Kraftfahrzeugs 2 und der Bremsdruck betrachtet. To account for the above errors, an estimate of the coefficient of friction will only be trusted if done in step tenth 610 there is no exclusion criterion (no). In this case, values of the drive torque on the axle are used, for example, to evaluate the exclusion criterion 4 , an acceleration d 2 δ / dt 2 of the steering angle δ and a derivative of the acceleration d 2 δ / dt 2 of the steering angle δ considered, which is to avoid that at a strongly fluctuating acceleration d 2 δ / dt 2 of the steering angle δ zero crossings than validly considered. As a further operating parameter for this purpose, a ratio of the speed dδ / dt of the steering angle δ to the speed v x of the motor vehicle 2 and the brake pressure is considered.
Ist ein Wert eines der voranstehend genannten Betriebsparameter größer als ein jeweils hierfür zu definierender und/oder festzulegender Grenzwert, ist das Ausschlusskriterium erfüllt (ja). Außerdem wird eine Schätzung des Reibungsbeiwerts nur durchgeführt, falls die Geschwindigkeit größer als ein hierfür vorgesehener Minimalwert ist, damit unter anderem die Auflösung der Gierrate bzw. Giergeschwindigkeit ausreichend genau ist, und falls von einem Fahrwerkregelsystem kein Regeleingriff vorliegt. If a value of one of the above-mentioned operating parameters is greater than a respective limit value to be defined and / or defined for this purpose, the exclusion criterion is met (yes). In addition, an estimate of the friction coefficient is only performed if the speed is greater than a minimum value provided for this purpose, so that inter alia the resolution of the yaw rate or yaw rate is sufficiently accurate, and if there is no control intervention by a chassis control system.
Liegt kein Ausschlusskriterium vor, wird die Querbeschleunigung bzw. die Seitenkraft an der Achse betrachtet. Liegt ein Wert der Querbeschleunigung ay, die der Seitenkraft bei stationärer Kurvenfahrt entspricht, in einem Bereich von bspw. 0,5 bis 1 m/s2 vor, wie im Flussdiagramm aus 9 angedeutet, so wird die ermittelte Nachlaufstrecke zum Anlernen bzw. Anpassen der Betriebsparameter zur Auswertung der Zahnstangenkraft verwendet. If there is no exclusion criterion, the lateral acceleration or the lateral force on the axis is considered. If a value of the lateral acceleration a y , which corresponds to the side force during stationary cornering, is present in a range of, for example, 0.5 to 1 m / s 2 , as in the flowchart 9 indicated, the determined trailing distance is used for learning or adjusting the operating parameters for the evaluation of the rack force.
Falls der Wert der Querbeschleunigung bspw. größer als 1 m/s2 ist, wird im zwölften Schritt 612 die tatsächlich wirksame Nachlaufstrecke mit der theoretisch wirksamen Nachlaufstrecke verglichen. Weichen Werte dieser Nachlaufstrecken höchstens um einen vorgegebenen minimalen Toleranzwert voneinander ab, so dass die Werte ungefähr gleich sind, liegt ein aktueller Kraftschluss und somit ein Reibungsbeiwert so stark unterhalb des verfügbaren Kraftschlusses bzw. Reibungsbeiwerts, dass keine Schätzung möglich ist, was im vierzehnten Schritt 614 angedeutet ist. Ist die wirksame Nachlaufstrecke zumindest um den Toleranzwert größer als die theoretische Nachlaufstrecke, so entsprechen Werte von Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs, wie z. B. dessen Beladung, nicht jenen hierfür vorgesehenen Werten, die zur Bestimmung der theoretisch wirksamen Nachlaufstrecke verwendet worden sind. In diesem Fall wird gemäß dem siebten Schritt 607 die so ermittelte Nachlaufstrecke zum Anpassen der Betriebsparameter zur Auswertung der Zahnstangenkraft verwendet. Ist der Wert der wirksamen Nachlaufstrecke hingegen zumindest um den Toleranzwert kleiner als der theoretisch wirksame Wert, so wird dieser Wert zur Abschätzung des maximal nutzbaren Kraftschlusses bzw. Reibungsbeiwerts im fünftzehnten Schritt 615 verwendet. If, for example, the value of the lateral acceleration is greater than 1 m / s 2 , the twelfth step 612 compared the actual effective overrun distance with the theoretically effective overrun distance. If values of these trajectories deviate from one another by at most a predetermined minimum tolerance value, so that the values are approximately equal, a current frictional coefficient and thus a coefficient of friction are so much below the available frictional coefficient that no estimation is possible, which is the fourteenth step 614 is indicated. If the effective trailing distance is greater than the theoretical trailing distance at least by the tolerance value, then values of operating parameters of the motor vehicle, such as, for example, As its loading, not those intended for this purpose values that have been used to determine the theoretically effective follow-up distance. In this case, according to the seventh step 607 the thus determined trailing distance used to adjust the operating parameters for the evaluation of the rack force. If, on the other hand, the value of the effective follow-up distance is at least smaller than the theoretically effective value by the tolerance value, this value is used to estimate the maximum usable adhesion or friction coefficient in the fifteenth step 615 used.
In dem Diagramm aus 14 sind die ellipsenförmigen Kurven 254, 256, 258, 260, 262, 264, 266, 268, 270, 272, 274, 276 für die Nachlaufstrecke über der wirksamen Seitenkraft aufgetragenen, wobei sich für unterschiedliche Werte des Reibungsbeiwerts und somit des Kraftschlusses unterschiedliche Kurven 254, 256, 258, 260, 262, 264, 266, 268, 270, 272, 274, 276 ergeben. Diese Abhängigkeit des Reibungsbeiwerts und/oder Kraftschlusses von der wirksamen Seitenkraft kann entweder durch mathematische Funktionen oder durch Kennfelder dargestellt werden. Weiterhin ist in dem Diagramm aus 14 die theoretisch auf einen Hochreibungsbeiwert, d. h. für einen hohen Reibungsbeiwert, wirksame Nachlaufstrecke durch die Gerade 281 entlang der vorderen Abschnitte der ellipsenförmigen Kurven 254, 256, 258, 260, 262, 264, 266, 268, 270, 272, 274, 276 für kleine Werte der Seitenkraft angenähert. Eine gestrichelte Linie 282 liegt um eine Toleranzschwelle versetzt unterhalb dieser Geraden 281, wobei diese Linie 282 auch als Grenzkurve bezeichnet wird. Liegt die ermittelte wirksame Nachlaufstrecke unterhalb der gestrichelten Linie 282 und liegt kein Ausschlusskriterium vor, so wird ein Kraftschluss und demnach der Reibungsbeiwert geschätzt. In the diagram 14 are the elliptical curves 254 . 256 . 258 . 260 . 262 . 264 . 266 . 268 . 270 . 272 . 274 . 276 plotted for the caster distance over the effective lateral force, with different curves for different values of the coefficient of friction and thus of the frictional connection 254 . 256 . 258 . 260 . 262 . 264 . 266 . 268 . 270 . 272 . 274 . 276 result. This dependence of the friction coefficient and / or adhesion on the effective lateral force can be represented either by mathematical functions or by maps. Furthermore, in the diagram 14 theoretically to a Hochreibungsbeiwert, ie for a high coefficient of friction, effective tracking distance through the line 281 along the front portions of the elliptical curves 254 . 256 . 258 . 260 . 262 . 264 . 266 . 268 . 270 . 272 . 274 . 276 for small values of lateral force approximated. A dashed line 282 is offset by a tolerance threshold below this line 281 , this line 282 Also referred to as limit curve. Is the determined effective trailing distance below the dashed line 282 and if there is no exclusion criterion, a frictional connection and thus the coefficient of friction is estimated.
Der Punkt 280 ergibt sich aus der aktuell wirkenden Nachlaufstrecke und der aktuell wirkenden Seitenkraft bei einem Reibungsbeiwert µ von ca. 0,78. Der Punkt 278 gilt bei gleichem Kraftschluss, wenn ein Wert der Nachlaufstrecke null wird und ein verfügbarer Kraftschlussbeiwert bei dem Reibungsbeiwert von 0,78 vollständig ausgenutzt wird. Die im Punkt 278 ablesbare Seitenkraft entspricht der bei diesem geschätzten Kraftschluss bzw. Reibungsbeiwert µ über Gleichung (G33) leicht zu berechnenden maximal möglichen Seitenkraft FSvmax: The point 280 results from the currently active trailing distance and the currently acting lateral force with a coefficient of friction μ of approx. 0.78. The point 278 applies to the same adhesion when a value of the trailing distance is zero and an available adhesion coefficient is fully utilized at the coefficient of friction of 0.78. The point 278 Readable lateral force corresponds to the maximum possible lateral force F Svmax which can be easily calculated using equation (G33) for this estimated adhesion or coefficient of friction μ:
Bei einem Kraftfahrzeug mit einem Hinterradantrieb ist auch während Beschleunigungsvorgängen in einer Kurve eine Schätzung des Reibungsbeiwerts bzw. Kraftschlusses möglich, sofern nicht durch ein Sperrdifferenzial starke Giermomente erzeugt werden. Während des Beschleunigungsvorgangs mit der Beschleunigung ax ändert sich hierbei eine dynamische Achslast an der Vorderachse. In a motor vehicle with a rear-wheel drive, an estimate of the coefficient of friction or frictional connection is also possible during acceleration processes in a curve, unless strong yawing moments are generated by a limited-slip differential. During the acceleration process with the acceleration a x , this changes a dynamic axle load on the front axle.
Um auch in diesem Fall eine zufriedenstellende Schätzgüte zu erhalten, wird die dynamische Änderung auch bei der Berechnung des wirksamen Rückstellmoments und der bei hohem Reibungsbeiwert µ theoretisch wirksamen Nachlaufstrecke berücksichtigt. Hier wird in gleicher Weise wie bei der Aufteilung der Rückstellmomente auf die beiden Räder 6, 8 der Achse 4 vorgegangen. In order to obtain a satisfactory estimation quality also in this case, the dynamic change is also taken into account in the calculation of the effective return torque and the theoretically effective at high coefficient of friction μ tracking distance. Here, in the same way as in the division of the restoring moments on the two wheels 6 . 8th the axis 4 proceed.
Durch Änderung des Verhältnisses der Achslast an der Vorderachse zu einem Druck der Reifen an den Rädern 6, 8, die an der Vorderachse angeordnet sind, verändert sich die Nachlaufstrecke der Reifen annähernd proportional. Damit verschiebt sich die Gerade, die das Verhalten bei großen Werten des Reibungsbeiwerts beschreibt, und somit auch die Linie 282 (vgl. 14). By changing the ratio of the axle load on the front axle to a pressure of the tires on the wheels 6 . 8th , which are arranged on the front axle, the overtravel of the tires changes approximately proportionally. This shifts the line, which describes the behavior with large values of the coefficient of friction, and thus also the line 282 (see. 14 ).
Falls das Kraftfahrzeug 2 bereits einen statischen Wankwinkel aufweist, der z. B. durch eine einseitige Beladung bedingt sein kann, so wird auch bei einer Fahrt geradeaus ohne Querneigung eine Querbeschleunigung sensiert. Hier sind für die Querbeschleunigung bei üblichen Federraten Werte bis ca. 0,1 m/s2 denkbar. Dies führt dazu, dass die ermittelte Nachlaufstrecke gerade bei geringen Werten der Querbeschleunigung extrem verfälscht wird. Weist das Kraftfahrzeug bspw. einen statischen Wankwinkel auf, der in einer Linkskurve auftritt, so werden für die Nachlaufstrecke in der Linkskurve etwas zu geringe Werte ermittelt, da die tatsächlich wirkende Seitenkraft geringer als die über die Querbeschleunigung berechnete Seitenkraft ist. In einer Rechtskurve werden dagegen für die Nachlaufstecke zu große Werte ermittelt, da die Querbeschleunigung und somit auch die wirkende Seitenkraft vom Betrag her größer als jene Werte sind, die von dem Sensor zum Erfassen der Querbeschleunigung erfasst, üblicherweise berechnet werden. Um diese Fehler zu vermeiden, ist ein Anlernen dieser Veränderungen vorgesehen, was bereits anhand der zuerst vorgestellten ersten Ausführungsform voranstehend erläutert worden ist. If the motor vehicle 2 already has a static roll angle, the z. B. may be due to a one-sided load, so even when driving straight without lateral inclination a lateral acceleration is sensed. Values of up to approx. 0.1 m / s 2 are conceivable for lateral acceleration at normal spring rates. This leads to the fact that the determined trailing distance is extremely falsified, especially at low values of the lateral acceleration. If, for example, the motor vehicle has a static roll angle which occurs in a left turn, slightly too low values are determined for the follow-up distance in the left turn, since the actually acting side force is less than the lateral force calculated via the lateral acceleration. In a right-hand turn, on the other hand, too large values are determined for the trailing edge, since the lateral acceleration and thus also the acting lateral force are greater in magnitude than those detected by the sensor for detecting the lateral acceleration, usually calculated. To avoid these errors, a training of these changes is provided, which has already been explained above with reference to the first embodiment presented first.
Das Anlernen wird bei auftretenden Querbeschleunigungen für eine Linkskurve in einem Bereich von ca. 0,5 m/s2 bis ca. 1 m/s2 und für eine Rechtskurve von ca. –0,5 m/s2 bis ca. –1 m/s2 durchgeführt. The learning becomes at occurring lateral accelerations for a left turn in a range of about 0.5 m / s 2 to about 1 m / s 2 and for a right turn from about -0.5 m / s 2 to about -1 m / s 2 performed.
Für Paare an Werten für einen Anteil der Zahnstangenkraft FZst_Rµ und die Seitenkraft FSv in mindestens einem der voranstehend genannten Bereichen für die Querbeschleunigung, die jeweils zu gleichen Zeitpunkten gemessenen werden, wird fortlaufend oder nach Erreichen einer vorgewählten Anzahl an Paaren von Werten für diese beiden Betriebsparameter nach der Methode des minimalen Fehlerquadrats gemäß Gleichung (G34) eine Ausgleichskurve ermittelt und durch die gemessenen Werte gelegt: FZst_Rµ ≈ Al·FSv + ... + Al·F l / Sv + |FSv|·(A2·F 2 / Sv + ... + Am·F m / Sv) (G34) {l ≤ n, für ungerade Werte und m ≤ n für gerade Werte} For pairs of values for a ratio of the rack force F Zst_Rμ and the side force F Sv in at least one of the above-mentioned ranges for the lateral acceleration respectively measured at the same time points becomes continuous or after reaching a preselected number of pairs of values for these two Operating parameters according to the method of least square error according to equation (G34) a compensation curve and determined by the measured values: F Zst_Rμ ≈ A l * F Sv + ... + A l * F l / Sv + | F Sv | * (A 2 * F 2 / Sv + ... + A m * F m / Sv) (G34) {l ≤ n, for odd values and m ≤ n for even values}
Hierbei sollte n mindestens 1 betragen, genauere Ergebnisse werden aber für Werte von n, die 2 oder größer sind, erzielt. Here, n should be at least 1, but more accurate results will be obtained for values of n that are 2 or greater.
Der Wert b wird zur Korrektur eines möglichen Offsets von der ermittelten Zahnstangenkraft abgezogen. Aus dem Wert A1 wird die theoretische Nachlaufstrecke bei einer Seitenkraft FSv gleich Null gemäß Gleichung (G35) berechnet: nRtheor(FSv = 0) = A1·hW (G35) The value b is subtracted from the calculated rack force to correct a possible offset. From the value A 1 , the theoretical caster distance at a lateral force F Sv equal to zero is calculated according to equation (G35): n Rtheor (F Sv = 0) = A 1 · h W (G35)
Dieser Wert wird zur Anpassung der theoretischen Nachlaufstrecke an veränderte Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs 2 und zur Anpassung der Höhe der Linie 282 als Grenzkurve in dem Diagramm aus 14 verwendet. This value is used to adapt the theoretical tracking distance to changed operating parameters of the motor vehicle 2 and to adjust the height of the line 282 as a limit curve in the diagram 14 used.
Bei der Bestimmung der Ausgleichskurve kann zumindest ein Teil der Koeffizienten An für n ≥ 2 vorgegeben werden, so dass in Ausgestaltung auch sämtliche Koeffizienten An vorgegeben werden. Durch diese Maßnahme ist bei einem hohen Kraftschluss und/oder Reibungsbeiwert µ ein zu einem Rückstellmoment des jeweiligen Reifens 6, 8 passender Verlauf zu erzielen. When determining the compensation curve, at least a part of the coefficients A n can be specified for n ≥ 2, so that in an embodiment all the coefficients A n are also specified. By this measure, at a high adhesion and / or coefficient of friction μ a to a restoring moment of the respective tire 6 . 8th to achieve a suitable course.
Zeigt sich beim Vergleich der Nachlaufstrecken im zwölften Schritt 612, dass Werte der gemessenen Nachlaufstrecke größer als Werte der theoretischen Nachlaufstrecke sind, so können diese Werte zur Korrektur der Grenzkurve bzw. Linie 282 bei höheren Seitenkräften FSv genutzt werden. Shows itself when comparing the overrun sections in the twelfth step 612 in that values of the measured trailing distance are greater than values of the theoretical trailing distance, these values can be used to correct the limit curve or line 282 be used at higher lateral forces F Sv .
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 102010036638 A1 [0005, 0008] DE 102010036638 A1 [0005, 0008]
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DE 10319662 A1 [0008] DE 10319662 A1 [0008]
