DE102016005966A1

DE102016005966A1 - Verfahren zum Verbessern des Gierverhaltens eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102016005966A1
Application number: DE102016005966.4A
Authority: DE
Inventors: Markus Maurer; Josef Dürnberger; Jochen Rauh; Andreas Zentarra
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2017-11-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbessern des Gierverhaltens eines Kraftfahrzeugs (10), gemäß welchem modellgestützt in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und dem Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs (10) ein im Kraftfahrzeug zu erwartendes Giermoment berechnet wird, umfassend die folgenden Schritte: S1) Berechnung eines zu erwartenden Ist-Giermoments (Mz Ist) in Abhängigkeit von einer Ist-Geschwindigkeit (vx Ist) und einem Ist-Lenkwinkel (δv Ist) des Kraftfahrzeugs (10), S2) Berechnung eines Referenz-Giermoments (Mz Ref) für eine vorbestimmte Referenz-Geschwindigkeit (Mx Ist) und für den Ist-Lenkwinkel (δv Ist) S3) Berechnung eines Korrektur-Giermoments (Mz korr) durch Differenzbildung (D = Mz st – Mz Ref) aus Ist-Giermoment (Mz Ist) und dem Referenz-Giermoment (Mz Ref).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbessern des Gierverhaltens eines Kraftfahrzeugs sowie ein Steuergerät zur Durchführung dieses Verfahrens. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Steuergerät.
Als Gierachse wird in der Fahrzeugtechnik die vertikale Achse des fahrzeugfesten Koordinatensystems bezeichnet. Eine Drehbewegung um diese Achse ist als Gierbewegung oder – vereinfacht – als Gieren bekannt. Besagte Gierbewegung wird durch die sog. Wankbewegung des Fahrzeugs um dessen Längsachse sowie durch die sog. Nickbewegung um die Querachse des Fahrzeugs zu den drei grundlegenden Rotationsbewegungen eines jeden Fahrzeugs komplettiert.
Gierbewegungen um die Hochachse können bei Kraftfahrzeugen im Fahrbetrieb in unterschiedlichsten Fahrsituationen auftreten, so beispielsweise beim Befahren einer Kurve oder beim Fahrspurwechsel auf einer Fahrbahn mit mehreren Fahrspuren. Im Hinblick auf sicherheitskritische Giereffekte besonders problematisch ist ein solcher Spurwechsel gerade bei Fahrten mit hohen Fahrgeschwindigkeiten, beispielsweise auf Autobahnen oder Bundesstraßen mit mehreren Fahrstreifen pro Fahrtrichtung. Durch die für den Spurwechsel erforderliche Lenkwinkeländerung der gelenkten Achse des Kraftfahrzeugs können sich auf das Fahrzeug wirkende Gierbeschleunigungen entfalten, welche destabilisierend auf das Kraftfahrzeug wirken oder beim Fahrer des Kraftfahrzeugs zumindest einen solchen Eindruck erwecken können. Generell können unerwünschte Giereffekte bereits bei kleinen bzw. kurzzeitigen Änderungen der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs, beispielsweise hervorgerufen durch geringfügige Lenkeingriffe des Fahrers, auftreten. Dieser Effekt nimmt mit ansteigender Fahrzeuggeschwindigkeit in Kombination mit hoher Lenkgeschwindigkeit zu.
Der Stand der Technik umfasst im Hinblick auf die Vermeidung unerwünschter und gegebenenfalls die Betriebssicherheit des Fahrzeugs in nicht unerheblichem Maße herabsetzender Giereffekte daher verschiedene Verfahren zur Erhöhung der Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs.
Die DE 10 2006 048 835 A1 schlägt eine Regelung der Gierrate des Kraftfahrzeugs basierend auf einer Regelung der Hinterachslenkung des Kraftfahrzeugs vor. Bereits die Bereitstellung einer solchen Hinterachslenkung ist fertigungstechnisch mit erheblichen Zusatzkosten verbunden und gerade bei der Herstellung von Klein- und Mittelklassewagen als relativ unwirtschaftlich anzusehen. Zudem hängt das Maß der mittels einer solchen Gierratenregelung erzielbaren Verbesserung der Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs erheblich von der Qualität der zur Regelung verwendeten Gierraten-Sensorik ab. Demgegenüber verwendet das in der DE 10 2004 035 004 A1 beschriebene Fahrstabilisierungsprogramm ein modellgestütztes Verfahren, welches sich durch eine modellgestützte Vorsteuerung auszeichnet. Ein solches Verfahren ist aber technisch relativ aufwändig und somit fehleranfällig.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt daher in der Bereitstellung eines modellgestützten Verfahrens, welches die Reduzierung unerwünschter Giereffekte eines Kraftfahrzeugs, insbesondere bei relativ hohen Fahrgeschwindigkeiten, erlaubt. Weitere Aufgaben der Erfindung liegen in der Schaffung eines Steuergeräts zur Durchführung eines solchen Verfahrens in einem Kraftfahrzeug sowie eines Kraftfahrzeugs mit einem solchen Steuergerät.
Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Grundgedanke der Erfindung ist demnach, das Gierverhalten des Kraftfahrzeugs bei hohen Fahrgeschwindigkeiten an jenes bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten anzupassen. Dies gelingt der vorliegenden Erfindung durch eine – vollständig modellgestützte – Berechnung eines sog. Korrektur-Giermoments, welches dem Kraftfahrzeug im Fahrbetrieb beispielsweise durch eine geeignete, einseitige Ansteuerung der Bremsanlage aufgeprägt werden kann, so dass das resultierende Gierverhalten des Fahrzeugs bei der real vorliegenden, hohen Fahrgeschwindigkeit auf ein Gierverhalten reduziert wird, wie dies bei einer im Vergleich zur real vorliegenden Geschwindigkeit reduzierten Referenz-Geschwindigkeit vorliegen würde. Erfindungswesentlich ist dabei, dass die gesamte Berechnung modellgestützt – mit dem momentanen Lenkwinkel der Lenkachse und der momentanen Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs in Fahrtrichtung als zentralen Eingangsgrößen – erfolgt. Mit anderen Worten, spezielle im Fahrzeug verbaute Sensoren zur Messung der Gierrate sind zur erfindungsgemäßen Berechnung des Korrektur-Giermoments nicht erforderlich.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist im Wesentlichen dreistufig aufgebaut und umfasst die folgenden drei Verfahrensschritte S1, S2 und S3:
In einem ersten Schritt S1 wird ein im Kraftfahrzeug zu erwartendes Ist-Giermoment in Abhängigkeit von einer Ist-Geschwindigkeit und einem Ist-Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs berechnet. Die Berechnung erfolgt dabei modellgestützt, beispielsweise unter Verwendung des dem einschlägigen Fachmann vertrauten Einspurmodells, welches die Querdynamik des Kraftfahrzeugs beschreibt. Als freie Eingangsgrößen werden der Ist-Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs, auf welches das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens berechnete Korrektur-Giermoment aufgeprägt werden soll, sowie dessen Ist-Geschwindigkeit verwendet. Beide Eingangsgrößen sind basierend auf in modernen Kraftfahrzeugen standardmäßig verbauten Sensoren zur Bestimmung von Lenkwinkel bzw. Geschwindigkeit ohne weiteres bestimmbar.
In der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen wird unter dem Ist-Giermoment ein Drehmoment um die Gierachse verstanden, das zusätzlich zu dem für die ideale Fahrkurve notwendige Drehmoment an dem Fahrzeug anliegt und somit das schwammige Fahrverhalten bei hohen Geschwindigkeiten bewirkt.
Im zweiten Schritt S2 wird nun die Berechnung des Giermoments analog zu Schritt S1 wiederholt, allerdings im Gegensatz zu Schritt S1 für eine vorbestimmte Referenz-Geschwindigkeit. Demgegenüber wird der in Schritt S1 als Eingangsgröße verwendete Ist-Lenkwinkel auch in Schritt S2 übernommen. Das sich ergebende Giermoment wird im Folgenden als Referenz-Giermoment bezeichnet.
In der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen wird unter dem Referenz-Giermoment ein Drehmoment um die Gierachse verstanden, das zusätzlich zu dem für die ideale Fahrkurve notwendige Drehmoment bei der Referenzgeschwindigkeit an dem Fahrzeug anliegt.
In einem dritten Schritt S3 wird das gesuchte Korrektur-Giermoment durch Differenzbildung des in Schritt S1 berechneten Ist-Giermoments mit dem in Schritt S2 berechneten Referenz-Giermoment ermittelt. Typischerweise wird dieses Korrektur-Giermoment nur wirksam, wenn die in Schritt S1 herangezogene Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer ist als die vorgegebene Referenz-Geschwindigkeit. Das Korrektur-Giermoment entspricht betragsmäßig dann demjenigen Giermoment, welches im Kraftfahrzeug aufgrund der gegenüber der Referenz-Geschwindigkeit erhöhten Ist-Geschwindigkeit auftritt. Durch Aufprägen des Korrektur-Giermoments auf das Kraftfahrzeug kann das geschwindigkeitsbedingt zusätzlich auftretende Giermoment kompensiert werden, so dass das bei der Ist-Geschwindigkeit auftretende resultierende Giermoment als Folge einer solchen Kompensation jenem bei der Referenz-Geschwindigkeit entspricht. Da das erfindungsgemäße Verfahren die Berechnung des Korrektur-Giermoments bei beliebigen Ist-Geschwindigkeiten erlaubt, ist eine solche Kompensation prinzipiell für beliebige Ist-Geschwindigkeiten möglich. Vorzugsweise wird das Korrektur-Giermoment nur umgesetzt, wenn die Ist-Geschwindigkeit größer ist als die Referenz-Geschwindigkeit.
Erfindungsgemäß wird ein adaptives Modell zur Berechnung des Ist-Giermoments und des Referenz-Giermoments verwendet, das insbesondere eine Veränderung der Masse, der Schwerpunktlage, der Reifen, des Reifenluftdruckes und der Fahrbahn berücksichtigen kann. Somit können die Eingriffe gezielter erfolgen, so dass die Belastung der Bremsanlage reduziert werden kann.
Durch iterative Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und einem damit verbundenen ”künstlichen” Erzeugen des auf diese Weise ermittelten Korrektur-Giermoments im Kraftfahrzeug lässt sich das Gierverhalten des Kraftfahrzeugs im Wesentlichen unabhängig von dessen tatsächlicher Ist-Geschwindigkeit auf jenes bei der vorbestimmten Referenz-Geschwindigkeit reduzieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform, welche die Berücksichtigung weiterer, zusätzlicher Eingangsparameter zur Berechnung des Korrektur-Giermoments erlaubt, kann die modellgestützte Berechnung des Giermoments zusätzlich in Abhängigkeit von wenigstens einer der folgenden Größen, der Integration dieser Größen oder der Ableitung dieser Größen erfolgen:

– Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs,
– Giergeschwindigkeit (dψ/dt) des Kraftfahrzeugs,
– Gierbeschleunigung (d²ψ/dt²) des Kraftfahrzeugs,
– Lenkgeschwindigkeit (dδ_v/dt) des Kraftfahrzeugs.

Eine günstige Lösung sieht vor, dass die Gierbeschleunigung (d²ψ/dt²) und/oder die Lenkgeschwindigkeit (dδ_v/dt) jeweils einen dynamischen und einen zeitlich stationären Anteil aufweisen, dass die Berechnung eines dynamischen Korrektur-Giermoments in Abhängigkeit vom dynamischen Anteil der Gierbeschleunigung (d²ψ/dt²) und/oder der Lenkgeschwindigkeit (dδ_v/dt) anhand eines ersten Modells durchgeführt wird, und dass die Berechnung eines stationären Korrektur-Giermoments in Abhängigkeit vom stationären Anteil der Gierbeschleunigung (d²ψ/dt²) und/oder der Lenkgeschwindigkeit (dδ_v/dt) anhand eines zweiten Modells durchgeführt wird. Dadurch kann die Genauigkeitδ der Anpassung verbessert werden, wenn das zur Verfügung stehende Modell jeweils nur entweder den dynamischen oder den stationären Anteil ausreichend genau berechnet.
Besonders zweckmäßig bietet sich für die modellgestützte Berechnung von Giermomenten im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens die Verwendung des sog. linearen Einspurmodells an, mittels welchem das Gierübertragungsverhalten des Kraftfahrzeugs modelliert werden kann. Dieses erlaubt eine genaue Beschreibung sowohl der stationären als auch instationären Querdynamik des Kraftfahrzeugs. Denkbar ist aber auch die Verwendung anderer Modelle, beispielsweise Modelle mit mehr als zwei Freiheitsgraden o. ä. Im Falle des Einspurmodells kann als Basisgleichung die bekannte Differentialgleichung ψ ... + 2D_ψω_ψψ .. + ω 2 / ψψ = V_δ(δ_v + T_δδ_v) + V_M(M_z + T ._MM ._z) (1) zur modellgestützten Berechnung der Giermomente herangezogen werden. Dabei ist dψ/dt die Giergeschwindigkeit, d²ψ/dt² die Gierbeschleunigung, d³ψ/dt³ der Gierruck, D_ψ die Gierdämpfung, ω_ψ die Giereigenfrequenz, δ_v der radbezogene Lenkwinkel, dδ_v/dt die radbezogene Lenkgeschwindigkeit, V_δ die Lenkungsverstärkung, T_δ die Lenkungsvorhaltezeit, M_z das Korrektur-Giermoment, dM_z/dt die zeitliche Ableitung des Korrektur-Giermoments, V_M die Giermomentverstärkung und T_M die Giermomentvorhaltezeit.
Gleichung (1) lässt sich wie folgt mittels Laplace-Transformation in den Frequenzraum transformieren: (s² + 2D_ψω_ψs + ω 2 / ψ)Ψ(s) = (V_δ + V_δT_δs)Δ(s) + (V_M + V_MT_Ms)M_z(s) (2) und im Frequenzraum lösen, wobei Ψ, Δ, und M_z die Laplace-Transformierten von Gierrate, Lenkwinkel und Giermoment und s die komplexe Frequenz jω bezeichnen.
Alternativ zur Verwendung des oben genannten linearen Einspurmodells bieten sich aber auch gegenüber dem linearen Einspurmodell komplexere, sogenannte nichtlineare Modelle an. In diesem Fall ist denkbar, den nichtlinearen Zusammenhang zwischen Giermoment und Lenkwinkel sowie Geschwindigkeit in einem Kennfeld abzulegen und zur Berechnung des Giermoments heranzuziehen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch vorstellbar, den gewünschten nichtlinearen Zusammenhang mittels einer geeigneten analytischen Funktion zu definieren oder zumindest zu approximieren. Beide Varianten können sowohl bei der Berechnung des Ist-Giermoments M_z ^Ist als auch des Referenz-Giermoments M_z ^Ref im Zuge des hier vorgestellten Verfahrens herangezogen werden. Dadurch ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass die berechneten Korrektur-Giermomente in einem Kraftfahrzeug durch nur kurz andauernde Aktivierungsphasen des Bremssystems erzeugt werden können, ohne dass diese dabei übermäßig überhitzen oder verschleißen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, welches zur Durchführung des vorangehend vorgestellten Verfahrens ausgebildet ist. Bei einem solchen Steuergerät kann es sich um ein herkömmliches Steuergerät handeln, welches standardmäßig in modernen Kraftfahrzeugen verbaut wird und als Teil eines Bussystems wie z. B. dem Controller Area Network (CAN) die Ansteuerung verschiedener Fahrzeugkomponenten einschließlich des Bremssystems gestattet. Ein solches Steuergerät kann eine Steuerungseinheit (ECU) und eine mit dieser zusammenwirkende Speichereinheit umfassen, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren – in Softwarecode codiert – zur Ausführung durch die Steuerungseinheit abgelegt sein kann. Die Ausführung des Verfahrens erfolgt vorzugsweise iterativ.
Für den Fall, dass die Berechnung der Giermomente, wie oben erläutert, unter Verwendung nichtlinearer Modelle erfolgen soll, können die zum Festlegen der nichtlinearen Zusammenhänge erforderlichen Kennfelder bzw. analytischen Funktionen in einer Speichereinheit des Steuergeräts abgelegt werden.
Vorteilhafterweise berechnet das Steuergerät dabei das zu erwartendes Ist-Giermoment des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von einer Ist-Geschwindigkeit und einem Ist-Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs, für den Ist-Lenkwinkel und eine vorbestimmte Referenz-Geschwindigkeit ein Referenz-Giermoment, und bestimmt anschließend aus dem berechneten Ist-Giermoment und dem berechneten Referenz-Giermoment durch Differenzbildung ein Korrektur-Giermoment.
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit dem oben beschriebenen Steuergerät sowie mit wenigstens einer Fahrzeugkomponente, mittels welcher das vom Steuergerät berechnete Korrektur-Giermoment im Kraftfahrzeug erzeugbar ist. Es bietet sich an, als solche Fahrzeugkomponente das im Kraftfahrzeug bereits serienmäßig verbaute Bremssystem zu verwenden, wenn sich dessen den vier Rädern des Kraftfahrzeugs zugeordneten Bremseinheiten vom Steuergerät, z. B. über das CAN-Bussystem des Kraftfahrzeugs, individuell ansteuern lassen. Das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens berechnete Korrektur-Giermoment kann dabei durch ein einseitiges Ansteuern einer oder der beiden bzgl. der Längsrichtung des Kraftfahrzeugs linken oder rechten Bremseinheiten erzeugt werden.
Typischerweise weisen die Gierbeschleunigung und/oder die Lenkgeschwindigkeit jeweils einen dynamischen und einen zeitlich stationären Anteil auf. Besonders zweckmäßig empfiehlt es sich daher, die Berechnung des Korrektur-Giermoments ausschließlich in Abhängigkeit vom dynamischen Anteil der Gierbeschleunigung und/oder der Lenkgeschwindigkeit durchzuführen, nicht jedoch vom stationären Anteil der Gierbeschleunigung und/oder der Lenkgeschwindigkeit. Wird das mittels des hier vorgestellten Verfahrens berechnete Korrektur-Giermoment in einem Kraftfahrzeug durch einseitige Ansteuerung der linken oder rechten Bremseinheiten erzeugt, so sind bei der vorgeschlagenen Berücksichtigung ausschließlich dynamischer Anteile nur relativ einfache Bremsmanöver von kurzer Dauer erforderlich, wodurch der Verschleiß des Bremssystems in nicht unerheblichem Maße reduziert werden kann; insbesondere ein unerwünschtes Überhitzen der Bremseinheiten des Bremssystems des Kraftfahrzeugs wird auf diese Weise vermieden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend 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.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch:
1 ein schematisches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 ein grobschematisch dargestelltes Kraftfahrzeug, in welchem das Verfahren der 1 beim Fahrspurwechsel zur Ausführung kommt,
3 eine eindimensionale Darstellung der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens berechneten Giermomente,
4 ein die dynamische Gierverstärkung im Kraftfahrzeug illustrierendes Diagramm.
In 1 ist ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Die 2 zeigt ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Steuergerät 11, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren zur Ausführung kommen kann, grobschematisch in einer Draufsicht, und zwar beim Einleiten eines Fahrspurwechsels – in Fahrtrichtung rechts – auf einer Fahrbahn 20 mit zwei benachbarten Fahrspuren 20a, 20b. Die für einen solchen Spurwechsel erforderliche Lenkwinkeländerung an der lenkbaren Vorderachse 14 des Kraftfahrzeugs 10, ausgelöst durch eine entsprechende Lenkbewegung des Fahrers am Lenkrad des Kraftfahrzeugs 10, erzeugt ein Giermoment im Kraftfahrzeug 10.
Um nun dieses Giermoment auf jenes bei der Referenz-Geschwindigkeit v_x ^Ref auftretende Giermoment reduzieren zu können, kommt das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung. Als externe Eingangsgrößen dienen zum einen der momentane Lenkwinkel δ_v des Kraftfahrzeugs und zum anderen die momentane Fahrgeschwindigkeit v_x ^Ist des Kraftfahrzeugs 10 in Fahrtrichtung X. Aktuelle Werte beider Größen im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 10 können dem Steuergerät 11 mittels einer geeigneten Sensorik zur Verfügung gestellt werden: so lässt sich der aktuelle Lenkwinkel δ_v des Kraftfahrzeugs 10 mittels eines im Fahrzeug 10 verbauten und in der 2 nur grobschematisch angedeuteten Lenkwinkelsensors 12 ermitteln. Zur Ermittlung der momentanen Fahrgeschwindigkeit v_x ^Ist können ein oder mehrere im Kraftfahrzeug verbaute Geschwindigkeitssensoren 13 herangezogen werden. Beide Sensoren 12, 13 nutzen zur Übermittlung des Lenkwinkels δ_v bzw. der Fahrgeschwindigkeit v_x ^Ist an das Steuergerät 11 beispielsweise den im Fahrzeug 10 implementierten CAN-Bus.
In einem ersten Schritt S1 wird nun vom Steuergerät 11 durch Verwendung des sogenannten linearen Einspurmodells ein im Kraftfahrzeug 10 zu erwartendes Ist-Giermoment M_z ^Ist in Abhängigkeit von der momentanen Ist-Geschwindigkeit v_x ^Ist des Kraftfahrzeugs 10 und dessen momentanen Ist-Lenkwinkel δ_v ^Ist berechnet. Das momentan auf das Kraftfahrzeug 10 wirkende Ist-Giermoment M_z ^Ist kann dabei von einer Vielzahl von Faktoren bzw. Parametern abhängen. Insbesondere wird ein solches Giermoment im Kraftfahrzeug 10 durch – bereits geringfügige – vom Fahrer verursachte Lenkbewegungen erzeugt. Generell gilt, dass durch hohe Lenkgeschwindigkeiten unerwünschte, weil die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs 10 beeinträchtigende Giereffekte auftreten, die mit ansteigender Fahrgeschwindigkeit v_x des Kraftfahrzeugs 10 zunehmen.
In einem auf den ersten Schritt S1 folgenden Schritt S2 wird für denselben momentanen Ist-Lenkwinkel δ_v ^Ist, jedoch für eine von der Ist-Geschwindigkeit v_x ^Ist verschiedene Referenz-Geschwindigkeit v_x ^Ref ein Referenz-Giermoment M_z ^Ref berechnet. Der Wert des Referenz-Giermoments M_z ^Ref kann als Zielwert für das Kraftfahrzeug 10 bei der momentanen Ist-Geschwindigkeit v_x ^Ist aufgefasst werden. Um diesen zu erreichen, muss dem Kraftfahrzeug 10 ”künstlich” ein zusätzliches Korrektur-Giermoment M_z ^Korr aufgeprägt werden. Da das Korrektur-Giermoment M_z ^Korr typischerweise nur umgesetzt wird, wenn die Ist-Geschwindigkeit v_x ^Ist größer ist als die Referenz-Geschwindigkeit v_x ^Ref, wirkt es dem Ist-Giermoment M_z ^Ist entgegen. Mit anderen Worten, das in Schritt S1 bestimmte Ist-Giermoment M_z ^Ist muss um die Differenz D zwischen Referenz-Giermoment M_z ^Ref und Ist-Giermoment M_z ^Ist reduziert werden. Dies ist im Diagramm der 3 schematisch gezeigt, in welchem die Vektorgrößen M_z ^Ist, M_z ^Ref und M_z ^korr eindimensional dargestellt sind.
In einem dritten Schritt S3 wird nun die Differenz D aus Ist-Giermoment M_z ^Ist und Referenz-Giermoment M_v ^Ref berechnet, also D = M_z ^Ist – M_z ^Ref. Diese Differenz D ist identisch gleich dem dem Kraftfahrzeug 10 aufzuprägenden Korrektur-Giermoment M_z ^Korr, also D ≡ M_z ^Korr.
Zur Reduzierung des im Kraftfahrzeug 10 beim Fahrspurwechsel wirkenden Ist-Giermoments M_z ^Ist kann dieses vom Steuergerät 11 in einer geeigneten Fahrzeugkomponente des Kraftfahrzeugs 10 eingestellt werden. Es bietet sich an, als solche Fahrzeugkomponente das im Kraftfahrzeug 10 bereits serienmäßig verbaute Bremssystem zu verwendet. Die den vier Rädern 15l, 15r des Kraftfahrzeugs 10 zugeordneten Bremseinheiten 16l, 16r lassen sich von dessen Steuergerät 11 – beispielsweis über das CAN-Bussystem – individuell ansteuern. Durch ein einseitiges Ansteuern einer oder der beiden linken Bremseinheiten 16l gelingt es, dem Kraftfahrzeug 10 das gewünschte Korrektur-Drehmoment M_z ^Korr (vgl. hierzu auch 3) aufzuprägen.
Zur modellgestützten Berechnung der Giermomente wird vorzugsweise ein adaptives Modell verwendet. Das Adaptive Modell kann dabei Veränderungen an dem Kraftfahrzeug 10 berücksichtigen. Insbesondere kann der Beladungszustand, die Schwerpunktlage, der Reifenzustand und der Fahrbahnzustand berücksichtigt werden. Zur Berücksichtigung dieser Parameter kann beispielsweise eine Achslastmesseinrichtung vorgesehen sein. Denkbar ist auch, dass die Modellberechnung zwischen Sommerreifen und Winterreifen umschaltbar ist.
Die vorangehend beschriebene Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erwähnt das zur modellgestützten Giermomentberechnung herangezogene und dem Fachmann bekannte Einspurmodell nur in knapper Form. Die im vorliegenden Beispielszenario beschriebene Verwendung nur zweier Eingangsgrößen, und zwar Ist-Geschwindigkeit v_x ^Ist und momentaner Lenkwinkel δ_v ^Ist, lässt sich vom Fachmann durch geeignete Maßnahmen, so beispielsweise die Berücksichtigung zusätzlicher Eingangsgrößen zur verbesserten Modellierung der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs 10, maßgeblich verbessern. Denkbare, weitere Eingangsgrößen sind beispielsweise die Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs 10, die Giergeschwindigkeit (dψ/dt), die Lenkgeschwindigkeit (dδ_v/dt) oder die Gierbeschleunigung (d²ψ/dt²).
Alternativ zur Verwendung des oben genannten linearen Einspurmodells ist auch die Einbindung geeigneter nichtlinearer Modelle vorstellbar. So ist beispielsweise denkbar, den nichtlinearen Zusammenhang zwischen Giermoment und Lenkwinkel bzw. Geschwindigkeit in einem Kennfeld abzulegen und zur Berechnung des Giermoments heranzuziehen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch vorstellbar, den gewünschten nichtlinearen Zusammenhang mittels einer geeigneten analytischen Funktion zu definieren oder zumindest zu approximieren. Beide Möglichkeiten können sowohl bei der Berechnung des Ist-Giermoments M_z ^Ist als auch des Referenz-Giermoments M_z ^Ref herangezogen werden.
Das Gierverhalten weist einen dynamischen und einen zeitlich stationären Anteil auf. Die Berechnung der Korrektur-Giermoments kann ebenfalls in einen dynamischen und einen stationären Teil getrennt werden. Dabei wird die Berechnung des dynamischen Korrektur-Giermoments in Abhängigkeit anhand eines ersten Modells durchgeführt wird und die Berechnung des stationären Korrektur-Giermoments anhand eines zweiten Modells durchgeführt wird. Dadurch kann sowohl das stationäre als auch das dynamische Gierverhalten angepasst werden.
Besondere Vorzüge bietet eine frequenzabhängige Betrachtung bzw. Modellierung im Einspurmodell, d. h. die Lenkbewegung des Kraftfahrzeugs 10 wird, beispielsweise durch Laplace-Transformation, als Funktion der Zeit im Frequenzraum betrachtet. 4 illustriert exemplarisch eine derartige frequenzabhängige Betrachtung der Gierrate pro Lenkwinkel als Funktion der Frequenz des Lenkwinkels des Kraftfahrzeugs, und zwar in Form eines Amplituden-Frequenz-Diagramms (A-f-Diagramm) der sog. dynamischen Gierverstärkung. Der mit 17a bezeichnete Graph zeigt die in einem Kraftfahrzeug 10 tatsächliche auftretende frequenzabhängige Gierverstärkung bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 180 km/h, der mit 17b bezeichnete Graph die ebenfalls tatsächlich auftretende frequenzabhängige Gierverstärkung bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 120 km/h. Der mit 17c bezeichnete Graph zeigt schließlich die modellbasiert ermittelte, im Kraftfahrzeug 10 zu erwartende, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens korrigierte Gierverstärkung bei 180 km/h. Ein Vergleich der Graphen 17b und 17c zeigt, dass die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Anpassung des dynamischen Gierverhaltens des Kraftfahrzeugs 10 bei 180 km/h an jenes bei einer reduzierten Geschwindigkeit von 120 km/h ermöglicht.
Es versteht sich, dass die Anwendung des hier vorgestellten erfindungsgemäßen Verfahrens nicht auf das im Beispielszenario erläuterte Fahrmanöver in Form eines Fahrspurwechsels beschränkt ist; vielmehr lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Verbesserung des Gierverhaltens bei Fahrmanövern verschiedenster Art heranziehen. Des Weiteren ist die o. g. Bezugsgeschwindigkeit v(x, Ref) als Beispiel zu sehen und wird je nach Fahrzeugvariante individuell gewählt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006048835 A1 [0005]
DE 102004035004 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Verbessern des Gierverhaltens eines Kraftfahrzeugs (10), gemäß welchem modellgestützt in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und dem Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs (10) ein im Kraftfahrzeug (10) zu erwartendes Giermoment berechnet wird, umfassend die folgenden Schritte: S1) Berechnung eines zu erwartenden Ist-Giermoments (M_z ^Ist) in Abhängigkeit von einer Ist-Geschwindigkeit (v_x ^Ist) und einem Ist-Lenkwinkel (δ_v ^Ist) des Kraftfahrzeugs (10), S2) Berechnung eines Referenz-Giermoments (M_z ^Ref) für eine vorbestimmte Referenz-Geschwindigkeit (v_x ^Ref) und für den Ist-Lenkwinkel (δ_v ^Ist) S3) Berechnung eines Korrektur-Giermoments (M_z ^Korr) durch Differenzbildung (D = M_z ^Ist – M_z ^Ref) aus dem Ist-Giermoment (M_z ^Ist) und dem Referenz-Giermoment (M_z ^Ref)
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die modellgestützte Berechnung des Giermoments unter Verwendung eines adaptiven linearen Einspurmodells oder eines adaptiven nichtlinearen Modells erfolgt, wobei die Masse, die Schwerpunktlage, die Bereifung und/oder der Reifenluftdruck berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die modellgestützte Berechnung des Giermoments zusätzlich in Abhängigkeit von wenigstens einer der folgenden Größen, der Integration dieser Größen oder der Ableitung dieser Größen erfolgt: – Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs (10), – Giergeschwindigkeit (dψ/dt) des Kraftfahrzeugs (10), – Gierbeschleunigung (d²ψ/dt²) des Kraftfahrzeugs (10), – Lenkgeschwindigkeit (dδ_v/dt) des Kraftfahrzeugs (10).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – die Gierbeschleunigung (d²ψ/dt²) und/oder die Lenkgeschwindigkeit (dδ_v/dt) jeweils einen dynamischen und einen zeitlich stationären Anteil aufweisen, – die Berechnung eines dynamischen Korrektur-Giermoments in Abhängigkeit vom dynamischen Anteil der Gierbeschleunigung (d²ψ/dt²) und/oder der Lenkgeschwindigkeit (dδ_v/dt) anhand eines ersten Modells durchgeführt wird, – die Berechnung eines stationären Korrektur-Giermoments in Abhängigkeit vom stationären Anteil der Gierbeschleunigung (d²ψ/dt²) und/oder der Lenkgeschwindigkeit (dδ_v/dt) anhand eines zweiten Modells durchgeführt wird.