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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs, das eine Vorderachslenkung und eine Hinterachslenkung aufweist, wobei ein Echtfahrzeugmodell aufgestellt wird, das auf den Werten des Kraftfahrzeugs basiert.
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Aus der
DE 102 12 582 B4 ist ein Verfahren zur Regelung der Fahrdynamik bekannt, wobei mindestens ein Lenkeingriff an einer Fahrzeugachse geregelt wird. Dabei wird die Fahrdynamik des Fahrzeugs an eine Sollfahrdynamik angepasst. Ziel dabei ist es, die Sicherheit des Fahrzeugs zu erhöhen, insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten die Fahrdynamik derart anzupassen, dass sie dem Fahrverhalten bei einer niedrigeren Geschwindigkeit entspricht.
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Diese Stabilisierungsmaßnahmen sind allerdings im Stadtverkehr nachteilig. Im Stadtverkehr ist eine höhere Agilität des Fahrzeugs wünschenswert, so dass die aus dem Stand der Technik bekannten Stabilisierungsmaßnahmen, welche die Agilität einschränken, im Stadtverkehr eher hinderlich sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform eines Verfahrens zur Verbesserung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, die sich insbesondere durch eine erhöhte Agilität des Kraftfahrzeugs im Stadtverkehr auszeichnet.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Sollfahrzeugmodell aufzustellen, welches gegenüber einem Echtfahrzeugmodell in bestimmten Dynamikparametern gezielt verändert wird, um eine erhöhte Agilität des Kraftfahrzeugs zu erzielen. Insbesondere werden bei Geschwindigkeiten unter 80 km/h, die im Stadtverkehr auftreten, eine Dämpfung, insbesondere eine Gier-Dämpfung verringert und eine Eigenfrequenz, insbesondere eine Gier-Eigenfrequenz erhöht. Ein solches Sollkraftfahrzeug würde schneller und stärker auf Lenkeingriffe des Kraftfahrzeugführers reagieren, was im Allgemeinen als eine höhere Agilität empfunden wird. Des Weiteren können bei dem Sollfahrzeugmodell auch eine Verstärkung und eine Vorhaltezeit für den Vorderachslenkwinkel erhöht werden, wodurch die Lenkbewegungen und die Änderungen der Lenkbewegungen des Kraftfahrzeugführers ebenfalls verstärkt werden, was zu einem agileren Fahrverhalten führt. Erfindungsgemäß wird eine zu erwartende Fahrdynamik in Abhängigkeit von einer Ist-Geschwindigkeit und für einen Ist-Vorderachslenkwinkel mit Hilfe des Echtfahrzeugs berechnet. Des Weiteren wird eine Sollfahrdynamik in Abhängigkeit von der Ist-Geschwindigkeit und für den Ist-Vorderachslenkwinkel mit Hilfe des Sollfahrzeugmodells berechnet. Aus den Unterschieden zwischen der zu erwartenden Fahrdynamik und der Sollfahrdynamik kann wiederum mit Hilfe des Echtfahrzeugmodells ein Korrektureingriff für die Hinterachslenkung bestimmt werden, mit welchem die Unterschiede ausgeglichen werden können. Insbesondere kann dadurch die vorliegende Gierbewegung kompensiert werden als auch eine gewünschte Gierbewegung aufgeprägt werden. Durch die Korrektureingriffe an der Hinterachslenkung kann also dem Fahrzeug ein anderes Fahrverhalten aufgeprägt werden. Dadurch ist es möglich, im Stadtverkehr ein großes Fahrzeug derart zu beeinflussen, dass es sich wie ein kleines wendiges Fahrzeug bewegen lässt. Insbesondere ist durch die Korrektureingriffe an der Hinterachslenkung, die durch die Fahrzeugmodelle berechnet werden, ein höherer Hinterachslenkwinkel möglich als bei einer linearen Kopplung mit dem Vorderachslenkwinkel. Bei linearer Kopplung bewirken hohe Hinterachslenkwinkel ein subjektiv als falsch oder unangenehm empfundenes Fahrverhalten.
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Eine günstige Möglichkeit sieht vor, dass wenn ein Dynamikparameter sehr stark verändert wird, eine Anpassung eines anderen Parameters in genau entgegengesetzte Richtung als in vorstehendem Abschnitt beschrieben vorgenommen wird, um das Fahrzeug nicht zu stark zu agilisieren.
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Vorzugsweise basieren das Echtfahrzeugmodell und das Sollfahrzeugmodell auf einem linearen Einspurmodell zweiter Ordnung. Aus dem linearen Einspurmodell zweiter Ordnung kann eine charakteristische Gleichung mit einfach zu interpretieren Kenngrößen abgeleitet werden. Aus den charakteristischen Gleichungen könne die Dynamikparameter leicht entnommen werden.
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Dadurch, dass die Dynamikparameter im Wesentlichen nur für Geschwindigkeiten, die im Stadtverkehr auftreten, angepasst werden, wird die Fahrstabilität bei hohen Geschwindigkeiten nicht beeinflusst. Selbstverständlich ist es möglich, bei höheren Geschwindigkeiten, beispielsweise über 100 km/h die Fahrstabilität zu erhöhen, indem beispielsweise die Dämpfung erhöht und die Eigenfrequenz verringert wird.
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In der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen werden unter Dynamikparameter Parameter verstanden, welche die Dynamik beschreiben. Beispielsweise können die Dynamikparamete einer charakteristischen Gleichung entnommen werden, die aus dem linearen Einspurmodell zweiter Ordnung bestimmt werden kann. Insbesondere fallen darunter eine Dämpfung, beispielsweise Gier-Dämpfung, eine Verstärkung, beispielsweise Gier-Verstärkung, eine Eigenfrequenz und Vorhaltezeit. Dabei beschreiben die Dämpfung und Eigenfrequenz die dynamische Antwort des Kraftfahrzeugs, während die Verstärkung und Vorhaltezeit die Wirkung des Fahrereingriffs (Vorderachslenkwinkel) und des Korrektureingriffs (Hinterachslenkwinkel) beschreiben.
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Eine günstige Lösung sieht vor, dass durch das voranstehend beschriebene Verfahren die Gierdynamik angepasst wird. Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch die mit der Quergeschwindigkeit korrelierte Dynamik berücksichtigt und angepasst werden.
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Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Korrektureingriff an der Hinterachse zur Angleichung der Dämpfung und/oder der Eigenfrequenz geregelt wird. Das heißt, es erfolgt zusätzlich zur Messung des Lenkwinkels und der Fahrzeuggeschwindigkeit eine Messung der Fahrzeugdynamik, insbesondere der Gierdynamik, so dass eine Abweichung von der Sollfahrzeugdynamik bestimmt werden kann. Daraus kann mit Hilfe des Echtfahrzeugmodells wiederum als Stellgröße für die Regelstrecke Korrektureingriffe an der Hinterachslenkung ermittelt werden. Vorzugsweise wird modellgestützt eine erste Schätzung für den Korrektureingriff an der Hinterachslenkung bestimmt und mit Hilfe der Regelstrecke eine Feinanpassung erzielt.
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Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Korrektureingriff an der Hinterachslenkung zur Angleichung der Verstärkung und der Vorhaltezeit gesteuert wird. Es hat sich gezeigt, dass zur Erzielung der gewünschten virtuellen Verstärkung und Vorhaltezeit eine Anpassung durch eine Regelstrecke nicht notwendig ist, so dass ein reines modellgestütztes Ansteuern der Korrektureingriffe an der Hinterachslenkung ausreichend ist.
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Selbstverständlich können alle Dynamikparameter gleichzeitig angepasst werde. Dadurch kann eine gezielte Anpassung der Fahrdynamik an ein agileres Fahrverhalten erreicht werden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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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.
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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.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch:
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1 eine Prinzipskizze eines Kraftfahrzeugs,
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2 ein Diagramm, in welchem geschwindigkeitsabhängig die Gier-Verstärkung für ein Echtfahrzeugmodell und für ein Sollfahrzeugmodell dargestellt sind,
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3 ein Diagramm, in welchem geschwindigkeitsabhängig die Gier-Vorhaltezeit für das Echtfahrzeugmodell und für das Sollfahrzeugmodell dargestellt sind,
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4 ein Diagramm, in welchem geschwindigkeitsabhängig die Eigenfrequenz für ein Echtfahrzeugmodell und für das Sollfahrzeugmodell dargestellt sind, und
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5 ein Diagramm, in welchem geschwindigkeitsabhängig die Gier-Dämpfungen für das Echtfahrzeugmodell und das Sollfahrzeugmodell dargestellt sind.
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Ein in 1 prinzipiell dargestelltes Kraftfahrzeug 10, an welchem das Verfahren zur Verbesserung der Fahrdynamik durchgeführt wird, umfasst eine Vorderachse 12, mit zwei Vorderrädern 14. Die Vorderachse 12 weist eine Vorderachslenkung 16 auf, mit welcher die Vorderräder 14 gelenkt werden können. Des Weiteren weist das Fahrzeug eine Hinterachse 18 auf mit zwei Hinterrädern 20. Ferner weist die Hinterachse eine Hinterachslenkung 22 auf, mit welcher die Hinterräder 20 gelenkt werden können. Insbesondere die Hinterachslenkung 22 weist einen Aktuator 24 auf, mit welchem ein Lenkwinkel der Hinterräder 20 eingestellt werden kann.
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Ferner weist das Kraftfahrzeug eine Steuerungseinrichtung 26 auf, welche den oder die Aktoren 24 ansteuern kann. Des Weiteren werden der Steuereinrichtung 26 Informationen über die Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkwinkel an der Vorderachse 12 und an der Hinterachse 18, Gierraten zugeführt.
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Die Steuereinrichtung 26 weist mindestens ein Rechenwerk 28 auf, welches derart programmiert ist, dass ein Echtfahrzeugmodell und ein Sollfahrzeugmodell berechnen werden kann. Insbesondere kann das Rechenwerk 28 jeweils eine charakteristische Gleichung des Echtfahrzeugmodells und des Sollfahrzeugmodells berechnen.
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Das Echtfahrzeugmodell ist beispielsweise ein lineares Einspurmodell zweiter Ordnung, bei welchem die echten Fahrzeugparameter zugrunde gelegt werden. Daraus ergibt sich folgende charakteristische Gleichung für die Gierraten:
wobei Ψ die Gier-Geschwindigkeit, D
g eine Gier-Dämpfung, ω
g eine Giereigenkreisfrequenz, V
v eine Verstärkung für den Vorderachslenkwinkel, T
v eine Vorhaltezeit für den Vorderachslenkwinkel, V
h Verstärkung für den Hinterachslenkwinkel, T
h Vorhaltezeit für den Hinterachslenkwinkel, δ
v der Vorderachslenkwinkel und δ
h ein Hinterachslenkwinkel ist.
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Diese charakteristische Gleichung beschreibt die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs. Der linke Teil beschreibt das dynamische Verhalten bzw. die Antwort des Kraftfahrzeugs. Die rechte Seite beschreibt die Wirkung der Stelleingriffe durch Vorderachslenkung und Hinterachslenkung.
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Die Dynamikparameter Gier-Dämpfung 36, Eigenkreisfrequenz 34, Verstärkung 30 und Vorhaltezeit 32 sind geschwindigkeitsabhängig. In den 2 bis 5 sind typische geschwindigkeitsabhängige Verläufe für die Gier-Verstärkung (2), für die Gier-Vorhaltezeit (3), für die Eigenkreisfrequenz (4) und für die Gier-Dämpfung (5) dargestellt.
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Entsprechend zum Echtfahrzeugmodell wird ein Sollfahrzeugmodell aufgestellt, das eine entsprechende charakteristische Gleichung aufweist. Allerdings werden im Sollfahrzeugmodell die Dynamikparameter Gier-Dämpfung 36, Eigenkreisfrequenz 34, Verstärkung 30 und Vorhaltezeit 32 gezielt verändert, um bei Geschwindigkeiten, die dem Stadtverkehr entsprechen, ein agileres Fahrverhalten zu erzielen.
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Diese Anpassung der Geschwindigkeitsabhängigkeit dieser Dynamikparameter ist in den 2 bis 5 dargestellt. Die Soll-Verstärkung 38 wird gegenüber der Verstärkung 30 bei niedrigen Geschwindigkeiten erhöht, entsprechend wird auch die Soll-Vorhaltezeit 40 bei niedrigen Geschwindigkeiten erhöht, während sie bei hohen Geschwindigkeiten verringert wird. Die Soll-Eigenkreisfrequenz 42 wird ebenfalls bei geringen Geschwindigkeiten erhöht und die Soll-Gier-Dämpfung 44 wird bei niedrigen Geschwindigkeiten verringert und bei hohen Geschwindigkeiten erhöht, um bei niedrigen Geschwindigkeiten ein agileres Fahrverhalten und bei hohen Geschwindigkeiten ein sichereres Fahrverhalten zu simulieren. Eine solche Anpassung bewirkt eine urbane Agilität und gleichzeitig Stabilität bei hohen Geschwindigkeiten.
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In den 2 bis 5 ist lediglich die Anpassung der Geschwindigkeitsabhängigkeit der Dynamikparameter dargestellt. Es versteht sich, dass auch andere Abhängigkeiten der Dynamikparameter angepasst werden können. So kann beispielsweise die Abhängigkeit der Dynamikparameter von der Querbeschleunigung angepasst werden.
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Im Betrieb wird die Steuereinrichtung 26 mit Hilfe des Echtfahrzeugmodells eine zu erwartende Fahrzeugdynamik berechnen und mit Hilfe des Sollfahrzeugmodells eine Sollfahrzeugdynamik berechnen. Als Grundlage dienen dabei jeweils der tatsächlich anliegende Vorderachslenkwinkel und die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs.
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Daraus wird nun eine Abweichung von der zu erwartenden Fahrdynamik von der Sollfahrdynamik bestimmt. Mit Hilfe des Echtfahrzeugmodells kann daraufhin ein notwendiger Stelleingriff an der Hinterachse bestimmt werden, um die gewünschte Sollfahrzeugdynamik zu erzielen. Die Stelleinrichtung 26 wird mittels der Aktuatoren 24 einen entsprechenden Stelleingriff an der Hinterachslenkung durchführen.
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Dadurch kann dem Kraftfahrzeug ein gewünschtes Fahrverhalten, insbesondere eine gewünschte Fahrdynamik aufgeprägt werden. Durch die gezielte Veränderung der Dynamikparameter bei niedrigen Geschwindigkeiten, die im Stadtverkehr auftreten, kann somit die Agilität eines großen Fahrzeugs erhöht werden, so dass es sich wie ein kleines leichtes Fahrzeug im Stadtverkehr bewegen lässt.
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Es versteht sich, dass die Verstärkung 30 und die Vorhaltezeit 32 des realen Fahrzeugs 10 nicht verändert werden, lediglich die Wirkung auf die Fahrdynamik wird mit Hilfe der Korrektureingriffe an der Hinterachslenkung 22 entsprechend eingestellt, als hätte das Fahrzeug 10 die gewünschte Verstärkung 30 und Vorhaltezeit 32. Entsprechendes gilt für die Gier-Dämpfung 36 und die Eigenkreisfrequenz 34.
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Ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, wenn die modellgestützt berechneten Korrektureingriffe an der Hinterachslenkung 22 nicht ausreichen, um das gewünschte Sollfahrzeugverhalten bzw. die Sollfahrzeugdynamik zu erzielen, kann eine Regelstrecke vorgesehen sein, mit welcher ein zusätzlicher Korrektureingriff an der Hinterachslenkung 22 durchgeführt werden kann. Dazu kann beispielsweise ein Gierratensensor 46 vorgesehen sein, mit welchem die Steuereinrichtung 26 das tatsächliche Gier-Verhalten des Kraftfahrzeugs bestimmen kann und somit einen Korrekturwert für die Hinterachslenkung 22 bestimmen kann.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann zusätzlich zur Gier-Bewegung des Kraftfahrzeugs 10 auch die Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 10 modellgestützt berechnet und beeinflusst werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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