DE102018108111A1

DE102018108111A1 - Verfahren und systeme zur querkraftregelung von fahrzeugen

Info

Publication number: DE102018108111A1
Application number: DE102018108111.1A
Authority: DE
Inventors: SeyedAlireza Kasaiezadeh Mahabadi; Bakhtiar B. Litkouhi; Nikolai K. Moshchuk; Shih-Ken Chen
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-04-12
Filing date: 2018-04-05
Publication date: 2018-10-18
Anticipated expiration: 2038-04-06
Also published as: US20180297633A1; CN108688668A; DE102018108111B4; US10266202B2; CN108688668B

Abstract

Verfahren und Systeme zum Steuern eines Fahrzeugs werden bereitgestellt. Die Verfahren und Systeme lesen Sensoren und schätzen basierend auf den Sensormesswerten den Reifennachlauf für einen Reifen des Fahrzeugs. Die Verfahren und Systeme beinhalten das Ermitteln des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines Reifenquersättigungszustands basierend auf einem Vergleich des geschätzten Reifennachlaufs für den Reifen des Fahrzeugs mit einem Nachlaufschwellenwert, der einen Reifenquersättigungszustand anzeigt. Bei Vorhandensein des Reifenquersättigungszustands beinhalten die Verfahren und Systeme das Ermitteln eines Kontrollwerts und Verwenden des Kontrollwerts als Eingang für ein Fahrzeugsteuermodul. Das Fahrzeugsteuermodul reagiert auf den Reifenquersättigungszustand basierend auf dem Steuerungswert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Das technische Gebiet bezieht sich im Allgemeinen auf das Ermitteln des Reifenquersättigungszustands, insbesondere hinsichtlich der Steuerung eines Fahrzeugs basierend auf einem vorhandenen Reifenquersättigungszustand.
HINTERGRUND
Die Querkraftregelung wird durch eine Reihe von automatischen Fahrzeugsteuerungssystemen realisiert, darunter elektronische Servolenkungssysteme (EPS), Kollisionsschutzsysteme (CIS), Spurzentriersysteme, elektronische Stabilitätskontrollsysteme (ESC), umfassende Sicherheitsfahrzeugsysteme (CSV) und Spurwechselassistenzsysteme. Die Verhinderung des Betriebs in einem instabilen Bereich des Reifens, wenn die Reifenquerkraft zu groß ist, ermöglicht einen effektiven Betrieb solcher Fahrzeugkontrollsysteme.
Die Sättigung oder Reifenquerkraftsättigung ist ein Parameter, der als Indikator für die Seitenstabilität eines Fahrzeugs dient und in einigen Fahrzeugsteuerungssystemen verwendet wird. Die Sättigung bezieht sich auf einen instabilen Bereich, wodurch eine meist weitgehend lineare Beziehung zwischen Reifenquerkraft und Schlupfwinkel aufhört und der Reifen nicht mehr auf weitere Lenkkräfte reagiert. Der Reifenschlupfwinkel ist ein Winkel zwischen der tatsächlichen Fahrtrichtung eines rollenden Rades (Fahrtrichtung des Fahrzeugs) und der Richtung, in die das Rad zeigt. Die seitliche (d. h. parallel zur Radachse) Kraft ist eine Kraft, die von einem Fahrzeugreifen während der Kurvenfahrt erzeugt wird und ist linear proportional zum Schlupfwinkel bei niedrigen und mittleren Schlupfwinkeln. Mit zunehmendem Schlupfwinkel steigt jedoch die Querkraft bei einer Reifenquerkraftsättigung, jenseits derer die Lenkkontrolle instabil ist. Einige Fahrzeugsteuerungssysteme arbeiten so, dass die Querkraft in einem stabilen Bereich mit niedrigen und mittleren Schlupfwinkeln gehalten wird.
Dementsprechend besteht Bedarf an einem System und einem Verfahren zum Ermitteln der Reifenquerkraftsättigung. Darüber hinaus ist es wünschenswert, derartige Systeme und Verfahren zur Verfügung zu stellen, ohne dass komplexe Parameter, wie beispielsweise der Straßenzustand, geschätzt werden müssen, und in einer effizienten Verfahrensweise. Ferner werden andere wünschenswerte Funktionen und Merkmale der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, sowie mit dem vorangehenden technischen Gebiet und Hintergrund ersichtlich offensichtlich.
KURZDARSTELLUNG
Ein computerimplementiertes Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs ist vorgesehen. Das Verfahren beinhaltet das Auslesen von Sensoren und das Schätzen des Reifennachlaufs anhand der Sensorwerte. Das Verfahren beinhaltet das Ermitteln des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines Reifenquersättigungszustands basierend auf einem Vergleich des geschätzten Reifennachlaufs des Fahrzeugs mit einem Reifennachlaufschwellenwert, der einen Reifenquersättigungszustand anzeigt. Bei Vorhandensein der lateralen Sättigung des Reifens, wird ein Kontrollwert ermittelt und der Kontrollwert als Eingang für ein Fahrzeugsteuermodul verwendet. Das Fahrzeugsteuermodul reagiert auf den Reifenquersättigungszustand basierend auf dem Kontrollwert.
In Ausführungsformen steuert das Steuermodul die Lenkung des Fahrzeugs, um den geschätzten Reifennachlauf in Bezug auf den pneumatischen Nachlaufschwellenwert zu verschieben, sodass das Fehlen eines lateralen Sättigungszustands des Reifens festgestellt wird.
In Ausführungsformen beinhaltet das Fahrzeugsteuermodul ein elektronisches Servolenkungssystem.
In Ausführungsformen ermittelt das Fahrzeugsteuermodul die Lenkungssteuerung basierend auf dem Kontrollwert.
In Ausführungsformen beinhaltet der Kontrollwert eine elektronische Servolenkungskorrektur, die über das Fahrzeugsteuermodul auf die elektronische Servolenkung angewendet wird.
In Ausführungsformen wird der Kontrollwert als Betrag berechnet, der das Lenkmoment reduziert.
In Ausführungsformen wird der Größenreduzierungsfaktor als Funktion, z. B. Anteil, einer Differenz zwischen dem geschätzten pneumatischen Nachlauf für den Reifen des Fahrzeugs und dem pneumatischen Nachlaufschwellenwert berechnet.
In Ausführungsformen wird keine elektronische Servolenkungskorrektur auf die elektronische Servolenkung durch das Fahrzeugsteuermodul angewendet, wenn der Zustand der lateralen Sättigung des Reifens fehlt.
In zusätzlichen oder alternativen Ausführungsformen beinhaltet der Kontrollwert einen Soll-Schlupfwinkel für das Fahrzeugsteuermodul.
In Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren das Schätzen des Schlupfwinkels für einen oder den Reifen des Fahrzeugs und, wenn der laterale Sättigungszustand des Reifens vorliegt, unter Verwendung des geschätzten Schlupfwinkels als Soll-Schlupfwinkel.
In Ausführungsformen wird der Schlupfwinkel basierend auf der Zuordnung der Längs- und Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs zum mindestens einen Reifen geschätzt, worin die Längs- und Quergeschwindigkeit aus den Sensorwerten oder der Schätzung abgeleitet wird.
In Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren das Schleifen des Ablesens, Schätzen und Ermitteln von Schritten in Abwesenheit des lateralen Sättigungszustands des Reifens.
In Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren das Ermitteln des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins des lateralen Sättigungszustands basierend auf dem Vergleich des geschätzten pneumatischen Nachlaufs mit einem pneumatischen Nachlaufschwellenwert, der den lateralen Sättigungszustand des Reifens und das Persistenzkriterium anzeigt.
In Ausführungsformen beinhalten die Sensormesswerte die Längs- oder Querbeschleunigung des Fahrzeugs, die Gierrate, den Lenkradwinkel, den Beitrag des Fahrers zum Lenkmoment, den Beitrag des elektronischen Antriebssystems zum Lenkmoment und/oder zur Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs.
In Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren das Schätzen der Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs, des selbstausrichtenden Drehmoments, das Schätzen der Querkraft und das Schätzen des pneumatischen Nachlaufs für den Reifen basierend auf der geschätzten Querkraft und dem geschätzten selbstausrichtenden Drehmoment, insbesondere als Gradient der geschätzten Querkraft und des geschätzten selbstausrichtenden Drehmoments.
In Ausführungsformen wird das selbstausrichtende Drehmoment basierend auf dem elektronischen Servolenkungsmoment und dem Lenkradwinkel berechnet.
In Ausführungsformen wird die Querkraft aus Querbeschleunigung und Giergeschwindigkeit berechnet.
Ein Fahrzeug wird bereitgestellt, das ein Fahrzeugsteuerungssystem aufweist. Das Fahrzeug beinhaltet eine Abtasteinheit mit Sensoren. Ein Fahrzeugsteuermodul und eine Steuerung. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, basierend auf den Messwerten der Sensoren den pneumatischen Nachlauf für einen Reifen des Fahrzeugs zu schätzen. Das Fahrzeugsteuermodul ist dazu konfiguriert, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines lateralen Sättigungszustands basierend auf einem Vergleich des geschätzten Reifennachlaufs des Fahrzeugs mit einem pneumatischen Nachlaufschwellenwert, der einen lateralen Sättigungszustand des Reifens anzeigt, zu ermitteln. Wenn der Zustand des Reifenquersättigungszustands vorliegt, wird das Fahrzeugsteuermodul so konfiguriert, dass es einen Kontrollwert ermittelt. Das Fahrzeugsteuermodul ist dazu konfiguriert, den Kontrollwert als Eingang für das Fahrzeugsteuermodul zu verwenden. Das Fahrzeugsteuermodul reagiert auf den lateralen Sättigungszustand des Reifens basierend auf dem Steuerungswert.
In Ausführungsformen neigt das Fahrzeugsteuermodul dazu, den geschätzten Reifennachlauf auf ein Niveau in Bezug auf den Schwellenwert zu bringen, das nicht dazu führt, dass ein lateraler Sättigungszustand des Reifens ermittelt wird.
In Ausführungsformen beinhaltet der Stellwert eine elektronische Servolenkungskorrektur und/oder einen Soll-Schlupfwinkel. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, die elektronische Servolenkungsbefehlskorrektur als Faktor zum Reduzieren des Lenkmoments zu berechnen. Der Größenreduzierungsfaktor wird in einem Beispiel als Funktion, z. B. Anteil, einer Differenz zwischen dem geschätzten pneumatischen Nachlauf für den Reifen des Fahrzeugs und dem pneumatischen Nachlaufschwellenwert berechnet. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, den Schlupfwinkel für den Reifen des Fahrzeugs zu schätzen. Wenn die laterale Sättigung des Reifens vorliegt, ist die Steuerung dazu konfiguriert, den geschätzten Schlupfwinkel als Soll-Schlupfwinkel zu verwenden.
Ein System zum Steuern eines Fahrzeugs ist vorgesehen. Das System beinhaltet ein nicht-flüchtiges, computerlesbares Medium mit computerlesbaren Anweisungen, die, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, so konfiguriert sind, dass die folgenden Schritte ausgeführt werden. Die Schritte beinhalten das Auslesen von Sensoren und das Schätzen des Reifennachlaufs anhand der Sensorwerte. Die Schritte beinhalten das Ermitteln des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines Reifenquersättigungszustands basierend auf einem Vergleich des geschätzten Reifennachlaufs für den Reifen des Fahrzeugs mit einem Reifennachlaufschwellenwert, der einen Reifenquersättigungszustand anzeigt. Bei Vorhandensein der Reifenquersättigung, beinhalten die Schritte das Ermitteln eines Kontrollwerts und Verwenden des Kontrollwerts als Eingang für ein Fahrzeugsteuermodul. Das Fahrzeugsteuermodul reagiert auf den Reifenquersättigungszustand basierend auf dem Steuerungswert.
Der Stellwert beinhaltet eine elektronische Servolenkungskorrektur und/oder einen Soll-Schlupfwinkel. Die Anweisungen, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden, so konfiguriert sind, dass die folgenden Schritte ausgeführt werden. Die Schritte beinhalten das Berechnen der elektronischen Servolenkungskorrektur als Faktor zum Reduzieren des Lenkmoments. Der Größenreduzierungsfaktor wird zum Beispiel als Funktion, z. B. Anteil, einer Differenz zwischen dem geschätzten Reifennachlauf für den Reifen des Fahrzeugs und dem Reifennachlaufschwellenwert berechnet. Die Schritte beinhalten das Schätzen des Schlupfwinkels für den Reifen des Fahrzeugs. Wenn der Reifenquersättigungszustand vorliegt, wird der geschätzte Schlupfwinkel als Soll-Schlupfwinkel verwendet.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, worin gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und:

1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Fahrzeugs mit Modulen zur Bestimmung des Reifenquerkraft-Sättigungszustands gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2 ist ein Diagramm von exemplarischen Modulen zur Bestimmung des Reifenquerkraft-Sättigungszustands gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verarbeitungsverfahren zum Ermitteln des Reifenquerkraft-Sättigungszustand gemäß verschiedenen Ausführungsformen darstellt; und

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende ausführliche Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und soll die Erfindung oder die Anwendung und die Verwendungen der Erfindung nicht einschränken. Darüber hinaus besteht keinerlei Verpflichtung auf eine der im vorstehenden Hintergrund oder in der folgenden ausführlichen Beschreibung dargestellten Theorien
Der hier verwendete Begriff „Modul“ bezieht sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppenprozessor) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, die die beschriebene Funktionalität bieten.
Erfindungsgemäße Ausführungen können hierin als funktionale und/oder logische Blockkomponenten und verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben sein. Es ist zu beachten, dass derartige Blockkomponenten aus einer beliebigen Anzahl an Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten aufgebaut sein können, die zur Ausführung der erforderlichen Funktionen konfiguriert sind. Eine Ausführungsform der Erfindung kann zum Beispiel verschiedene integrierte Schaltungskomponenten, z. B. Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, Logikelemente, Nachschlagetabellen oder dergleichen einsetzen, die eine Vielzahl von Funktionen unter der Steuerung eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuervorrichtungen durchführen können. Zudem werden Fachleute erkennen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer beliebigen Anzahl an Richtungssteuersystemen umgesetzt werden können und dass das beschriebene Fahrzeugsystem lediglich ein Beispiel einer Ausführungsform der Erfindung ist.
Der Kürze halber sind konventionelle Techniken in Verbindung mit der Signalverarbeitung, Datenübertragung, Signalgebung, Steuerung und weiteren funktionalen Aspekten der Systeme (und den einzelnen Bedienelementen der Systeme) hierin ggf. nicht im Detail beschrieben. Weiterhin sollen die in den verschiedenen Figuren dargestellten Verbindungslinien exemplarische Funktionsbeziehungen und/oder physikalische Verbindungen zwischen den verschiedenen Elementen darstellen. Es sollte beachtet werden, dass viele alternative oder zusätzliche funktionale Beziehungen oder physikalische Verbindungen in einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden sein können.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein exemplarisches Fahrzeug 100, das ein Steuersystem 110 beinhaltet, gemäß exemplarischen Ausführungsformen gezeigt. Wie ersichtlich ist, kann das Fahrzeug 100 jeder Fahrzeugtyp sein, der einer Reifenquerkraftsättigung ausgesetzt sein könnte, d. h. wenn die Lenkung aufgrund einer mangelnden Reaktion auf die Lenkkraft bei einer Änderung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs instabil wird. Die Reifenquerkraftsättigung wird in einem Diagramm der Querkraft über dem Schlupfwinkel in einem nichtlinearen Bereich als Querkraftspitzen identifiziert. Ein Schlupfwinkel ist ein Winkel zwischen der Richtung in die das Fahrzeug fährt und die Richtung eines Reifens. Obwohl die hierin gezeigten Figuren ein Beispiel mit bestimmten Anordnungen von Elementen darstellen, können in tatsächlichen Ausführungsformen zusätzliche Zwischenelemente, Vorrichtungen, Merkmale oder Komponenten vorhanden sein. Es sollte bedacht werden, dass 1 lediglich veranschaulichend und nicht maßstabsgetreu ist.
In einer exemplarischen Ausführungsform umfasst das Fahrzeug 100 eine Vorderachse 101 mit Vorderrädern 103 und eine Hinterachse 102 mit Hinterrädern 104. Der Fachmann wird erkennen, dass die Achsen 101, 102 in einer übertriebenen vorstehenden Form zur Veranschaulichung dargestellt sind.
Das Steuersystem 110 beinhaltet ferner ein Steuermodul 120, das Eingaben von einem oder mehreren Sensoren 130 des Fahrzeugs 100 empfängt. Die Sensoren 130 erfassen beobachtbare Zustände des Fahrzeugs 100 und erzeugen darauf basierende Sensorsignale. Die Sensoren 130 beinhalten beispielsweise die elektrischen Servolenkungs (EPS)-Systemsensoren 140, Sensoren der Trägheitsmesseinheit 150 und/oder andere Sensoren 130 und erzeugen darauf basierende Sensorsignale. Die Sensoren 130 sind in einem Sensorsystem 200 in der exemplarischen Ausführungsform enthalten. Die Sensoren 130 erfassen einen oder mehrere der folgenden Fahrzeugparameter und erzeugen entsprechende Steuersignale: Querbeschleunigung, Längsbeschleunigung, Gierrate, EPS-Drehmoment, Lenkwinkel usw. In verschiedenen Ausführungsformen kommunizieren die Sensoren 130 die Signale direkt mit dem Steuermodul 120 und/oder senden die Signale an andere Steuermodule (nicht dargestellt), die wiederum verarbeitete Daten vom Signalen an das Steuermodul 120 über einen Kommunikationsbus (nicht dargestellt) oder über andere Kommunikationsmittel kommuniziert.
In exemplarischen Ausführungsformen umfasst das Steuersystem 110 ferner einen nichtflüchtigen Speicher 250, der verschiedene Nachschlageparameter speichert, wie hierin weiter beschrieben wird. Das Steuersystem 110 enthält eine Instrumententafel 252, die eine Schnittstelle mit einem Fahrer bereitstellt, um Eingaben von dem Fahrer zu empfangen und Ausgaben an den Fahrer zu liefern. Die Instrumententafel 252 kann eine Anzeige, wie beispielsweise Anzeigeleuchten und/oder eine grafische Benutzeroberfläche umfassen, durch die Ausgaben erfolgen können.
In exemplarischen Ausführungen beinhaltet das Steuersystem 110 ein Antriebssystem 400, das eine oder mehrere Betätigungsvorrichtungen (nicht dargestellt) beinhaltet, die ein oder mehrere Fahrzeugeigenschaften wie zum Beispiel, aber nicht beschränkt auf, ein Antriebssystem, ein Getriebesystem, ein Lenksystem und ein Bremssystem steuern. In verschiedenen Ausführungsformen können die Fahrzeugmerkmale ferner Innen- und/oder Außenfahrzeugmerkmale, wie beispielsweise Türen, einen Kofferraum und Innenraummerkmale, wie z. B. Luft, Musik, Beleuchtung usw. beinhalten, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. (nicht nummeriert).
In exemplarischen Ausführungsformen beinhaltet das Steuersystem 110 ein automatisiertes Fahrzeugsteuerungssystem 520 wie beispielsweise oder einschließlich eines elektronischen Servolenkungssystems (EPS), eines Kollisionsschutzsystems (CIS), eines Spurzentriersystems, eines elektronischen Stabilitätskontrollsystems (ESC), eines umfassenden Sicherheitsfahrzeugsystems (CSV) und eines Spurwechselassistenten. Das Steuersystem 110 ist dazu konfiguriert, Signale vom Sensorsystem 200 und dem Steuermodul 120 zu empfangen und zu verarbeiten und Logik, Berechnungen, Verfahren und/oder Algorithmen zur automatischen Steuerung von Komponenten des Fahrzeugs 100 durch Steuersignale an verschiedene Stellglieder des Betätigungssystems 400 durchzuführen, um die Komponenten des Fahrzeugs 100 basierend auf der Logik, Berechnungen, Verfahren und/oder Algorithmen automatisch zu steuern.
In einer exemplarischen Ausführungsform ist das Fahrzeug 100 eines der sogenannten Ein-Stufen-bis-Fünf-Stufen-Automatisierungssysteme und die Fahrzeugsteuerung 110 ist entsprechend konfiguriert.
Das Steuermodul 120 empfängt die Signale und/oder die von den Sensoren 130n erfassten Daten und schätzt unter Verwendung der erfassten Signale einen Reifennachlauf für einen oder mehrere Reifen 103, 104 des Fahrzeugs. Das Steuermodul 120 beinhaltet das Ermitteln des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines Reifenquersättigungszustands basierend auf einem Vergleich des geschätzten Reifennachlaufs für einen oder mehrere Reifen des Fahrzeugs 100 mit einem Reifennachlaufschwellenwert, der einen Reifenquersättigungszustand anzeigt. In einer Ausführungsform ist der Schwellenwert so gewählt, dass er mit dem Beginn eines nichtlinearen Bereichs in einem Verhältnis von Reifenquerkraft und Schlupfwinkel übereinstimmt. Das heißt, der Reifenquersättigungszustand entspricht der Annäherung oder der drohenden Instabilität der Lenkung aufgrund des Reifenquerkraft-Sättigungszustands. Das Steuermodul 120 reagiert dann auf das Vorhandensein einer Reifenquerkraftsättigung, um mindestens einen Stellwert für die Steuerung eines oder mehrerer Merkmale des Fahrzeugs 100 durch das automatisierte Fahrzeugsteuersystem 520 und das Betätigungssystem 400 zu ermitteln, wie im Folgenden beschrieben. Der Kontrollwert und das Steuersystem sind dazu konfiguriert, Korrekturmaßnahmen zur Rückführung des Fahrzeugs in einen stabilen Zustand durchzuführen, d. h. einen Zustand, in dem keine Reifenquersättigung vorliegt.
Das Steuermodul 120 von 1 (und die darin enthaltenen verschiedenen Teilmodule, wie nachstehend mit Bezug auf 2 beschrieben), können durch eine Kombination von mindestens einem Computerprogramm 121 (computerlesbare Anweisungen) implementiert werden, das auf mindestens einem Prozessor 122 des Fahrzeugs 100 ausgeführt wird. Der Prozessor 122 kann hierin alternativ als Steuerung bezeichnet werden.
Der geschätzte Reifennachlauf kann einen frühen Hinweis auf die Reifenquersättigung geben und somit ein automatisches Fahrzeugsteuerungssystem in die Lage versetzen, präventive und frühzeitige Korrekturmaßnahmen zur Wiederherstellung der Reifenstabilität zu ergreifen. Das heißt, der geschätzte Reifennachlauf korreliert das Reifen-Rückstellmoment (SAT) und die Reifenquerkraft und ist in der Lage, eine präventive Warnung vor der Reifenkraftsättigung bereitzustellen, was ein wahrscheinlicher Vorläufer der Fahrzeuginstabilität ist. Die hierin offenbarten Systeme und Verfahren legen einen Schwellenwert für den geschätzten Reifennachlauf fest, an dem bestimmte Steuerungsparameter erzeugt werden, um Korrekturmaßnahmen durch ein automatisiertes Fahrzeugsteuerungssystem zu ermöglichen. Darüber hinaus werden die Steuerungsparameter, wie hierin beschrieben, durch die Verwendung eines Reifennachlaufs ohne Kenntnis des Straßenzustands erzeugt.
Wenn die Reifenkraft gesättigt ist, sind die Grenzen der Reifen-/Straßenkapazität wahrscheinlich erreicht worden. Jede Kraft, die über diesen Grenzwert hinaus gefordert wird, kann zur Instabilität des Fahrzeugs und zu Korrekturmaßnahmen führen. Die Reifenkraftsättigung wird durch Reifen-SAT und Reifenquerkraft und damit auch durch Reifennachlauf angezeigt. Ein interessantes Merkmal von SAT ist, dass es Reifenkraftsättigung zeigt, bevor die Querkräfte gesättigt sind. Das Steuermodul 120 ist in der Lage, diese SAT-Kennlinie durch den geschätzten Reifennachlauf zu nutzen, um eine frühzeitige Anzeige der Fahrzeuginstabilität bereitzustellen, die es ermöglicht, durch ein automatisiertes Fahrzeugsteuerungssystem 520 weitere Schritte einzuleiten, wie beispielsweise automatisierte EPS- oder andere Lenk- und/oder Antriebs- und/oder Bremsgegenmaßnahmen. Insbesondere wird durch das Ermitteln eines Reifenquersättigungszustands das Einstellen eines korrigierenden Kontrollwerts, wie beispielsweise des Soll-Schlupfwinkels und/oder der Lenkkorrektur, eingeleitet.
Unter Bezugnahme auf 2 und mit fortgesetzter Bezugnahme auf 1 veranschaulicht ein Diagramm Untermodule, die in dem Steuermodul 120 gemäß verschiedenen exemplarischen Ausführungsformen enthalten sind. In verschiedenen exemplarischen Ausführungsformen können die in 2 gezeigten Untermodule kombiniert und/oder weiter partitioniert werden, um mindestens einen Reifenquerkraft-Sättigungszustand zu ermitteln und eine oder mehrere Komponenten des Fahrzeugs 100 basierend darauf zu steuern. In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet das Steuermodul 120 ein Sensormodul 500, ein SAT-Schätzmodul 502, ein Reifensättigungsbestimmungsmodul 504, ein Querkraftschätzmodul 506, ein Zentralverarbeitungsmodul 508, ein Schwellwertmodul 510, ein Reifennachlauf-Schätzmodul 512, ein Reifenschlupfwinkel-Schätzmodul 514, ein Lenkkorrekturberechnungsmodul 516, ein Hinterachsschlupfwinkel-Schätzmodul 518 und ein automatisches Fahrzeugsteuerungssystem 520, das hierin auch ein Fahrzeugsteuerungsmodul ist.
Das zentrale Verarbeitungsmodul 508 stellt eine wirksame Steuerung und Kommunikation zwischen den verschiedenen Modulen bereit. Insbesondere die Zusammenarbeit der Ergebnisse der verschiedenen Module, wie im Überblick in Bezug auf das Flussdiagramm von 3 gezeigt, kann mit dem zentralen Verarbeitungsmodul 508 ausgeführt werden.
Das Sensormodul 500 empfängt als Eingabe von dem EPS und/oder den IMU- und/oder anderen Sensoren 130 erfasste Parameter. Die erfassten Parameter beinhalten beispielsweise, sind aber nicht darauf beschränkt, das durch einen Antrieb aufgebrachte Lenkmoment (bei nicht vollautomatischen Ausführungsformen, Drehmoment des elektronischen Antriebssystems, Lenkwinkel), die über EPS-Sensoren 140 oder indirekt aus anderen erfassten Werten, Giergeschwindigkeit, Quergeschwindigkeit, Längsgeschwindigkeit, Querbeschleunigung und Längsbeschleunigung ermittelt werden und die über das Fahrzeug IMU 150 oder indirekt aus anderen Sensoren 130 ermittelt werden.
Das Reifennachlauf-Schätzmodul 512 schätzt den Reifennachlauf basierend auf der erfassten Querbeschleunigung, der Gierrate und dem EPS-Drehmoment. Diese erfassten Werte sind von den Sensoren 130 der IMU und dem EPS leicht verfügbar. Das Reifennachlauf-Schätzmodul 512 schätzt beispielsweise den Reifennachlauf basierend auf einem Verhältnis von selbstausrichtendem Drehmoment, SAT und Querkraft. Das Reifennachlauf-Schätzmodul 512 ist in Ausführungsformen dazu konfiguriert, den Reifennachlauf mittels einer gleitenden Mittelungsfunktion, wie beispielsweise regressiven kleinsten Quadraten mit Vergessensfaktor, zu schätzen, sodass ein aktueller Satz von gemessenen Werten und frühere gemessene Werte berücksichtigt werden. Reifen- oder Achsquerkraft ist auf der Grundlage von Querbeschleunigung und Gierrate bestimmbar und SAT ist auf der Grundlage des elektronischen Servolenkungsdrehmoments und Lenkungswinkels in bekannter Weise bestimmbar. SAT und Achsquerkraft können kombiniert werden, um den Reifennachlauf basierend auf einer bekannten Beziehung (weiter unten beschrieben) zwischen Reifennachlauf, Reifenquerkraft und SAT zu schätzen.
Das Achsenquerkraft-Schätzmodul 506 schätzt mindestens eine seitliche Achskraft, beispielsweise basierend auf der erfassten Querbeschleunigung und Gierraten von den Sensoren 130. Das Reifennachlaufschätzmodul 512 schätzt Reifennachlauf unter Verwendung mindestens der geschätzten Querkraft. Die Achsquerkraft für eine Vorderachse 101 wird in einer Ausführungsform basierend auf der folgenden Gleichung berechnet: $F_{yf} = {Ma}_{y} - \frac{L_{f} May - Ir}{L}$
In Gleichung 1 stellt F_yf die Vorderachsquerkraft dar, L_f stellt den Abstand vom Fahrzeugschwerpunkt zur Vorderachse 101 dar, I ist das Giermoment der Trägheit, M ist die Fahrzeugmasse, r die geschätzte Änderungsgeschwindigkeit der Gierrate in Bezug auf die Zeit und L ist die Länge des Radstandes (der Abstand zwischen der vorderen und hinteren Achse 101, 102). Die Parameter der Gleichung 1 umfassen Werte, die von dem in der IMU ausgebildeten Sensor 130, insbesondere geschätzter Gierrate und Achsquerkraft, erhalten werden können oder ansonsten im Speicher 250 gespeicherte Fahrzeugkonstanten sind. Da die erfasste Gierrate gewöhnlich ein fast sauberes Signal ist, kann r genau genug basierend auf r von den Sensoren 130 der IMU geschätzt werden. Andere Algorithmen und Gleichungen als die von Gleichung 1 zur Bestimmung der Achsquerkräfte sind möglich.
Die Achsquerkraft für eine Hinterachse 101 wird in einer Ausführungsform basierend auf der folgenden Gleichung berechnet: $F_{yr} = \frac{L_{r} {Ma}_{y} - Ir}{L}$
Das SAT-Schätzmodul 502 schätzt den Reifen-SAT, beispielsweise basierend auf dem erfassten EPS-Drehmoment von den Sensoren 130 (über das Sensormodul 500). Das Reifennachlaufschätzmodul 512 schätzt Reifennachlauf unter Verwendung mindestens der SAT vom SAT-Schätzmodul 502. Der SAT kann unter Verwendung bekannter Algorithmen, wie sie in der US 8,634,986 offenbart sind, geschätzt werden, wobei das Dokument, insbesondere der Teil, der die Schätzung von SAT basierend auf dem erfassten EPS-Drehmoments betrifft, hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Ein derartiger Algorithmus schätzt SAT basierend auf dem gemessenen Fahrerdrehmoment und dem elektronischen Hilfsmoment, dem Lenkwinkel der Sensoren 130 und den Verstärkungsparametern des Speichers 250.
Das Reifennachlauf-Schätzmodul 512 schätzt den Reifennachlauf unter Verwendung des SAT vom SAT-Schätzmodul 502 und dem Achsenquerkraft-Schätzmodul 506. Das Reifennachlauf-Schätzmodul 512 ermittelt eine Beziehung zwischen der geschätzten SAT und der seitlichen Achskraft und schätzt den Reifennachlauf unter Verwendung der Beziehung. So kann beispielsweise die Beziehung eine Änderungsrate des geschätzten SAT in Bezug auf die geschätzte laterale Achskraft, d. h. ein Verhältnis dazwischen, sein.
In einer besonderen Ausführungsform schätzt das Reifennachlaufschätzmodul 512 einen Reifennachlauf unter Verwendung der folgenden Gleichung: $τ_{a} = {\hat{F}}_{y} * □_{f}^{(t_{m} (δ) + {\hat{t}}_{p})}$
In Gleichung 2 repräsentiert die mechanische Spur (die eine Funktion des Lenkwinkels ist), t̂_p stellt die Schätzung des Reifennachlaufs dar, ^┌f repräsentiert die gesamte Spur, τ_a repräsentiert SAT und F̂_y stellt eine Schätzung der Achsquerkraft dar. In verschiedenen Ausführungsformen wird die Gleichung 2 auf einer Reifen-für-Reifen-Basis oder auf einer Achse-für-Achse-Basis verwendet. SAT und Vorderachsquerkraft können wie oben beschrieben aus dem SAT-Schätzmodul 502 und dem Achsenquerkraft-Schätzmodul 506 ermittelt werden. Basierend auf diesen Schätzwerten kann die gesamte Spur ermittelt werden. Da die mechanische Spur nicht stark variiert, kann die gesamte Spur zur Schätzung des Reifennachlaufs verwendet werden. Das heißt, die mechanische Spur kann aus dem Speicher 250 abgerufen werden. Die Gesamtspur in Gleichung 2 repräsentiert eine Beziehung zwischen SAT und Achsquerkraft, nämlich die Änderungsrate oder die Neigung von SAT in Bezug auf die Achskräfte.
In verschiedenen Ausführungsformen verwendet das Reifennachlaufschätzmodul 512 einen Kalman-Filter, ein Verfahren der kleinsten Quadrate (z. B. ein rekursives Verfahren der kleinsten Quadrate) oder andere Mittelwertbildungs- oder Filtrations-basierte Algorithmen, um die Neigung zwischen geschätzten SAT-Werten und geschätzten Achsquerkraftwerten zu ermitteln, um so den Reifennachlauf zu schätzen. Ein Beispiel für die Echtzeit-Schätzung des Reifennachlaufs, t̂_p, ist eine rekursive Methode der kleinsten Quadrate mit Vergessensfaktor, wie dem Fachmann bekannt ist.
Aus Gleichung 3 kann verstanden werden, dass der Reifennachlauf in einer Gesamtstrecke (die eine Kombination aus mechanischer Spur und Reifennachlauf ist) enthalten ist, die aus der durch das Reifennachlaufschätzmodul 512 ermittelten Neigung erhalten wird. Dementsprechend kann die gesamte Spur von dem Steuermodul 120 bei der Bestimmung des mindestens einen Reifensättigungszustands verwendet werden. Alternativ kann der Reifennachlauf separat von der Gesamtstrecke geschätzt werden, indem ein Korrekturfaktor auf die gesamte Spur angewendet wird, wie sie aus der Neigung ermittelt ist, um eine mechanische Spur zu kompensieren (z. B. subtrahieren).
Das Steuermodul 120 beinhaltet in Ausführungsformen ein Schwellenwertmodul 510. Das Schwellenwertmodul 510 ruft aus dem Speicher 250 einen Reifennachlauf-Schwellenwert ab oder ruft Parameter aus dem Speicher 250 ab, welche die Berechnung des Reifennachlauf-Schwellenwerts ermöglichen. Das Schwellenwertmodul 510 erzeugt den Reifennachlauf-Schwellenwert für das Reifensättigungsbestimmungsmodul 504. Der Reifennachlauf-Schwellenwert wird so gewählt, dass er die Annäherung oder den Beginn der Reifensättigung darstellt. In exemplarischen Ausführungsformen liegt der Reifennachlauf-Schwellenwert zwischen 0,2 und 0,4 wie etwa 0,3. In Ausführungsformen ist das Schwellenwertmodul 510 angepasst, um den Reifennachlauf-Schwellenwert so einzustellen, dass er den Beginn oder die sich nähernde Reifenquerkraftsättigung genau wiedergibt.
In verschiedenen Ausführungsformen ermittelt das Reifensättigungsbestimmungsmodul 504 einen Zustand der Reifenquersättigung basierend auf dem geschätzten Reifennachlauf aus dem Reifennachlauf-Schätzmodul 512 und dem Reifennachlauf-Schwellenwert aus dem Schwellwertmodul 510. Das Reifensättigungsbestimmungsmodul 504 ermittelt das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Reifenquerkraftsättigung anhand eines Vergleichs des geschätzten Reifennachlaufs und des Reifennachlauf-Schwellenwerts. Ist der geschätzte Nachlauf größer als der Schwellenwert dafür, wird eine Bestimmung der Reifenquerkraftsättigung vorgenommen. Ist der geschätzte Nachlauf kleiner als der Schwellenwert dafür, wird eine Bestimmung der Abwesenheit der Reifenquerkraftsättigung vorgenommen. Das Reifensättigungsbestimmungsmodul 504 ermittelt für jede Achse 101, 102 oder jeden Reifen 103, 104 die Reifenquersättigung. Für den Fall, dass entweder die Achse oder ein beliebiger Reifen den Schwellenwert überschritten hat, gibt das Modul zum Ermitteln der Reifensättigung 504 einen Ausgang zurück, der das Vorhandensein einer Reifenquerkraftsättigung anzeigt.
In Ausführungsformen implementiert das Reifensättigungsbestimmungsmodul 504 ein Persistenzkriterium, sodass der geschätzte Reifennachlauf den Schwellenwert für eine bestimmte Zeit oder eine bestimmte Anzahl an Bearbeitungszyklen überschreitet. Das Persistenzkriterium wird in einigen Ausführungsformen aus dem Speicher 250 abgerufen.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet das Steuermodul ein Lenkkorrektur-Berechnungsmodul 518. Das Lenkkorrektur-Berechnungsmodul 518 ist dazu konfiguriert, eine Lenkkorrektur 528, insbesondere einen Lenkmomentreduzierungsfaktor, zu berechnen, sodass die automatisierte Fahrzeugsteuerung 520 über das Betätigungssystem 400 mit reduziertem Lenkmoment arbeitet. Diese Eigenschaft der vorliegenden Offenbarung ermöglicht es, dass das Fahrzeug 100 aus dem Reifenquerkraft-Sättigungszustand herauskommt und auch die negativen Folgen der durch den Reifenquerkraft-Sättigungszustand verursachten Instabilität des Fahrzeugs gemildert werden können. In einer Ausführungsform wird das Lenkmoment über ein elektronisches Servolenkungssystem der Fahrzeugsteuerung 520 aufgebracht. In Ausführungsformen wird das Lenkmoment um einen Faktor reduziert, der zumindest teilweise aus der Differenz zwischen dem geschätzten Reifennachlauf und dem Reifennachlauf-Schwellenwert ermittelt wird. Die folgende Gleichung wird beispielsweise vom Lenkkorrektur-Berechnungsmodul 518 verwendet: $_(_) =_(_) * (_-_) * (_+_)$
_ und _ sind geschätzte Reifennachläufe bzw. Reifennachlauf-Schwellenwerte. In den Ausführungsformen wird anstelle des Reifennachlaufs, der auch den Reifennachlauf beinhaltet, die gesamte Spur verwendet. _(_) ist ein Drehmomentkorrektur- oder Größenreduzierungsfaktor, der von einem normalen elektronischen Servolenkungsbefehl abgezogen werden sollte, der in jeder Steueranwendung des automatisierten Fahrzeugsteuerungssystems 520 verwendet wird. M_ und _ repräsentieren das Lenkmoment des Fahrers (das in einigen automatisierten Fahrzeugausführungen nicht vorhanden ist) und das über das elektronische Servolenkungssystem aufgebrachte Lenkhilfsmoment.
Bei einem fehlenden Reifenquerkraft-Sättigungszustand werden Lenkbefehle und Drehmoment durch regelmäßige Algorithmen der automatisierten Fahrzeugsteuerung 520 ohne die Korrektur 528 ermittelt. Dadurch läuft das elektronische Servolenkungssystem ohne einen vom Lenkkorrektur-Berechnungsmodul 518 ermittelten Drehmomentreduzierungsfaktor 528. Die vom Lenkkorrektur-Berechnungsmodul 518 ermittelte Lenkkorrektur verzerrt das elektronisch aufgebrachte Lenkmoment, um das Fahrzeug 100 bei Überschreiten des Reifennachlauf-Schwellenwerts wieder in einen stabilen Zustand bezüglich der Reifenquerkraftsättigung zu bringen.
In Ausführungsformen beinhaltet das Steuermodul 120 ein Reifenschlupfwinkelschätzmodul 514, das zum Schätzen des Reifenschlupfwinkels 514 für jeden Reifen 103, 104 konfiguriert ist. Der Reifenschlupfwinkel kann gemäß einer Vielzahl bekannter Schemata geschätzt werden. In einer Ausführungsform ist das Reifenschlupfwinkelschätzungsmodul 516 so konfiguriert, dass es die im Sensorsystem 200 gemessene Längs- und Quergeschwindigkeit auf jeden Reifen abbildet. Das Reifenschlupfwinkelschätzungsmodul ist beispielsweise so konfiguriert, dass es den Reifenschlupfwinkel mittels der erhaltenen Werte des Sensorsystems 200 einschließlich Quergeschwindigkeit, Längsgeschwindigkeit und Gierrate schätzt: $α_{f} = δ− \frac{v_{y} + ar}{u}$
$α_{r} = - \frac{v_{y} - br}{u}$
wobei δ den Lenkwinkel, r die Gierrate, v_y die Quergeschwindigkeit, a und b die Konstanten und u die Längsgeschwindigkeit darstellt, die alle von den Sensoren 130 (über das Sensormodul 500) bezogen werden können. a und b sind ungefähr gleich L_f und L_r wie vorstehend definiert. In anderen Ausführungsformen wird die Längs- und/oder Quergeschwindigkeit aus einem Schätz-Submodul des Sensormoduls geschätzt und nicht direkt erfasst.
In Ausführungsformen beinhaltet das Steuermodul 120 ein Soll-Reifenschlupfwinkel-Einstellmodul 516. Der Soll-Reifenschlupfwinkel ist ein Parameter, der in Fahrzeugsteuerungssystemen zur automatischen Steuerung von Fahrzeugmerkmalen, wie beispielsweise der Lenksteuerung, verwendet wird. Insbesondere werden Lenksteuerbefehle erzeugt, um den gemessenen Reifenschlupfwinkel des Fahrzeugs 100 mit dem Soll-Reifenschlupfwinkel in Einklang zu bringen. Das Soll-Reifenschlupfwinkel-Einstellmodul 516 reagiert auf das Reifensättigungsbestimmungsmodul 504, das den Reifenquerkraft-Sättigungszustand ermittelt. Wenn das Vorhandensein der seitlichen Reifensättigung ermittelt wird, wird ein zuletzt geschätzter Reifenschlupfwinkel aus dem Modul zum Schätzen des Reifenschlupfwinkels entweder direkt vom Modul zum Schätzen des Sollschlupfwinkels verwendet oder bei der Formulierung des Sollschlupfwinkels verwendet.
In Ausführungsformen ist das zentrale Verarbeitungsmodul 508 dazu konfiguriert, verschiedene Merkmale des Systems für jeden neuen Satz von erfassten Werten aus dem Sensorsystem 200 zu iterieren und vom Sensormodul 500 zu empfangen. Das heißt, das Querkraft-Schätzmodul 506 ist dazu konfiguriert, die Querkraft iterativ zu schätzen. Das SAT-Schätzmodul 502 ist dazu konfiguriert, das selbstausrichtende Drehmoment iterativ zu schätzen. Das Reifennachlauf-Schätzmodul 512 ist dazu konfiguriert, den Reifennachlauf iterativ zu schätzen. Das Reifenschlupfwinkel-Schätzmodul 514 ist dazu konfiguriert, den Reifenschlupfwinkel iterativ zu schätzen. Das Reifensättigungsbestimmungsmodul 504 ist dazu konfiguriert, iterativ das Fehlen oder Vorhandensein einer seitlichen Reifensättigung zu ermitteln. Bei einer positiven Bestimmung wird das Soll-Schlupfwinkel-Einstellmodul 516 zum Einstellen des Soll-Schlupfwinkels 526 und das Lenkkorrektur-Berechnungsmodul 518 zum Ermitteln der Lenkkorrektur 522 konfiguriert. Der Soll-Schlupfwinkel und die Lenkkorrektur 522 werden iterativ ermittelt, solange der Reifenquerkraftzustand erhalten bleibt. Wenn das Fehlen des seitlichen Reifenzustands ermittelt wird, d. h. die Reifenquerkraft-Sättigung korrigiert wurde, wird der Soll-Schlupfwinkel 526 zurückgesetzt und die Lenkkorrekturschätzung durch das Lenkkorrektur-Berechnungsmodul 518 beendet.
In Ausführungsvarianten ist die automatisierte Fahrzeugsteuerung 520 dazu konfiguriert, den Soll-Schlupfwinkel 526 und die Lenkkorrektur 522 zum Steuern der Fahrzeugeigenschaften, insbesondere der Lenkung, zu verwenden. Dementsprechend beinhaltet die automatisierte Fahrzeugsteuerung 520 ein elektronisches Servolenkungssystem, das auf den Soll-Schlupfwinkel 526 anspricht, indem es Lenksteuerbefehle erzeugt, die dazu neigen, den Schlupfwinkel des Fahrzeugreifens mit dem Sollwert 526 in Einklang zu bringen und dadurch den Reifenquerkraft-Sättigungszustand zu korrigieren. Das automatisierte Fahrzeugsteuerungssystem 520 ist konfiguriert für die Verwendung der Lenkkorrektur 522 zum Reduzieren des Lenkmomentbefehls, z.B. elektronisches Servolenkungsmoment, ermittelt durch einen Lenkungsregelungsalgorithmus.
Mit Bezug auf 3 und mit weiterem Bezug auf die 1-2 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens 600 zum Ermitteln eines Reifenquerkraft-Sättigungszustands und zum Steuern eines darauf basierenden Fahrzeugs 100 dargestellt, um den Reifenquersättigungszustand gemäß verschiedenen Ausführungsformen zu beenden oder zu korrigieren. Das Verfahren 600 kann in Verbindung mit dem Fahrzeug 100 aus 1 implementiert und durch das Steuermodul 120 aus 1 gemäß verschiedener exemplarischer Ausführungsformen ausgeführt werden. Wie aus der Offenbarung ersichtlich ist, ist die Abfolge der Vorgänge innerhalb der Verfahren nicht auf die sequenzielle Abarbeitung, wie in 3 beschränkt, sondern kann in beliebigen geeigneten Reihenfolgen gemäß der vorliegenden Offenbarung geschehen. Wie ferner zu erkennen ist, kann das Verfahren aus 3 so angesetzt sein, dass es zu zuvor festgelegten Zeitintervallen während des Betriebs des Fahrzeugs 100 läuft und/oder so angesetzt sein, dass es auf der Grundlage zuvor festgelegter Ereignisse läuft.
In Schritt 602 werden von dem Sensormodul 500 erfasste Signale von mindestens einem der Sensoren 130 der IMU und der EPS 140 und/oder anderen Sensoren 130 empfangen. Das Sensormodul 500 kann in den Ausführungsformen die Signale nach Bedarf für andere Module verarbeiten. Insbesondere werden vom Sensormodul 500 folgende Messgrößen empfangen und verarbeitet: Giergeschwindigkeit, Längs- und Querbeschleunigung, Lenkradwinkel und elektronisch aufgebrachtes Lenkmoment (und optional vom Fahrer aufgebrachtes Lenkmoment). Das Sensormodul 500 ist konfiguriert zum Schätzen der Längs- und Quergeschwindigkeit auf Basis der gemessenen Werte.
In Schritt 604 wird die Querkraft durch das Querkraftschätzmodul 506 für jede Achse 101, 102 geschätzt, was jedem Reifen 103.104 entspricht. Die Querkraft kann in den Ausführungsformen basierend auf Querbeschleunigungs- und Gierraten-Signalen von dem Sensormodul 500 unter Verwendung der Gleichung 1 oben geschätzt werden.
In Schritt 606 wird SAT durch das SAT-Schätzmodul 502 für mindestens einen der Reifen 103, 104 unter Verwendung eines bekannten Algorithmus wie oben beschrieben geschätzt. Der Algorithmus benötigt vom Sensormodul 500 elektronisch aufgebrachte Lenkmomente und Lenkwinkel, gemäß verschiedener Ausführungsformen.
In Schritt 608 wird der Reifennachlauf durch die Bestimmung einer Änderungsrate der Querkraft in Bezug auf SAT unter Verwendung des Reifennachlaufschätzmoduls 512 geschätzt. Das Reifennachlaufschätzmodul 512 kann die Änderungsrate unter Verwendung eines geeigneten Neigungsschätzalgorithmus schätzen, wie beispielsweise eines rekursiven kleinsten Quadrats mit Vergessensfaktor, wie oben beschrieben. Der Reifennachlauf kann separat ermittelt und in nachfolgenden Schritten zur Bestimmung von Querkraft-Sättigungszuständen verwendet werden, oder er kann in der Gesamtstrecke umfasst sein, die in den nachfolgenden Schritten als repräsentativ für den Reifennachlauf verwendet wird, oder ein Reifennachlauf kann basierend auf einer Korrektur, die auf die gesamte Spur angewendet wird, wie oben beschrieben wurde, isoliert werden.
In Schritt 609 wird der Schlupfwinkel basierend auf Giergeschwindigkeit, Längs- und Quergeschwindigkeit und Lenkwinkelmessungen/-schätzungen aus dem Sensorsystem 200 und dem Sensormodul 500 geschätzt.
In Schritt 610 wird eine Bestimmung des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins des Reifenquerkraft-Sättigungszustands vorgenommen. In Ausführungsformen beinhaltet Schritt 610 das Ermitteln, ob der geschätzte Reifennachlauf kleiner als der Reifennachlauf-Schwellenwert ist, wodurch der Beginn oder die bevorstehende Annäherung an den Reifenquersättigungszustand angezeigt wird. Schritt 610 beinhaltet eine Überprüfung auf Einhaltung des Persistenzkriteriums, um sicherzustellen, dass die Stabilität des geschätzten Reifennachlaufs unter den Reifennachlauf-Schwellenwert fällt.
Wenn in Schritt 610 der Reifenquersättigungszustand ermittelt wird, werden die Schritte 616, 618 und 620 gemäß der exemplarischen Ausführungsform ausgeführt. In Schritt 616 wird der Soll-Reifenschlupfwinkel 526 basierend auf dem geschätzten Reifenschlupfwinkel aus Schritt 609 mit dem Soll-Schlupfwinkelschätzmodul 516 eingestellt. In Schritt 618 wird wie vorstehend beschrieben eine Lenkkorrektur 522 erzeugt, durch die das vom elektronischen Servolenkungssystem aufgebrachte Lenkmoment um einen Faktor reduziert wird, der proportional zur Differenz zwischen dem geschätzten Nachlauf aus Schritt 608 und dem Reifennachlauf-Schwellenwert, um nur ein mögliches Beispiel zu nennen. Schritt 618 wird durch das Lenkkorrektur-Berechnungsmodul 518 ausgeführt.
In Schritt 620 werden der Soll-Schlupfwinkel 526 und die Lenkkorrektur 522 in der automatischen Fahrzeugsteuerung 520 verwendet. Durch Einstellen des Soll-Reifenschlupfwinkels 526 als geschätzter Reifenschlupfwinkel bei Beginn des Reifenquerkraft-Sättigungszustands neigt die Lenkungssteuerung zu einem stabilen Wert in Bezug auf den Reifenschlupfwinkel. Darüber hinaus tendiert auch die automatisierte Fahrzeugsteuerung durch das Reduzieren des elektronischen Lenkmoments, das über die Lenkkorrektur 522 aufgebracht wird, zur Stabilisierung. Auf diese Weise verzerrt der Soll-Reifenschlupfwinkel 526 und die Lenkkorrektur 522 die automatisierte Fahrzeugsteuerung, z. B. das elektronische Servolenkungssystem, um das Fahrzeug 100 aus dem Reifenquerkraft-Sättigungszustand zu bringen und so eine stabile Fahrzeugsteuerung zu unterstützen.
Der Prozess kehrt von den Schritten 616 und 618 des Einstellens des Soll-Schlupfwinkels 526 und des Erzeugens der Lenkkorrektur 522 zum Anfang des Verfahrens 600 zurück, sodass ein neuer Satz von Sensormesswerten zur Beurteilung verwendet wird, ob der Reifenquersättigungszustand erhalten bleibt. Ist dies der Fall, werden wie bisher der Soll-Schlupfwinkel 526 und die Lenkkorrektur 522 erzeugt, die das Fahrzeug aus dem Reifenquerkraft-Sättigungszustand bringen sollen.
Wenn in Schritt 610 kein Reifenquersättigungszustand festgestellt wird, kehrt der Prozess zum Startschritt 602 zurück, optional nach dem Warten einer Verzögerungszeit für den nächsten Satz von Sensorwerten oder abgetasteten Daten in Schritt 612. Weiterhin wird der Soll-Schlupfwinkel 526 auf einen Initialisierungswert zurückgesetzt und die Lenkkorrektur 522 wird auf null gesetzt oder anderweitig vollständig negiert. Solange der Reifenquersättigungszustand vermieden wird, arbeitet die automatisierte Fahrzeugsteuerung herkömmlich ohne Einführung des Soll-Schlupfwinkels 526 und der nach den Schritten 616 und 618 ermittelten Lenkkorrektur 522.
Während mindestens ein exemplarischer Aspekt in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung dargestellt worden ist, sollte darauf hingewiesen werden, dass eine große Anzahl an Variationen existiert. Es versteht sich weiterhin, dass der exemplarische Aspekt bzw. die exemplarischen Aspekte lediglich Beispiele sind und den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Erfindung in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird die vorstehende ausführliche Beschreibung den Fachleuten eine bequeme Roadmap zur Implementierung eines exemplarischen Aspektes der Erfindung zur Verfügung stellen. Es versteht sich, dass verschiedene Änderungen an der Funktion und der Anordnung von Elementen vorgenommen werden können, die in einem exemplarischen Aspekt beschrieben sind, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8634986 [0050]

Claims

Computerimplementiertes Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs, das Verfahren umfassend: das Auslesen der Sensoren; das Schätzen des Reifennachlaufs für mindestens einen Reifen des Fahrzeugs basierend auf den Sensorwerten; das Ermitteln des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines Reifenquersättigungszustands basierend auf einem Vergleich des geschätzten Reifennachlaufs für den mindestens einen Reifen des Fahrzeugs mit einem Reifennachlauf-Schwellenwert, der einen Reifenquersättigungszustand anzeigt; wenn der Reifenquersättigungszustand vorliegt, das Ermitteln von mindestens einem Kontrollwert; und das Verwenden des mindestens einen Kontrollwerts als Eingabe in ein Fahrzeugsteuermodul, worin das Fahrzeugsteuermodul auf den Reifenquersättigungszustand basierend auf dem mindestens einen Kontrollwert anspricht.
Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 1, worin das Fahrzeugsteuermodul ein elektronisches Servolenkungssystem umfasst.
Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 1, worin das Fahrzeugsteuermodul die Lenksteuerung basierend auf dem mindestens einen Kontrollwert ermittelt.
Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 1, worin der mindestens eine Kontrollwert eine elektronische Servolenkungskorrektur umfasst, die über das Fahrzeugsteuermodul auf die elektronische Servolenkung anzuwenden ist.
Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 4, worin der mindestens eine Kontrollwert als Größenreduzierungsfaktor für das Lenkmoment berechnet wird.
Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 5, worin der Größenreduzierungsfaktor als Funktion einer Differenz zwischen dem geschätzten Reifennachlauf für den mindestens einen Reifen des Fahrzeugs und dem Reifennachlauf-Schwellenwert berechnet wird.
Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 4, worin keine elektronische Servolenkungskorrektur auf die elektronische Servolenkung durch das Fahrzeugsteuermodul angewendet wird, wenn der Reifenquersättigungszustand fehlt.
Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 1, worin der mindestens eine Kontrollwert einen Soll-Schlupfwinkel für das Fahrzeugsteuermodul umfasst.
Fahrzeug, umfassend: eine Abtasteinheit umfassend Sensoren; ein Fahrzeugsteuermodul; und eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist: den Reifennachlauf für mindestens einen Reifen des Fahrzeugs basierend auf den Messwerten der Sensoren schätzen; das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Reifenquersättigungszustands basierend auf einem Vergleich des geschätzten Reifennachlaufs für den mindestens einen Reifen des Fahrzeugs mit einem Reifennachlauf-Schwellenwert, der einen Reifenquersättigungszustand anzeigt, zu ermitteln; wenn der Reifenquersättigungszustand vorliegt, mindestens einen Kontrollwert zu ermitteln; und den mindestens einen Kontrollwert als Eingang für das Fahrzeugsteuermodul zu verwenden, worin das Fahrzeugsteuermodul auf den Reifenquersättigungszustand basierend auf dem mindestens einen Kontrollwert anspricht.
System zum Steuern eines Fahrzeugs, das System umfassend: ein nicht-flüchtiges, computerlesbares Medium, umfassend computerlesbare Anweisungen, die, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, so konfiguriert sind, dass die folgenden Schritte ausgeführt werden: das Auslesen der Sensoren; das Schätzen des Reifennachlaufs für mindestens einen Reifen des Fahrzeugs basierend auf den Sensorwerten; das Ermitteln des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines Reifenquersättigungszustands basierend auf einem Vergleich des geschätzten Reifennachlaufs für den mindestens einen Reifen des Fahrzeugs mit einem Reifennachlauf-Schwellenwert, der einen Reifenquersättigungszustand anzeigt; wenn der Reifenquersättigungszustand vorliegt, das Ermitteln von mindestens einem Kontrollwert; und das Verwenden des mindestens einen Kontrollwerts als Eingabe in ein Fahrzeugsteuermodul, worin das Fahrzeugsteuermodul auf den Reifenquersättigungszustand basierend auf dem mindestens einen Kontrollwert anspricht.