DE102018114036A1 - Systeme und verfahren für die ganzheitliche fahrzeugsteuerung mit kollaborativer lenkung, elektronischem schlupfbegrenzungsdifferential (elsd), antrieb und bremsen - Google Patents

Abstract

Verfahren und System zur Steuerung eines Fahrzeugs zur Verbesserung der Fahrzeugdynamik wird bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet das Empfangen von Daten von einer Vielzahl von Sensoren, die die Fahrzeugdynamik durch Überwachen von mindestens Rad- und Lenkbewegungen im Zusammenhang mit einem Fahrzeugsystem überwachen, das zur Steuerung der Fahrzeugdynamik durch Steuerausgänge von einem ganzheitlichen Fahrzeugsteuersystem verwendet wird. Anschließend das Schätzen der Zustände des Fahrzeugs aufgrund von Berechnungen von Längs- und seitlichen Geschwindigkeiten, Reifenschlupfverhältnissen, Kupplungsdrehmoment, Achsdrehmoment, Bremsdrehmoment und Schlupfwinkel, die aus den von den Sensoren von den Rad- und/oder Lenkbewegungen erfassten Daten abgeleitet werden. Schließlich das Formulieren eines Modells der Fahrdynamik mittels Schätzungen von Fahrzeugzuständen mit einer Zielfunktion, um Analysedaten bereitzustellen, um das Modell der Fahrzeugdynamik zu optimieren und zur Verwendung der Daten, die mit dem Modell verbunden sind, das zum Ändern der Steuerausgänge optimiert wurde, um die Fahrzeugdynamik in Echtzeit zu verbessern.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Das technische Gebiet betrifft im Allgemeinen Steuersysteme eines Fahrzeugs und insbesondere Verfahren und Systeme zur Steuerung von Antriebssteuerungen eines Fahrzeugs, um die Handhabung und Stabilität des Fahrzeugs zu verbessern.
• HINTERGRUND
• Die Methodik der ganzheitlichen Fahrzeugsteuerung (HVC) kann als Erweiterung der Methodik der ganzheitlichen Ecksteuerung (HCC) betrachtet werden. Während die HCC-Methodik im Allgemeinen auf die dynamische Neuverteilung von Reifenkräften zwischen den Rädern zur Fahrzeugsteuerung ausgelegt ist, zielt die HVC-Methodik auf das Ermitteln der tatsächlichen einzelnen Beiträge in Fahrzeugsysteme unter Verwendung von Echtzeitdaten der einzelnen physikalischen Stellglieder ab, die während der Fahrt eines Produktionsfahrzeugs laufen. Das heißt, die physikalische Unterstützung jedes der produzierten kommerziellen Stellglieder kann entweder „gegensätzliche“ oder „kollaborative“ Beiträge zu dem effektiven Betrieb des Fahrzeugsystems leisten, wenn dieses im Hinblick auf die Leistung der anderen Stellglieder im Fahrzeugsystems beim Ausführen einer bestimmten Aufgabe bzw. bestimmter Aufgaben betrachtet wird. Diese Arten der einzelnen Beiträge der einzelnen Stellglieder - ob positiv oder negativ - werden nicht ohne die Verwendung der HVC-Methodik realisiert.
• Daher ist es in Anbetracht der Notwendigkeit einer optimalen Fahrzeugleistung wünschenswert, die HVC-Methodiken verfügbarer zu machen, indem virtuelle Modelle der Fahrzeugdynamik für die Stabilitäts- und Streckensteuerung, insbesondere bei autonomen Fahrzeugen, generiert werden, indem Ziele definiert werden, wobei realisierte Fehler in Form von Differenzen bei der gemessenen Metrik der gewünschten Fahrzeugleistung verglichen mit der tatsächlichen Dynamik minimiert werden.
• Es ist wünschenswert, Sätze von optimalen empirische Lösungen zur Echtzeiterfassung von tatsächlichen Betriebszuständen des Fahrzeugs abzuleiten, die mit den virtuellen HVC-Betriebsmodellen gemessen oder mit diesen verglichen werden, um die Antriebszuordnungen des Fahrzeugsystems einzustellen oder voreinzustellen.
• Es ist wünschenswert, verbesserte Verfahren und Systeme zum Kompensieren von Fahrzeugkomponenten-Ausfällen bereitzustellen und so jegliche resultierende unerwünschte Leistungsauswirkungen beim Fahrzeugbetrieb zu mindern. Das heißt, es gibt häufig redundante Stellgliedergruppen, die beim Fahrzeugbetrieb verwendet werden, die Steuerzuweisungsprobleme schaffen können, wenn die geeigneten Stellgliedergruppen ausgewählt werden, um auf erfasste Kräfte oder Momente zu reagieren und wenn weitere Stellglieder ausfallen oder während eines Fahrzeugbetriebs ausgefallen sind.
• Daher ist es wünschenswert, die virtuellen HVC-Modelle und darauffolgenden Befehlsumwandlungen zu verwenden, um Auswahlen bzgl. der Steuerung und Entscheidungen zu treffen, welche Stellglieder einer redundanten Stellgliedergruppe verwendet werden sollen. Hinsichtlich ausgefallenen Komponenten ist es wünschenswert, Vergleiche zwischen virtuellen HVC-Modellierungen der Fahrzeugdynamik und tatsächlichen Ergebnissen anzustellen, um Ausfälle von Stellgliedern, wie Stellglieder des elektronischen Schlupfbegrenzungsdifferentials (eLSD), Antriebe, Ausfälle der elektronischen Servolenkungsstellglieder (EPS) zu erkennen und diese mit unterschiedlichen Stellgliederzuordnungen selektiv zu kompensieren.
• Es ist ferner wünschenswert, Verfahren und Systeme zur Bestimmung der Steuerbefehle unter Verwendung von Informationen von der Lenkung, den Bremsen, der eLSD und den Antriebsfahrzeugsystemen bereitzustellen.
• Die jüngsten Systeme stellen nicht immer ausreichende Lösungen für eine sichere und robuste Datenverteilung, und einen interoperablen Austausch zwischen Teilnehmern und Datenanbietern bereit. Dementsprechend ist es wünschenswert, Systeme und Verfahren bereitzustellen, die diese Mängel beheben. Außerdem werden andere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung und den hinzugefügten Ansprüchen in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen und diesem Hintergrund der Erfindung sichtbar.
• KURZDARSTELLUNG
• Verfahren und Systeme zur Steuerung von Komponenten eines Fahrzeugs sind vorgesehen. In einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren: Erzeugen eines Modells der Fahrzeugdynamik auf der Basis von analytischen optimierten Lösungen; das Ermitteln, durch einen Prozessor, eines Steuerausgangs, basierend auf dem Fahrzeugdynamikmodell und die selektive Steuerung, durch einen Prozessor, von mindestens einer Komponente, die mit mindestens einem der Radsysteme, einem Lenksystem, eLSD, Bremssystem und Antrieb des Fahrzeugs basierend auf dem Steuerausgang verbunden ist.
• In einer anderen Ausführungsform beinhaltet das Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs zur Verbesserung der Fahrzeugdynamik: Empfangen von Daten von einer Vielzahl von Sensoren, die die Fahrzeugdynamik durch Überwachen von mindestens Radbewegungen im Zusammenhang mit einem Fahrzeugsystem überwachen, das zur Steuerung der Fahrzeugdynamik durch Steuerausgänge von einem ganzheitlichen Fahrzeugsteuersystem verwendet wird. Dann folgt die Schätzung der Zustände des Fahrzeugs aufgrund von Berechnungen von einem oder mehreren der Längs- und seitlichen Geschwindigkeiten, der Gierrate und den Schlupfwinkeln, die aus den von den Sensoren von den Rad- und/oder Lenkbewegungen erfassten Daten abgeleitet werden. Des Weiteren das Formulieren eines Modells der Fahrdynamik mittels Schätzungen von Fahrzeugzuständen mit einer Zielfunktion, um Analysedaten bereitzustellen, um das Modell der Fahrzeugdynamik zu optimieren und zur Verwendung der Daten, die mit dem Modell verbunden sind, das zum Ändern der Steuerausgänge des ganzheitlichen Fahrzeugsteuersystems optimiert wurde, um die Fahrzeugdynamik in Echtzeit zu verbessern.
• Darüber hinaus beinhalten die Steuerausgänge das selektive Steuern von mindestens einem Stellglied, das mit mindestens einem der ganzheitlichen Fahrzeugsysteme verbunden ist, wobei das ganzheitliche Fahrzeugsteuersystem ein oder mehrerer Radsteuersysteme, einen Antrieb und ein Lenksteuersystem beinhaltet. Des Weiteren beinhalten die Steuerausgänge Stellgliedbefehle, die vom ganzheitlichen Fahrzeugsteuersystem generiert werden, um mindestens eines der Stellglieder des Fahrzeugsystems zu steuern. Das Fahrzeugsystem beinhaltet ein oder mehrere eines elektronischen Servolenkungssystems (EPS), ein Differentialbremssystem (DB), ein elektronisches Schlupfbegrenzungs-Differentialsystem (eLSD) und eine Bremsanlage.
• Das Verfahren beinhaltet des Weiteren das Ermitteln eines verfügbaren Stellglieds von mindestens einem der Fahrzeugsysteme, worin das Ermitteln des Steuerausgangs auf den verfügbaren Stellgliedern basiert. Des Weiteren basiert das Ermitteln der verfügbaren Stellglieder auf einer Fehlerbedingung, die mit mindestens einem Stellglied verbunden ist. Das ganzheitliche Fahrzeugsteuersystem beinhaltet das Anwenden von Einschränkungen auf die Steuerungen des ganzheitlichen Fahrzeugsystems für das Stellglied, bei dem festgestellt wurde, das es den Fehlerzustand hat sowie das Anwenden von voreingestellten Gewichtungsfunktionen auf Stellglieder, bei denen kein Fehlerzustand erkannt wurde. Der Steuerausgang minimiert einen Fehler zwischen der gewünschten Dynamik und der tatsächlichen Dynamik. Das Formulieren des Modells beinhaltet das Formulieren eines Modells der Fahrzeugdynamik, die auf einer Zielfunktion basiert, die mit der Fahrzeugdynamik verbunden ist, worin das Ermitteln des Steuerausgangs das Ermitteln des Steuerausgangs umfasst, basierend auf dem Modell der Fahrzeugdynamik, das für das Fahrzeug optimiert wurde, das mit einem oder mehreren der folgenden Fahrzeugsystemdaten eines Rads, einer Lenkung, einem eLSD, einer Bremsanlage und einem Antriebssystem verbunden ist, und worin das selektive Steuern das Steuern von mindestens einer Komponente umfasst, die basierend auf dem entsprechenden Steuerausgang mit mindestens einem Fahrzeugsystem des Fahrzeugs verbunden ist.
• In einer anderen Ausführungsform beinhaltet das System das Steuern einer Komponente eines Fahrzeugs, einschließlich einem nichtflüchtigen computerlesbaren Medium, das ein erstes Modul umfasst, das über einen Prozessor ein Modell der Fahrdynamik erzeugt, das auf Sensorinformationen basiert, ein zweites Modul, das über einen Prozessor einen Steuerausgang ermittelt, der auf dem Modell der Fahrzeugdynamik für über eine Zielfunktion von Raddynamik und Stellgliedsteuerungen kommutierte Werte basiert, sowie einem dritten Modul, das über einen Prozessor mindestens eine Komponente selektiv steuert, die mit mindestens einem Stellglied eines Rads, des eLSD, Antriebs oder Brems- oder Lenksystem des Fahrzeugs basierend auf dem Steuerausgang verbunden ist.
• Das System beinhaltet des Weiteren ein viertes Modul, das verfügbare Stellglieder von mindestens einem der Räder, dem eLSD, Antrieb, Brems- und Lenksystem ermittelt, und worin das zweite Modul den Steuerausgang basierend auf den verfügbaren Stellgliedern ermittelt. Das vierte Modul ermittelt die verfügbaren Stellglieder basierend auf einer Fehlerbedingung, die mit mindestens einem der Stellglieder verbunden ist. Der Steuerausgang minimiert einen Fehler zwischen der gewünschten Dynamik und der tatsächlichen Dynamik. Die Zielfunktion beinhaltet Kraft- und Momentfehler, die mit der Fahrdynamik verbunden sind. Die Raddynamik beinhaltet mindestens Radschlupf.
• In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das System mindestens einen Prozessor und mindestens ein computerlesbares Speichermedium, das Anweisungen umfasst, bei deren Ausführung die Durchführung eines Verfahrens zum Modellieren der Fahrzeugdynamik erzeugt wird, wobei dieses Verfahren beinhaltet: das Empfangen von Daten von einer Vielzahl von Sensoren, die die Fahrzeugdynamik durch Überwachen von mindestens Rad- und Lenkbewegungen überwachen, die mit einem Fahrzeugsystem verbunden sind, das zur Steuerung der Fahrzeugdynamik durch Steuerausgänge von einem ganzheitlichen Fahrzeugsteuersystem verwendet wird. Anschließendes Schätzen der Zustände des Fahrzeugs aufgrund von Berechnungen von einem oder mehreren der Folgenden: Längs- und seitliche Geschwindigkeiten, Kupplungsdrehmoment, eLSD, Bremsdrehmoment, Achsdrehmoment, Reifenschlupfverhältnisse und Schlupfwinkel, die aus den von den Sensoren von den Rad- und/oder Lenkbewegungen erfassten Daten abgeleitet werden. Schließlich das Formulieren eines Modells der Fahrdynamik mittels Schätzungen von Fahrzeugzuständen mit einer Zielfunktion, um Analysedaten bereitzustellen, um das Modell der Fahrzeugdynamik zu optimieren und zur Verwendung der Daten, die mit dem Modell verbunden sind, das zum Ändern der Steuerausgänge des ganzheitlichen Fahrzeugsteuersystems optimiert wurde, um die Fahrzeugdynamik in Echtzeit zu verbessern.
• Die Steuerausgänge beinhalten das selektive Steuern von mindestens einem Stellglied, das mit mindestens einem der ganzheitlichen Fahrzeugsysteme verbunden ist, wobei das ganzheitliche Fahrzeugsteuersystem mindestens ein Radsteuersystem und/oder ein Lenksteuersystem umfasst. Die Steuerausgänge beinhalten Stellgliedbefehle, die vom ganzheitlichen Fahrzeugsteuersystem generiert werden, um mindestens eines der Stellglieder des Fahrzeugsystems zu steuern. Das Fahrzeugsystem umfasst ein oder mehrere eines elektronischen Servolenkungssystems (EPS), ein Differentialbremssystem (DB), ein elektronisches Schlupfbegrenzungs-Differentialsystem (eLSD) und eine Bremsanlage.
• Das Formulieren des Modells beinhaltet das Formulieren eines Modells der Fahrzeugdynamik, die auf einer Zielfunktion basiert, die mit der Fahrzeugdynamik verbunden ist, worin das Ermitteln des Steuerausgangs das Ermitteln des Steuerausgangs umfasst, basierend auf dem Modell der Fahrzeugdynamik, das für das Fahrzeug optimiert wurde, das mit einem oder mehreren der folgenden Fahrzeugsystemdaten eines Rads, einer Lenkung, einem eLSD, einer Bremsanlage und einem Antriebssystem verbunden ist, und worin das selektive Steuern das Steuern von mindestens einer Komponente umfasst, die basierend auf dem entsprechenden Steuerausgang mit mindestens einem Fahrzeugsystem des Fahrzeugs verbunden ist.
• Diese Kurzdarstellung wird bereitgestellt, um eine Auswahl von Konzepten in einer vereinfachten Form einzuführen, die im Folgenden in der ausführlichen Beschreibung beschrieben sind. Diese Kurzdarstellung ist nicht dazu gedacht, Schlüsselmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, noch beabsichtigt sie, als Hilfsmittel verwendet zu werden, um den Umfang des beanspruchten Gegenstands zu ermitteln.
• Figurenliste
• Ein vollständigeres Verständnis des Gegenstands kann durch Bezugnahme auf die ausführliche Beschreibung und die Ansprüche, wenn in Verbindung mit den folgenden Figuren betrachtet, abgeleitet werden, in denen gleiche Bezugszeichen auf ähnliche Elemente in den Figuren verweisen.
• 1 ist ein funktionelles Blockschaltbild eines Fahrzeugs, das ein ganzheitliches Fahrzeugsteuersystem in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet;
• 2 ist ein funktionelles Blockschaltbild eines Fahrzeugs, das ein ganzheitliches Fahrzeugsteuersystem in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet;
• 3 ist eine Darstellung der Kräfte, die auf das Fahrzeug wirken;
• 4 ist eine Darstellung mit Kurven von Kräften, die auf das Rad des Fahrzeugs wirken;
• 5 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung von Steuerverfahren in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen;
• 6 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung von Steuerverfahren in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen;
• 7 ist ein Diagramm eines Antriebs, eLSD und Bremslayouts in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen;
• 8 ist ein Diagramm von Fahrzeugkräften des Antriebs, eLSD und der Bremsen in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen;
• 9 ist eine Darstellung von Steuerverfahren in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen; und
• 10 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung von Steuerverfahren in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
• Die folgende ausführliche Beschreibung dient lediglich als Beispiel und soll die Anwendung und Verwendung in keiner Weise einschränken. Weiterhin besteht keine Absicht, im vorstehenden technischen Bereich, Hintergrund, der Zusammenfassung oder der folgenden ausführlichen Beschreibung an eine ausdrücklich oder implizit vorgestellte Theorie gebunden zu sein. In den Zeichnungen bezeichnen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale. Wie hierin verwendet, bedeutet das Wort „exemplarisch“ „dient als ein Beispiel, eine Instanz oder Veranschaulichung“. Jede hierin als exemplarisch beschriebene Anwendung ist gegenüber anderen Anwendungen nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft auszulegen.
• Der hierin verwendete Begriff „Modul“ bezieht sich auf alle Hardware-, Software-, Firmwareprodukte, elektronische Steuerkomponenten, auf die Verarbeitungslogik und/oder Prozessorgeräte, einzeln oder in Kombinationen, unter anderem umfassend, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder gruppiert) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, die die beschriebene Funktionalität bieten.
• Ausführungsformen 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 kann zum Beispiel verschiedene integrierte Schaltungskomponenten verwenden, wie Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, Logikelemente, Nachschlagetabellen oder dergleichen, die eine Mehrzahl von Funktionen unter der Steuerung durch einen oder mehrere Mikroprozessoren oder andere Steuervorrichtungen wahrnehmen können. Zudem werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass die exemplarischen Ausführungsformen zusammen mit einer beliebigen Anzahl an Steuerungssystemen einsetzbar sind und das hier beschriebene Fahrzeugsystem lediglich eine exemplarische Ausführungsform 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 ist zu beachten, dass in verschiedenen Ausführungsformen zahlreiche alternative oder zusätzliche funktionale Beziehungen oder physische Verbindungen vorhanden sein können.
• Aktive Sicherheitssysteme oder Fahrwerksregelsysteme sind so ausgelegt, dass sie die Handhabung eines Fahrzeugs verbessern, beispielsweise an den Grenzen, an denen der Fahrer die Kontrolle über das Kraftfahrzeug verlieren könnte. Die Systeme vergleichen die Absicht des Fahrers, z. B. durch die Richtung in Lenk-, Gas- und/oder DB-Eingängen, auf die Reaktion des Kraftfahrzeugs, über Querbeschleunigung, Drehung (Gier) und Einzelradgeschwindigkeiten. Die Systeme steuern dann das Fahrzeug, z. B. durch das DB einzelner Vorder- oder Hinterräder, durch EPS der Räder und/oder durch Verringerung der Motorleistung um bei Bedarf ein Untersteuern (Pflügen) oder Übersteuern (Fishtailing-Schlingern) zu korrigieren.
• HVC kann in Verbindung mit aktiven Sicherheitssystemen verwendet werden und kann durch virtuelle Modellierung optimale Aspekte von Betriebspegeln eines Fahrzeugs ermitteln, indem es Sätze von virtuellen Steuerbefehlen von der virtuellen HVC-Modellierung von Fahrzeugen und Raddynamik und kinetischen Zuständen umwandelt, wodurch die optimalen Betriebspegel gesichert und tatsächliche Befehlssteuerungen für den optimalen Pegel erzeugt werden können. Das heißt, derartige tatsächliche Befehlssteuerungen können durch die Ausführung von Umwandlungen von verbundenen virtuellen Befehlen, die aus tatsächlichen Sätzen von betreibbaren Stellgliedern abgeleitet wurden, die aktuell in den Rädern, EPS und DB verwendet werden, erzeugt werden. Des Weiteren kann HVC einen erweiterten Satz von Stellgliedern verwenden, die hauptsächlich Fahrgestellregelung, Stabilität- und Leistungsverbesserungen genutzt werden.
• Wenn zum Beispiel ein Satz Stellglieder, der EPS- und DB-Stellglieder umfassen kann, verfügbar gemacht wird, liefert Feedback von den Fahrzeugsensoren Informationen zur Fahrzeugkarosserie-Beschleunigung und Reifenkräften, mit denen das HVC-System die kompensierenden Steuerungsaktionen berechnen und hierdurch Entscheidungen zu Betriebszuständen der Stellgliedersätze für die Verwendung bei EPS- und DB-Vorgängen treffen kann.
• Zusätzlich, in ähnlicher Weise, kann, wenn die Stellgliedersätze, die das eLSD, Bremsen und den Antrieb beinhalten können, verfügbar gemacht werden, Feedback von den Sensoren in geteilter Reibung, auch als „Split-MU“-Zustand bekannt, und die HVC-Steuerung für alle drei Stellgliedersätze von eLSD, Bremsen und Antrieb aktiviert, verwendet werden, um das Radschlupfverhältnis besser steuern zu können. In solchen Fällen wird die HVC-Steuerung der eLSD priorisiert, um die Verlangsamung des Fahrzeugs zu minimieren, um optimale Beiträge eines jeden Stellglieds der zu erreichenden Stellgliedersätze zu ermöglichen.
• Mit Bezug auf 1 ist ein Fahrzeug 12 dargestellt, das ein ganzheitliches Fahrzeugsteuersystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet. 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 unter Umständen nicht maßstabsgetreu ist.
• Das Fahrzeug 12 kann als Hybridelektrofahrzeug (HEV) oder Batterie-Elektrofahrzeug (BEV) konfiguriert sein, wobei sowohl das HEV als auch das BEV eine oder mehrere Elektromotoren 14, Hinterachsen 17, Vorderachsen 18 und Räder 20 haben können, die im autonomen oder Hybrid-Fahrzeug 12 verwendet werden.
• Beim Einsatz mehrerer wie hier dargestellt konfigurierter Elektromotoren 14 kann jeder der Elektromotoren 14 individuell Motordrehmoment an eines der entsprechenden Räder 20 bereitstellen. Bei jedem der Räder 20 in der in 1 dargestellten Ausführungsform, werden Reibungsbremsen positioniert und dafür konfiguriert, ein Bremsmoment des DB-Systems an die zugeordneten Räder 20 zu legen. Zusätzliche Reibungsbremsen können auch an den Hinterachsen positioniert werden - eine Konfiguration, die die Anzahl der gesteuerten Stellglieder erhöhen würde.
• Das Fahrzeug 12 beinhaltet ein Steuermodul 15, das den Rädern 20 des Fahrzeugs 12 einen Satz virtuelle Steuerbefehle (v) zuteilt und anschließend einen Satz wahrer/tatsächlicher Drehmoment-Steuerbefehle (u) von den virtuellen Steuerbefehlen (v) abbildet. Das Steuermodul 15 steuert eine oder mehrere Komponenten 16a-16n des Fahrzeugs 12. Die Komponenten 16a-16n können mit einem Fahrwerksystem oder einem aktiven Sicherheitssystem des Fahrzeugs 12 verbunden sein. Das Steuermodul 15 steuert zum Beispiel die Fahrzeugkomponenten 16a-16n eines DB-Systems, eines EPS-Systems und/oder eines anderen Fahrgestellsystems des Fahrzeugs 12. Das Fahrzeug 12 beinhaltet ein Zentrum und vier Ecken, eine linke vordere Ecke, eine rechte vordere Ecke, eine linke hintere Ecke und eine rechte hintere Ecke. Die Komponenten 16a-16n sind jeder der vier Ecken zugeordnet, um den Betrieb des Fahrzeugs 12 an der jeweiligen Ecke zu steuern.
• In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet das Steuermodul 15 mindestens einen Prozessor 18, einen Speicher 40 und eine oder mehrere Eingabe- und/oder Ausgabe-Vorrichtungen 22 (I/O). Die I/O-Vorrichtungen 22 kommunizieren mit einem oder mehreren Sensoren und/oder Stellgliedern, die den Komponenten 16a-16n des Fahrzeugs 12 zugeordnet sind. Der Speicher 40 speichert durch den Prozessor 18 ausführbare Anweisungen. Die Anweisungen im Speicher 40 können ein oder mehrere separate Programme beinhalten, in denen sich jeweils eine geordnete Liste von ausführbaren Anweisungen zur Umsetzung von logischen Funktionen findet.
• Im Beispiel von 1 sind die im Speicher 40 gespeicherten Anweisungen Teil eines Hauptbetriebssystems 24. Die Hauptbetriebssystem 24 beinhaltet die Logik zum Steuern der Leistungsfähigkeit des Steuermoduls 15 und stellt eine Terminierung, eine Eingabe-Ausgabe-Steuerung, eine Datei- und Datenverwaltung, eine Speicherverwaltung und eine Kommunikationssteuerung und zugehörige Dienste bereit. In verschiedenen Ausführungsformen sind Anweisungen ein weiterer Teil des hierin beschriebenen eckbasierten Steuermoduls 15.
• Wenn das Steuermodul 15 in Betrieb ist, ist der Prozessor 18 so konfiguriert, dass er die im Speicher 23 gespeicherten Anweisungen ausführt, um Daten zu und vom Speicher 40 zu kommunizieren und im Allgemeinen den Betrieb des Fahrzeugs 12 gemäß den Anweisungen zu steuern. Der Prozessor 18 kann eine Spezialanfertigung oder ein handelsüblicher Prozessor sein, eine Zentraleinheit (CPU), ein Hilfsprozessor unter mehreren Prozessoren verbunden mit der Steuerung 15, ein Mikroprozessor auf Halbleiterbasis (in Form eines Mikrochips oder Chipsatzes), ein Mikroprozessor oder allgemein eine Vorrichtung zur Ausführung von Anweisungen.
• In verschiedenen Ausführungsformen führt der Prozessor 18 die Anweisungen des ganzheitlich basierten Steuersystems im Steuermodul 15 aus. Das ganzheitliche Steuersystem (HVC) im Steuermodul 15 ermittelt im Allgemeinen einen oder mehrere Bewegungszustände des Fahrzeugs 12 in Anbetracht der Absicht des Fahrers (wie durch einen oder mehrere Sensoren angezeigt, die mit dem DB-System und/oder dem EPS-System verbunden sind). Das ganzheitliche Fahrzeugsteuersystem im Steuermodul 15 ermittelt einen oder mehrere Steuerbefehle basierend auf Reifenkraft Schätzungen, Stellglied Verfügbarkeit und Optimierung Verfahren für eine Zielfunktion der vorliegenden Offenbarung. Das Steuermodul 15 berücksichtigt die erfassten Informationen aus den Ecken des Fahrzeugs bei der Bestimmung der Steuerbefehle.
• Unter Bezugnahme auf 2 und mit fortgesetzter Bezugnahme auf 1 verdeutlicht ein Diagramm das Fahrzeugsteuersystems gemäß verschiedener exemplarischer Ausführungsformen. Es versteht sich, dass verschiedene Ausführungsformen des ganzheitlichen Fahrzeugsteuersystems im Rahmen der vorliegenden Offenbarung eine beliebige Anzahl an Modulen und/oder Teilmodulen enthalten können.
• In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die in 2 gezeigten Module und Teilmodule kombiniert und/oder weiter partitioniert werden, um in ähnlicher Weise einen Steuerbefehl eines ganzheitlichen Fahrzeugsystems basierend auf Stellgliedsteuerung und Eckdynamiksteuerung zu ermitteln und Stellglieder des Fahrzeugs darauf zu steuern. In verschiedenen Ausführungsformen empfängt das ganzheitliche Fahrzeugsteuersystem Eingaben von einem oder mehreren Sensoren, die mit den Komponenten 16a-16n des Fahrzeugs verbunden sind.
• In verschiedenen Ausführungsformen kann das ganzheitliche Fahrzeugsteuersystem (HVC)-Modul 270 die Teilmodule eines Radschlupfbefehls-Anpassungsmoduls, eines Befehlsmischmoduls und eines Stellgliedsteuermoduls beinhalten.
• Das HVC-Modul 270 beinhaltet Funktionen, die mit der Eckdynamiksteuerung und der Stellgliedsteuerung zusammenhängen. Das HVC-Modul 270 sendet Steuersignale an das DB-System 280, das EPS-Systems 282, das Antriebssystem 284 und das Aufhängungssystem 286 für die Fahrzeugsteuerung 290. Des Weiteren empfängt das HVC-Modul 270 Daten über die Zustände der Stellglieder dieser Systeme über einen Rückführungspfad 272. So müssen beispielsweise für eine bestimmtes Fahrzeugaufgabe, die an das DB-System 280, EPS-System 282, das Antriebssystem 284 und das Aufhängungssystem 286 gesendet wird, nicht alle Stellglieder aktiviert werden. Das heißt bestimmte Stellglieder können redundant sein und nicht für die Aufgabenausführung benötigt werden und dass nur ein beschränkter Satz Stellglieder für die Ausführung der Ausführung der Aufgabe aktiviert werden muss. In diesem Fall würden die Zustände der zugehörigen Stellglieder die aktivierten und nicht aktivierten widerspiegeln. Des Weiteren, wenn ein Fehler ermittelt wird oder wenn die diversen Systeme nur eingeschränkt betrieben werden können die entsprechenden Sätze von Stellgliedern, die zur Ausführung der Aufgabe notwendig sind, als deaktiviert betrachtet werden und es wäre ein alternativer Satz Stellglieder erforderlich, um die Aufgabe durchzuführen. Daher würden die resultierenden Zustände die Zustände der redundanten Stellglieder widerspiegeln, die gewöhnlich nicht für die anstehende Aufgabe verwendet werden, sondern stattdessen würde der redundante Satz Stellglieder aktiviert, wenn ein Fehler des ersten Stellglieds bzw. der Stellglieder bei der Ausführung der Aufgaben vorliegt.
• Das Einschränkungsmodul 275 stellt dem HVC-Modul 270 Daten in Echtzeit von Einschränkungen des Energiemanagements und Stellgliedergrenzwerten für die Stellgliedsteuerung und zur Optimierung der Stellgliedauswahl bereit. Des Weiteren werden Fahrzeugdynamikdaten, also die gewünschte Fahrzeugdynamik auch an das HVC-Modul 270 weitergeleitet und in Verbindung mit der Stellgliedsteuerung für die gewünschte Leistung der Fahrzeugsteuerung 290 und zur Optimierung der Stellgliedsteuerung mit den empfangenen Echtzeit-Optimierungsdaten verwendet. Mit anderen Worten basiert die Stellgliedsteuerung auf Folgendem: vom Fahrzeugdynamikmodul 250 gewünschte Fahrzeugdynamik, einer gewünschte Eckkraftmoment-Verteilung von Teilmodulen (nicht dargestellt) des HVC-Moduls 270 zur Optimierung der Eckdynamiksteuerung, Energiemanagement und Stellgliedergrenzwerte, die vom Einschränkungsmodul 275 ermittelt werden, das auch Informationen an den Rückführungsweg 272 der resultierenden Stellgliederzustände sendet.
• Sensordaten von einem Sensormodul 205, das Daten der Fahrzeugumgebung, Hindernisse, Straßenverhältnisse, anderer Fahrzeuge, Umgebungsbedingungen beinhaltet, die zur Weiterverarbeitung an ein Dolmetschermodul 207 weitergeleitet werden. Das Dolmetschermodul 207 beinhaltet Teilmodule des Antriebsmoduls 210, des sensorgeführten autonomen Antriebsmoduls 215, des Fahrerbefehls-Dolmetschermoduls 220 und des dynamischen Befehlsdolmetscher-Moduls 230. Die Sensordaten werden in Formulierungen und Befehlsinterpretationen vom Antriebsbefehls-Dolmetschermodul 220 und dem dynamischen Befehlsdolmetscher-Moduls 230 verwendet. Hierdurch werden Befehle von diesen beiden Modulen von einem Befehlsintegrations-Modul 240 mit Daten aus den resultierenden Fahrzeugdynamik vom HVC-Modul 270 integriert. Das Befehlsintegrationsmodul 240 erzeugt einen Satz von Befehlen für eine gewünschte Fahrzeugdynamik oder Kinematik, der an das Fahrzeugdynamik-Modul 250 gesendet wird, um ein vom Fahrzeug erwünschtes Moment oder eine Kraft zu ermitteln.
• Das HVC-Modul 270 empfängt Daten von der erwünschten Fahrzeugkraft und dem Moment vom Fahrzeugdynamik-Modul 250, sowie vom Eckbeschränkungs-Modul 260 von Informationen und Einschränkungen der an den Ecken verfügbaren Kraft und erzeugt Daten über ein Teilmodul des HVC-Moduls 270 für die Eckdynamik-Optimierung, die resultierenden Fahrzeugkraft- und Momentdaten, die dann wiederum als Feedback an das Befehlsintegrations-Modul 240 gesendet werden.
• Für die ganzheitliche Fahrzeugsteuerung wird ein mehrstufiger Ansatz formuliert. Der Ansatz besteht aus einem ursprünglichen oder ersten Schritt des Erzeugens eines virtuellen Modells unter Verwendung von komplexen mathematischen Algorithmen zum Erzeugen von Daten, die die Bewegungsdynamik eines Fahrzeugs beschreiben, sowie individuelle Bewegungsdynamik, die mit den Fahrzeugrädern verbunden ist. Des Weiteren beinhaltet das Computermodell erzeugte Daten von Vorgängen und Status d Stellglieder, die in Steuersystemen zur Steuerung des Betriebs von EPS- und DB-Systemen des Fahrzeugs verwendet werden.
• Der nächste oder zweite Schritt richtet sich auf die Minimierung eines Fehlers zwischen einer gewünschte Fahrzeugdynamik und der tatsächlichen Fahrzeugdynamik, die unter Verwendung von Echtzeitdaten der Sensoren und Feedback von Steuervorgängen ermittelt wird.
• Die dritte und letzte Schritt ermittelt eine optimale Lösung von Einstellungen für die Stellglieder, die aus einer Gruppe von Stellgliedern für Betätigungen in den EPS- und DB-Systemen zur Verfügung stehen.
• Bei der Erörterung der obigen drei Schritte wird die virtuelle Modellierung im Hinblick auf die ganzheitliche Fahrzeugsteuerung betrachtet. Daher ist es beim Formulieren eines ganzheitlichen Fahrzeugsteuermodells notwendig, die erwünschten Dynamikbewegungen mit tatsächlichen Bewegungen und die mit den tatsächlichen Bewegungen verbundenen Steuervorgänge im Hinblick auf das virtuelle Modell zu formulieren.
• Der mehrstufige Ansatz wird auch auf einen erweiterten Satz von Antrieben angewendet, die hauptsächlich für Fahrgestellsteuerungs-, Stabilitäts- und Leistungsverbesserungen verwendet werden. Auf ähnliche Weise wird das virtuelle Modell unter Verwendung komplexer mathematischer Algorithmen erzeugt, was im allgemeinen mathematische Modell der Fahrzeug- und Raddynamik sowie in der relevanten Stellgliederdynamik der 4 Räder, des Antriebs, des eLSD und der Bremsanlagen resultiert. Anschließen wird auf ähnliche Weise ein Ziel definiert, dass die Fehler zwischen der gewünschten und der tatsächlichen Dynamik minimiert. Schließlich wird eine optimale Lösung für die verfügbaren Stellglieder, einschließlich eLSD, Bremsen und Antrieb ermittelt.
• Mit Bezug auf 3 ist das allgemeine mathematische Modell einer gewünschten Bewegung in Modell 310 und einer tatsächlichen Bewegung und Steuervorgängen in Modell 320 dargestellt. Die mathematische Modellbestimmung erzeugt ein allgemeines Mathematikmodell der aktuellen Fahrzeugdynamik. Das allgemeine Mathematikmodell in Modell 310 beinhaltet die Dynamik jedes der Räder und die Dynamik der Fahrzeugkarosserie. So erzeugt zum Beispiel, wie in 3 dargestellt, das mathematische Modell-Bestimmungsmodul ein Modell 320 mit sechs Grad (oder eine andere Zahl) der Freiheit: Fx, Fy, Fz, Gx, Gy, Gz und eine objektive Funktion, die beschrieben wird, die einen ersten Term der Fehlerterms beinhaltet, die minimiert werden sollen $\frac{1}{2}{\left(E-A_F\delta f\right)}^T{W}_E\left(E-A_F\delta f\right)$

  

  mit den zusätzlichen Stellgliedbemühungen $\frac{1}{2}{\left(\delta f\right)}^T{W}_{df}\left(\delta f\right)$

  

  und schließlich der dritte Stellglieder-Beschränkungs-Term $\frac{1}{2}{\left[\left(f+\delta f\right)\right]}^T{W}_{df}\left[\left(f+\delta f\right)\right]$

  

  which compose the.
• Daher werden die Komponenten der Fehlerbeträge für die Minimierung im Hinblick auf Stellgliedbemühungen und Stellglieder-Beschränkungen durch algorithmische Lösungen des HVC-Moduls 270 in 2 ausgeglichen. Die Zielfunktion, d. h. die Zieldynamik und der Pfad des Fahrzeugs sind daher wie folgt: $$P=\frac{1}{2}{\left[\left(E-A_F\delta f\right)\right]}^T{W}_E\left(E-A_F\delta f\right)+\frac{1}{2}{\left(\delta f\right)}^T{W}_{df}\left(\delta f\right)+\frac{1}{2}{\left[\left(f+\delta f\right)\right]}^T{W}_{df}\left[\left(f+\delta f\right)\right]$$

  
• Sobald die Zielfunktion ermittelt und die Fehlerterms, die minimiert werden sollen, ermittelt sind und die Stellgliedbemühungen und Stellglieder-Beschränkungen erkannt sind, werden die seitlichen Reifenkräfte und Anpassungsmomente im Hinblick auf Rutschwinkel ermittelt. In manchen Fällen wird die mit dem EPS-System verbundene Dynamik zum Schätzen des selbstanpassenden Moments verwendet. Das heißt, die Giermomentdaten und/oder die Längs- und/oder die seitlichen Kräfte in Verbindung mit Reifenmerkmalen werden verwendet, um die Einstellungen der Selbstanpassung von Momenten zu ermitteln.
• Mit dem erweiterten Stellgliedsatz, der die Fahrzeugdynamik, die Antriebswelle und die Raddynamik steuert, lautet die erreichte analytische Lösung wie folgt: $$\begin{array}{c}\delta f={\left[W_{df}+A_f^T{W}_E{A}_f\right]}^{-1}\left[A_f^T{W}_{E}E\right]\\ \left|W_{df}+A_f^T{W}_E{A}_f\right|\ne 0\end{array}$$

  
• Mit Bezug auf 4, zeigt 4 in den Graphen 400 und 410 in Verbindung mit Diagramm 420 die seitliche Reifenkraft und die Reifenanpassungs-Winkelverhältnisse zu einem Schlupfwinkel und entsprechende Reifenkräfte, die zu einer seitlichen Reifenverformung führen. Wenn sich die Funktion (Fz) der Größenordnung ändert, findet eine nachfolgende Änderung statt, wie in den Graphen 400 und 410 im selbstanpassenden Moment und der seitlichen Reifenkraft dargestellt.
• In 4 zeigt der Graph 400 den seitlichen Reifenkraftanstieg an, der wiederum dargestellt wird, um den Schlupfwinkel und die Größenordnung der Funktion Fz der normalisierten Reifenkraft zu erhöhen, wobei alle beide nicht linear erhöht werden. Die nachstehende Gleichung stellt das Verhältnis von verschiedenen Mengen in diesem System dar. $$I_{equ}\ddot{\delta }+C_{equ}\dot{\delta }+K_{equ}\delta =M_{driver}+M_{EPS}+M_{SAT}$$

  
• In 4 zeigt der Graph 410 an, dass der Anpassungsmoment für die erhöhte seitliche Reifenkraft kompensieren kann, indem die Mengen der Reifenanpassungsmomente erhöht wird, wodurch der Rutschwinkel kleiner wird und die normalisierte Funktion Fz des Reifens gemindert wird. Mit anderen Worten dient das Anpassen der Reifenmomente als Gegenkraft gegen die erhöhten Reifenkraftauswirkungen. Die Lenksystemdynamik kann für Schätzungen des selbstanpassenden Moments verwendet werden, so dass die Größenordnung der normalisierten Reifenkraft im Zusammenhang mit Lenksystembewegungen gemindert wird. Das Verhältnis des selbstanpassenden Moments und der seitlichen Reifenkräfte wird durch die folgende Gleichung beschrieben: $$M_{SAT}=\left(t_m\left(\delta \right)+{\widehat{t}}_p\right)\ast {\widehat{F}}_y$$

  
• Mit Bezug auf 5, wird in verschiedenen Ausführungsformen das ganzheitliche Fahrzeugsteuer-Computerdynamikmodell mit Rad- und Lenkdynamik formuliert. Die Formulierung kann bei 510 beginnen, wobei eine Objektfunktion der ganzheitlichen Steuerung modelliert wird, wo die Fehlerterms minimiert werden und die Stellglieder-Termbemühungen bewertet und die Stellglieder-Beschränkungen definiert werden.
• In 520 werden die Giermoment- und/oder die Längs- und/oder seitlichen Kraftdaten, EPS, Lenksäulendrehmoment, Radsensor, Lenkradsensor empfangen und basierend auf diesen Daten werden die selbstanpassenden Momente eingestellt und es werden Schätzungen der Fahrzeugzustände der Längs- und Quergeschwindigkeiten und Reifenschlupfwinkel formuliert.
• In 530 wird die Fahrzeugbewegungs-Dynamik modelliert sowie eine Modellierung der Fahrzeugrädern und Betätigungen für die Stellgliedzustände der EPS- und DB-Systeme vorgenommen.
• In 540 wird die Dynamik der Fahrzeugkarosserie durch Fahrzeug-Planarbewegungen dargestellt, die durch einen Satz erweiterter Fahrzeug-Planarbewegungsgleichungen modelliert werden. Die Dynamik des mathematischen Planarmodells erzeugt ein allgemeines Mathematikmodell der aktuellen Fahrzeug-Planardynamik.
• Ebenfalls bei 540 beinhalten die mathematischen Algorithmen für das Modell, das formuliert wird, auch die Dynamik jedes der Räder und die Dynamik der Fahrzeugkarosserie. Das mathematische Modell erzeugt zum Beispiel ein erweitertes Planarmodell mit drei Grad (oder andere Zahl) Freiheitsgrad für die erweiterten Gleichungen Fx, Fy, Gz wie folgt: $$F_x={\displaystyle \sum _{i=1}^4\left(F_{x1}cos\left({\delta }_{si}\right)-F_{yi}\text{sin}\left({\delta }_{si}\right)\right)}$$

  

  $$F_x={\displaystyle \sum _{i=1}^4\left(F_{xi}\text{sin}\left({\delta }_{si}\right)+F_{yi}\text{cos}\left({\delta }_{si}\right)\right)}$$

  

  $$\begin{array}{c}{G}_z=a{\displaystyle \sum _{i=\mathrm{1,2}}\left(F_{xi}\text{sin}\left({\delta }_{si}\right)+F_{yi}\text{cos}\left({\delta }_{si}\right)\right)-b}{\displaystyle \sum _{i=\mathrm{3,4}}\left(F_{xi}\text{sin}\left({\delta }_{si}\right)+F_{yi}\text{cos}\left({\delta }_{si}\right)\right)}\\ +w{\displaystyle \sum _{\mathrm{2,4}}\left(F_{xi}\text{cos}\left({\delta }_{si}\right)-F_{yi}\text{sin}\left({\delta }_{si}\right)\right)-w}{\displaystyle \sum _{\mathrm{3,4}}\left(F_{xi}\text{cos}\left({\delta }_{si}\right)-F_{yi}\text{sin}\left({\delta }_{si}\right)\right)}\end{array}$$

  
• In 550 werden die Raddynamik- und die EPS-Systemmodelle modelliert.
• Die modellierten Raddynamik- und EPS-Systeme sind wie folgt:
• waren G_wi = Q_i - R_eff × F_xi ist für das Raddynamik- und EPS-Systemmodell
• und mit EPS- und Stellglied-Modellierung werden sein: I_equδ_̈̈̈ + C_equδ̇ + K_equδ = M_driver + M_EPS + (t_m(δ) + t̂_p) * F_yf
• Wobei F_yf = F_y1 + F_y2
• Das Lenksystem bei 560 wie folgt modelliert wird: $$\stackrel{M_{st}}{\overbrace{I_{equ}\ddot{\delta }+C_{equ}\ddot{\delta }+K_{equ}\delta }}=M_{driver}+M_{EPS}+\underset{G_t}{\underbrace{\stackrel{t_c}{\overbrace{\left(t_m\left(\delta \right)+{\widehat{t}}_p\right)}}\ast F_{y,f}}}$$

  
• wo F_yf = F_y1 + F_y2
• unter der Annahme, dass das EPS nur bei Vorderachsen-Konfigurationen verfügbar ist F_y1 + F_y2 = (M_st - M_driver - M_EPS)/t_c
• In 570 wird die HVC-Zielformulierung wird wie folgt ermittelt: $$G_t\equiv SAT=I_{equ}\ddot{\delta }+C_{equ}\dot{\delta }+K_{equ}\delta -M_{driver}-M_{EPS}$$

  

  $$\underset{}{\underbrace{\frac{F_{yf}}{F_{zf}}=\frac{F_{y1}}{F_{z1}}=\frac{F_{y2}}{F_{z2}}}}\to \{\begin{array}{l}{F}_{y1}=\frac{F_{z1}}{F_{zf}}{F}_{yf}=\frac{F_{z1}}{F_{zf}}\times \frac{\left(M_{st}-M_{driver}-M_{EPS}\right)}{t_c}=\frac{F_{z1}}{F_{zf}}\times \frac{G_t}{t_c}\\ F_{y2}=\frac{F_{z2}}{F_{zf}}{F}_{yf}=\frac{F_{z2}}{F_{zf}}\times \frac{\left(M_{st}-M_{driver}-M_{EPS}\right)}{t_c}=\frac{F_{z2}}{F_{zf}}\times \frac{G_t}{t_c}\end{array}$$

  
• Diese Annahme gilt in linearen Bereichen und bietet außerdem Näherungen für die HVC-Formulierung in den zukünftigen Schritten.
• In 580 wird das HVC-Steuermodul angesichts des Mathematikmodells definiert, was den Fehler zwischen der gewünschten Dynamik und der tatsächlichen Dynamik minimiert. Der gegebene Gesamt-Reifenkraftvektor ist zum Beispiel: $$f={\left\{f_{x1},f_{y1},f_{x2},f_{y2},f_{x3},f_{y3},f_{x4},f_{y4}\right\}}^T,$$

  
• Der CG-Kraftfehlervektor ist dann: $$\begin{array}{l}\mathbf{E}={\left[\begin{array}{ccc}{E}_x& E_y& E_z{E}_{w1}{E}_{w2}{E}_{w3}{E}_{w4}{E}_t\end{array}\right]}^T=\dots \\ {\left[\begin{array}{ccc}{F}_x^{\ast }-F_x& F_y^{\ast }-F_y& G_z^{\ast }-G_z{G}_{w1}^{\ast }-G_{w1}{G}_{w2}^{\ast }-G_{w2}{G}_{w3}^{\ast }-G_{w3}{G}_{w4}^{\ast }-G_{w4}{G}_t^{\ast }-G_t\end{array}\right]}^T\end{array}$$

  

  $$u={\left\{T_{b1},T_{b2},T_{b3},T_{b4},T_{EPS}\right\}}^T$$

  
• Der eingestellte CG-Kraftfehler ist: $$F_x^{\ast }-F_x\left(f+\delta f\right)=F_x^{\ast }-\left[F_x\left(f\right)+\frac{d{F}_x\left(f\left(u\right)\right)}{du}\delta u\right]\equiv E_x-\frac{d{F}_x\left(f\right)}{du}\delta u$$

  

  $$F_y^{\ast }-F_y\left(f+\delta f\right)=F_y^{\ast }-\left[F_y\left(f\right)+\frac{d{F}_y\left(f\left(u\right)\right)}{du}\delta u\right]\equiv E_y-\frac{d{F}_y\left(f\right)}{du}\delta u$$

  

  $$\underset{\text{target}}{\underbrace{G_z^{\ast }}}-\underset{\text{actual adjusted}}{\underbrace{G_z\left(f+\delta f\right)}}=G_z^{\ast }-\left[G_z\left(f\right)+\frac{d{G}_z\left(f\left(u\right)\right)}{du}\delta u\right]\equiv E_z=\frac{d{G}_z\left(f\right)}{du}\delta u$$

  

  $$\underset{\text{target}}{\underbrace{G_{wi}^{\ast }}}-\underset{\text{actual adjusted}}{\underbrace{G_{wi}\left(f+\delta f\right)}}=G_{wi}^{\ast }-\left[G_{wi}\left(f\right)+\frac{d{G}_{wi}\left(f\left(u\right)\right)}{du}\delta u\right]\equiv E_{wi}=\frac{d{G}_{wi}\left(f\right)}{du}\delta u$$

  

  $$\underset{\text{target}}{\underbrace{G_t^{\ast }}}-\underset{\text{actual adjusted}}{\underbrace{G_t\left(f+\delta f\right)}}=G_t^{\ast }-\left[G_t\left(f\right)+\frac{d{G}_t\left(f\left(u\right)\right)}{du}\delta u\right]\equiv E_t=\frac{d{G}_t\left(f\right)}{du}\delta u$$

  
• Die resultierende HVC-Zielfunktion einschließlich EPS-Steuerung und einer Erläuterung dieser grundsätzlichen Beziehung ist wie folgt: $A_F^T$

  

  ist die nachstehend definierte Jakobimatrix und B ist die Beitragsmatrix, die die Verfügbarkeit von Stellgliedern definiert und C ist die Matrix, die die Fahrzeugbewegung definiert. $$A_F^T=B_F\times C_F\text{ Kettenregel für Matrizen}$$

  

  wobei $$B_F=\frac{\partial f}{\partial u}\left(\text{Stellgliedmodell}\right)$$

  

  $$C_F=\frac{\partial F}{\partial u}\left(\text{Hauptfahrzeugdmodell}\right)$$

  
• Anschließend die HVC-Zielfunktion, die die EPS-Stellgliedsteuerungen beinhaltet, wobei das grundsätzliche Verhältnis wie folgt lautet: $$P=\frac{1}{2}{\left(E-A_F\partial f\right)}^T{W}_E\left(E-A_F\partial f\right)+\frac{1}{2}{\left(\delta f\right)}^T{W}_{df}\left(\delta f\right)$$

  

  $$B_F=\left[\begin{array}{llllllll}\frac{\partial f_{x1}}{\partial T_{b1}}\hfill & \frac{\partial f_{y1}}{\partial T_{b1}}\hfill & \frac{\partial f_{x2}}{\partial T_{b1}}\hfill & \frac{\partial f_{y2}}{\partial T_{b1}}\hfill & \frac{\partial f_{x3}}{\partial T_{b1}}\hfill & \frac{\partial f_{y3}}{\partial T_{b1}}\hfill & \frac{\partial f_{x4}}{\partial T_{b1}}\hfill & \frac{\partial f_{y4}}{\partial T_{b1}}\hfill \\ \frac{\partial f_{x1}}{\partial T_{b2}}\hfill & \frac{\partial f_{y1}}{\partial T_{b2}}\hfill & \frac{\partial f_{x2}}{\partial T_{b2}}\hfill & \frac{\partial f_{y2}}{\partial T_{b2}}\hfill & \frac{\partial f_{x3}}{\partial T_{b2}}\hfill & \frac{\partial f_{y3}}{\partial T_{b2}}\hfill & \frac{\partial f_{x4}}{\partial T_{b2}}\hfill & \frac{\partial f_{y4}}{\partial T_{b2}}\hfill \\ \frac{\partial f_{x1}}{\partial T_{b3}}\hfill & \frac{\partial f_{y1}}{\partial T_{b3}}\hfill & \frac{\partial f_{x2}}{\partial T_{b3}}\hfill & \frac{\partial f_{y2}}{\partial T_{b3}}\hfill & \frac{\partial f_{x3}}{\partial T_{b3}}\hfill & \frac{\partial f_{y3}}{\partial T_{b3}}\hfill & \frac{\partial f_{x4}}{\partial T_{b3}}\hfill & \frac{\partial f_{y4}}{\partial T_{b3}}\hfill \\ \frac{\partial f_{x1}}{\partial T_{b4}}\hfill & \frac{\partial f_{y1}}{\partial T_{b4}}\hfill & \frac{\partial f_{x2}}{\partial T_{b4}}\hfill & \frac{\partial f_{y2}}{\partial T_{b4}}\hfill & \frac{\partial f_{x3}}{\partial T_{b4}}\hfill & \frac{\partial f_{y3}}{\partial T_{b4}}\hfill & \frac{\partial f_{x4}}{\partial T_{b4}}\hfill & \frac{\partial f_{y4}}{\partial T_{b4}}\hfill \\ \frac{\partial f_{x1}}{\partial T_{eps}}\hfill & \frac{\partial f_{y1}}{\partial T_{eps}}\hfill & \frac{\partial f_{x2}}{\partial T_{eps}}\hfill & \frac{\partial f_{y2}}{\partial T_{eps}}\hfill & \frac{\partial f_{x3}}{\partial T_{eps}}\hfill & \frac{\partial f_{y3}}{\partial T_{eps}}\hfill & \frac{\partial f_{x4}}{\partial T_{eps}}\hfill & \frac{\partial f_{y4}}{\partial T_{eps}}\hfill \end{array}\right]$$

  

  $$C_F=\left[\begin{array}{llllllll}\frac{\partial F_x}{\partial f_{x1}}\hfill & \frac{\partial F_y}{\partial f_{x1}}\hfill & \frac{\partial G_z}{\partial f_{x1}}\hfill & \frac{\partial G_{w1}}{\partial f_{x1}}\hfill & \frac{\partial G_{w2}}{\partial f_{x1}}\hfill & \frac{\partial G_{w3}}{\partial f_{x1}}\hfill & \frac{\partial G_{w4}}{\partial f_{x1}}\hfill & \frac{\partial G_t}{\partial f_{x1}}\hfill \\ \frac{\partial F_x}{\partial f_{y1}}\hfill & \frac{\partial F_y}{\partial f_{y1}}\hfill & \frac{\partial G_z}{\partial f_{y1}}\hfill & \frac{\partial G_{w1}}{\partial f_{y1}}\hfill & \frac{\partial G_{w2}}{\partial f_{y1}}\hfill & \frac{\partial G_{w3}}{\partial f_{y1}}\hfill & \frac{\partial G_{w4}}{\partial f_{y1}}\hfill & \frac{\partial G_t}{\partial f_{y1}}\hfill \\ \frac{\partial F_x}{\partial f_{x2}}\hfill & \frac{\partial F_y}{\partial f_{x2}}\hfill & \frac{\partial G_z}{\partial f_{x2}}\hfill & \frac{\partial G_{w1}}{\partial f_{x2}}\hfill & \frac{\partial G_{w2}}{\partial f_{x2}}\hfill & \frac{\partial G_{w3}}{\partial f_{x2}}\hfill & \frac{\partial G_{w4}}{\partial f_{x2}}\hfill & \frac{\partial G_t}{\partial f_{x2}}\hfill \\ \frac{\partial F_x}{\partial f_{y2}}\hfill & \frac{\partial F_y}{\partial f_{y2}}\hfill & \frac{\partial G_z}{\partial f_{y2}}\hfill & \frac{\partial G_{w1}}{\partial f_{y2}}\hfill & \frac{\partial G_{w2}}{\partial f_{y2}}\hfill & \frac{\partial G_{w3}}{\partial f_{y2}}\hfill & \frac{\partial G_{w4}}{\partial f_{y2}}\hfill & \frac{\partial G_t}{\partial f_{y2}}\hfill \\ \frac{\partial F_x}{\partial f_{x3}}\hfill & \frac{\partial F_y}{\partial f_{x3}}\hfill & \frac{\partial G_z}{\partial f_{x3}}\hfill & \frac{\partial G_{w1}}{\partial f_{x3}}\hfill & \frac{\partial G_{w2}}{\partial f_{x3}}\hfill & \frac{\partial G_{w3}}{\partial f_{x3}}\hfill & \frac{\partial G_{w4}}{\partial f_{x3}}\hfill & \frac{\partial G_t}{\partial f_{x3}}\hfill \\ \frac{\partial F_x}{\partial f_{y3}}\hfill & \frac{\partial F_y}{\partial f_{y3}}\hfill & \frac{\partial G_z}{\partial f_{y3}}\hfill & \frac{\partial G_{w1}}{\partial f_{y3}}\hfill & \frac{\partial G_{w2}}{\partial f_{y3}}\hfill & \frac{\partial G_{w3}}{\partial f_{y3}}\hfill & \frac{\partial G_{w4}}{\partial f_{y3}}\hfill & \frac{\partial G_t}{\partial f_{y3}}\hfill \\ \frac{\partial F_x}{\partial f_{x4}}\hfill & \frac{\partial F_y}{\partial f_{x4}}\hfill & \frac{\partial G_z}{\partial f_{x4}}\hfill & \frac{\partial G_{w1}}{\partial f_{x4}}\hfill & \frac{\partial G_{w2}}{\partial f_{x4}}\hfill & \frac{\partial G_{w3}}{\partial f_{x4}}\hfill & \frac{\partial G_{w4}}{\partial f_{x4}}\hfill & \frac{\partial G_t}{\partial f_{x4}}\hfill \\ \frac{\partial F_x}{\partial f_{y4}}\hfill & \frac{\partial F_y}{\partial f_{y4}}\hfill & \frac{\partial G_z}{\partial f_{y4}}\hfill & \frac{\partial G_{w1}}{\partial f_{y4}}\hfill & \frac{\partial G_{w2}}{\partial f_{y4}}\hfill & \frac{\partial G_{w3}}{\partial f_{y4}}\hfill & \frac{\partial G_{w4}}{\partial f_{y4}}\hfill & \frac{\partial G_t}{\partial f_{y4}}\hfill \end{array}\right]$$

  
• Zusätzlich, die HVC-Zielfunktion, einschließlich EPS-Steuerung ist wie folgt: $$B_F=\left[\begin{array}{cccccccc}\frac{-1}{R_1}& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& \frac{-1}{R_2}& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& \frac{-1}{R_3}& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& \frac{-1}{R_4}& 0\\ 0& \frac{-f_{z1}}{f_{zf}\times t_c}& 0& \frac{-f_{z2}}{f_{zf}\times t_c}& 0& 0& 0& 0\end{array}\right]$$

  

  $$C_F=\left[\begin{array}{ccccccccc}\text{cos }\delta & \text{sin }\delta & & -w\text{ cos }\delta +L_f\text{ sin }\delta & -R_1& 0& 0& 0& 0\\ -\text{sin }\delta & \text{cos }\delta & & L_f\text{ cos }\delta +w\text{ sin }\delta & 0& 0& 0& 0& \frac{f_{zf}\times t_c}{f_{z1}}\\ \text{cos }\delta & \text{sin }\delta & & w\text{ cos }\delta +L_f\text{ sin }\delta & 0& -R_2& 0& 0& 0\\ -\text{sin }\delta & \text{cos }\delta & & L_f\text{ cos }\delta -w\text{ sin }\delta & 0& 0& 0& 0& \frac{f_{zf}\times t_c}{f_{z2}}\\ & 1& 0& \begin{array}{cccc}\begin{array}{cc}-w& \end{array}& & & \end{array}& 0& 0& -R_3& 0& 0\\ & 0& 1& \begin{array}{cccc}\begin{array}{cc}-L_r& \end{array}& & & \end{array}& 0& 0& 0& 0& 0\\ & 1& 0& \begin{array}{cccc}\begin{array}{cc}w& \end{array}& & & \end{array}& 0& 0& 0& -R_4& 0\\ & 0& 1& \begin{array}{cccc}\begin{array}{cc}-L_r& \end{array}& & & \end{array}& 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right]$$

  

  $$w=track/2$$

  
• L_f=CG bis Vorderachse
• L_r=CG bis Hinterachse
• t_c= durchschnittliche „Gesamtstrecke“ der Vorderachse
• L_f, L_r, Tc, W , stellen Abstände von Vorder- und Hinterachsen zu der CG, jeweils die Vorderachsespur und den wirksamen Radius.
• Des Weiteren stellt C eine Matrix der Fahrdynamik und B eine Beitragsmatrix dar, die die Verfügbarkeit der Stellglieder definiert. So kann beispielsweise die Echtzeitverfügbarkeit der Stellglieder von Ausfällen eines Stellglieds und/oder einer aktuellen Fahrzeugkonfiguration abhängen. Der Ausfall eines der Stellglieder kann durch einen Fehlererfassungsalgorithmus ermittelt und an das HVC-Steuersystem gemeldet werden. Die aktuelle Fahrzeugkonfiguration kann automatisch konfiguriert werden, oder von einem Benutzer konfiguriert werden. So kann beispielsweise das Fahrzeug aktuell im Allradantrieb oder im Zweiradantrieb (wie vom Fahrer ausgewählt) betrieben werden.
• Nach der Festlegung der Echtzeitverfügbarkeit der Stellglieder wird die Beitragsmatrix „B“ so umkonfiguriert, dass nur die vorhandenen Stellglieder für eine optimale Betätigungsverteilung beinhaltet sind. Die Matrix „B“ ist zum Beispiel eine Diagonalmatrix, bei der jedes Diagonalelement einem bestimmten Stellglied entspricht. Jedes diagonale Element kann entweder eins (verfügbar) oder null (nicht verfügbar) sein.
• Das endgültige Lösungsbestimmungs-Modul einer HVC-Karte beinhaltet die Beitragsmatrix „B“ und die Fahrzeugbewegungs-Matrix C und den Steuerdesign-Ausgang.
• Mit Bezug auf 580 wird die endgültige HVC-Analyselösung erreicht, die Fahrzeuge und Raddynamik steuert und wie folgt lautet: $\delta f={\left[W_{df}+A_f^T{W}_E{A}_f\right]}^{-1}\left[A_f^T{W}_{E}E\right]$

  

  Unter der Annahme, dass $\left|W_{df}+A_f^T{W}_E{A}_f\right|\ne 0$

  

  und dass das Verhältnis invertierbar ist.
• Bezugnehmend auf die vorherige 5 veranschaulicht das Verfahren 500 verschiedene Ausführungsformen eines Verfahrens zur Bestimmung der HVC Karte. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 500 bei 510 beginnen. Das allgemeine mathematische Modell der Fahrzeugdynamik einschließlich der Raddynamik sowie der Fahrzeugkarosserie wird bei 530 ermittelt. Der Steuerungs-Designausgang wird bei 540 bis 560 ermittelt. Die verfügbaren Stellglieder werden bei 570 ermittelt und die endgültige Lösung wird darauf bei 580 ermittelt. Danach kann das Verfahren bei 580 enden.
• Mit Bezug auf 6 wird ein Flussdiagramm des HVC-Verfahrens 600 dargestellt, das, wie bereits erläutert, im Wesentlichen drei Schritte beinhaltet: (1) von den Sensoreingaben das Erzeugen eines Modell der Fahrzeug- und Raddynamik sowie der relevante Stellglieddynamik für die Radsysteme, EPS- und DB-Systeme; (2) das Definieren eines Steuerziels durch eine Zielfunktion, die den Fehler der gewünschten und der tatsächlichen Dynamik minimiert, und (3) das Ermitteln der optimalen Lösung durch Minimierung der Zielfunktion für die verfügbaren Stellglieder, einschließlich der EPS- und DB-Systeme. Zunächst werden in 605 nach dem Start Stellgliedbefehle einer Feedbackschleife zur Steuerung der EPS- und DB-Systeme empfangen. Dann werden Daten von den Sensoreingängen empfangen und ausgewertet. In 610 beinhalten die Sensoreingaben Daten über die Gierrate, die letzte Beschleunigung, EPS, Lenksäulendrehmoment, Lenkradsensor und Radsensoren. In 615 werden die Fahrzeugzustände der Längs- und Quergeschwindigkeit sowie die Reifenkräfte und Rutschwinkel geschätzt. Wie bereits erläutert, stellt die Formel I_equδ̈+ C_equδ̇ + K_equδ = M_driver + M_EPS + M_SAT die Beziehungen des selbstanpassenden Moments und der seitlichen Reifenkraft dar. In 620 wird ein ganzheitliches Objektmodell mit Raddynamik und Lenkdynamik durch Formulierungen der Fahrzeug-Planarbewegungen und Raddynamik formuliert. In 625 wird die HVC-Zielfunktion konstruiert, wobei die Formel lautet: p = f (Kraft, Momentfehler sowie Steuerbemühungen). Die HVC-Zielfunktion beinhaltet die EPS-Steuerung einschließlich eines Stellgliedmodells und Hauptfahrzeugmodells. In 630 wird die analytische Optimierungslösung eingeholt, indem die Zielfunktion P $\delta f={\left[W_{df}+A_f^T{W}_E{A}_f\right]}^{-1}\left[A_f^T{W}_{E}E\right]\left|W_{df}+A_f^T{W}_E{A}_f\right|\ne 0$

  

  minimiert wird, die das Fahrzeug und die Raddynamik steuert.
• Anschließend, bei 635, wird ermittelt, ob tatsächlich ein Stellgliedausfall vorliegt. Wenn bei 640 kein Ausfall erkannt wird, dann werden den Stellgliedern voreingestellte Gewichtungsfunktionen für die EPS- und DB-Systeme zugeordnet. Liegt bei 645 ein Stellgliedausfall vor, werden relevante Beschränkungen auf die Steueranwendung des ausgefallenen Stellglieds angewendet. In 650 werden die entsprechenden Stellgliedbefehle berechnet. Dann werden die Stellgliedbefehle bei 655 an die EPS- und DB-Systeme gesendet.
• Mit weiterem Bezug nun auf 6 und mit weiterer Bezugnahme auf 1 bis 5 veranschaulichen die Flussdiagramme die HVC-Verfahren zum Ermitteln des eingestellten Befehls und zum Steuern einer oder mehrerer Komponenten 16a-16n des Fahrzeugs 12 darauf. Wie angesichts der Offenbarung leicht zu verstehen ist, ist die Reihenfolge des Betriebs innerhalb des HVC-Systems nicht auf die sequentielle Ausführung, wie in 6 gezeigt, beschränkt, sondern kann in einer oder mehreren variierenden Reihenfolgen, wie anwendbar, und gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden. Wie weiter zu erkennen ist, kann das HVC-Verfahren 600 in 6 so angesetzt sein, dass es kontinuierlich ausgeführt wird, dass es zu festgelegten Zeitintervallen während des Betriebs des Fahrzeugs 12 ausgeführt wird und/oder so angesetzt sein, dass es aufgrund von zuvor festgelegten Ereignissen ausgeführt wird.
• Des Weiteren werden in 6 in einigen Ausführungsformen die Giermomentdaten und/oder die Längs- und/oder die Seitenkraftdaten von den vorhandenen übergeordneten Steuerungen (z. B. $G_z^{*},F_x^{*},F_y^{*}$

  

  usw.) auf der CG-Ebene bei 610 empfangen. Basierend auf den empfangenen Daten werden die Radmoment-Anpassungsbefehle für jedes Rad bei 625 ermittelt. Die Einstellbefehle und jegliche Korrekturen werden dann unter Verwendung der Vorschubkarte zu den Ecken und der inversen Karte zum CG bei 630 gemischt. Danach können die alternativen gemischten Befehle an eine untergeordnete Steuerung gesendet werden, um die Aufgabenprogramme der Stellglieder bei 650 zuzuordnen. Die untergeordnete Steuerung erzeugt dann Steuersignale, um die darauf basierenden Stellglieder bei 650 zu steuern. Danach kann das Verfahren bei 655 enden.
• Mit Bezug auf 7 wird ein Fahrzeug 710 bereitgestellt, das mit einem eLSD 712 ausgestattet ist, das Drehmomente selektiv vom Motor 726 verteil, die von einem Drehmomentwandler 728 über Zahnräder des Getriebes 724 an ein Paar Räder 714 übertragen werden. Das eLSD 712 wird vom HVC-System (nicht dargestellt) direkt oder indirekt über andere Steuersysteme gesteuert. Das HVC-System kann Steuersignale an eine hydraulische Pumpe (nicht dargestellt) senden, um ein Kupplungspaket des eLSD 712 mit Hydraulikdruck zu versorgen. Wenn mehr Druck im Kupplungspaket 718 anliegt, diktieren die Zahnräder im eLSD Drehmomente, die an der zentralen Antriebswelle 720 und der Propellerwelle 722 angewendet werden. Das eLSD wird durch das HVC-System gesteuert, um die Fahrzeugstabilität durch Ausnutzung analytischer Lösungen aufrechtzuerhalten, die von den optimalen Lösungen der verfügbaren Stellglieder erreicht wurden und Stellglieder vom eLSD 712, den Bremsen und den Antriebskomponenten umfassen.
• Mit Bezug auf 8 sind die Drehmomente und Kräfte mit dem Antrieb, dem eLSD und den Bremsen für das HVC-Steuersystem dargestellt. Die Tb1, Tb2, Tb3 und Tb4 sind die übertragenen Drehmomentkräfte auf jedes der Räder. Tg ist das Drehmoment, das von den Getriebezahnrädern zur hinteren Propellerwelle übertragen wird, wobei Td das Drehmoment ist, das durch die Differenzialgetriebe übertragen wird und TC das Drehmoment, das durch vom HVC-Steuersystem gesteuerte Kupplung übertragen wird. Das Drehmoment, das durch die Differenzialgetriebe Td übertragen wird, wird als Ts3 und Ts4 auf die linken und rechten Achsen verteilt. Die Drehzahl der Wellen der Räder wird durch ω1, ω2, ω3 und ω4 dargestellt, wobei ω3 und ω4 als die von der Propellerwelle übertragene Drehzahl dargestellt sind. Die Drehzahl der Hauptwelle wird durch cog dargestellt.
• Mit Bezug auf 9 wird in verschiedenen Ausführungsformen das ganzheitliche Fahrzeugsteuer-Computerdynamikmodell mit Antriebs-, eLSD- und Raddynamik formuliert.
• In 910 ist die zentrale Antriebswellendrehzahl und die Drehmomentdynamik wie folgt: $${\overline{J}}_{in}{\dot{\omega }}_g=T_g-\frac{1}{n}{T}_d\left(\text{Zentralantriebswellen-Dynamik}\right)$$

  
• n: Übersetzungsverhältnis des Differenzials, $${\overline{J}}_{in}=J_{in}+\frac{1}{n^2}{J}_d,$$

  
• J_in, J_d: sind Massenträgheitsmomente für Differenzialgehäuse und Antriebswelle
• In 920 wird eine durchschnittliche Geschwindigkeit für die Antriebswelle kommutiert. $${\omega }_g=\frac{n}{2}\left({\omega }_3+{\omega }_4\right)$$

  
• In 930 wird die seitliche Antriebswelledynamik kommutiert. $$\{\begin{array}{c}{J}_{s3}{\dot{\omega }}_3=\frac{1}{2}\left(T_d-T_c\times sgn\left({\omega }_3-{\omega }_4\right)\right)-T_{s3}\\ J_{s4}{\dot{\omega }}_4=\frac{1}{2}\left(T_d+T_c\times sgn\left({\omega }_3-{\omega }_4\right)\right)-T_{s4}\end{array}\left(\text{Seitenantriebswellen-Dynamik}\right)$$

  
• In 940 wird die Hinterraddynamik kommutiert. $$\{\begin{array}{c}{J}_{w3}{\dot{\omega }}_3=T_{s3}-T_{b3}-R_3\times f_{x3}\\ J_{w4}{\dot{\omega }}_4=T_{s4}-T_{b4}-R_4\times f_{x4}\end{array}\left(\text{Hinterraddynamik}\right)$$

  
• In 950 wird die Vorderraddynamik kommutiert. $$\{\begin{array}{c}{J}_{w1}{\dot{\omega }}_1=-T_{b1}-R_1\times f_{x1}\\ J_{w2}{\dot{\omega }}_2=-T_{b2}-R_2\times f_{x2}\end{array}\left(\text{Vorderraddynamik}\right)$$

  
• In 960 mit Kombinationen von Gl. 1 bis Gl. 4 und $$\{\begin{array}{c}{\overline{J}}_{w3}{\dot{\omega }}_3=\frac{1}{2}\left(T_d-T_c\times sgn\left({\omega }_3-{\omega }_4\right)\right)-T_{b3}-R_3\times f_{x3}\\ {\overline{J}}_{w4}{\dot{\omega }}_4=\frac{1}{2}\left(T_d+T_c\times sgn\left({\omega }_3-{\omega }_4\right)\right)-T_{b4}-R_4\times f_{x4}\end{array}\left(\text{Hinterraddynamik}\right)$$

  
• Wobei $${\overline{J}}_{w3}=J_{w3}+J_{s3}$$

  

  $${\overline{J}}_{w4}=J_{w4}+J_{s4}$$

  

  $$T_d=n{T}_g-{\overline{J}}_{in}\frac{n^2}{2}\left({\dot{\omega }}_3+{\dot{\omega }}_4\right)$$

  

  $$\{\begin{array}{c}{J}_{w1}{\dot{\omega }}_1=-T_{b1}-R_1\times f_{x1}\\ J_{w2}{\dot{\omega }}_2=-T_{b2}-R_2\times f_{x2}\end{array}\left(\text{Vorderraddynamik}\right)$$

  

  $$\{\begin{array}{c}\left({\overline{J}}_{w3}+\frac{n^2}{4}{\overline{J}}_{in}\right){\dot{\omega }}_3+\frac{n^2}{4}{\overline{J}}_{in}{\dot{\omega }}_4=\frac{n}{2}{T}_g-\frac{1}{2}\left(T_c\times sgn\left({\omega }_3-{\omega }_4\right)\right)-T_{b3}-R_3\times f_{x3}\\ \frac{n^2}{4}{\overline{J}}_{in}{\dot{\omega }}_3+\left({\overline{J}}_{w4}+\frac{n^2}{4}{\overline{J}}_{in}\right){\dot{\omega }}_4=\frac{n}{2}{T}_g+\frac{1}{2}\left(T_c\times sgn\left({\omega }_3-{\omega }_4\right)\right)-T_{b4}-R_4\times f_{x4}\end{array}$$

  

  $$\{\begin{array}{c}{J}_{w1}{\dot{\omega }}_1=-T_{b1}-R_1\times f_{x1}\\ J_{w2}{\dot{\omega }}_2=-T_{b2}-R_2\times f_{x2}\end{array}\left(\text{Vorderraddynamik}\right)$$

  
• In 970 Lösung von f_xi $$\{\begin{array}{c}{f}_{x1}=\frac{1}{R_1}\left(-T_{b1}-J_{w1}{\dot{\omega }}_1\right)\\ f_{x2}=\frac{1}{R_2}\left(-T_{b2}-J_{w2}{\dot{\omega }}_2\right)\end{array}$$

  

  $$\{\begin{array}{c}{f}_{x3}=\frac{1}{R_3}\left(\frac{n}{2}Tg-\frac{1}{2}{T}_c\times sgn\left({\omega }_3-{\omega }_4\right)-\left({\overline{J}}_{w3}+\frac{n^2}{4}{\overline{J}}_{in}\right){\dot{\omega }}_3-\frac{n^2}{4}{\overline{J}}_{in}{\dot{\omega }}_4-T_{b3}\right)\\ f_{x4}=\frac{1}{R_4}\left(\frac{n}{2}Tg+\frac{1}{2}{T}_c\times sgn\left({\omega }_3-{\omega }_4\right)-\left({\overline{J}}_{w4}+\frac{n^2}{4}{\overline{J}}_{in}\right){\dot{\omega }}_4-\frac{n^2}{4}{\overline{J}}_{in}{\dot{\omega }}_3-T_{b4}\right)\end{array}$$

  

  das HVC-Steuermodul wird ähnlich für den erweiterten Stellgliedsatz der Antriebs-, eLSD- und Bremsmodelle für das Mathematikmodell definiert, das den Fehler zwischen der gewünschten Dynamik und der tatsächlichen Dynamik minimiert. Der Gesamt-Reifenkraftvektor ist: $$f={\left\{f_{x1},f_{y1},f_{x2},f_{y2},f_{x3},f_{y3},f_{x4},f_{y4}\right\}}^T,$$

  

  $$u={\left\{T_{b1},T_{b2},T_{b3},T_{b4},T_c,T_g\right\}}^T$$

  
• Der CG-Kraftfehlervektor ist dann: $$\begin{array}{l}\mathbf{E}={\left[\begin{array}{ccc}{E}_x& E_y& E_z{E}_{w1}{E}_{w2}{E}_{w3}{E}_{w4}\end{array}\right]}^T=\dots \\ {\left[\begin{array}{ccc}{F}_x^{*}-F_x& F_y^{*}-F_y& G_z^{*}-G_z{G}_{w1}^{*}-G_{w1}{G}_{w2}^{*}-G_{w2}{G}_{w3}^{*}-G_{w3}{G}_{w4}^{*}-G_{w4}\end{array}\right]}^T\end{array}$$

  
• Der eingestellte CG-Kraftfehler ist: $$P=\frac{1}{2}{\left(E-A_F\delta f\right)}^T{W}_E\left(E-A_F\delta f\right)+\frac{1}{2}{\left(\delta f\right)}^T{W}_{df}\left(\delta f\right)$$

  
• In 980 wird die analytische Lösung für Fahrzeug-, Antriebswellen und Räderdynamik erreicht, die wie folgt lautet: $$\begin{array}{ll}\delta f=\hfill & {\left[W_{df}+A_f^T{W}_E{A}_f\right]}^{-1}\left[A_f^T{W}_{E}E\right]\hfill \\ \hfill & \left|W_{df}+A_f^T{W}_E{A}_f\right|\ne 0\hfill \end{array}$$

  
• Mit Bezug auf 10 wird ein Flussdiagramm diverser Ausführungsformen des HVC-Systems für das erweiterte Stellglied dargestellt, das das Fahrzeug, die Antriebswellen und die Raddynamik steuert. Wie bereits oben erläutert beinhaltet das Flussdiagramm im Wesentlichen drei Schritte: (1) von den Sensoreingaben zum Erzeugen eines Modell der Fahrzeug- und Raddynamik sowie die relevante Stellglieddynamik, die für die Radsysteme ermittelt sind (Räder-, Antriebs-, eLSD- und Bremssysteme); (2) Definieren eines Steuerziels durch eine Zielfunktion, die den Fehler der gewünschten und der tatsächlichen Dynamik minimiert, und (3) Ermitteln der optimalen Lösung durch Minimierung der Zielfunktion für die verfügbaren Stellglieder, einschließlich der eLSD-, Brems- und Antriebssysteme. Zunächst, bei 1010 nach dem Start werden Stellgliedbefehle einer Feedbackschleife zur Steuerung der eLSD-, Antriebs- und Bremssysteme empfangen. Dann werden Daten von den Sensoreingängen empfangen und ausgewertet. In 1015 beinhalten die Sensoreingaben Daten über die Gierrate, die letzte Beschleunigung und die Radsensoren. In 1015 werden die Fahrzeugzustände der Längs- und Quergeschwindigkeiten sowie die Reifenschlupfverhältnisse, eLSD, Kupplungsdrehmoment, Bremsdrehmoment und Achsdrehmoment geschätzt. Wie bereits erläutert, stellt die Formel I_equδ̈ + ̇C_equδ̇ + K_equδ = M_driver + M_EPS + M_SAT die Beziehungen des selbstanpassenden Moments und der seitlichen Reifenkraft dar. In 1020 wird ein ganzheitliches Objektmodell mit Raddynamik durch Formulierungen der Fahrzeug-Planarbewegungen und Raddynamik formuliert. In 1025 wird die HVC-Zielfunktion konstruiert, wobei die Formel lautet: p = f (Kraft, Momentfehler sowie Steuerbemühungen). Die HVC-Zielfunktion beinhaltet das Fahrzeug, die Antriebswelle und die Raddynamiksteuerung, einschließlich eines Stellgliedmodells und Hauptfahrzeugmodells. In 1030 wird die analytische Optimierungslösung eingeholt, indem die Zielfunktion P $\delta f={\left[W_{df}+A_f^T{W}_E{A}_f\right]}^{-1}\left[A_f^T{W}_{E}E\right]\left|W_{df}+A_f^T{W}_E{A}_f\right|\ne 0$

  

  minimiert wird, die das Fahrzeug und die Raddynamik steuert.
• Anschließend, bei 1040, wird ermittelt, ob tatsächlich ein Stellgliedausfall vorliegt. Wenn bei 1045 kein Ausfall erkannt wird, dann werden den Stellgliedern voreingestellte Gewichtungsfunktionen für die eLSD-, Antriebs- und Bremssysteme zugeordnet. Liegt bei 1050 ein Stellgliedausfall vor, werden relevante Beschränkungen auf die Steueranwendung des ausgefallenen Stellglieds angewendet. In 1055 werden die entsprechenden Stellgliedbefehle berechnet. Dann werden die Stellgliedbefehle bei 1060 an die eLSD-, Antriebs- und Bremssysteme gesendet.
• Mit weiterem Bezug auf 10 und mit weiterer Bezugnahme auf 1-4 und 7-9, veranschaulichen die Flussdiagramme HVC-Verfahren zum Ermitteln des eingestellten Befehls und basierend darauf zum Steuern einer oder mehrerer Komponenten 16a-16n des Fahrzeugs 12. Wie angesichts der Offenbarung leicht zu verstehen ist, ist die Reihenfolge des Betriebs innerhalb des HVC-Systems nicht auf die sequentielle Ausführung, wie in 10 gezeigt, beschränkt, sondern kann in einer oder mehreren variierenden Reihenfolgen, wie anwendbar, und gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden. Wie weiter zu erkennen ist, kann das HVC-Verfahren 1000 in 10 so angesetzt sein, dass es kontinuierlich ausgeführt wird, dass es zu festgelegten Zeitintervallen während des Betriebs des Fahrzeugs 12 ausgeführt wird und/oder so angesetzt sein, dass es aufgrund von zuvor festgelegten Ereignissen ausgeführt wird.
• Des Weiteren werden in 10 in einigen Ausführungsformen die Giermomentdaten und/oder die Längs- und/oder die Seitenkraftdaten von den vorhandenen übergeordneten Steuerungen (z. B. $G_z^{*},F_x^{*},F_y^{*}$

  

  usw.) auf der CG-Ebene bei 1010 empfangen. Basierend auf den empfangenen Daten werden die Radmoment-Anpassungsbefehle für jedes Rad bei 1025 ermittelt. Die Einstellbefehle und jegliche Korrekturen werden dann unter Verwendung der Vorschubkarte zu den Ecken und der inversen Karte zum CG bei 1030 gemischt. Danach können die alternativen gemischten Befehle an eine untergeordnete Steuerung gesendet werden, um die Aufgabenprogramme der Stellglieder bei 1055 zuzuordnen. Die untergeordnete Steuerung erzeugt dann Steuersignale, um die darauf basierenden Stellglieder bei 1055 zu steuern. Danach kann das Verfahren bei 1060 enden.
• Während mindestens eine exemplarische Ausführungsform in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung dargestellt wurde, versteht es sich, dass es eine große Anzahl an Varianten gibt. Es versteht sich weiterhin, dass die exemplarische Ausführungsform oder die exemplarischen Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration dieser Offenbarung in keiner Weise einschränken sollen. Die vorstehende ausführliche Beschreibung stellt Fachleuten auf dem Gebiet vielmehr einen zweckmäßigen Plan zur Implementierung der exemplarischen Ausführungsform bzw. der exemplarischen Ausführungsformen zur Verfügung. Es versteht sich, dass verschiedene Veränderungen an der Funktion und der Anordnung von Elementen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlichen Entsprechungen aufgeführt ist, abzuweichen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeuges zur Verbesserung des Fahrzeugdynamik, das Verfahren umfassend: das Empfangen von Daten von einer Vielzahl von Sensoren, die die Fahrzeugdynamik durch Überwachen von mindestens Radbewegungen im Zusammenhang mit einem Fahrzeugsystem überwachen, das zur Steuerung der Fahrzeugdynamik durch Steuerausgänge von einem ganzheitlichen Fahrzeugsteuersystem verwendet wird; das Schätzen der Zustände des Fahrzeugs aufgrund von Berechnungen von einem oder mehreren der Längs- und seitlichen Geschwindigkeiten, der Gierrate und den Schlupfwinkeln, die aus den von den Sensoren von den Rad- und/oder Lenkbewegungen erfassten Daten abgeleitet werden; und das Formulieren eines Modells der Fahrdynamik mittels Schätzungen von Fahrzeugzuständen mit einer Zielfunktion, um Analysedaten bereitzustellen, um das Modell der Fahrzeugdynamik zu optimieren und zur Verwendung der Daten, die mit dem Modell verbunden sind, das zum Ändern der Steuerausgänge des ganzheitlichen Fahrzeugsteuersystems optimiert wurde, um die Fahrzeugdynamik in Echtzeit zu verbessern.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Steuerausgänge das selektive Steuern von mindestens einem Stellglied umfassen, das mit mindestens einem der ganzheitlichen Fahrzeugsysteme verbunden ist, worin das ganzheitliche Fahrzeugsteuersystem ein oder mehrere Radsteuersysteme, einen Antrieb und ein Lenksteuersystem umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Steuerausgänge Stellgliedbefehle umfassen, die vom ganzheitlichen Fahrzeugsteuersystem generiert werden, um mindestens eines der Stellglieder des Fahrzeugsystems zu steuern.
4. Verfahren nach Anspruch 3, worin das Fahrzeugsystem ein oder mehrere eines elektronischen Servolenkungssystems (EPS), ein Differentialbremssystem (DB), ein elektronisches Schlupfbegrenzungs-Differentialsystem (eLSD) und eine Bremsanlage umfasst.
5. Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Ermitteln eines verfügbaren Stellglieds von mindestens einem der Fahrzeugsysteme, und worin das Ermitteln des Steuerausgangs auf den verfügbaren Stellgliedern basiert.
6. Verfahren nach Anspruch 5, worin das Ermitteln der verfügbaren Stellglieder auf einer Fehlerbedingung basiert, die mit mindestens einem Stellglied verbunden ist.
7. Fahrzeug nach Anspruch 6, die ganzheitliche Fahrzeugsteuerung umfassend: das Anwenden von Einschränkungen auf die Steuerungen des ganzheitlichen Fahrzeugsystems für das Stellglied, bei dem festgestellt wurde, das es den Fehlerzustand hat sowie das Anwenden von voreingestellten Gewichtungsfunktionen auf Stellglieder, bei denen kein Fehlerzustand erkannt wurde.
8. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Formulieren des Modells das Formulieren eines Modells der Fahrzeugdynamik umfasst, die auf einer Zielfunktion basiert, die mit der Fahrzeugdynamik verbunden ist, worin das Ermitteln des Steuerausgangs das Ermitteln des Steuerausgangs umfasst, basierend auf dem Modell der Fahrzeugdynamik, das für das Fahrzeug optimiert wurde, das mit einem oder mehreren der folgenden Fahrzeugsystemdaten eines Rads, einer Lenkung, einem eLSD, einer Bremsanlage und einem Antriebssystem verbunden ist, und worin das selektive Steuern das Steuern von mindestens einer Komponente umfasst, die basierend auf dem entsprechenden Steuerausgang mit mindestens einem Fahrzeugsystem des Fahrzeugs verbunden ist.
9. System, umfassend: mindestens einen Prozessor; und mindestens ein computerlesbares Speichermedium, das Anweisungen umfasst, bei deren Ausführung die Durchführung eines Verfahrens zum Modellieren der Fahrzeugdynamik erzeugt wird, das Verfahren umfassend: das Empfangen von Daten von einer Vielzahl von Sensoren, die die Fahrzeugdynamik durch Überwachen von mindestens Rad- und Lenkbewegungen überwachen, die mit einem Fahrzeugsystem verbunden sind, das zur Steuerung der Fahrzeugdynamik durch Steuerausgänge von einem ganzheitlichen Fahrzeugsteuersystem verwendet wird; das Schätzen der Zustände des Fahrzeugs aufgrund von Berechnungen von einem oder mehreren der Folgenden: Längs- und seitliche Geschwindigkeiten, Kupplungsdrehmoment, eLSD, Bremsdrehmoment, Achsdrehmoment, Reifenschlupfverhältnisse und Schlupfwinkel, die aus den von den Sensoren von den Rad- und/oder Lenkbewegungen erfassten Daten abgeleitet werden; und das Formulieren eines Modells der Fahrdynamik mittels Schätzungen von Fahrzeugzuständen mit einer Zielfunktion, um Analysedaten bereitzustellen, um das Modell der Fahrzeugdynamik zu optimieren und zur Verwendung der Daten, die mit dem Modell verbunden sind, das zum Ändern der Steuerausgänge des ganzheitlichen Fahrzeugsteuersystems optimiert wurde, um die Fahrzeugdynamik in Echtzeit zu verbessern.
10. System nach Anspruch 9, worin das Formulieren des Modells das Formulieren eines Modells der Fahrzeugdynamik umfasst, die auf einer Zielfunktion basiert, die mit der Fahrzeugdynamik verbunden ist, worin das Ermitteln des Steuerausgangs das Ermitteln des Steuerausgangs umfasst, basierend auf dem Modell der Fahrzeugdynamik, das für das Fahrzeug optimiert wurde, das mit einem oder mehreren der folgenden Fahrzeugsystemdaten eines Rads, einer Lenkung, einem eLSD, einer Bremsanlage und einem Antriebssystem verbunden ist, und worin das selektive Steuern das Steuern von mindestens einer Komponente umfasst, die basierend auf dem entsprechenden Steuerausgang mit mindestens einem Fahrzeugsystem des Fahrzeugs verbunden ist.

Images