DE10319177A1

DE10319177A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Berücksichtigung des Reibwerts bei der Giergeschwindigkeitssollwertberechnung

Info

Publication number: DE10319177A1
Application number: DE2003119177
Authority: DE
Inventors: Uwe Hartmann; Michael Knoop; Thomas Ehret; Manfred Gerdes; Rainer Muenz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-04-29
Filing date: 2003-04-29
Publication date: 2004-11-18

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem System zur Erhöhung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs, wobei die Abweichung eines Istwerts der Gierrate von einem Sollwert der Gierrate ermittelt und zur Kompensation ein aktives Lenksystem in Abhängigkeit der Abweichung angesteuert wird. Dazu werden neben dem Istwert der Gierrate, der eine aktuelle Gierbewegung des Fahrzeugs repräsentiert, verschiedene Sollwerte der Gierrate bestimmt. Der Kern der Erfindung besteht nun darin, dass ein dritter Sollwert der Gierrate in Abhängigkeit von zwei weiteren auf unterschiedlichen Bezugsdaten basierenden Sollwerten der Gierrate ermittelt und in Abhängigkeit dieses dritten Sollwerts der Gierrate ein Lenkwinkel an das aktive Lenksystem übermittelt wird. Durch die sollwertabhängige Überlagerung des Lenkwinkels auf die vom Fahrer oder von anderen Systemen erzeugten Lenkanforderungen kann eine Stabilisierung des Fahrverhaltens durch eine Minimierung der Gierbewegung erreicht werden. Diese Minimierung der Gierbewegung wird dabei vorteilhafterweise ohne einen Eingriff in die Steuerung der Bremsanlage, d. h. ohne ein Ansprechen eines elektronischen Stabilitätsprogramms, erreicht.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung, mittels der die Fahrstabilität eines Fahrzeugs über die Ansteuerung eines aktiven Lenksystems erhöht werden kann. Zu diesem Zweck wird dem Fahrerlenkwinkel ein Lenkwinkel überlagert, der aus einem Gierratensollwert abgeleitet wird, wobei der Gierratensollwert in Abhängigkeit eines Reibwerts zwischen wenigstens einem Reifen und der Fahrbahn bestimmt wird.

Bereits aus der DE 197 51 125 A1 ist ein System zur Verbesserung der Fahrdynamik mittels Lenkeingriffen bekannt. Dabei wird unter anderem die Istgiergeschwindigkeit mit der Sollgiergeschwindigkeit verglichen und aus der Abweichung eine Kompensation ermittelt, die durch ein aktives Lenksystem erreicht werden kann.

Aus der nicht vorveröffentlichten Schrift DE 102 26 683 A1 ist ein System bekannt, bei dem wenigstens zwei Systeme im Fahrzeug zusammenarbeiten. um eine auftretende Giermomentenabweichung vom Gieristwert zu kompensieren. Dabei wird die Giermomentenabweichung durch eine Hintereinanderschaltung der Systeme in einer vorab festgelegten Reihenfolge kompensiert. Als Systeme sind dabei wenigstens ein Fahrwerksystem und/oder ein Lenksystem und/oder ein Bremssystem vorgesehen.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einem System zur Erhöhung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs, wobei die Abweichung eines Istwerts der Gierrate von einem Sollwert der Gierrate ermittelt und zur Kompensation ein aktives Lenksystem in Abhängigkeit der Abweichung angesteuert wird. Dazu werden neben dem Istwerts der Gierrate, der eine aktuelle Gierbewegung des Fahrzeugs repräsentiert, verschiedene Sollwert der Gierrate bestimmt. Der Kern der Erfindung besteht nun darin, dass ein dritter Sollwert der Gierrate in Abhängigkeit von zwei weiteren auf unterschiedlichen Bezugsdaten basierenden Sollwerten der Gierrate ermittelt und in Abhängigkeit dieses dritten Sollwerts der Gierrate ein Lenkwinkel an das aktive Lenksystem übermittelt wird. Durch die sollwertabhängige Überlagerung des Lenkwinkels auf die vom Fahrer oder von anderen Systemen erzeugten Lenkanforderung kann eine Stabilisierung des Fahrverhaltens durch eine Minimierung der Gierbewegung erreicht werden. Diese Minimierung der Gierbewegung wird dabei vorteilhafterweise ohne einen Eingriff in die Steuerung der Bremsanlage, d.h. ohne ein Ansprechen eines elektronischen Stabilitätsprogramms erreicht.

Vorteilhafterweise besteht die Möglichkeit, die Gierbewegung des Fahrzeugs durch wenigstens zwei Systeme zu kompensieren, wobei vorgesehen als erstes System ein aktives Lenksystem und als zweites System ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) vorgesehen ist. Dabei werden die beiden Systeme derart aufeinander abgestimmt, dass eine Minimierung der Gierbewegung stattfindet. Die Abstimmung der beiden Systeme kann dabei wahlweise zu einem stärkeren Gewicht beim ersten oder beim zweiten System führen. Je nach Gewichtung kann dadurch ein sportlicheres oder ein komfortableres Fahrverhalten erreicht werden. Bei einem sportlicheren Fahrverhalten wird dabei beispielsweise das zweite System erst sehr spät ansprechen, wohingegen beim komfortablen Fahrverhalten nur eine geringe Kompensation der Gierbewegung durch das erste System erfolgt.

Zur Steuerung eines elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) wird die Giermomentenabweichung vom Istwert der Gierrate zu einem Sollwert der Gierrate errechnet. Abhängig von dieser Giermomentenabweichung werden Bremseingriffe an den Radbremsen vorgenommen. In einer Weiterbildung der Erfindung wird ein zweiter Sollwert der Gierrate aus dem im Fahrzeug befindlichen elektronischem Stabilitätsprogramm abgeleitet. Darüber hinaus wird ein erster Sollwert der Gierrate in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder vom Lenkwinkel des Fahrers ermittelt. Dies kann bspw. durch die Ackermann Gleichung geschehen. Beim Vergleich der beiden Sollwert der Gierrate ist in einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung festzustellen, dass der zweiter Sollwert der Gierrate eine Begrenzung in Abhängigkeit vom Reibwert zwischen wenigstens einem Reifen und der Fahrbahn gegenüber dem ersten Sollwert darstellt. Durch diese reibwertabhängige Begrenzung wird die Dynamik des Fahrverhaltens des Fahrzeugs eingeschränkt.

Insgesamt lässt sich beobachten, dass sich bei einer Fahrt unter Hochreibbedingungen eine vorteilhaftere Nutzung des ersten, nicht begrenzten Sollwerts ergibt. Dadurch kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bei Hochreibwerten ein Großteil der Minimierung der Gierbewegung durch das aktive Lenksystem erreicht werden. Demgegenüber wird bei einem niedrigen Reibwert vornehmlich das elektronische Stabilitätsprogramm zur Kompensation der auftretenden Gierbewegung genutzt.

Allgemein ist vorgesehen, dass der dritte Sollwert betragsmäßiges zwischen dem ersten und dem zweiten Sollwert liegt und in Abhängigkeit eines Gewichtungsfaktors ermittelt wird. Erfindungsgemäß weist dieser Gewichtungsfaktor wenigstens eine Abhängigkeit von

– dem Fahrer und/oder
– der Bauart des Fahrzeugs und/oder
– der betragsmäßigen Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Sollwert der Gierrate und/oder
– der Reibwertgröße und/oder
– der Fahrbahnneigung und/oder
– den auf wenigstens einen Reifen wirkenden Kräften
– sicherheitsrelevanten Größen

auf. So ist beispielsweise vorgesehen, dass der Fahrer des Fahrzeugs selber bestimmen kann. ob das Fahrverhalten eher sportlich oder mehr komfortabel erfolgt

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung weist der dritte Sollwert darüber hinaus eine lineare Anpassung des zweiten an den ersten Sollwert der Gierrate in Abhängigkeit vom Reibwertkoeffizienten auf. Somit entsteht ein gleitender Übergang vom begrenzten zweiten Sollwert zum unbegrenzten ersten Sollwert der Gierrate und eine Anpassung der begrenzten Fahrdynamik des Fahrzeugs an die Reibwertbedingungen.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
Zeichnungen
Die 1 zeigt in einem Blockschaltbild schematisch die Ermittlung des dritten Sollwert der Gierrate, sowie der Berücksichtigung der Ansteuerung eines aktive Lenksystem und eines elektronischen Stabilitätsprogramms. Die Berechnung des dritten Sollwert der Gierrate wird im Flussdiagramm der 2 dargestellt.
Ausführungsbeispiele
Anhand der Zeichnungen soll im folgenden ein Ausführungsbeispiel beschrieben werden, mit dem in einem Fahrzeug unter Verwendung eines aktiven Lenksystems die Fahrstabilität erhöht werden kann.
Im Blockschaltbild der 1 ist die Bestimmung eines dritten Sollwert der Gierrate schematisch dargestellt. Dabei wird in den zentralen Block 105 der Reibwert 115 eingelesen. Der Reibwert 115 kann dabei durch einen speziellen Sensor 110 zur Erfassung des Reibwerts an wenigstens einem Reifen bestimmt werden. Darüber hinaus wird routinemäßig im Steuergerät des elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) ebenfalls eine Reibwert zwischen wenigstens einem Reifen und der Fahrbahn ermittelt. Deshalb besteht eine weitere Möglichkeit den Reibwert 115 zu bestimmen darin, ihn direkt aus dem Steuergerät des elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) abzuleiten. Neben dieser optionalen Ermittlung des Reibwerts 115 dient das Steuergerät des elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) 130 dazu, den zweiten Sollwert der Gierrate 135 bereitzustellen. Daneben wird zur Bestimmungen der Giermomentenabweichung aus einem im Fahrzeug angebrachten Gierratensensor 120 der aktuelle Istwert 125 der Gierrate erfasst. Über eine entsprechende Einstellung 145 kann der Fahrer des Fahrzeugs einen Einfluss auf die Ermittlung des dritten Sollwert der Gierrate nehmen. So kann durch eine entsprechende Vorrichtung 140 ein Faktor 145 eingestellt werden, der eine Präferenz des Fahrers hinsichtlich eines sportlichen oder eines komfortablen Fahrverhaltens darstellt. Dies kann bspw. dadurch geschehen, dass der Faktor 145 einen Wert von 0 für sehr sportlicheres Fahrverhalten und einen Wert von 1 für ein sehr komfortableres Fahrverhalten aufweist. Zur Bestimmung des ersten Sollwerts der Gierrate werden aus entsprechenden Systemen 150 im Fahrzeug Parameter 155 eingelesen, die die Fahrdynamik beschreiben bzw. beeinflussen. Mit diesen Parametern 155 sollen beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit v_Fzg und der vom Fahrer erzeugte Lenkwinkel L_F erfassbar sein.
Wie nachfolgend anhand der 2 beschrieben wird, wird ein dritter Sollwert der Gierrate in Block 105 in Abhängigkeit vom ersten und zweiten Sollwert der Gierrate bestimmt. Aus diesem dritten Sollwert der Gierrate wird ein Lenkwinkel 175 abgeleitet, der die Abweichung des dritten Sollwert der Gierrate vom Istwert 125 der Gierrate durch das aktive Lenksystem 170 kompensiert. Durch eine optische und/oder akustische Anzeige 160 kann der Fahrer über die Ermittlung bzw. die Einstellung des dritten Sollwert und des daraus abgeleiteten Lenkwinkels 170 informiert werden.
Mit dem Flussdiagramm in 2 wird eine Möglichkeit zur Bestimmungen des dritten Sollwerts dargestellt. Der Algorithmus in 2 kann sowohl in regelmäßigen Abständen als auch durch eine gezielte Ansteuerung zu vorgebbaren Zeitpunkten gestartet werden. Nach dem Start des Algorithmus wird in Schritt 200 zunächst ein Reibwert 115 zwischen wenigstens einem Reifen und der Fahrbahn, ein aktuelle Istwert 125 der Gierrate sowie ein zweiter Sollwert 135 der Gierrate eingelesen. Diese drei Werte können sowohl durch separate Sensoren 110, 120, 130 als auch direkt aus dem Steuergerät des elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) ermittelt werden. Im nachfolgenden Schritt 210 wird der erste Sollwert der Gierrate entsprechend der Ackermann Gleichung nach: vGiersollwert = vFzg · LF/(Radstand · (1 + (vFzg/vCharakteristik)2) berechnet, wobei der Radstand und V_{Charakteristik} fahrzeugspezifische Werte darstellen. Dieser erste Giersollwert v_Giersollwert kann bei einem hohen Reibwert zwischen dem Reifen und der Fahrbahn genutzt werden, um die Gierbewegung des Fahrzeugs zu kompensieren. Zur Berechnung des Giersollwertes im ESP wird ebenfalls ein Sollwert nach Ackermann verwendet, wobei jedoch abhängig vom Reibwert eine Begrenzung durchgeführt wird. Diese Begrenzung führt dazu, dass die Steuerung des ESP auf den begrenzten, niedrigeren zweiten Sollwert der Gierrate ausgerichtet ist. Wie schon eingangs beschrieben wurde, ist es Ziel dieser Erfindung, einen dritten Sollwert zu erzeugen, der eine inbesondere lineare Anpassung des zweiten an den ersten Sollwerts in Abhängigkeit vom Reibwert 115 ermöglicht, wobei der dritte Sollwert als Grundlage für die Kompensation der Giermomentenabweichung vom Istwert 125 der Gierrate mittels des aktiven Lenksystems 170 dienen soll.
Im Schritt 220 wird der zweite Sollwert 135 der Gierrate abhängig von der Fahrzeugdynamik mit einem Offsetterm modifiziert. Im nachfolgenden Schritt 230 wird eine Differenz Δ zwischen dem modifizierten zweiten Sollwert der Gierrate und dem ersten Sollwert der Gierrate nach Ackermann gebildet. In Abhängigkeit von dieser Differenz Δ wird im Schritt 240 ein Gewichtungsfaktor f_G bestimmt, der die Anpassung des dritten Sollwerts der Gierrate an den ersten und zweiten Sollwert der Gierrate durchführt. Darüber hinaus ist weiterhin möglich, den Gewichtungsfaktor f_G in Abhängigkeit weiterer Größen wie beispielsweise dem Faktor 145, der durch den Fahrer direkt festgelegt werden kann, der Fahrbahnneigung, der Bauart des Fahrzeugs oder anderer sicherheitsrelevanter Größen zu bestimmen. Die Bestimmung des dritten Sollwert erfolgt dabei im Schritt 250 gemäß:
Dritter Sollwert der Gierrate = f(Gewichtungsfaktor f_G, erster Sollgierwert (ESP), zweiter Sollgierwert (Ackermann))
Mit dem so bestimmten dritten Sollwert der Gierrate in Abhängigkeit vom Gewichtungsfaktor f_G, vom ersten Sollwert der Gierrate und vom zweiten Sollwert der Gierrate wird ein Lenkwinkel 175 bestimmt, mit dessen Hilfe die Abweichung des Istwertes 125 der Gierrate vom Sollwert der Gierrate durch das aktive Lenksystem 170 kompensiert werden kann.
In einem besonderen Ausführungsbeispiel werden zur Ermittlung des dritten Sollwerts der Gierrate sowohl die Steuerwerte 185 des elektronischen Stabilitätsprogramms 180 als auch die Steuerwerte 175, insbesondere die Lenkwinkel, des aktiven Lenksystem 170 berücksichtigt. Durch eine entsprechende Weitergabe des dritten Sollwerts an das elektronische Stabilitätsprogramm 180 bzw. an das aktive Lenksystem in Form des Lenkwinkels 175 kann eine Abstimmung beider Systeme erreicht werden, die ein erhöhtes Maß an Fahrstabilität und -sicherheit bietet.

Claims

Verfahren zur Erhöhung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs, wobei vorgesehen ist, dass das Fahrzeug wenigstens ein aktives Lenksystem (170) aufweist, wobei weiterhin vorgesehen ist, dass – ein Istwert (125) der Gierrate, der eine aktuelle Gierbewegung des Fahrzeugs repräsentiert und – ein erster Sollwert der Gierrate und – ein zweiter Sollwert (135) der Gierrate erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass – ein dritter Sollwert wenigstens in Abhängigkeit vom ersten und zweiten Sollwert ermittelt wird und – ein Lenkwinkel (175), der an das aktive Lenksystem (170) übermittelt wird, wenigstens in Abhängigkeit des dritten Sollwerts ermittelt wird, wobei vorgesehen ist, dass zur Stabilisierung des Fahrverhaltens, insbesondere zur Minimierung der Gierbewegung des Fahrzeugs, der ermittelte Lenkwinkel (175) dem durch den Fahrer erzeugten Lenkwinkel überlagert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – wenigstens zwei Systeme im Fahrzeug vorgesehen sind, die eine Gierbewegung des Fahrzeugs minimieren, wobei – das aktive Lenksystem (170) ein erstes System und – ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) (180) ein zweites System darstellen, und – die Minimierung der Gierbewegung durch die beiden Systeme aufeinander abgestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Sollwert der Gierrate in Abhängigkeit von – der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder – dem Lenkwinkel des Fahrers ermittelt wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass der erste Sollwert der Gierrate durch die Ackermann-Gleichung ermittelt wird, und – der zweiter Sollwert (135) der Gierrate zur Steuerung eines im Fahrzeug befindlichen elektronischen Stabilitätsprogramm (130, 180) genutzt wird, wobei vorgesehen ist, dass der zweite Sollwert (135) der Gierrate eine Begrenzung gegenüber dem ersten Sollwert in Abhängigkeit vom Reibwert (115) zwischen wenigstens einem Reifen und der Fahrbahn aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Sollwert – in Abhängigkeit eines Gewichtungsfaktors ermittelt wird und – betragsmäßig zwischen dem ersten und dem zweiten Sollwert der Gierrate liegt, wobei vorgesehen ist, dass der Gewichtungsfaktor wenigstens in Abhängigkeit von – dem Fahrer und/oder – der Bauart des Fahrzeugs und/oder – der betragsmäßigen Differenz zwischen dein ersten und dem zweiten Sollwert der Gierrate und/oder – der Reibwertgröße (115) und/oder – der Fahrbahnneigung und/oder – den auf wenigstens einen Reifen wirkenden Kräften – sicherheitsrelevanten Größen ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Sollwert eine lineare Abhängigkeit vom Reibwertkoeffizienten aufweist.
Vorrichtung, die dafür vorgesehen ist, ein in den Ansprüche 1 bis 5 beschriebenes Verfahren durchzuführen.
Vorrichtung zur Erhöhung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs, wobei vorgesehen ist, dass das Fahrzeug wenigstens ein aktives Lenksystem (170) aufweist, wobei weiterhin ein Mittel (105) vorgesehen ist, dass – einen Istwert (125) der Gierrate, der eine aktuelle Gierbewegung des Fahrzeugs repräsentiert und – einen erster Sollwert der Gierrate und – einen zweiter Sollwert (135) der Gierrate erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Mittel (105) – ein dritter Sollwert wenigstens in Abhängigkeit vom ersten und zweiten Sollwert ermittelt wird und – ein Lenkwinkel (175), der an das aktive Lenksystem (170) übermittelt wird, wenigstens in Abhängigkeit des dritten Sollwerts ermittelt wird, wobei vorgesehen ist, dass zur Stabilisierung des Fahrverhaltens, insbesondere zur Minimierung der Gierbewegung des Fahrzeugs, der ermittelte Lenkwinkel (175) dem durch den Fahrer erzeugten Lenkwinkel überlagert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass – wenigstens zwei Systeme im Fahrzeug vorgesehen sind, die eine Gierbewegung des Fahrzeugs minimieren, wobei – das aktive Lenksystem (170) ein erstes System und – ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) (180) ein zweites System darstellen, und – Mittel (105) vorgesehen sind, die eine Minimierung der Gierbewegung durch die beiden Systeme aufeinander abstimmen.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einer Recheneinheit in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, durchgeführt wird.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere eine Recheneinheit in einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, durchzuführen.