DE10355701A1

DE10355701A1 - Verfahren zum Steuern und Regeln der Fahrdynamik eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE10355701A1
Application number: DE10355701A
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr. Pelchen; Thomas Dr. Rosemeier; Andreas Dipl.-Ing. Thies
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2005-06-16
Also published as: US20050119817A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Steuern und Regeln der Fahrdynamik eines Fahrzeugs in Abhängigkeit einer Sollwertvorgabe für die Fahrdynamik beeinflussende Fahrzeugkomponenten beschrieben. Die Sollwertvorgabe erfolgt in Abhängigkeit einer Fahrerwunschvorgabe und anhand eines in einem Steuergerät hinterlegten Fahrzeugmodells. Die auf das Fahrzeug einwirkenden messbaren Kräfte werden geregelt und eine Verteilung von auf die Reifen des Fahrzeugs wirkenden Längs- und Seitenkräften zwischen den Reifen wird gesteuert durchgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und Regeln der Fahrdynamik eines Fahrzeugs gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Im Allgemeinen stellt die Fahrdynamik ein Teilgebiet der technischen Mechanik, d. h. der Fahrzeugmechanik, dar, das sich mit den auf ein Fahrzeug einwirkenden Kräften und den daraus resultierenden Fahrzeugbewegungen befasst. Dabei wird die Fahrdynamik grundsätzlich in die Längsdynamik, die Querdynamik und die Vertikaldynamik unterteilt.
Dabei befasst sich die Längsdynamik mit dem Zusammenwirken von Antriebs- oder Bremskräften an den Rädern und mit den Fahrwiderständen in Abhängigkeit von den Strecken- und Betriebsverhältnissen. Somit sind aus der Längsdynamik unter anderem wichtige Schlussfolgerungen für den Kraftstoffverbrauch, die Beschleunigungsfähigkeit und die Auslegung von Triebstrang und Bremsanlage erzielbar.
Die Querdynamik betrachtet die Kräfte, wie Seitenwind oder Fliehkräfte, die das Fahrzeug von der Fahrtrichtung ablenken. Ein Ausgleich dieser Kräfte kann nur durch Seitenführungskräfte der Reifen bzw. Räder erfolgen, wobei das gummibereifte Rad gegenüber seiner Mittelebene unter einem entsprechenden Schräglaufwinkel rollt. Von Einfluss sind auch die dynamische Radlast, die Antriebs- und Bremskräfte sowie die Reibungseigenschaften der Fahrbahn. Je nach Lage des Schwerpunkts, des Angriffspunkts der Windkräfte, der Konstruktion der Radaufhängung und der Reifenbeschaffenheit ergeben sich Fahreigenschaften, die zusammen mit den Lenkreaktionen des Fahrers auf das Fahrverhalten, die Fahrtrichtungshaltung bei Geradeaus- und die Fahrstabilität bei Kurvenfahrt schließen lassen.
Die Vertikaldynamik untersucht die senkrechten Kräfte und Bewegungen, die durch die Unebenheiten der Straße erzeugt werden und unter Zwischenschaltung von Reifen- und Wagenfederung Hubschwingungen und Nickschwingungen um die Querachse erzeugen, die mit Hilfe von Schwingungsdämpfern reduziert werden. Bei Kurvenfahrt ergibt sich ein von der Achsanordnung abhängiges Wanken um die Längsachse, dass durch Stabilisatoren beeinflusst werden kann.
Durch den Einsatz elektronischer Regelsysteme wird versucht die Fahrdynamik zu verbessern, wobei die Längsdynamik beispielsweise durch ein Antiblockiersystem, die Querdynamik beispielsweise durch eine Fahrdynamikregelung mit gezielter Beeinflussung der Giermomente durch einen Bremseingriff sowie die Vertikaldynamik durch eine Verringerung der Wankneigung des Fahrzeugaufbaus und eine Beeinflussung der Dämpfungseigenschaften durch elektronische Fahrwerkregelung beeinflusst werden kann.
In Fahrzeugen sind eine immer größere Anzahl von ansteuerbaren Fahrzeugkomponenten, wie aktive Komponenten einer Lenkung, des Fahrwerks oder des Antriebsstranges, die die Fahrdynamik eines Fahrzeuges beeinflussen, vorgesehen. Diese Fahrzeugkomponenten wurden in der Vergangenheit mit jeweils eigenen Reglern ausgestattet. Um die die Fahrdynamik eines Fahrzeuges beeinflussenden Fahrzeugkomponenten in an die jeweils vorliegende Fahrsituation angepasster Art und Weise einstellen zu können, ist in der Praxis dazu übergegangen worden, eine übergeordnete Steuerung bzw. Regelung für einige oder auch alle die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten eines Fahrzeugs vorzusehen, um das Potenzial des gesamten Fahrzeugsystems durch eine zentrale Ansteuerung dieser Einzelaggregate besser ausschöpfen zu können.
Bei einigen der letztgenannten an sich bekannten Steuerungen wird unter anderem von einem mathematischen Ansatz ausgegangen, bei welchem die Eingangssignale der aktiven Komponenten mit einer Art Systemmatrix multipliziert werden, um das aktuelle Fahrzeugverhalten theoretisch abbilden zu können. Dabei wird von einer vereinfachten Systemmatrix und einem sinnvollen Startvektor für die Ansteuerung der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten ausgegangen, anhand welchen ein Fahrzeugverhalten bzw. eine Fahrdynamik theoretisch abgebildet wird. Dieses Ergebnis wird bewertet und anhand der Bewertung werden die Steuervorgaben bzw. die Sollwertvorgabe für die Fahrzeugkomponenten iterativ geändert, bis ein gewünschtes Fahrzeugverhalten ermittelt wird.
Diese Vorgehensweise erfordert nachteilhafterweise bei einer Onlineoptimierung in Echtzeit jedoch eine hohe Rechenkapazität, welche in Kraftfahrzeugen nicht zur Verfügung steht. Um die zentrale Steuerung der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten dennoch zentral steuern zu können, muss die vorbeschriebene Systemmatrix stark vereinfacht werden. Diese Vereinfachung führt jedoch dazu, dass das reale Fahrzeugsystem in nur stark eingeschränkter Art und Weise theoretisch abbildbar und eine Konvergenz nur eingeschränkt gewährleistet ist.
Des Weiteren ist von Nachteil, dass ein Rückschluss in Abhängigkeit einer ermittelten Abweichung zwischen einer durch das abgebildete reale Fahrzeugsystem ermittelten Fahrdynamik und einer Sollwertvorgabe der Fahrdynamik, das beispielsweise einem fahrzeugherstellerabhängigen Wunschverhalten entspricht, auf die erforderliche Ansteuerung der zum Erreichen des Wunschverhaltens vorgesehnen Fahrzeugkomponenten derzeit nur mit hohem Steuerungs- und Rechenaufwand durchführbar ist.
Darüber hinaus liegt den aus der Praxis bekannten Verfahren zur Steuerung der Fahrdynamik der wesentliche Nachteil zugrunde, dass sie auf die Vorgabe von Eingangswerten zur Ansteuerung der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten ohne entsprechende Rückkopplung beschränkt sind, so dass die Fahrdynamik im Wesentlichen gesteuert wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels dem die Fahrdynamik derart steuer- und regelbar ist, dass bei der Einstellung der Fahrdynamik das reale Fahrzeugsystem stärker berücksichtigbar ist und lediglich eine geringe Rechenkapazität erforderlich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zum Steuern und Regeln der Fahrdynamik eines Fahrzeuges mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht die Möglichkeit, Ansteuerungswerte für die in einem Fahrzeug vorgesehenen und die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten, wie in einem Kraftfahrzeug eingebaute aktive Lenkungs-, Fahrwerks- und Antriebselemente, in Abhängigkeit eines Fahrerwunsches, wie einem Lenkradwinkel, einer Fahrpedalstellung oder dergleichen, und einem vordefinierten und in einem Steuergerät hinterlegten Fahrzeugmodell unter Berücksichtigung des realen Fahrzeugsystems bei nur geringer erforderlicher Rechenleistung durchzuführen.
Dies wird dadurch erreicht, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Einstellung der Fahrdynamik eines Fahrzeugs parallel über eine Regelung und eine Steuerung durchgeführt wird, wobei die Summen der auf das Fahrzeug wirkenden Kräfte und Momente, welche über die Längs- und Querbeschleunigung oder die Gierrate messbar bzw. bestimmbar sind, geregelt werden und die Verteilung der auf die einzelnen Räder des Fahrzeuges wirkenden Längs- und Seitenkräfte gesteuert werden.
Darüber hinaus ist durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise auch gewährleistet, dass das angestrebte bzw. gewünschte Fahrverhalten eines Fahrzeuges durch eine entsprechend eingestellte Fahrdynamik sicher erzielt wird und ein benötigter Regelanteil aufgrund der erfindungsgemäßen Vorgehensweise vorteilhafterweise minimiert wird.
Des Weiteren ergibt sich aufgrund der nunmehr möglichen Einbeziehung des realen Fahrzeugsystems in die Sollwertvorgabe der Vorteil, dass ein dem Fahrzeugmodell zugrunde liegendes Gleichungssystem invertierbar ist, womit die für die angestrebte Fahrdynamik erforderlichen Steuerwerte der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten auf einfache Art und Weise in Echtzeit mit geringer Rechenleistung ermittelbar sind.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigt:
1 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 eine detaillierte Darstellung einer Generierung einer Wunschvorgabe von Sollwerten eines Gesamtgiermomentes sowie einer Gesamtseiten- und einer Gesamtlängskraft;
3 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, mittels der eine Sollwertvorgabe für eine Ansteuerung der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten erfolgt; und
4 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, mittels der eine Sollwertvorgabe für eine Ansteuerung der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten erfolgt.
Bezug nehmend auf 1 ist ein verkürztes Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern und Regeln der Fahrdynamik eines Fahrzeuges in Abhängigkeit einer Sollwertvorgabe für die Fahrdynamik beeinflussende Fahrzeugkomponenten dargestellt. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten bzw. aktiven Komponenten eines Fahrzeuges, wie eine Lenkeinrichtung, ein Fahrwerk, ein Antriebsstrang und dergleichen, in Abhängigkeit einer Fahrerwunschvorgabe und in einem Steuergerät hinterlegten Fahrzeugmodellen derart gesteuert und geregelt eingestellt, dass ein gewünschtes Fahrverhalten des Fahrzeuges vorliegt.
Dabei werden während eines Schrittes S1 über im Kraftfahrzeug angeordnete und aus der Praxis bekannte Sensoren verschiedenste und einen aktuellen Betriebszustand des Fahrzeuges charakterisierende Betriebsparameter ermittelt und einem ersten Fahrzeugmodell sowie einem zweiten Fahrzeugmodell zugeführt. Die während des Schrittes S1 ermittelten Betriebsparameter sind unter anderem ein Lenkradwinkel, eine Gaspedalstellung, eine in einem Fahrzeuggetriebe und/oder in einem Allradverteilergetriebe eingestellte Übersetzung, eine Fahrzeugneigung, Betriebsdaten eines ABS-Systems, Messwerte eines Beschleunigungssensors und dergleichen, wobei in Abhängigkeit der ermittelten Sensorwerte und einer Fahrerwunschvorgabe über die beiden Fahrzeugmodelle gewünschte und das reale Fahrzeugsystem abbildende Sollwerte für ein an dem Fahrzeug angreifendes Gesamtgiermoment sowie für an dem Fahrzeug wirkende Gesamtseiten- und Gesamtlängskraft berechnet werden.
Dabei werden in einem Schritt S2 mittels des ersten Fahrzeugsmodels vordefinierte bzw. gewünschte Sollwerte des Gesamtgiermoments sowie der an dem Fahrzeug wirkenden Gesamtseiten- und Gesamtlängskraft bestimmt, wobei die über das erste Fahrzeugmodell ermittelten Sollwerte beispielsweise einem von einem Hersteller des Fahrzeuges vorgegebenen Wunschfahrverhalten des Fahrzeugs bzw. einer gewünschten Fahrdynamik des Fahrzeugs entsprechen und ein herstellertypisches Fahrverhalten darstellen. Anschließend werden die Sollwerte in einem Schritt S7 aufbereitet und einem Regler zugeführt. In einem Schritt S3 werden die dem Regler zugeführten Sollwerte des ersten Fahrzeugmodells in Abhängigkeit der in Schritt S1 ermittelten Sensordaten skaliert und einer Steuerung zugeführt.
Gleichzeitig werden die in Schritt S1 ermittelten Sensordaten dem zweiten Fahrzeugmodell als Eingangsdaten an das zweite Fahrzeugmodell weitergeleitet, wobei das reale Fahrzeugsystem in Abhängigkeit der Sensordaten aus Schritt S1 mittels des zweiten Fahrzeugmodells während eines Schrittes S4 möglichst realistisch modelliert wird. Dabei werden die Sensordaten in mathematische Gleichungssysteme eingesetzt und so genannte geschätzte Istwerte bzw. theoretische Sollwerte der Fahrdynamik bestimmt, die das reale Fahrzeugverhalten bzw. die aktuelle Fahrdynamik des Fahrzeugs möglichst genau darstellen sollen.
Daran anschließend werden in einem Schritt S5 in Abhängigkeit der skalierten Sollwerte der Fahrdynamik aus Schritt S3 und der geschätzten Istwerte bzw. der theoretischen Sollwerte der Fahrdynamik aus Schritt S4 eine Sollwertvorgabe für eine Ansteuerung der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten derart durchgeführt, dass sich eine gewünschte Fahrdynamik des Fahrzeuges einstellt und diese Sollanforderungen derart auf die vier Räder des Fahrzeuges aufgeteilt werden, dass ein entsprechend definiertes Maß für die Beanspruchung der Reifen möglichst gleichmäßig auf alle vier Reifen verteilt wird bzw. der größte an einem Reifen erreichte Wert für dieses Maß möglichst klein ist. Aufgrund der im Schritt S5 ermittelten optimierten Verteilung der Reifenbelastungen erfolgt in einem Schritt S6 eine derartige Ansteuerung der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten, dass sich die ermittelte Verteilung der Reifenbelastungen einstellt.
Damit wird insbesondere eine Optimierung der Kraftreserven im Bereich der Reifen erreicht und gleichzeitig ergibt sich durch die günstigere Reifenschlupfverteilung auch eine Energiebedarfs- und Reifenverschleißoptimierung. Zusätzlich wird durch die Verteilung der Reifenkräfte auch sichergestellt, dass die Summe der jeweiligen an dem Fahrzeug angreifenden Kräfte bzw. Momente die Sollanforderungen erfüllen und obere Stellgrenzen der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten eingehalten bzw. nicht überschritten werden.
Falls die letztgenannte Vorgehensweise innerhalb der physikalischen Grenzen nicht möglich sein sollte, ist eine Reduzierung des Motormomentes und/oder ein Bremseingriff vorgesehen, um unzulässige Werte der Fahrdynamik und auch fahrsicherheitskritische Fahrsituationen, wie ein Ausbrechen des Fahrzeuges, vermeiden zu können.
Aufgrund der Berücksichtigung der Stellgrenzen der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten besteht zusätzlich auch die Möglichkeit, bei einem Ausfall einer oder mehrerer die Fahrdynamik beeinflussender Fahrzeugkomponenten das Fahrzeug in sinnvoller Art und Weise weiter anzusteuern, da dann die Grenzen der defekten Fahrzeugkomponenten auf Null gesetzt werden können und in Bestimmung der aktuell vorzugebenden Fahrdynamik nicht mehr einbezogen werden.
Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht des Weiteren die Möglichkeit, die Belastung eines Reifens beispielsweise als einen erforderlichen Reibwert anzusehen und vereinfacht in Form des Betrages eines Vektors, der aus den an einem Reifen angreifenden Längs- und Querkräften gebildet ist, dividiert durch eine an dem betrachteten Reifen angreifenden Radlast bzw. Normalkraft darzustellen. Die konkrete Auswahl dieses Belastungsmaßes ermöglicht somit vorteilhafterweise eine einfache spezifische Anpassung des erfindungsgemäßen Verfahrens an die Fahrdynamikphilosophie eines Fahrzeugherstellers.
2 zeigt eine detaillierte Darstellung einer Sollwertgenerierung einer Wunschvorgabe von Sollwerten eines Gesamtgiermomentes sowie einer Gesamtseiten- und einer Gesamtlängskraft, wobei im Schritt S1, der in 2 in die Schritte S1_A bis S1_D unterteilt ist, als Sensorwerte exemplarisch jeweils Ist-Werte der Fahrzeuggeschwindigkeit, des Lenkradwinkels, der Gaspedalstellung sowie der Motordrehzahl einer Antriebsmaschine des Antriebsstranges des Fahrzeuges ermittelt werden.
Anschließend werden die Fahrzeuggeschwindigkeit und der Lenkradwinkel sowie die Gaspedalstellung und die Motordrehzahl den beiden Teilschritten S2_A und S2_B des Schrittes S2 als Eingangswerte zugeführt. Im Schritt S2 und im Schritt S7, der in die Teilschritte S7_A, S7_B und S7_C unterteil ist, wird in Abhängigkeit einer Herstellervorgabe eine vordefinierten bzw. gewünschte Sollwertvorgabe der Fahrzeugquer- und Fahrzeuglängsbeschleunigung sowie einer Gierrate bestimmt.
Dabei werden die Fahrzeugquerbeschleunigung und die Gierrate mittels einem aus der Praxis an sich bekannten Einspurmodell bestimmt, dem die modellhafte Vorstellung zugrunde liegt, dass das Fahrzeug sowohl an seiner Vorderachse als auch an seiner Hinterachse jeweils mit einem einzigen Reifen ausgeführt ist. Selbstverständlich liegt es im Ermessen des Fachmannes im Teilschritt S2_A für das erste Fahrzeugmodell anstatt dem Einspurmodell andere aus der Praxis bekannte Fahrzeugmodelle zu verwenden, mittels welchem jeweils ein vordefiniertes bzw. ein gewünschtes Fahrverhalten bzw. eine ge wünschte Fahrdynamik des Fahrzeuges theoretisch abbildbar oder ermittelbar ist.
Die Fahrzeuglängsbeschleunigung wird in Abhängigkeit der während des Teilschrittes S1_C ermittelten Gaspedalstellung und der im Teilschritt S1_D ermittelten Motordrehzahl im Teilschritt S2_B mit Hilfe eines im Steuergerät hinterlegten Motorkennfeldes und einer vordefinierten oder einer aktuell bestimmten Fahrzeugmasse berechnet.
In 3 und 4 sind jeweils zwei alternative Ausführungsbeispiele der Vorgehensweise des in 1 dargestellten Schrittes S5 graphisch wiedergegeben.
In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel werden anhand von im Schritt S1 bestimmten und einen Fahrzeugzustand charakterisierenden Sensordaten geeignete Abschätzungen bezüglich der Fahrzeuglängs- und Fahrzeugseitenkräfte sowie einer Gesamtgierrate und eine Bestimmung der Sollwertvorgabe für die für die Umsetzung der Abschätzung erforderlichen Steuerparameter der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten durchgeführt.
Dazu werden zunächst die Reifenlängs- und Reifenquerkräfte anhand der Sollwertvorgabe des Schrittes S3 und des Schrittes S4 in einem Teilschritt S8 des Schritts S5 ermittelt, die anschließend in einem Teilschritt S9 des Schrittes S5 einer vorzugsweise in Abhängigkeit einer gleichmäßigen Reifenkraftverteilung zwischen den Reifen stehenden Sollwertvorgabe der Reifenkräfte gegenüber gestellt und bewertet werden. In Abhängigkeit von während der Bewertung in Teilschritt S9 eventuell ermittelten Abweichungen der im Teilschritt S8 berechneten Reifenkräfte von der Sollwertvorgabe werden in einem Teilschritt S10 des Schrittes S5 Änderungen für die Steuerparameter der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten ermittelt. Die Steuerpa rameter stellen Eingangswerte für einen Teilschritt S11 des Schrittes S5 dar, wobei die Steuerparameter in den Einzelschritten S11_A bis S11_n für die n verschiedenen Fahrzeugkomponenten des Fahrzeuges als Eingangswerte für die theoretischen Modelle der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten aufbereitet werden.
Daran anschließend werden die einzelnen die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten in den Einzelschritten S12_A1 bis S12_An in Abhängigkeit der Eingangswerte aus Teilschritt S11 theoretisch abgebildet und diese Simulation einem dritten Fahrzeugmodell eines Teilschrittes S12 des Schrittes S5 als Zwischenwerte zugeführt.
Das dritte Fahrzeugmodell entspricht vorliegend dem zweiten Fahrzeugmodell des Schrittes S4, das anhand seiner Eingangswerte ein möglichst realitätsnahes Fahrzeugsystem darstellt, wobei es selbstverständlich im Ermessen des Fachmannes liegt, das dem Teilschritt S12 zugrunde liegende dritte Fahrzeugmodell gegenüber dem zweiten Fahrzeugmodell des Schrittes S4 in geeigneter Art und Weise zu modifizieren, um die iterative Ermittlung der der gewünschten Fahrdynamik entsprechenden Reifenlängs- und Reifenquerkräfte innerhalb weniger Iterationsschritte durchführen zu können.
Dabei berücksichtigt das dritte Fahrzeugmodell des Teilschrittes S12_B jede modellhaft abgebildete und die Fahrdynamik beeinflussende Fahrzeugkomponente. Die in den Einzelschritten S12_A1 bis S12_An modellhaft abgebildeten Reaktionen der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten werden in dem Einzelschritt S12_B des Teilschrittes S12 zur Abbildung des gesamten realen Fahrzeugsystems verwendet, wobei während des Einzelschrittes S12_B die zur Bestimmung der Reifenkräfte im Schritt S8 erforderlichen Werte ermittelt werden, die nunmehr in einer weiteren Iterationsschleife in Abhängigkeit der Modellierung des Fahrzeugssystems durch das dritte Fahrzeugmodell erneut berechnet werden.
Anschließend wird in Teilschritt S9 die Bewertung der neu ermittelten Reifenkräfte hinsichtlich einer optimierten Verteilung der Reifenkräfte auf die vorzugsweise vier Reifen des Fahrzeuges durchgeführt. Dabei soll die Beanspruchung der vier Reifen möglichst gleichmäßig auf alle vier Reifen verteilt bzw. der größte an einem Reifen erreichte Wert für dieses Maß möglichst klein sein. Des Weiteren soll eine Optimierung der Kraftreserven in den Reifen durchgeführt werden, so dass sich durch eine günstige Radschlupfverteilung auch eine Energiebedarfs- und Reifenverschleißoptimierung einstellt. Die Abweichungen von der gewünschten Verteilung werden in Teilschritt S10 in entsprechende Änderungen der Ansteuerwerte für die Einzelschritte S11_A bis S11_n der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten umgerechnet.
Weiter Bezug nehmend auf 4 ist ein zu der in 3 dargestellten Vorgehensweise alternatives Teilverfahren des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, wobei auch hier zunächst im Schritt S4 für jeden Reifen ein Schräglaufwinkel, ein Fahrbahnreibwert und ein Reifenschlupf ermittelt wird, die für die Optimierung der Reifenlastverteilung im Schritt S5 verwendet werden. D. h., dass dem in 4 dargestellten Schritt S5 ebenfalls zunächst während des Schrittes S1 Sensordaten bzw. Istwerte der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten sowie der Fahrzeuglängs- und Fahrzeugseitenkräfte und der Gesamtgierrate als Eingangswerte zugeführt werden.
Mit Hilfe der in Schritt S4 ermittelten Daten über den Fahrzeugzustand werden in einem Teilschritt S5A anhand von im Steuergerät abgelegten Reifenkennlinien, die aktuellen Arbeitspunkte der vier Reifen bestimmt und die Reifenkennlinien im ermittelten Arbeitspunkt eines jeden Reifens durch Bestimmung des Gradienten der Reifenkennlinie im Arbeitspunkt eines Reifens linearisiert. Die Gleichungen zur Bestimmung der Reifenkräfte werden vor der Systemimplementierung derart umgeformt, dass die Eingangswerte zur An steuerung der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten in direktem Zusammenhang mit den Reifenkräften gebracht werden. Das bedeutet, dass die Reifenkräfte durch diese Vorgehensweise mit Hilfe von im Fahrzeug zu jedem Rechenschritt aktuell bestimmten Gradienten der Reifenkennlinien anhand der umgeformten Gleichungen bestimmbar sind, die in direktem funktionalem Zusammenhang mit den Eingangswerten der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten stehen.
Mit diesen aktualisierten Gleichungen wird in Teilschritt S5_B des Schrittes S5 die Verteilung der Reifenkräfte zwischen den einzelnen Reifen mit bekannten mathematischen Verfahren und geringen Anforderungen an die Rechenkapazität im Fahrzeug optimiert, wobei die Art des mathematischen Zusammenhangs jeweils von der Fahrzeugkonfiguration abhängt, die wiederum die Auswahl des Optimierungsverfahrens bestimmt. Vorliegend wird die Optimierung der Ansteuerwerte für die die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten in Abhängigkeit einer gleichmäßige Reifenbelastung bzw. einer Abweichung der einzelnen Reifenkräfte von einem Mittelwert unter Beachtung der Randbedingungen, wie physikalische Grenzen der Reifenkräfte und oberer Stellgrenzen der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten durchgeführt.
Mit dem vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren wird zum einen ein großer Sicherheitsvorteil erreicht, da die Reifenkräfte derart bestimmbar sind und die Fahrdynamik derart vorgebbar ist, dass die Räder als Schnittstelle zwischen dem Fahrzeug und dem Fahrzeuguntergrund möglichst weit von ihrer Sättigung entfernt sind und somit möglichst große Kraftreserve besitzen.
Darüber hinaus wird durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise eine hohe Agilität des Fahrzeuges erreicht, da die Verteilung der Reifenkräfte zwischen den einzelnen Reifen des Fahrzeuges derart einstellbar ist, dass einer seits eine erhöhte Fahrsicherheit erzielt wird und andererseits eventuell vorhandene Reifenkraftpotenziale besser ausnutzbar sind.
Des Weiteren ist das vorbeschriebene erfindungsgemäße Verfahren für viele verschiedene Fahrzeugkonfigurationen einsetzbar und stellt zudem eine einfache Applikation für verschiedene Fahrzeuge dar. So besteht durchaus die Möglichkeit, die Fahrdynamik eines Fahrzeuges mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu steuern und zu regeln, bei dem die Radlasten, d. h. die auf den Reifen wirkende Normalkraft, nicht radindividuell durch eine Fahrzeugkomponente beeinflussbar ist. In diesem Fall werden die aus verschiedenen Sensordaten näherungsweise ermittelten Radlasten als Randbedingungen betrachtet.
Wird die Fahrdynamik eines Fahrzeuges mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gesteuert und geregelt, bei dem wenigstens eine Fahrzeugkomponente zur radindividuellen Beeinflussung der Radlasten vorgesehen ist, werden die Radlasten ebenso wie die Reifenlängs- und Reifenquerkräfte der erfindungsgemäßen Optimierung unterzogen und durch entsprechende Steuerung der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten innerhalb der gegebenen Randbedingungen in der gewünschten Art und Weise beeinflusst.

Claims

Verfahren zum Steuern und Regeln der Fahrdynamik eines Fahrzeugs in Abhängigkeit einer Sollwertvorgabe für die Fahrdynamik beeinflussende Fahrzeugkomponenten, die in Abhängigkeit einer Fahrerwunschvorgabe und anhand eines in einem Steuergerät hinterlegten Fahrzeugmodells erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die auf das Fahrzeug einwirkenden messbaren Kräfte geregelt werden und eine Verteilung von auf die Reifen des Fahrzeugs wirkenden Längs- und Seitenkräfte zwischen den Reifen gesteuert durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwertvorgabe derart erfolgt, dass die aus der Fahrdynamik des Fahrzeugs an den einzelnen Reifen des Fahrzeugs resultierenden Reifenkräfte wenigstens annähernd gleichmäßig zwischen den Reifen verteilt sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reifenkräfte derart eingestellt werden, dass die Summe der Reifenkräfte einer Sollanforderung entspricht und ein Überschreiten oberer Stellgrenzen der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten vermieden wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ermittlung von Soll-Werten der Sollwertvorgabe, die größer sind als die oberen Stellgrenzen der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten, ein Antriebsmoment einer Antriebsmaschine des Fahrzeugs reduziert wird und/oder ein Bremseingriff durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Maß einer Belastung eines Reifens als erforderlicher Reibwert angenommen wird, der dem Quotienten aus dem Betrag des aus einer an einem Reifen angreifenden Längs- und einer Querkraft resultierenden Vektors und einer an dem Reifen angreifenden Radlast entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Fahrzeugmodell vorgesehen ist, mittels dem in Abhängigkeit von Ist-Werten der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten sowie einer Fahrerwunschvorgabe einem vordefinierten Fahrverhalten entsprechende Soll-Werte der Fahrdynamik bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Werte der Fahrdynamik in einem Regler mittels Ist-Werten der Fahrdynamik skaliert werden, wobei die skalierten Werte der Fahrdynamik zur Bestimmung der Sollwertvorgabe herangezogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Fahrzeugmodell vorgesehen ist, mittels dem in Abhängigkeit von Ist-Werten und/oder Soll-Werten der die Fahrzeugdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten und der Fahrzeugdynamik ein reales Fahrzeugverhalten abbildbar ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des zweiten Fahrzeugmodells wenigstens ein Schräg laufwinkel und ein Schlupf eines Rades sowie ein Fahrbahnreibwert bestimmbar ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die skalierten Werte der Fahrdynamik und die über das zweite Fahrzeugmodell bestimmten und das reale Fahrzeugverhalten charakterisierenden Werte zur Bestimmung der Reifenkräfte verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reifenkräfte hinsichtlich einer Abweichung von einer Sollvorgabe einer Summe der Reifenkräfte und einer Abweichung der ermittelten Verteilung der Reifenkräfte von einer Sollverteilung der Reifenkräfte bewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwertvorgabe zur Ansteuerung der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten in einer die Abweichung zwischen der ermittelten Verteilung der Reifenkräfte und der Sollverteilung minimierenden Art und Weise verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reifenkräfte mittels eines dritten Fahrzeugmodells, welches vorzugsweise dem zweiten Fahrzeugmodell entspricht, in Abhängigkeit der veränderten Sollwertvorgabe der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten erneut bestimmt und bewertet werden, wobei eine Abweichung der ermittelten Verteilung der Reifenkräfte von der Sollverteilung der Reifenkräfte bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Optimierung der Verteilung der Reifenkräfte bei Erreichen eines vordefinierten Grenzwertes der Abweichung zwischen der ermittelten Verteilung der Reifenkräfte und der Sollvorgabe oder bei Erreichen einer vordefinierten Schleifenanzahl beendet wird, wobei die aktuellen Sollwerte der Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten zum Zeitpunkt der Beendigung der Optimierung die Sollwertvorgabe bilden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der bestimmten Reifenkräfte jeweils ein Arbeitspunkt eines Reifens anhand einer in dem Steuergerät abgelegten Reifenkennlinie bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Reifenkennlinien eines jeden Reifens in dem bestimmten Arbeitspunkten linearisiert und der linearisierte funktionale Zusammenhang zur Bestimmung der Reifenkräfte derart invertiert wird, das die Sollwertvorgabe zur Ansteuerung der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten durch den invertierten funktionalen Zusammenhang in Abhängigkeit der in den Arbeitspunkten der Reifen ermittelten Reifenkräfte bestimmbar ist.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Sollwertvorgabe zur Ansteuerung der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten in Abhängigkeit einer angestrebten gleichmäßigen Verteilung der Reifenkräfte optimiert wird und die optimierte Sollwertvorgabe für die Ansteuerung der die Fahrdynamik beeinflussenden Fahrzeugkomponenten die Sollwertvorgabe darstellt.