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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft allgemein ein System zur Schätzung der Fahrzeugdynamik in
Echtzeit und genauer gesagt ein System zur Schätzung der Fahrzeugdynamik in
Echtzeit, das einen Fahrzeugparameterschätzer, einen Fahrzeugzustandsdetektor
und einen Detektor für
eine ergiebige Lenkungseingabe verwendet, um einen geschätzten Fahrzeuguntersteuerungskoeffizienten,
eine Elastizität
bzw. Nachgiebigkeit des Kurvenfahrverhaltens vorne und eine Elastizität bzw. Nachgiebigkeit
des Kurvenfahrverhaltens hinten in Echtzeit zur Verfügung zu
stellen.
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2. Diskussion der verwandten
Technik
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Fahrzeuge
sind so entworfen, dass die Reaktion auf die Fahrzeughandhabung
gewisse Entwurfsspezifikationen einhält. Fahrzeugdynamikparameter
definieren die Reaktion auf eine Fahrzeughandhabung, und daher definieren
nominale Parameter eine nominale Reaktion auf eine Fahrzeughandhabung.
Die Fahrzeugdynamikparameter des Untersteuerungskoeffizienten, der
Elastizität
des Kurvenfahrverhaltens vorne und der Elastizität des Kurvenfahrverhaltens
hinten sind die dominantesten Dynamikparameter zur Bestimmung der
Stabilität und
des dynamischen Handhabungsverhaltens eines Fahrzeugs. Der Untersteuerungskoeffizient
definiert die Fahrzeuggiergeschwindigkeit oder den Wenderadius für einen speziellen
Lenkwinkel. Die Elastizität des
Kurvenfahrverhaltens vorne und die Elastizität des Kurvenfahrverhaltens
hinten definieren die Verteilung des Seitenschlupfs auf die Vorder-
und Hinterachse, wenn das Fahrzeug die Richtung wechselt. Die Elastizitäten des
Kurvenfahrverhaltens umfassen das Verhältnis, welches durch den Lenkwinkel
und die Querkraft der Räder
definiert ist. Diese Parameter variieren entsprechend unterschiedlicher
Fahrzeugbeladung, Reifendruck, Reifenverschleiß und Abweichungen von Federungsmerkmalen
etc. von Fahrzeug zu Fahrzeug.
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Abweichungen
der Parameter von den Nominalwerten können eine Leistungsverminderung
der Chassis/Fahrzeug-Steuerungssysteme verursachen. Beispielsweise
verändern
sich die verschiedenen Dynamikparameter, wenn das Fahrzeug altert,
was zu einer Veränderung
des Wenderadius des Fahrzeugs in Ansprechen auf den gleichen Lenkwinkel führt. Es
wäre wünschenswert,
die Fahrzeugdynamikparameter zu überwachen,
um festzustellen, ob ein Problem existiert, so dass geeignete Schritte
unternommen werden können.
Die Theorie einer Schätzung
eines dynamischen Systems in Echtzeit ist bekannt, und es gab mehrere
Versuche zur Schätzung von
Fahrzeugdynamikparametern. Die bekannten Theorien sind nicht brauchbar
genug, um auf ein echtes Fahrzeugsystem angewendet zu werden, weil
sie die Probleme von Nichtlinearität und Eingabeergiebigkeit nicht
ausreichend berücksichtigen.
Diese Probleme können
gelöst
und der Schätzalgorithmus kann
verbessert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der Lehren
der vorliegenden Erfindung ist ein System zur Schätzung der
Fahrzeugdynamik in Echtzeit offenbart, welches einen Fahrzeugparameterschätzer, einen
Fahrzeugzustandsdetektor und einen Detektor für eine ergiebige Lenkungseingabe
verwendet, um einen Fahrzeugunter steuerungskoeffizienten und Elastizitäten des
Kurvenfahrverhaltens vorne und hinten in Echtzeit zu schätzen. Der
Fahrzeugparameterschätzer
empfängt
ein Vorderradlenkwinkelsignal, ein Hinterradlenkwinkelsignal, ein
Fahrzeugquerbeschleunigungssignal, ein Fahrzeuggiergeschwindigkeitssignal
und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, und verwendet einen linearen
Parameterschätzalgorithmus,
um den Untersteuerungskoeffizienten, die Elastizität des Kurvenfahrverhaltens
vorne und die Elastizität
des Kurvenfahrverhaltens hinten zu schätzen. Der Fahrzeugzustandsdetektor
empfängt
das Vorderradlenkwinkelsignal, das Hinterradlenkwinkelsignal, das
Fahrzeuggiergeschwindigkeitssignal und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
und schaltet den Fahrzeugparameterschätzer ab, wenn das Fahrzeug
nicht in einem linearen Bereich arbeitet. Der Detektor für eine ergiebige
Lenkungseingabe empfängt
das Vorderradwinkelsignal, das Hinterradwinkelsignal und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
und stellt ein Ausgabesignal bereit, welches anzeigt, ob die geschätzten Parameter
zuverlässig
genug sind.
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Zusätzliche
Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, wenn sie in Verbindung
mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen werden, offenbar.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm eines Systems zur Schätzung der Fahrzeugdynamik in
Echtzeit gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
ein Flussdiagramm, welches die Arbeitsweise eines Fahrzeugparameterschätzers des in 1 gezeigten
Systems darstellt;
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3 ist
ein Flussdiagramm, welches einen Signalumwandlungsvorgang für den Fahrzeugparameterschätzer des
in 1 gezeigten Systems zeigt;
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4 ist
ein Flussdiagramm, welches die Arbeitsweise eines Fahrzeugzustandsdetektors
des in 1 gezeigten Systems zeigt;
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5 ist
ein Flussdiagramm, welches einen Vorgang einer Detektion eines Linearbereiches
für den
Fahrzeugzustandsdetektor des in 1 gezeigten
Systems zeigt;
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6 ist
ein Blockdiagramm eines Detektors für eine ergiebige Lenkungseingabe
des in 1 gezeigten Systems; und
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7 ist
ein Flussdiagramm, welches die Arbeitsweise des in 6 gezeigten
Detektors für
eine ergiebige Lenkungseingabe zeigt.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
folgende Diskussion der Ausführungsformen
der auf ein System zur Schätzung
der Fahrzeugdynamik in Echtzeit gerichteten Erfindung ist rein beispielhafter
Natur und beabsichtigt keinesfalls, die Erfindung oder ihre Anwendungen
oder Verwendungen zu begrenzen.
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Erfindungsgemäß ist ein
System zur Schätzung
der Fahrzeugdynamik in Echtzeit vorgesehen, welches einen Fahrzeuguntersteuerungskoeffizienten
und eine vordere und hintere Kurvenfahrsteifigkeit anhand von Signalen
aus Standard-Dynamiksensormessungen schätzt, wie beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeit
Vx, Vorderradlenkwinkel δF, Hinterradlenkwinkel δR, Fahrzeuggiergeschwindigkeit
YR und Fahrzeugquerbeschleunigung Ay. Das erfindungsgemäße System
zur Schätzung
der Fahrzeugdynamik in Echtzeit kann mit einem System zur Verbesserung
der Fahrzeugstabilität
kombiniert werden, welches differentielles Bremsen, aktive Hinterradlenkung,
aktive Vorderradlenkung oder eine beliebige Kombination dieser Systeme
verwendet. Auf der Grundlage der Schätzergebnisse kann das System zur
Schätzung
der Dynamik das System zur Verbesserung der Fahrzeugstabilität modifizieren,
um ein Nachlassen der Leistungsfähigkeit
aufgrund von Fahrzeugparameterabweichungen auszugleichen, oder es
kann zu Wartungszwecken ein Warnsignal an den Fahrzeugbediener senden.
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1 ist
ein Blockdiagramm eines Systems 10 zur Schätzung der
Fahrzeugdynamik in Echtzeit für
ein Fahrzeug 12 gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Das System 10 umfasst einen Echtzeit-Fahrzeugparameterschätzer 14,
einen Fahrzeugzustandsdetektor 16 und einen Detektor 18 für eine ergiebige
Lenkungseingabe, die alle nachfolgend genau beschrieben werden.
Der Parameterschätzer 14 empfängt von
dem Fahrzeug 12 Sensoreingaben, die den Vorderradlenkwinkel δF, den
Hinterradlenkwinkel δR, die Fahrzeugquerbeschleunigung Ay, die
Fahrzeuggiergeschwindigkeit YR und die Fahrzeuggeschwindigkeit Vx
umfassen, und erzeugt Ausgaben geschätzter Fahrzeugdynamikparameter,
insbesondere einen Fahrzeuguntersteuerungskoeffizienten, eine Elastizität des Kurvenfahrverhaltens
vorne und eine Elastizität
des Kurvenfahrverhaltens hinten. Die Sensoren, welche diese Messwerte
bereitstellen, sind in der Technik wohlbekannt, und jeder beliebige
Sensor, der für
diese Zwecke geeignet ist, kann verwendet werden. Die geschätzten Fahrzeugparameter
können
von einem Fahrzeugcontroller verwendet werden, um Warnhinweise oder
Wartungshinweise bereitzustellen oder um die Fahrzeugparameter anzupassen,
wenn die Fahrzeugparameter außerhalb
eines nominalen Arbeitsbereichs liegen.
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Der
Parameterschätzer 14 arbeitet
mit einem linearen Fahrzeugmodell. Daher sollten die Eingänge von
den verschiedenen Sensoren an den Parameterschätzer 14 aus dem linearen
Arbeitsbereich stammen. Wenn sich das Fahrzeug 12 außerhalb
des linearen Arbeitsbereichs befindet, ist die lineare Korrelation
zwischen der Lenkung und den Sensormesswerten nicht gültig, was
zu unrealistischen Ergebnissen von dem Parameterschätzer 14 führt. Wenn
das Fahrzeug 12 nicht in dem linearen Bereich arbeitet, sollte
der Schätzer 10 daher
abgeschaltet sein. Der Fahrzeugzustandsdetektor 16 empfängt die
Sensorsignale des Vorderradlenkwinkels δF, des
Hinterradlenkwinkels δR, der Fahrzeuggiergeschwindigkeit YR und
der Fahrzeuggeschwindigkeit Vx. Der Detektor 16 verarbeitet
diese Eingabesignale, um festzustellen, ob das Fahrzeug 12 in
dem linearen Bereich arbeitet, und stellt ein Ausgabesignal bereit,
ob der Parameterschätzer 14 und
der Detektor 18 für
eine ergiebige Lenkungseingabe eingeschaltet oder ausgeschaltet
werden sollen.
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Die
Umwandlung der Parameterschätzung hängt von
einer Eingabeerregung ab. Wenn die Eingabeerregung nicht ergiebig
genug ist, d. h. das Fahrzeug 12 die Richtung nicht häufig genug ändert, konvergieren
die geschätzten
Fahrzeugparameter nicht auf den richtigen Wert. Für den Echtzeit-Fahrzeugparameterschätzer 14 ist
es jedoch schwierig festzustel len, ob die geschätzten Fahrzeugparameter konvergent
sind oder nicht. Der Detektor 18 für eine ergiebige Lenkungseingabe
empfängt
das Vorderradlenkwinkelsignal δF, das Hinterradlenkwinkelsignal δR und
die Fahrzeuggeschwindigkeit Vx und bestimmt die Umwandlung der geschätzten Fahrzeugparameter.
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2 ist
ein Flussdiagramm 26, das die Arbeitsweise des Echtzeit-Fahrzeugparameterschätzers 14 zeigt.
Der Schätzer 14 initialisiert
bei Kasten 28 theta_hat_11, theta_hat_12, theta_hat_21
und theta_hat_22 auf Anfangswerte. Theta_hat_11, theta_hat_12, theta_hat_21
und theta_hat_22 sind Schätzwerte,
die durch einen linearen Parameterschätzalgorithmus in dem Parameterschätzer 14 erzeugt
werden, um den Untersteuerungskoeffizienten, die Elastizität des Kurvenfahrverhaltens
hinten und die Elastizität
des Kurvenfahrverhaltens vorne zu bestimmen, wie unten besprochen
wird. Die Anfangswerte sind vorbestimmte Werte, welche einen anfänglichen
Untersteuerungskoeffizienten, eine anfängliche Elastizität des Kurvenfahrverhaltens
vorne und eine anfängliche
Elastizität
des Kurvenfahrverhaltens hinten für den ursprünglichen oder neuen Entwurf
des Fahrzeugs 12 vorgeben. Der Schätzer 14 liest dann
bei Kasten 30 den Vorderradlenkwinkel δF, den
Hinterradlenkwinkel δR, die Fahrzeugquerbeschleunigung Ay, die
Fahrzeuggiergeschwindigkeit YR, die Fahrzeuggeschwindigkeit Vx und
das Aktivierungsflag von dem Detektor 18. Der Schätzer 14 führt bei
Kasten 32 eine Signalumwandlungsprozedur aus, um die Roh-Sensorsignale in
lineare Regressionsformen von Y1 = Phi1_vector·theta1 und Y2 = Phi2_vector·theta2,
wie unten definiert, umzuwandeln, die für den Schätzalgorithmus geeigneter sind.
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3 ist
ein Flussdiagramm 36, das die Umwandlungsprozedur bei Kasten 32 zeigt.
Der Schätzer 14 initialisiert
bei Kasten 38 einen Zähler
auf Null, und liest bei Kasten 40 die Sensorsignale für den Vorderradlenkwin kel δF,
den Hinterradlenkwinkel δR, die Querbeschleunigung Ay, die Fahrzeuggiergeschwindigkeit
YR und die Fahrzeuggeschwindigkeit Vx. Dann teilt der Schätzer 14 bei
Kasten 42 das Querbeschleunigungssignal durch das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
(Ay/Vx) und das Fahrzeuggiergeschwindigkeitssignal durch das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
(YR/Vx). Das Vorderradlenkwinkelsignal δF, das
Hinterradlenkwinkelsignal δR, das Querbeschleunigungssignal Ay, das
Fahrzeuggiergeschwindigkeitssignal YR, das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
Vx, der Ay/Vx-Wert und der YR/Vx-Wert werden bei Kasten 44 in
eine Bank von Tiefpass-Ableitungsfiltern eingegeben. Bei Kasten 44 erzeugen die
Ableitungsfilter gefilterte Signale, gefilterte abgeleitete Signale
und gefilterte zweifach abgeleitete Signale für diese Werte, insbesondere
Ay_filtered, Ay_dot_filtered, YR_filtered, YR_dot_filtered, YR_2dot_filtered,
(Ay/Vx)_filtered, (YR/Vx)_filtered, (YR/Vx)_dot_filtered, δF_filtered, δF_dot_filtered, δR_filtered
und δR_dot_filtered, wobei ”dot” die erste Ableitung und ”2dot” die zweite
Ableitung ist.
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Bei
Kasten 46 integriert der Schätzer 14 YR_filtered
und (Ay/Vx)_filtered, um YR_filtered_integrated und (Ay/Vx)_filtered_integrated
zu erhalten. Bei Kasten 48 berechnet der Schätzer 14 dann
die Regressionsvektoren Phi1_vector und Phi2_vector und die Werte Y1
und Y2 gemäß: Y1 = g·(δF_filtered
+ δR_filtered – (a + b)·(YR/Nx)_filtered)
Phi1_vector
= {Ay_filtered(t) – Ay_filtered(t – Δt), VR_dot_filtered(t) – YR_dot_filtered(t – Δt)}
Temp
= g·(δF_filtered – δR_filtered
+ 2·YR_filtered_integrated – 2·(Ay/Vx)_filtered_integrated – (a – b)·(YR/Vx)_filtered)
Y2
= Temp(t) – Temp(t – Δt)
Phi2_vector
= Phi1_vector(t) – Phi1_vector(t – Δt)
Delta_Y1
= Y1(t) – Y1(t – Δt) (1)
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Die
Werte a, b und g bezeichnen den Abstand von der Vorderachse des
Fahrzeugs 12 zu dem Messpunkt der Querbeschleunigung, den
Abstand von der Hinterachse zu dem Messpunkt der Querbeschleunigung
bzw. eine Gravitationskonstante. Auch bezeichnet (t) aktuelle Daten,
und (t – Δt) bezeichnet die
Daten des vorherigen Schritts. Die Ausgänge Y1 und Y2 und die Regressionsvektoren
Phi1_vector und Phi2_vector werden bei Kasten 32 als die
umgewandelten Daten verwendet, um die linearen Regressionsformen
von Y1 und Y2 zu berechnen.
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Der
Schätzer 14 stellt
dann bei der Entscheidungsraute 50 fest, ob eine stationäre Richtungsänderungsbedingung
erfüllt
ist, indem er den Absolutwert von Delta_Y1 mit dem Absolutwert einer
vordefinierten Schwelle vergleicht. Es ist notwendig, die stationäre Bedingung
zu detektieren, um den systematischen Fehler von Y1 und Phi1_vector
zu beherrschen. Wenn die stationäre
Bedingung erfüllt
ist, dann wird Delta_Y1 kleiner als die Schwelle sein und sollte
in etwa Null sein. Die stationäre
Bedingung muss für
eine vorbestimmte Zeitspanne dauerhaft erfüllt sein. Wenn die stationäre Bedingung
erfüllt
ist, dann wird der Zähler
bei Kasten 52 um 1 erhöht,
und der Schätzer 14 stellt
zu diesem Zweck bei der Entscheidungsraute 54 fest, ob
der Zähler
einen vorbestimmten Maximalzähler
erreicht hat. Wenn der Zähler
größer als
der vorbestimmte Maximalzähler
ist, dann wird bei Kasten 56 ein Stationärzustandsflag auf
Wahr gesetzt. Wenn die stationäre
Bedingung erfüllt
ist, wird Phi1_vector durch Phi2_vector ersetzt. Wenn der Stationärzustand
bei Kasten 56 auf Wahr gesetzt ist, werden Y1 und Phi1_vector
bei Kasten 58 neu berechnet. Der Schätzer 14 gibt bei Kasten 64 Y1,
Y2, Phi1_vector, Phi2_vector und das Stationärzustandsflag zurück.
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Wenn
der Zähler
kleiner als der Maximalzähler
ist, setzt der Schätzer 14 das
Stationärzustandsflag
bei Kasten 60 auf Falsch. Auch wird, wenn Delta_Y1 bei
der Entscheidungsraute 50 größer als die vorbestimmte Schwelle
ist, was bedeutet, dass kein stationärer Zustand vorliegt, der Zähler bei
Kasten 62 auf Null gesetzt, und das Stationärzustandsflag
wird bei Kasten 60 auf Falsch gesetzt. Bei dem nicht stationären Zustand
kann der systematische Fehler durch Verwendung einer Differenz für Y1 und Phi1_vector
entfernt werden, und darum werden bei Kasten 64 die ursprünglichen
Y1, Y2, Phi1_vector, Phi2_vector und das Stationärzustandsflag zurückgegeben.
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Zu 2 zurückkehrend
stellt der Schätzer 14 dann
bei einer Entscheidungsraute 70 fest, ob der enable_flag-Ausgang
von dem Detektor 16 gesetzt ist. Wenn das enable_flag auf
Wahr gesetzt ist, dann führt
der Schätzer 14 bei
Kasten 72 den linearen Parameterschätzalgorithmus aus, um die Schätzwerte für den Untersteuerungskoeffizienten,
die Elastizität des
Kurvenfahrverhaltens vorne und die Elastizität des Kurvenfahrverhaltens
hinten an dem Ausgang des Schätzers 14 zu
aktualisieren. Unter Verwendung der umgewandelten Daten Y1, Y2,
Phi1_vector und Phi2_vector aktualisiert der lineare Parameterschätzalgorithmus
die Rohparameter theta_hat_11, theta_hat_12, theta_hat_21 und theta_hat_22.
Bei einer Ausführungsform
verwendet der lineare Parameterschätzalgorithmus einen rekursiven
Fehlerquadrat-Algorithmus. Es kann jedoch ein alternativer Algorithmus,
wie z. B. ein Ljapunov-basierender Algorithmus, verwendet werden.
Bei Kasten 74 wird dann der geschätzte Untersteuerungskoeffizient,
welcher als Kus_hat definiert ist, gleich theta_hat_11 gesetzt, die
geschätzte
Elastizität
des Kurvenfahrverhaltens vorne, welche als Df_hat definiert ist,
wird gleich (theta_hat_11 plus theta_hat_21)/2 gesetzt, und die geschätzte Elastizität des Kurvenfahrverhaltens
hinten, welche als Dr_hat definiert ist, wird gleich (theta_hat_21 – theta_hat_11)/2
gesetzt. Die Werte Kus_hat, Df_hat und Dr_hat werden bei Kasten 76 an die
Ausgabe des Parameterschätzers 14 zurückgegeben.
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Wenn
das enable_flag bei der Entscheidungsraute 70 nicht auf
Wahr gesetzt wird, dann werden die vorherigen Werte für theta_hat_11, theta_hat_12,
theta_hat_21 und theta_hat_22 verwendet, um den geschätzten Untersteuerungskoeffizienten
Kus_hat, die geschätzte
Elastizität
des Kurvenfahrverhaltens vorne Df_hat und die geschätzte Elastizität des Kurvenfahrverhaltens
hinten Dr_hat bei Kasten 74 zu berechnen.
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4 ist
ein Flussdiagramm 80, das die Arbeitsweise des Fahrzeugzustandsdetektors 16 zeigt, um
zu bestimmen, ob der Echtzeit-Fahrzeugparameterschätzer 14 eingeschaltet
oder ausgeschaltet werden soll. Der Schätzer 14 ist nur wirksam,
wenn das Fahrzeug 12 in dem linearen Bereich arbeitet,
d. h. wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Vx nicht zu niedrig ist,
die Fahrzeugbeschleunigung in Längsrichtung Ax
nicht zu hoch ist (zu schnelles Beschleunigen oder Verzögern) und
die Fahrzeuggiergeschwindigkeit YR nicht zu groß ist. Der Detektor 16 liest
bei Kasten 82 die Sensorsignale des Vorderradlenkwinkels δF,
des Hinterradlenkwinkels δR, der Fahrzeuggiergeschwindigkeit YR und
der Fahrzeuggeschwindigkeit Vx. Der Detektor 16 berechnet
bei Kasten 84 eine Referenzgiergeschwindigkeit YR_ref unter
Verwendung eines Befehlsinterpreters, welcher weiter unten verwendet
wird, um festzustellen, ob sich das Fahrzeug in dem linearen Bereich
befindet.
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Der
Detektor 16 stellt dann bei einer Entscheidungsraute 86 fest,
ob die Fahrzeuggeschwindigkeit Vx größer als der Absolutwert einer
Minimalgeschwindigkeit Vxmin ist. Aufgrund von kinematischen Effekten
muss das Fahrzeug 12 schneller als eine Minimalfahrzeuggeschwindigkeit,
bei spielsweise 16 km/h (10 mph), fahren, um in dem linearen Bereich
zu arbeiten. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Vx größer als
der Minimalwert Vxmin ist, dann setzt der Detektor 16 bei
Kasten 88 ein Fahrzeuggeschwindigkeitsflag Vx_flag auf
An, andernfalls setzt er bei Kasten 90 das Vx_flag auf
Aus.
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Der
Detektor 16 berechnet dann bei Kasten 92 unter
Verwendung beispielsweise eines FIR-Filters die Fahrzeugbeschleunigung
in Längsrichtung Ax.
Die Fahrzeugquerbeschleunigung Ax kann nicht zu hoch sein, um in
dem linearen Bereich zu arbeiten. Der Detektor 16 stellt
bei einer Entscheidungsraute 94 fest, ob die Fahrzeugbeschleunigung
in Längsrichtung
geteilt durch die Fahrzeuggeschwindigkeit (Ax/Vx) kleiner als eine
vorbestimmte prozentuale Grenze ist. Wenn Ax/Vx kleiner als die
prozentuale Grenze ist, dann setzt der Detektor 16 bei
Kasten 96 ein Flag der Fahrzeugbeschleunigung in Längsrichtung
Ax_flag auf An, andernfalls setzt er das Fahrzeugbeschleunigungsflag
Ax_flag bei Kasten 98 auf Aus.
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Der
Detektor 16 verwendet bei Kasten 100 ein Linearbereichs-Detektionsfilter,
um festzustellen, ob es einen Unterschied zwischen der Fahrzeuggiergeschwindigkeit
YR und der Referenzgiergeschwindigkeit YR_ref gibt, um einen Giergeschwindigkeitsfehler
zu bestimmen und anzuzeigen, ob das Fahrzeug in dem linearen Bereich
arbeitet. Der Fehler aufgrund einer Parameterabweichung ist in der
Regel viel kleiner als der Fehler aufgrund einer Nichtlinearität. Wenn
der Fehler daher unvermittelt größer wird
als der spezifizierte Fehler, arbeitet das Fahrzeug 12 nicht
in dem linearen Bereich. Der Detektor 16 untersucht den
Giergeschwindigkeitsfehler und startet einen Zähler, wenn der Fehler größer ist
als eine vorbestimmte Giergeschwindigkeitsschwelle. Wenn der Zählerwert
größer als
ein vorbestimmter Maximalzähler
ist, setzt der Algorithmus das Linearbereichsflag auf Falsch.
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5 ist
ein Flussdiagramm 106, das die Arbeitsweise des Linearbereichs-Detektionsfilters zeigt.
Der Detektor 16 setzt bei Kasten 108 zunächst ein
Linearbereichsflag (Linear_Region_Flag) gleich Wahr und einen Zähler auf
Null. Dann liest der Detektor 16 bei Kasten 110 das
Giergeschwindigkeitssignal YR und das Giergeschwindigkeits-Referenzsignal
YR_ref. Der Detektor 16 stellt dann bei der Entscheidungsraute 112 fest,
ob der Absolutwert des Giergeschwindigkeits-Referenzsignals YR_ref
minus des Giergeschwindigkeitssignals YR kleiner als eine vorbestimmte
Giergeschwindigkeits-Schwelle YR_threshold ist. Wenn das Giergeschwindigkeits-Referenzsignal YR_ref
minus dem Giergeschwindigkeitssignal YR kleiner als die Schwelle YR_threshold
ist, bleibt das Linearbereichsflag Wahr, was bedeutet, dass das
Fahrzeug 12 in seinem linearen Bereich arbeitet, und der
Zähler
wird bei Kasten 114 um Eins erhöht. Wenn das Giergeschwindigkeits-Referenzsignal
YR_ref minus dem Giergeschwindigkeitssignal YR größer als
die Giergeschwindigkeits-Schwelle (YR_threshold) ist, wird bei Kasten 116 das
Linearbereichsflag auf Falsch gesetzt und der Zähler bei Null gelassen.
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Der
Detektor 16 stellt dann bei der Entscheidungsraute 118 fest,
ob der Zähler
größer als
ein vorbestimmter Maximalzähler
ist. Wenn der Zähler
größer als
der Maximalzähler
ist, setzt der Detektor 16 den Zähler bei Kasten 120 auf
den Maximalzähler und
das Linearbereichsflag bei Kasten 122 auf Wahr. Wenn der
Zähler
bei der Entscheidungsraute 118 nicht größer als der Maximalzähler ist,
kann das Linearbereichsflag Wahr oder Falsch sein, und der Algorithmus
kehrt zum Flussdiagramm 80 in 4 zurück.
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Der
Detektor 16 stellt dann bei der Entscheidungsraute 124 fest,
ob das Linearbereichsflag auf Wahr gesetzt ist. Wenn das Linearbereichsflag
auf Wahr gesetzt ist, dann wird das Linearflag bei Kasten 126 auf
An gesetzt, und wenn das Linearbereichsflag auf Falsch gesetzt ist,
dann wird das Linearflag bei Kasten 128 auf Aus gesetzt.
Der Detektor 16 setzt dann bei Kasten 130 das
enable_flag nur auf Wahr, wenn das Fahrzeuggeschwindigkeitsflag
Vx_flag, das Fahrzeugbeschleunigungsflag Ax_flag und das linear_region-Flag
Wahr sind. Der Detektor 16 gibt dann bei Kasten 132 das
enable_flag aus.
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6 ist
ein Blockdiagramm des Fahrzeugs 12, des Fahrzeugparameterschätzers 14 und
des Detektors 18 für
eine ergiebige Lenkungseingabe. Der Detektor 18 für eine ergiebige
Lenkungseingabe wird verwendet, um festzustellen, ob die Ausgabe des
Fahrzeugparameterschätzers 14 zuverlässig genug
ist. Wenn das Fahrzeug 12 die Richtung häufig genug ändert und
in seinem linearen Bereich arbeitet, dann konvergieren die Ausgänge des
Parameterschätzers 14 auf
die wahren Parameter. Die Umwandlung der Parameterschätzung hängt von
der Eingabeerregung ab. Es ist jedoch schwer, die Ergiebigkeit der
Eingabeerregung, so dass der geschätzte Parameter auf einen wahren
Wert konvergiert, direkt festzustellen. Ein indirekter Weg, um die
Konvergenz des Parameters in Erfahrung zu bringen, besteht darin,
die gleiche Eingabe auf ein Modell mit bekannten Parametern anzuwenden,
um Modellausgaben zu erzeugen und die Folge von Parameterschätzprozeduren
anzuwenden, um die Parameter des Modells abzuschätzen. Da die Modellparameter
bereits bekannt sind, kann eine Feststellung, ob die Parameterschätzung konvergiert
oder nicht, leicht durch ein Vergleichen der Modellparameter mit
den abgeschätzten Modellparametern
geprüft
werden.
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Der
Detektor 18 für
eine ergiebige Lenkungseingabe umfasst einen Fahrradreferenzmodell-Verarbeitungsblock 140,
einen Parameterschätzungs-Verarbeitungsblock 142 und
einen Vergleich-Verarbeitungsblock 144. Der Fahrradreferenzmodell-Verarbeitungsblock 140 gibt
auf der Grundlage des Vorderradlenkwinkels δF und
des Hinterradlenkwinkels δF Referenzmodell-Fahrzeugparameter aus. Der Parameterschätzblock 142 bestimmt
die gleichen Ausgänge
wie der Parameterschätzer 14, wobei
die geschätzten
Modellparameter und die Referenzmodellparameter in dem Vergleich-Verarbeitungsblock 144 verglichen
werden. Wenn die beiden Werte nahe genug beieinander liegen, dann
setzt der Detektor 18 für
eine ergiebige Lenkungseingabe ein Parameter-Bereit-Flag auf An.
Das Parameter-Bereit-Flag
zeigt an, dass die Ausgabe der Parameterschätzer 14 zuverlässig und
bereit zur Verwendung ist.
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7 ist
ein Flussdiagramm 154, das die Arbeitsweise des Detektors 18 für eine ergiebige
Lenkungseingabe zeigt. Der Eingabedetektor 18 initialisiert
bei Kasten 156 zunächst
den Algorithmus, indem er das Parameter-Bereit-Flag auf Falsch und einen Zähler auf
Null setzt; versorgt das Referenzmodell bei Kasten 158 mit
vorbestimmten Referenzwerten für
den Untersteuerungskoeffizienten Kus_ref, die Elastizität des Kurvenfahrverhaltens
vorne Df_ref und die Elastizität
des Kurvenfahrverhaltens hinten Dr_ref; und setzt bei Kasten 160 vorbestimmte Schwellenwerte
für eine
Untersteuerungskoeffizientenschwelle Kus_threshold, eine Schwelle
für die Elastizität des Kurvenfahrverhaltens
vorne Df_threshold und eine Schwelle für die Elastizität des Kurvenfahrverhaltens
hinten Dr_threshold.
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Der
Detektor 18 liest dann bei Kasten 162 die Sensorsignale
des Vorderradlenkwinkels δF, des Hinterradlenkwinkels δR,
der Fahrzeuggeschwindigkeit Vx und das enable_flag von dem Detektor 16.
Dann führt
der Detektor 18 für
eine ergiebige Lenkungseingabe bei Kasten 164 einen Referenzmodell-Algorithmus
für das
Referenzmodell 140 aus, um einen Querbeschleunigungs-Referenzwert
Ay_ref und einen Fahrzeuggiergeschwindigkeit-Referenzwert YR_ref
zu berechnen. Der Detektor 18 wendet dann bei Kasten 166 einen
Echtzeit-Fahrzeugparameterschätzer
an, um geschätzte
Referenzwerte für
den Untersteuerungskoeffizienten Kusref_hat, die Elastizität des Kurvenfahrverhaltens
vorne Df_ref_hat und die Elastizität des Kurvenfahrverhaltens
hinten Dr-ref_hat zu berechnen, wie es bei Kasten 74 für den Parameterschätzer 14 durchgeführt wurde.
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Der
Detektor 18 stellt dann bei der Entscheidungsraute 168 fest,
ob der Absolutwert der Differenz zwischen dem Referenzuntersteuerungskoeffizienten
Kus_ref und dem geschätzten
Referenzuntersteuerungskoeffizienten Kus_ref_hat kleiner als die Untersteuerungskoeffizientenschwelle Kus_threshold
ist; bei der Entscheidungsraute 170, ob der Absolutwert
der Differenz zwischen der Referenzelastizität des Kurvenfahrverhaltens
vorne Df_ref und der geschätzten
Referenzelastizität
des Kurvenfahrverhaltens vorne Df_ref_hat kleiner als die Schwelle
für die
Elastizität
des Kurvenfahrverhaltens vorne Df_threshold ist; und bei der Entscheidungsraute 172,
ob der Absolutwert der Differenz zwischen der Referenzelastizität des Kurvenfahrverhaltens
hinten Dr_ref und der geschätzten
Referenzelastizität
des Kurvenfahrverhaltens hinten Dr_ref_hat kleiner als die Schwelle
für die
Elastizität des
Kurvenfahrverhaltens hinten Dr_threshold ist. Wenn diese drei Vergleiche
alle Ja ergeben, dann wird bei Kasten 174 der Zähler um
Eins erhöht,
und wenn irgendeiner dieser Vergleiche Nein ergibt, dann wird der
Zähler
bei Kasten 176 auf Null gesetzt.
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Der
Detektor 18 stellt dann bei der Entscheidungsraute 178 fest,
ob der Zähler
größer als
ein vorbestimmter Maximalzähler
max_count ist. Wenn der Zähler
größer als
der Maximalzähler
ist, dann wird der Zähler
bei Kasten 180 auf den Maximalzähler max_count gesetzt, und
das Parameter-Bereit-Flag wird bei Kasten 182 auf Wahr
gesetzt. Andernfalls bleibt das Parameter-Bereit-Flag auf Falsch
gesetzt.
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Die
vorangehende Diskussion offenbart und beschreibt rein beispielhafte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. Aus dieser Diskussion und aus den begleitenden
Zeichnungen und Ansprüchen wird
der Fachmann leicht erkennen, dass verschiedene Veränderungen,
Modifikationen und Variationen darin durchgeführt werden können, ohne
von dem Geist und dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie sie
in den nachfolgenden Ansprüchen
definiert sind.
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Zusammenfassung
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Ein
System zur Schätzung
der Fahrzeugdynamik in Echtzeit, welches einen Fahrzeugparameterschätzer, einen
Fahrzeugzustandsdetektor und einen Detektor für eine ergiebige Lenkungseingabe verwendet,
um einen Fahrzeuguntersteuerungskoeffizienten und eine Elastizität des Kurvenfahrverhaltens
vorne und hinten in Echtzeit zu schätzen. Der Fahrzeugparameterschätzer empfängt ein
Vorderradlenkwinkelsignal, ein Hinterradlenkwinkelsignal, ein Fahrzeugquerbeschleunigungssignal,
ein Fahrzeuggiergeschwindigkeitssignal und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal,
und verwendet einen linearen Parameterschätzalgorithmus zum Schätzen des Untersteuerungskoeffizienten
und der Elastizität
des Kurvenfahrverhaltens vorne und hinten. Der Fahrzeugzustandsdetektor
empfängt
das Vorderradlenkwinkelsignal, das Hinterradlenkwinkelsignal, das Fahrzeuggiergeschwindigkeitssignal
und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, und schaltet den Fahrzeugparameterschätzer ab,
wenn das Fahrzeug nicht in einem linearen Bereich arbeitet. Der
Detektor für
eine ergiebige Lenkungseingabe empfängt das Vorderradwinkelsignal,
das Hinterradwinkelsignal und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
und stellt ein Ausgabesignal bereit, das anzeigt, ob die geschätzten Fahrzeugparameter
zuverlässig
sind und zur Verwendung bereit sind.