DE19649137A1

DE19649137A1 - Verfahren zur Regelung des dynamischen Verhaltens eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE19649137A1
Application number: DE19649137A
Authority: DE
Inventors: Werner Hamberger; Eckhard Babbel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1995-12-08
Filing date: 1996-11-27
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2016-11-28
Also published as: DE19649137B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des dynamischen Verhaltens eines Kraft fahrzeuges.

Ein solches Verfahren ist unter anderem aus dem Artikel "FDR - Die Fahrdynamikregelung von Bosch", ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 96 (1994) 11, Seite 674 - 688, bekannt. Bei dem beschriebenen Verfahren sollen die drei Freiheitsgrade eines Kraftfahrzeuges in der Ebene, Längs-, Quer- und Giergeschwindigkeit, im Sinne eines an den Fahrerwunsch und die Fahrbahn angepaßten Fahrverhaltens beeinflußt werden. Hierzu wird bestimmt, wie sich das Kraftfahrzeug im Grenzbereich entsprechend dem Fahrerwunsch verhalten soll (Sollverhalten) und wie es sich tatsächlich verhält (Istverhalten). Zur Reduktion der Differenz zwischen Soll- und Istverhalten werden dabei die Brems- und Antriebskräfte an den Rädern über Stellglieder beeinflußt. Der verwendete Regler besteht aus einem überlagerten Fahr dynamikregler und unterlagerten Schlupfreglern, wobei der Fahrdynamikregler die Sollwerte für die unterlagerten Schlupfregler in Form eines Sollschlupfes vorgibt.

Zur Bestimmung des Sollverhaltens werden die den Fahrerwunsch beschreibenden Signale des Lenkwinkelsensors, der Bremsdrucksensoren und des Motormanagements ausgewertet. Zusätzlich gehen in die Berechnung des Sollverhaltens die Haftreibwerte und die Fahrge schwindigkeit ein. Das Istverhalten des Kraftfahrzeuges wird primär aus dem Giergeschwin digkeitssignal und dem vom Beobachter geschätzten Schwimmwinkel ermittelt. Der Fahr dynamikregler regelt die beiden Größen Giergeschwindigkeit und Schwimmwinkel und berechnet das Giermoment, das benötigt wird, um die Istzustandsgrößen an die Sollzu standsgrößen anzugleichen. Zur Erzeugung dieses Sollgiermomentes werden die erforderli chen Sollschlupfänderungen an den Rädern ermittelt. Sie werden über die unterlagerten Schlupfregler und die entsprechenden Stellglieder eingestellt.

Ein anderes Verfahren ist aus der deutschen Patentschrift DE 35 45 715 C bekannt, bei dem zum Einhalten eines stabilen Fahrzustandes aus dem Lenkwinkel und der Fahrgeschwindig keit des Kraftfahrzeuges ein Toleranzband für einen dritten Parameter gebildet wird. Der dritte Parameter kann beispielsweise die Giergeschwindigkeit sein. Der Istwert der Gierge schwindigkeit wird mit einem Toleranzband, das die Sollgiergeschwindigkeit darstellt, vergli chen und eine Differenz zur Bildung von Steuersignalen für entsprechende Stellglieder her angezogen. Eine Fahrstabilisierungseinrichtung soll dann einsetzen, wenn der Fahrzustand sich außerhalb des Toleranzbandes befindet.

Dies ist speziell bei einer Fahrstabilisierungseinrichtung wichtig, die auf ABS basiert, da ein Eingriff eine Verringerung der Fahrgeschwindigkeit bewirkt, welche vom Fahrer als Ruck und damit als störend empfunden wird. Problematisch ist deshalb die Bildung des Toleranzban des, da ein solches Toleranzband einerseits so eng sein soll, daß eine kritische Fahrsitua tion erkannt wird und andererseits eine gewisse Breite benötigt damit nicht bereits bei unkri tischen Fahrsituationen aufgrund der Toleranz der Meßwerterfassung bereits eine Regelung (ungewollt) einsetzt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Regelung des dynamischen Verhaltens eines Kraftfahrzeuges, bei dem der Sollgiergeschwindigkeitswert, der ein Toleranzband bestimmter Breite darstellt genauer vorgebbar ist und ein fehlerhaftes Lenkverhalten des Fahrzeugführers bei der Berechnung der Sollgiergeschwindigkeit unberücksichtigt bleibt.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Erfindungsgemäß wird für die Ermittlung der Sollgiergeschwindigkeit nicht der Lenkwinkel, sondern die entsprechenden Kurvenradien der befahrenen Strecke, die aus abgespeicherten Datensätzen übernommen oder berechnet werden, verwendet, wodurch die Sollgier geschwindigkeit entsprechend der durchfahrenen Kurven ermittelt werden kann.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird bei Ermittlung der Kurvenradien die Breite der befahrenen Strecke berücksichtigt.

Da die Position des Kraftfahrzeuges auf der befahrenen Strecke zu einer weiteren Reduzie rung des notwendigen Toleranzbandes der Sollgiergeschwindigkeit führen kann, wird nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung neben der Fahrgeschwindigkeit und dem Kurven radius auch die Position des Kraftfahrzeuges bei der Berechnung der Sollgiergeschwindig keit berücksichtigt. Im einfachsten Fall geschieht die Ermittlung der Position des Kraftfahr zeuges über die Fahrtrichtung, wodurch festgestellt werden kann, auf welcher Fahrspur sich das Kraftfahrzeug befindet und inwieweit der aus den Datensätzen übernommene Kurven radius entsprechend korrigiert werden muß.

In einem anderen Fall wird die Position des Kraftfahrzeuges über die die gespeicherten Datensätze aufweisende und damit ohnehin vorhandene Navigationseinrichtung ermittelt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird bei der Bestimmung der Sollgiergeschwindig keit der Fahrerwunsch herangezogen. Dieser wird zusätzlich aus dem Lenkwinkel bestimmt. Da sich der Fahrer aber außerhalb des linearen Bereichs der Querdynamik nicht immer deterministisch verhält, wird über die Kurvenradien eine Validierung des gemessen Lenkwin kels durchgeführt.

Neben den genannten Parametern kann gemäß einer Ausführung der Erfindung auch die Querbeschleunigung des Kraftfahrzeuges sowie aktuelle Straßenzustandsdaten berücksich tigt werden. In Abhängigkeit der gemessenen Querbeschleunigung wird ein maximal zuläs siger Schwimmwinkel ermittelt und mit einem in Abhängigkeit der vorhandenen Fahrbahn querneigung korrigierten Istschwimmwinkels verglichen. Bei Überschreitung des maximal zulässigen Schwimmwinkels durch den Istschwimmwinkel wird eine Regelgröße zur Anglei chung des Istschwimmwinkels an den Sollschwimmwinkel gebildet. Die Fahrbahnquer neigung wird vorzugsweise ebenfalls aus abgespeicherten Datensätzen der befahrenen Strecke übernommen oder berechnet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die zugehörige Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild einer das erfindungsgemäße Verfahren realisierenden Fahrdynamikregelungseinrichtung.

Zur Bestimmung der Sollgiergeschwindigkeit µ_soll werden vor allem die den Fahrerwunsch beschreibenden Größen, Lenkwinkel ω_l und die Fahrgeschwindigkeit v_F herangezogen und einer Einrichtung 9 zur Berechnung der Sollgiergeschwindigkeit zugeführt. Da aber der gemessene Lenkwinkel ω_l, insbesondere in kritischen Situationen, nicht immer der tatsäch lichen Streckenführung entspricht, dies trifft beispielsweise beim Verreißen des Lenkrades zu, ist es von Vorteil eine Validierung des gemessenen Lenkwinkel ω_l mit Hilfe der Kurven radien R der gefahrenen Strecke durchzuführen oder vollständig auf den entsprechenden Lenkwinkelsensor zu verzichten und als die den Fahrerwunsch beschreibenden Größen nur die Fahrgeschwindigkeit v_F und den jeweiligen Kurvenradius R der befahrenen Strecke zu verwenden.

Der Kurvenradius R wird dazu aus vorhandenen Datensätzen einer Navigationseinrichtung 4 übernommen bzw. berechnet, wobei bei der Ermittlung des Kurvenradiuses R vorteilhafter weise die Breite B der befahrenen Strecke berücksichtigt wird. Diese Daten können dabei ebenfalls aus den vorhandenen Datensätzen der Navigationseinrichtung 4 übernommen werden.

Da der für die Sollgiergeschwindigkeitsberechnung relevante Kurvenradius R nicht immer dem tatsächlichen aus den gespeicherten Daten übernommenen Kurvenradius entspricht, dies ist abhängig von der Position s des Kraftfahrzeuges auf der befahrenen Strecke, wird neben dem Kurvenradius R, die Position s der Einrichtung 9 zur Ermittlung der Soll giergeschwindigkeit µ_soll übergeben. Im Ausführungsbeispiel wird die Position des Kraft fahrzeuges über das ohnehin im Fahrzeug vorhandene Navigationssystem 4 erfaßt und der Einrichtung 9 übergeben. Zusätzlich gehen in die Berechnung der Sollgiergeschwin digkeit µ_soll die den Streckenzustand beschreibenden Haftreibwerte 8 ein.

Die in der Einrichtung 9 ermittelte Sollgiergeschwindigkeit µ_soll und die über entspre chende Sensoreinrichtungen erfaßte Istgiergeschwindigkeit µ_ist werden dem Gier geschwindigkeitsregler 1 zugeführt, der eine Regelgröße S1 zur Anpassung der Istgier geschwindigkeit an die Sollgiergeschwindigkeit bildet. Die Regelgröße S1 des Gier geschwindigkeitsreglers 1 für das zu verändernde Gierverhalten des Kraftfahrzeuges wird einem Regler 3 als Sollgröße zugeführt der die Stellgrößen für den Bremsdruck p_i der Bremseinrichtung 6 der einzelnen Räder und das Antriebsmoment m_A für die Antriebsma schine 5 berechnet, um die Istgiergeschwindigkeit µ_ist in Richtung der Sollgiergeschwindig keit µ_soll zu verändern.

Weiterhin weist die Fahrdynamikregeleinrichtung einen Schwimmwinkelregler 2 auf, dem als Sollwert ein maximal zulässiger Schwimmwinkel β_soll zugeführt wird. Der maximal zulässige Schwimmwinkel β_soll wird in eine Einrichtung 7 in Abhängigkeit der gemessenen Querbe schleunigung a_q berechnet. Neben dem Schwimmwinkel β_soll wird dem Schwimmwinkelreg ler 2 außerdem ein Istschwimmwinkel β_ist zugeleitet. Überschreitet der Istschwimmwinkel den maximal zulässigen Schwimmwinkel β_soll übermittelt der Schwimmwinkelregler 2 eine entsprechende Regelgröße S2 an den Regler 3 zur Beeinflussung des Istschwimmwinkels ist.

Der gemessene Schwimmwinkel β_meß kann durch die Größe der Fahrbahnneigung n ver fälscht sein. Zur Korrektur wird der gemessene Schwimmwinkel β_meß einer Einrichtung 8 zugeführt, welche die aktuelle Fahrbahnneigung n aus den abgespeicherten Datensätzen des Straßennetzes von der Navigationseinrichtung 4 erhält und die aus beiden Größen den tatsächlichen Istschwimmwinkel β_ist ermittelt.

Außer der Regelgröße S1 des Giergeschwindigkeitsreglers 1 und der Regelgröße S2 des Schwimmwinkelreglers 2 als Sollgrößen werden dem Regler 3, der die Stellgröße für die Bremseinrichtung und die Antriebsmaschine 5 bildet, jeweils als Istgrößen der Istbremsdruck p_isti der einzelnen Räder und das Istantriebsmoment m_Aist der Antriebsmaschine zugeführt.

Bezugszeichenliste

ω_l Lenkwinkel
v_F Fahrgeschwindigkeit
R Kurvenradius
µ_soll Sollgiergeschwindigkeit
µ_ist Istgiergeschwindigkeit
B Breite der Straße
s Position des Kraftfahrzeugs
p_i Bremsdruck
p_ist Bremsdruck
m_A Antriebsmoment
m_Aist Istantriebsmoment
l1 Stellgröße
l2 Stellgröße
β_soll Schwimmwinkel
β_meß gemessener Schwimmwinkel
β_ist Istschwimmwinkel
a_q Querbeschleunigung
n Fahrbahnneigung
δ Haftreibwert
S1 Regelgröße
S2 Regelgröße
1 Giergeschwindigkeitsregler
2 Schwimmwinkelregler
3 Regler
4 Navigationseinrichtung
5 Antriebsmaschine
6 Bremseinrichtung
7 Einrichtung
8 Einrichtung
9 Einrichtung

Claims

1. Verfahren zur Regelung des dynamischen Verhaltens eines Kraftfahrzeuges, bei dem

- Kurvenradien (R) der befahrenen Strecke aus abgespeicherten Datensätzen über nommen oder berechnet werden und die Fahrgeschwindigkeit (v_F) des Kraftfahr zeuges ermittelt wird,
- zumindest aus den Kurvenradien (R) der befahrenen Strecke und der Fahrge schwindigkeit (v_F) des Kraftfahrzeuges eine Sollgiergeschwindigkeit (µ_soll) berech net wird,
- die berechnete Sollgiergeschwindigkeit (µ_soll ) mit einer erfaßten Istgiergeschwin digkeit (µ_ist) zur Bildung einer Abweichung verglichen und
- mit Hilfe der Abweichung eine Angleichung der Istgiergeschwindigkeit (µ_ist) an die Sollgiergeschwindigkeit (µ_soll) durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Berechnung der Kur venradien (R) der befahrenen Strecke die Breite (B) der befahrenen Strecke berück sichtigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollgierge schwindigkeit (µ_soll) zumindest aus den Kurvenradien (R) der befahrenen Strecke, der Position (s) des Kraftfahrzeuges auf der befahrenen Strecke und der Fahrgeschwin digkeit (v_F) des Kraftfahrzeuges ermittelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Position (s) des Kraftfahrzeuges über die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Position (s) des Kraftfahrzeuges mit Hilfe einer Navigationseinrichtung ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß neben den Kurvenradien (R) der befahrenen Strecke der Lenkwinkel (ω_l) in die Berechnung der Sollgiergeschwindigkeit (µ_soll) eingeht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß aktuelle Straßenzustandsdaten (3) bei der Berechnung der Sollgiergeschwindigkeit (µ_soll) berücksichtigt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit einer gemessenen Querbeschleunigung (a_q) des Kraftfahrzeuges ein maximal zulässiger Schwimmwinkel (β_soll) ermittelt und mit einem in Abhängigkeit der Fahrbahnquerneigung (n) korrigierten Istschwimmwinkel (β_ist) verglichen wird und bei Überschreitung des maximal zulässigen Schwimmwinkels (µ_soll) durch den Ist schwimmwinkel (β_ist) eine Regelgröße (S2) zur Angleichung des Istschwimmwinkels (β_ist) an den Sollschwimmwinkel (β_soll) gebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrbahnquerneigung (n) aus abgespeicherten Datensätzen übernommen oder berechnet wird.