DE19744725A1 - Verfahren zum Bestimmen von Zustandsgrößen eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Verfahren zum Bestimmen von Zustandsgrößen eines Kraftfahrzeuges

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DE19744725A1
DE19744725A1 DE19744725A DE19744725A DE19744725A1 DE 19744725 A1 DE19744725 A1 DE 19744725A1 DE 19744725 A DE19744725 A DE 19744725A DE 19744725 A DE19744725 A DE 19744725A DE 19744725 A1 DE19744725 A1 DE 19744725A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Ober­ begriff des Anspruches 1 beschriebenen Art. Solche Zustands­ größen werden insbesondere zum Realisieren oder Verbessern von Kraftfahrzeug-Regelungssystemen benötigt, nämlich von Antiblockiersysteme (ABS), Antriebsschlupfregelungen (ASR), Systeme zur elektronischen Regelung der Bremskraftverteilung (EBV), zur Giermomentenregelung (GMR), zur Fahrstabilitäts­ regelung (ASMS, FSR, FDR), zur Fahrwerksregelung (FWR) und von anderen.
Aus der Europäischen Patentschrift EP 0 444 109 B1 ist be­ reits ein Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines Kraft­ fahrzeugs bekannt, das auf der Erfassung von Reifenabdrücken beruht. Neben Reifensensoren, die den Reifenlatsch erfassen, werden noch andere Sensoren zum Erfassen der Raddrehgeschwindigkeiten, des Lenkeinschlags, der Lage der Radaufhängungen, der Schwerpunktsbeschleunigung usw. verwen­ det. Dieses bekannte Regelverfahren sieht vor, daß mittels der Reifenabdrucksensoren die Kräfte und Momente gemessen werden, die auf die einzelnen Reifen einwirken. Diese Meß­ ergebnisse werden zusammen mit den Informationen, die die anderen Sensoren liefern, dazu genutzt, die Bewegung des Kraftfahrzeuges zu steuern. Das Verfahren ist insbesondere für Fahrzeuge vorgesehen, bei denen alle Räder angetrieben werden und gelenkt werden können.
Aus der DE 39 37 966 C2 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Kraftschlußverhältnisse zwischen Fahrzeugreifen und Fahrbahn bekannt, bei dem die in dem Fahrzeugreifen in einer horizon­ talen Richtung und in Normalrichtung beim Durchlaufen des Reifenlatsches auftretenden lokalen Verformungen erfaßt und zur Ermittlung der auf die Reifen wirkenden Kräfte ausge­ wertet werden. Der Kraftschlußbeiwert wird dann aus dem Ver­ hältnis der Horizontalkraft zur Normalkraft bestimmt.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, auf Basis solcher Reifensensorik Fahrzeugzustandsgrößen zu bestimmen, die insbesondere für Kraftfahrzeug-Regelungssy­ steme verwertbar sind und die in bezug auf Genauigkeit und Zuverlässigkeit die hohen Anforderungen solcher Systeme er­ füllen.
Es hat sich herausgestellt, daß diese Aufgabe mit dem im Anspruch 1 beschriebenen Verfahren gelöst werden kann, des­ sen Besonderheit darin besteht, daß auf Basis der Meßgrößen, die mit Hilfe von Reifenkraftsensoren ermittelt werden und die Reifen-Längskräfte und -Seitenkräfte sowie die Reifen-Auf­ standskräfte wiedergeben, unter Einbeziehung von in Kor­ rekturstufen bestimmten, geschätzten und/oder errechneten Korrekturgrößen die Gierwinkelgeschwindigkeit und/oder -be­ schleunigung, der Lenkwinkel und der Schwimmwinkel des Kraftfahrzeugs sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrzeugbeschleunigung ermittelt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung von Fahrzeug­ zustandsgrößen und eine darauf aufbauende Regelung geht also von den direkt am Reifen auftretenden Momenten und Kräften aus. Schon dadurch werden alle Einflußgrößen erfaßt und Fehlinterpretationen, die auf mehrdeutige Sensorsignale oder Verarbeitungsfehler zurückgehen, vermieden oder erschwert. Durch die Berücksichtigung von Korrekturgrößen wird die Si­ cherheit und Zuverlässigkeit der Bestimmung von Fahrzeug­ zustandsgrößen und die Berücksichtigung der jeweiligen Fahr­ situation noch wesentlich erhöht bzw. verbessert.
Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung werden in den Korrekturstufen die von den Reifenkräften ab­ hängigen, mit den Reifensensoren ermittelten Größen, Zwischengrößen und die Komponenten dieser Größen in Abhän­ gigkeit von weiteren Meßgrößen, die z. B. mit konventionellen Sensoren, wie Raddrehzahlsensoren, usw. ermittelt wurden, und/oder mit Größen, die die momentane Fahrsituation (wie Kurvenfahrt, Geradeausfahrt, Reibbeiwert etc.) wiedergeben, gewichtet. Zusätzlich können erfindungsgemäß in den Korrek­ turstufen noch weitere Größen, die von den Motormomenten, der Motordrehzahl, der Getriebe-Gangstufe usw. abhängen, erfaßt und zur Gewichtung der Fahrzeugzustandsgrößen ausge­ wertet werden. Dadurch läßt sich z. B. eine sehr weitgehende, sehr genaue Anpassung der Regelung an sehr unterschiedliche Situationen erzielen. Außerdem wird die Fehlersicherheit und das rechtzeitige Erkennen eventueller Defekte erhöht.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Fahrzeugzustandsgrößen oder Komponenten dieser Größen in separaten Korrekturstufen gewichtet, indem die durch die Reifensensoren bestimmte Größen mit entsprechenden, durch herkömmliche Sensorik und/oder durch die momentane Fahrsi­ tuation bestimmten Größen zusammengesetzt und die zusammen­ gesetzten Größen als korrigierte Meßgrößen weiterverarbeitet werden. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Gierwinkelgeschwindigkeit, die Längskomponente der Fahrzeuggeschwindigkeit und die Querkomponente der Fahrzeuggeschwindigkeit in separaten Korrekturstufen zu er­ fassen und auszuwerten.
Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefüg­ ten Abbildungen hervor.
Es zeigen:
Fig. 1 in symbolisch vereinfachter, perspektivischer Dar­ stellung einen Fahrzeugreifen und die an der Aufstandsfläche angreifenden Kräfte,
Fig. 2 schematisch die Aufsicht auf ein Fahrzeug,
Fig. 3 im Diagramm die Abhängigkeit des Schräglaufwinkels eines Rades von der Reifen-Seitenkraft und der Reifen-Aufstandskraft,
Fig. 4 im Blockschaltbild oder Funktionsbild die wichtig­ sten Komponenten eines Ausführungsbeispiels einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung und
Fig. 5a) bis c) in symbolischer Darstellung Komponenten und Eingangsgrößen der Korrekturstufen der Schaltung nach Fig. 4.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf der Verwendung von Reifensensoren, mit denen die auf die Reifen ausgeübten, auf die Fahrbahn übertragenen Kräfte gemessen werden. In Fig. 1 sind symbolisch die an der Aufstandsfläche eines Rei­ fens auftretenden, mit Reifen-Kraftsensoren gemessenen Kraftkomponenten dargestellt. Mit FB ist die Reifen-Längs­ kraft, mit FS ist die Reifen-Seitenkraft und mit G die Auf­ standskraft bezeichnet. Diese Kräfte werden individuell für jedes Rad 1-4 ermittelt und ausgewertet. Die Indizes i (i = 1 . . . 4) weisen auf die einzelnen Räder hin; in Überein­ stimmung mit der symbolischen Darstellung in Fig. 2 werden üblicherweise das linke Vorderrad mit dem Index 1, das rech­ te Vorderrad mit 2, das rechte Hinterrad mit 3 und das linke Hinterrad mit 4 bezeichnet.
Der Fig. 2 ist außerdem die Definition der übrigen der hier verwendeten physikalischen Größen zu entnehmen. Von besonde­ rem Interesse sind die Schräglaufwinkel αi, wobei der Index i das jeweilige Rad bezeichnet, der Schwimmwinkel β, der ein Maß für die Stabilität des momentanen Fahrzustandes ist und daher die Abweichung von der Fahrzeuglängsrichtung ausdrückt. Mit ψ ist der Gierwinkel bezeichnet, mit δ der Lenkwinkel. Der Abstand des Fahrzeugschwerpunkts von der Mitte der Vorderachse ist mit lV, der Abstand dieses Schwer­ punktes von der Mitte der Hinterachse mit lH bezeichnet. Die Spurweite ist SW genannt.
In den Figuren und in den folgenden Erläuterungen werden durch einen über dem Symbol angeordneten Punkt die erste zeitliche Ableitung einer physikalischen Größe, durch zwei Punkte die zweite zeitliche Ableitung dargestellt.
Auf Basis der mit den Reifensensoren ermittelten Längs- und Seitenkräfte FB1 . . . FB4, FS1 . . . FS4 und der Aufstandskräfte G1 . . . G4 werden folgende Fahrzeuggrößen ermittelt:
vx, x = Geschwindigkeit, Beschleunigung des Fahrzeugs in Längsrichtung
vy, y = Geschwindigkeit bzw. Beschleuni­ gung des Fahrzeugs in Querrich­ tung
αi = Schräglaufwinkel für das Rad i
β = Schwimmwinkel
= Gierwinkelgeschwindigkeit
δ = Lenkwinkel.
Fig. 3 veranschaulicht die Abhängigkeit des Schräglaufwin­ kels αi eines Fahrzeugrades, nämlich des Rades i, von den auf das jeweilige Rad einwirkenden Reifen-Seitenkraft FSi. Als Parameter der dargestellten Kurven ist die jeweilige Auf­ standskraft Gi für verschiedene Situationen angegeben. Bei relativ geringer Aufstandskraft (von z. B. 1500 N) führt be­ reits eine relativ geringe Reifen-Seitenkraft zu einem hohen Schräglaufwinkel αi, während z. B. bei einer hohen Aufstands­ kraft Gi = 5500 N der durch eine bestimmte Reifen-Seiten­ kraft hervorgerufene Schräglaufwinkel sehr viel geringer ist. Hohe Aufstandskräfte wirken sich also auf die Fahrsta­ bilität eines Fahrzeugs günstig aus. Bei relativ geringer Aufstandskraft der Räder hat bereits eine verhältnismäßig geringe Reifen-Seitenkraft einen hohen Schräglaufwinkel αi zur Folge.
Die Schaltungsanordnung oder Funktionsdarstellung nach Fig. 4 enthält eine Eingangsschaltung 2, in der die Gierwinkel­ beschleunigung nach einer Gleichung (1) errechnet wird.
Hierzu werden der Schaltung 2, wie dies durch die zur Schal­ tung 2, in der die Berechnung nach der Gleichung (1) stattfindet, führenden Pfeile angedeutet ist, die benötigten Eingangsgrößen FSi, FBi, der Lenkwinkel δ und das Trägheits­ moment J zugeführt. Dieses Trägheitsmoment J wird entweder als eine von der Fahrzeugkonstruktion abhängige Konstante vorgegeben oder auf Basis der Aufstandskräfte G1 bis G4 er­ rechnet, wobei ein Massenverteilungsmodell, das durch den gestrichelten Block 3 symbolisiert ist, zur Anwendung kommen kann. Außerdem sind, wie den zu dem Block 2 führenden Signal-Pfeilen zu entnehmen ist, der Abstand lV des Fahrzeug-Schwerpunktes von der Mitte der Vorderachse (V) sowie der Abstand lH dieses Schwerpunktes von der Mitte der Hinterachse (H) als Eingangsgrößen erforderlich.
Die vorliegenden Betrachtungen und Berechnungen sind der Einfachheit halber auf eine Fahrzeug-, Fahr- und Fahrbahn­ ebene beschränkt. Zur noch genaueren Erfassung und Analyse der Vorgänge könnte in im Prinzip gleicher Weise auch die Neigung des Fahrzeugs oder das Wanken bzw. die Vertikalbewe­ gung in die Berechnungen einbezogen werden.
Für die Verarbeitung der Eingangssignale in der Schaltung 2 gilt (Gleichung 1):
J = - FSV lV cos δ FBV lV sin δ+ FSH lH + 0,5(FS2 - FS1)SW sin δ + (FB4 - FB3)SW/2 + 0,5 (FB1 - FB2)SW cosδ (1)
Die einzelnen Größen in dieser Gleichung (1) sind wie folgt definiert:
FSV = FS1 + FS2; FSH = FS3 + FS4
FBV = FB1 + FB2; FBH = FB3 + FB4
FS = FSV + FSH
"SW" bedeutet "Spurweite"
Aus der Gierwinkelbeschleunigung wird nach Fig. 4 durch einen Integrationsoperator 4 die Gierwinkelgeschwindigkeit 1 gewonnen. Nach Korrektur mit Hilfe einer Schaltung 5 (Korrekturstufe K1), deren Wirkungsweise und Bedeutung nach­ folgend anhand der Fig. 5a erläutert werden, steht am Aus­ gang dieser Korrekturstufe ein die Gierwinkelgeschwindigkeit darstellendes Signal zur Verfügung. ist also eine kor­ rigierte Größe, die aus der von den Reifenkräften abgeleite­ ten Gierwinkelgeschwindigkeit 1 unter Berücksichtigung von Anfangswerten und Korrekturwerten unterschiedlicher Art, wie nachfolgend anhand der Fig. 5 noch näher erläutert wird, gewonnen wurde.
Denkbar wäre auch ein Verzicht auf diese Korrektur in der Schaltung 5, wenn auf andere Weise im Regelsystem das in besonders ungünstigen Situationen mögliche Auftreten von Fehlmessungen oder Fehlinterpretationen verhindert werden könnte oder wenn das Auftreten solche Fehler mit Sicherheit zu erkennen wäre.
In einer Schaltung oder Stufe 6 wird nun nach der Beziehung (Gleichung 2)
β = LH'/v - (α3 + α4)/2 (2)
mit LH' = (lH 2 + ¼ SW 2)½
aus der Gierwinkelgeschwindigkeit unter Berücksichtigung des Schräglaufwinkels α3, α4 der Hinterräder und der Fahr­ zeuggeschwindigkeit v der Schwimmwinkel β errechnet. Der Abstand lH des Schwerpunktes von der Mitte der Hinterachse und die Spurweite müssen hierzu ebenfalls bekannt sein. Die Schräglaufwinkel α3, α4 der Hinterräder werden mit Hilfe ei­ ner Schaltung 7 oder von entsprechenden Algorithmen bzw. Programmschritten (siehe auch Fig. 3) aus den an den Hinter­ rädern gemessenen Reifen-Seitenkräften FS3, FS4 und den Auf­ standskräften G3, G4 bestimmt.
Der Schwimmwinkel β gibt Aufschluß über den Lenkwinkel δ. Der Lenkwinkel wird mit Hilfe einer Schaltung 8 ermittelt, in der der Lenkwinkel δ aus dem Schwimmwinkel β, der Gierwinkelgeschwindigkeit , der Fahrzeuggeschwindigkeit v und den Schräglaufwinkeln α1, α2 der Vorderräder unter Be­ rücksichtigung des Abstandes lV zwischen dem Schwerpunkt und der Mitte der Vorderachse und der Spurweite SW errechnet wird. Für den Rechenprozeß in der Schaltung 8 gilt die Be­ ziehung (Gleichung 3):
δ = (α1 + α2)/2 + β + LV'/v (3)
mit LV' = (lV 2+ SW 2/4)½
Die Schräglaufwinkel α1, α2 der Vorderräder werden wiederum aus den jeweiligen Reifen-Seitenkraftkomponenten FS1, FS2 er­ mittelt.
Die Schwimmwinkelgeschwindigkeit , der Lenkwinkel δ, die Gierwinkelgeschwindigkeit , die Quergeschwindigkeit und die Reifen-Längskräfte FBi sowie die Reifen-Seitenkräfte FSi bestimmen die Längskomponente der Fahrzeugbeschleunigung x, wobei die Masse m nach der Beziehung (Gleichung 4)
m = (G1 + G2 + G3 + G4)/g (4)
aus den Aufstandskräften G1 bis G4 die errechnet und ausge­ wertet wird. Eine Schaltung 9 symbolisiert die Rechenvorgän­ ge zur Bestimmung der Längskomponente x der Fahrzeugbeschleunigung nach der Beziehung (Gleichung 5):
x = 1/m (FSV sin δ - FBV cos δ - FBH) + vy( + ) (5)
Nach Integration in einem Block 11 und Korrektur in einer Schaltung 12 (Korrekturstufe K2) wird aus der Längsgeschwin­ digkeit vx1 des Fahrzeugs die korrigierte Längskomponente der Fahrzeuggeschwindigkeit vx gewonnen.
Die Querkomponente y der Fahrzeugbeschleunigung wird, analog zur Längskomponente x, mit Hilfe einer Schaltung 13 gewon­ nen, in der die Querkomponente y nach folgender Beziehung (Gleichung 6) bestimmt wird:
y = 1/m (- FSV cos δ - FBV sin δ - FSH) +vx( + ) (6)
Es schließt sich wiederum eine Integration in dem Block 14 an, die zur Ermittlung der Fahrzeug-Quergeschwindigkeit vy1 führt. Zur Korrektur (K3) ist eine Schaltung 15 vorgesehen, an deren Ausgang die Querkomponente vy der Fahrzeuggeschwin­ digkeit zur Verfügung steht. Schließlich werden die beiden Komponenten vx, vy in einer als Block 16 dargestellten Schal­ tung zusammengeführt, in der auf Basis einer Gleichung (7)
v = (vx2 + vy 2)½ (7)
die Fahrzeuggeschwindigkeit v aus der Summe der Quadrate beider Komponenten gewonnen wird.
Die Korrekturen in der Korrekturstufe K2 und/oder in der Korrekturstufe K3 sind, ebenso wie die Korrekturen in K1, eventuell entbehrlich oder könnten durch unabhängig von den momentanen Werten der Geschwindigkeits-Längs- und -Querkom­ ponenten vx bzw. vy ermittelt werden.
Fig. 5 dient zur Erläuterung der prinzipiellen Wirkungsweise der Korrekturstufen K1, K2 und K3 der Schaltungsanordnung nach Fig. 4. In ihrer prinzipiellen Wirkungsweise und ihrem Aufbau sind die drei Stufen gleich, wie auch aus dem folgen­ den hervorgeht. Natürlich werden solche Schaltungen bei Ver­ wendung programmgesteuerter Schaltungen durch Programm­ schritte oder Programmteile realisiert.
In der Stufe K1, die in Fig. 5a dargestellt ist, wird die Gierwinkelgeschwindigkeit grundsätzlich nach der Beziehung
(tn) = fψ [1(tn), 2(tn)] (8)
gewonnen. In dieser Formel bedeuten tn den betrachteten Zeit­ punkt oder Ermittlungszeitpunkt, die Komponente 1(tn) die zum Zeitpunkt n ermittelte Gierwinkelgeschwindigkeit auf Basis der gemessenen Reifenkräfte. Die Komponente 2(tn) bezeichnet die auf Basis der konventionellen Radsensorik, mit Hilfe von Motormomentsensoren, Motordrehzahlsensoren usw. und gewonnenen und errechneten Einfluß- und Korrektur­ größen. Auch andere, in dem System verfügbare Informationen können zusätzlich ausgewertet werden, d. h. bei der Bildung der Komponente 2(tn) berücksichtigt werden. Solche zusätzli­ chen Informationen werden beispielsweise über interne Bus-Verbindungen, an die auch andere KFZ-Regelungssysteme und Sensoren angeschlossen sind, geliefert. Die momentan einge­ legte Gangstufe ist ein Beispiel für eine weitere Einfluß­ größe.
Fig. 5a veranschaulicht das Zusammenwirken der einzelnen Einfluß- und Korrekturgrößen. In einem Addierer 17 werden die aus den Reifenkräften abgeleitete, gewichtete Komponen­ te 1k1 und die aus den übrigen Informationen gewonnene, ebenfalls gewichtete Komponente 2 (1-k1) zusammengesetzt.
Die Gierwinkelgeschwindigkeitskomponenten werden im Arbeits­ takt oder Verarbeitungstakt korrigiert. Es gilt nach Glei­ chung (9):
Es wird grundsätzlich die beste aktuelle Messung und Schät­ zung der Gierwinkelgeschwindigkeit dem nächsten Berechnungs­ schritt (n+1) als Anfangswert zugrunde gelegt.
In der Größe sind die momentan vorhandenen, aus der kon-
ventionellen Sensorik und aus den anderen Quellen hergelei­ teten, z. B. über die Bus-Verbindung zur Verfügung gestellten und je nach Situation, Fahrzeugtyp, Antriebsart usw. gewich­ teten Informationen enthalten. Für ein Fahrzeug mit Front­ antrieb gilt beispielsweise
2(tn) = (v3-v4)/SW.1/(1+ v2/vCH2) (10)
Für ein Fahrzeug mit Heckantrieb gilt dagegen:
2(tn) = (v2-v1)/(SW cos δ).1/(1+ v2/vCH2) (11)
mit δ = (v1-v2) (lV+lH)/SW vCH2 = (lV+lH)2cVcH/m(cHlH-cVlV) (12)
In diesen Formeln sind cV, cH die Seitenkraft-Schräglaufwin­ kelbeiwerte für die Vorderräder (V) und für die Hinterräder (H).
Der Einfluß der aus der konventionellen Reifensensorik und den übrigen Informationen abgeleiteten Größen auf das Regelgesche­ hen wird entweder durch einen konstanten Wert k1 oder durch einen variablen, von der Fahrsituation abhängigen Wert (k1 = f(FS)) korrigiert, wobei grundsätzlich eine Korrektur der Meß­ werte oder eine Kompensation der fehlenden oder der relativ unsicheren Informationen über andere, aus der herkömmlichen Sensorik und/oder aus den übrigen Informationsquellen abgelei­ teten Erkenntnissen stattfindet.
Für die Korrekturstufen K2, K3 gilt entsprechendes. In der Kor­ rekturstufe K2 nach Fig. 5b wird in prinzipiell gleicher Weise wie in der Stufe K1 die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit nach der Beziehung
vx(tn) = fvx [vx1(tn), vx2(tn)] (13)
ermittelt, wobei wiederum die Komponente vx1(tn) die auf Basis der gemessenen Reifenkräfte ermittelten Informationen darstellt und die Komponente vx2(tn) die aus der konventionellen Sensorik, insbesondere Radsensorik, und den anderen Quellen entnommenen, z. B. über die Bus-Verbindung angelieferten Informationen ent­ hält und verarbeitet.
Es wird wiederum der Regelung der aktuelle, d. h. im Augenblick beste, durch Messung, Schätzung, Approximation usw. ermittelte Wert nach der Beziehung
zugrunde gelegt.
In einer bestimmten Situation könnte beispielsweise gelten:
vx2(tn) = VREF,ABS (15)
Die Größe VREF,ABS wäre in diesem Fall die von einem Anti­ blockiersystem (ABS) zur Verfügung gestellte, dort errechnete Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit. Für die Funktion fvx gilt dann
fvx[vx1, vx2] = k2x vx1 + (1 - k2)vx2
0 ≦ k2 ≦ 1
In diesem Fall ist k2 eine Konstante oder eine Funktion der Fahrsituation; beispielsweise wird k2 = 0 oder nähert sich 0 an, wenn eine stabile Fahrsituation erkannt wurde; eine solche stabile Situation liegt z. B. unter folgenden Bedingungen vor:
  • - Geradeausfahrt (FS ≅ 0; v1, v2, v3, v4 sind annähernd gleich)
  • - Das Motormoment wird vollständig für die Traktion einge­ setzt:
    Mmot = 2 iS FB,links = 2 iS FB,rechts (16)
    mit iS = Getriebe-Übersetzungsfaktor.
Je nach Situation und zur Verfügung stehenden Meßdaten können auch andere Kriterien als Hinweis auf eine stabile Fahrsitua­ tion ausgewertet werden.
Fig. 5c, die die Korrekturstufe K3 widergibt, dient zur Her­ leitung der Fahrzeugquergeschwindigkeit vy(tn). Analog zur oben geschilderten Errechnung der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit gilt für die Fahrzeugquergeschwindigkeit ganz allgemein die Bezie­ hung:
vy(tn) = fvy[vy1(tn), vy2(tn)] (17),
wobei entsprechend den anhand der Korrekturschaltung K2 beschriebenen Zusammenhängen die Komponente vy1 dieser Beziehung die auf Basis der gemessenen Reifenkräfte ermittelte Fahrzeug­ quergeschwindigkeit darstellt. vy2 ist wiederum die von den übrigen Informationen abhängige Komponente; es gilt in analoger Weise das oben im Zusammenhang mit der Errechnung der Längskomponente vx2 Ausgeführte.
Für die fortlaufende Berechnung und Aktualisierung der Ergeb­ nisse gilt
Folglich ist
fvy [vy1, vy2] = k3 vy1 + (1 - k3)vy2
0 ≦ k3 ≦ 1 (19)
k3 ist auch in diesem Fall eine Konstante oder eine Funktion der Fahrsituation, die in der zuvor erläuterten Weise ermittelt wird.
Zurück zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 5a: Die Komponente 2 wird nach Fig. 5a mit Hilfe einer Schaltung oder einer durch Programmierung realisierten Funktion 20 errechnet, wobei die Berechnungen auf Basis von Informationen und Signalen durchführt werden, die mit den konventionellen Drehzahlsensoren und/oder mit anderen bekannten Informationsquellen und Senso­ ren gewonnen wurden. Als Beispiel für Eingangsgrößen sind in Fig. 5a das aktuelle Motormoment Mmot, die Motordrehzahl Nmot, die speziellen Bedingungen für die Übertragung des Motormomen­ tes auf die Straße (z. B. der eingelegte Gang) und andere Gege­ benheiten - symbolisiert durch den Eingangspfeil "Info" -, die die Auswirkung des Motormomentes auf das Raddrehverhalten be­ einflussen, angegeben. Dies sind wichtige Größen zur Erfassung des momentanen dynamischen Zustandes des Fahrzeugs.
Bei einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs, bei der die Seiten­ kräfte naturgemäß klein sind, bei einer Kurvenfahrt, bei hohen und bei niedrigen Reibbeiwerten, bei homogener und inhomogener Fahrbahn, bei geringen und bei hohen Geschwindigkeiten usw. ergeben sich jeweils unterschiedliche Fahrsituationen, die auf die Aussagekraft der über die Reifensensorik ermittelten Fahr­ zeugzustandsgrößen im Vergleich zu den Kompensationsgrößen großen Einfluß besitzen. Daher ist es zweckmäßig, die Komponen­ te 1, die aus der Reifensensorik abgeleitet ist, und die mit herkömmlichen Radsensoren etc. gewonnene Komponente 2 in Ab­ hängigkeit von den unterschiedlichen Fahrsituationen zu gewich­ ten. Dies geschieht nach Fig. 5a in den Schaltungen oder Pro­ grammschritten 21, 22. Eine Annäherung von k1 an den Wert 1 bedeutet einen hohen Einfluß bzw. eine hohe Abhängigkeit des Regelgeschehens von den mit der Reifensensorik gemessenen Wer­ ten, während ein kleiner Wert von k1, z. B. k1=0 oder nahe 0, eine weitgehende Abhängigkeit der Regelung von den auf andere Weise ermittelten Korrektur- und Kompensationswerten bedeutet.
Für die Wirkungsweise der Korrekturstufen K2 (Fig. 5b) und K3 (Fig. 5c), die die Schaltungen 23-25 und 26-28 umfassen, gilt prinzipiell das gleiche wie für die anhand der Fig. 5a erläu­ terte Korrekturstufe K1. Die mit der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 gewonnenen Geschwindigkeitskomponenten vx1und vy1, die weitgehend - bis auf die Korrektur in K1 - von den Reifensensorik-Meßwerten abhängig sind, werden mit Hilfe der der Korrekturstufen und Schaltungen nach den Fig. 5b und Fig. 5c in Abhängigkeit von den Größen vx2 und vy2 und von den Fakto­ ren k2 und k3 gewichtet. Die Größen vx2 und vy2 sind wiederum von verschiedenen Größen, z. B. von Radsensorsignalen, der Fahrsi­ tuation und den zuvor geschilderten Einflüssen oder von fest vorgegebenen Größen abhängig. Die Gewichtung der aus den ver­ schiedenen Quellen und Berechnungsmethoden stammenden Komponen­ ten ist also, in gleicher Weise wie anhand der Fig. 5a beschrieben, von der Fahrsituation und "Treffsicherheit" bzw. Zuverlässigkeit und Genauigkeit der ermittelten Größen abhän­ gig.
Die gewichteten Größen werden nach Fig. 5a in dem Addierer 17, in den Fig. 5b und 5c in Addierern 18 und 19 zusammengesetzt.
Auf Basis der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Fahrzeugzustandsgrößen lassen sich die eingangs erwähnten Kraftfahrzeug-Regelungssysteme und auch andere entscheidend verbessern. Da die Regelungsgrößen direkt von den Fahrzeugrä­ dern abgeleitet werden und damit unmittelbar die zu regelnde Größe oder Größen erfaßt werden, ist die Gefahr von Fehlinter­ pretationen und Verfälschungen während des Informations-Ver­ arbeitungsvorgangs vergleichsweise gering. Diese Sicherheit wird durch die Überwachung und Korrelation mit den auf herkömm­ lichen Wegen gewonnenen Informationen - dies findet in den Kor­ rekturstufen K1 bis K3 statt - noch entscheidend verbessert, so daß auch extreme Bedingungen erfaßt und Fehlfunktionen unmit­ telbar erkannt werden. Es ist zu erwarten, daß dadurch der für das komplette Regelungssystem erforderliche Gesamtaufwand ver­ gleichsweise gering wird.

Claims (9)

1. Verfahren zum Bestimmen von Fahrzeugzustandsgrößen, bei dem die auf die einzelnen Räder und Reifen wirkenden Kräf­ te mit Reifenkräftesensoren gemessen und zum Ermitteln von Regelgrößen für ein Kraftfahrzeug-Regelungssystem, wie ABS, ASR, EBV, GMR, ASMS (FSR, FDR), FWR etc., ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf Basis von Meß­ größen (FSi, FBi, Gi), die mit Hilfe der Reifenkräftesenso­ ren ermittelt wurden und die die Reifen-Längskräfte (FSi) und -Seitenkräfte (FBi) sowie die Reifen-Aufstands­ kräfte (Gi) der Räder (i; i=1 . . . 4) wiedergeben, unter Ein­ beziehung von in Korrekturstufen (K1, K2, K3) bestimmten, geschätzten und/oder errechneten Korrekturgrößen oder Kor­ rekturwerten, die Gierwinkelgeschwindigkeit () und/oder die Gierwinkelbeschleunigung, der Lenkwinkel (δ) und der Schwimmwinkel (β) des Fahrzeugs sowie die Fahrzeug­ geschwindigkeit (v) und/oder die Fahrzeugbeschleunigung ermittelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Korrekturstufen (K1, K2, K3) die von den Reifenkräften abhängigen bzw. mit den Reifenkraftsensoren ermittelten Größen und/oder Komponenten dieser Größen in Abhängigkeit von weiteren Meßgrößen, die mit konventionellen Sensoren, wie Raddrehzahlsensoren, etc., ermittelt wurden, und/oder mit die momentane Fahrsituation wiedergebenden Größen (Kurvenfahrt, Geradeausfahrt, Reibbeiwert etc.) gewichtet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Korrekturstufen (K1, K2, K3) ausschließlich oder zusätzlich Größen, die von den Motormomenten (Mmot), der Motordrehzahl, der Getriebe-Gangstufe etc. abhängig sind, erfaßt und zur Gewichtung der Fahrzeugzustandsgrößen oder der Komponenten dieser Größen ausgewertet werden.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in separaten, voneinander unabhängigen Korrekturstufen (K1, K2, K3) Fahrzeug­ zustandsgrößen oder Komponenten dieser Größen gewichtet werden, indem die durch die auf Basis der Reifensensorik gemessenen Größen (1, vx1, vy1) mit entsprechenden, durch herkömmliche Sensorik gewonnenen und/oder von der momenta­ nen Fahrsituation, von den Motormomenten etc. bestimmten Größen (2, vx2, vy2) zusammensetzt und die zusammengesetz­ ten Größen als korrigierte Größen (, vx, vy) weiterver­ arbeitet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Basis der Reifenkräfte bzw. der Reifensensorik gemes­ senen Größen (1, vx1, vy1) und die mit der herkömmlichen Sensorik gewonnenen und/oder von der momentanen Fahrsitua­ tion abhängigen Größen (2, vx2, vy2) gewichtet (Faktoren k1, k2, k3) und die gewichteten Größen zur Bildung der korri­ gierten Größen (, vx, vy) zusammengesetzt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gierwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs, die Längskomponente der Fahrzeuggeschwindigkeit und die Querkomponente der Fahrzeuggeschwindigkeit in separaten Korrekturstufen (K1, K2, K3) gewichtet und zur Bildung der korrigierten Größen (, vx, vy) in Addierern (17, 18, 19) mit den durch die herkömmlichen Sensorik gewonnenen und/oder von der momentanen Fahrsituation abhängigen, ebenfalls gewichteten Größen zusammengesetzt werden.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Fahrzeug­ zustandsgrößen (, vx, vy) die auf Basis der Reifenkräfte ermittelten Größen (1, vx1, vy1) in jedem Rechenschritt (tn+1) durch Korrelation mit den aktuellen, mit Hilfe der herkömmlichen Sensorik gewonnenen und/oder von der momen­ tanen Fahrsituation abhängigen Größen nach den Gleichungen (9, 14, 18)
aktualisiert werden, mit
(tn) = fψ[1(tn), 2(tn)] (8)
bzw.
vx(y)(tn) = fvx(y) [vx1(y1)(tn), vx2(y2)(tn)] (13, 17),
wobei die Komponenten 1(tn), vx1(y1)(tn) auf Basis der Rei­ fenkräfte, die Komponenten 2(tn), vx2(y1)(tn) mit Hilfe der konventionellen Sensorik etc. gewonnen werden.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Basis der Reifenkräfte ermittelten Größen (1(tn+1), vx1(tn+1), vy1(tn+1)) durch aktuelle Schätzung auf Basis der momentanen, aktuellen Zustandsgrößen ((tn), vx(tn), vy(tn)), quasi als Anfangs­ werte für den nächsten Berechnungsschritt ausgewertet wer­ den, berechnet werden.
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