DE19751227B4 - Method and device for operating a steering system for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem lenkbaren Rad (15), einem Stellantrieb (13; 23) und einem Überlagerungsgetriebe (12; 22), wobei durch das Überlagerungsgetriebe die durch den Fahrer des Fahrzeugs initiierte Lenkbewegung (δL) und die durch den Stellantrieb (13; 23) initiierte Bewegung (δM) zur Erzeugung der Lenkbewegung des lenkbaren Rades überlagert werden, wobei
– eine die Gierbewegung des Fahrzeugs repräsentierende Giergröße (ω) erfasst wird,
– ein Steuersignal (δM,soll) bei Vorliegen eines bestimmten Fahrzustands wenigstens abhängig von der erfassten Giergröße (ωist) gebildet wird,
– der Stellantrieb (13; 23) zur Initiierung der Bewegung (δM) durch das erzeugte Steuersignal (δM,soll) angesteuert wird,
– eine den Bremszustand des Fahrzeugs repräsentierende Bremsgröße (S) erfasst wird,
– das Vorliegen des Fahrzustands abhängig der erfassten Bremsgröße (S) bestimmt wird,
– nach dem Vorliegen des bestimmten Fahrzustands das Steuersignal (δM,soll) oder wenigstens der abhängig von der Giergröße (ωist) gebildete...Method for operating a steering system for a motor vehicle with at least one steerable wheel (15), an actuator (13; 23) and a superimposition gearbox (12; 22), wherein the steering gear initiated by the driver of the vehicle (δ L ) and the movement (δ M ) initiated by the actuator (13; 23) is superimposed to produce the steering movement of the steerable wheel, wherein
A yaw quantity (ω) representing the yawing motion of the vehicle is detected,
A control signal (δ M, soll ) is formed in the presence of a specific driving state at least as a function of the detected yaw quantity (ω ist ),
- The actuator (13, 23) for initiating the movement (δ M ) by the generated control signal (δ M, soll ) is driven,
A braking quantity (S) representing the braking state of the vehicle is detected,
The presence of the driving state is determined as a function of the detected braking quantity (S),
- After the presence of the particular driving state, the control signal (δ M, soll ) or at least the dependent on the yaw size (ω is ) formed ...
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Betrieb eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug.The The invention relates to a method and a device for operation a steering system for a motor vehicle.
Ein
solches Lenksystem ist aus der
Die
Die
Kompensation von Seitenwindeinflüssen durch
einen überlagerten
Lenkwinkeleingriff zeigt die
Die
In der Veröffentlichung Ackermann et al.: ”Fahrsicherheit durch robuste Lenkregelung”, Automatisierungstechnik 44 (1996) 5, Seiten 219 bis 225 wird vorgeschlagen, die Gierdynamik eines Kraftfahrzeugs durch einen Lenkeingriff zu beeinflussen, wobei insbesondere ein integrierender Regler (I-Regler) vorgesehen ist. In the publication Ackermann et al .: "Driving safety through robust steering control ", Automatisierungstechnik 44 (1996) 5, pages 219 to 225 is proposed the yaw dynamics of a motor vehicle by a steering intervention In particular, an integrating controller (I controller) is provided is.
Obwohl für die Ausregelung von großen Störungen, wie sie z. B. bei der μ-split-ABS-Bremsung oder starker Seitenwind auftreten, ein integrierender Giergeschwindigkeitsregler mit hoher Verstärkung besonders geeignet ist, verursacht ein solcher Regler andererseits bei kleinen Störungen, wie z. B. leichten Bodenwellen, häufig Lenkeingriffe, die unnötig und störend sind.Even though for the Settlement of large disorders, as they are z. B. in the μ-split ABS braking or stronger Crosswind occur, an integrating yaw rate controller especially with high gain On the other hand, such a regulator will cause it to be small disorders, such as B. light bumps, often steering interventions that are unnecessary and disturbing.
Die
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Gierverhalten eines Fahrzeugs durch Lenkeingriffe zu verbessern, ohne aber unnötig häufige Lenkeingriffe zu veranlassen.The The object of the present invention is the yaw behavior to improve a vehicle by steering interventions, but without unnecessarily frequent steering interventions to induce.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombinationen der unabhängigen Ansprüche gelöst.These The object is achieved by the feature combinations of the independent claims.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Wie schon erwähnt geht die Erfindung aus von einem Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem lenkbaren Rad, einem Stellantrieb und einem Überlagerungsgetriebe. Durch das Überlagerungsgetriebe werden die durch den Fahrer des Fahrzeugs initiierte Lenkbewegung und die durch den Stellantrieb initiierte Bewegung zur Erzeugung der Lenkbewegung des lenkbaren Rades überlagert. Erfindungsgemäß wird eine die Gierbewegung des Fahrzeugs repräsentierende Giergröße erfasst und bei Vorliegen eines bestimmten Fahrzustands ein Steuersignal wenigstens abhängig von dieser erfassten Giergröße gebildet. Der Stellantrieb wird dann zur Initiierung der Bewegung durch das erzeugte Steuersignal angesteuert. Weiterhin wird erfin dungsgemäß eine den Bremszustand des Fahrzeugs repräsentierende Bremsgröße erfasst und das Vorliegen des Fahrzustands abhängig von dieser erfassten Bremsgröße bestimmt. Nach dem Vorliegen des bestimmten Fahrzustands wird dann erfindungsgemäß das Steuersignal oder wenigstens der abhängig von der Giergröße gebildete Anteil des Steuersignals mit einem zeitlich abnehmenden Verhalten auf einen vorgebbaren Wert geführt.As already mentioned, the invention is based on a steering system for a motor vehicle with at least one steerable wheel, an actuator and a superposition gear. By the superposition gearing initiated by the driver of the vehicle steering movement and initiated by the actuator movement for generating the steering movement of the steerable wheel are superimposed. According to the invention, a yaw rate representing the yawing motion of the vehicle is detected, and in the presence of a specific driving state, a control signal is formed at least as a function of this detected yaw quantity. The actuator is then driven to initiate the movement by the generated control signal. Furthermore, according to the invention, a braking quantity representing the braking state of the vehicle is detected and the presence of the driving state is determined as a function of this detected braking quantity. After the presence of the specific driving state, the control signal or at least the proportion of the control signal formed as a function of the yaw size is then provided with ei according to the invention a time-decreasing behavior led to a predefinable value.
Die Erfindung ermöglicht einen aktiven Lenkeingriff zur Verbesserung des Gierverhaltens, der nur dann eingeschaltet wird, wenn eine äußere Störung der Fahrzeugbewegung detektiert wird. Nach dem Vorliegen des bestimmten Fahrzustands, also wenn dieser Fahrzustand nicht mehr vorliegt, wird das Steuersignal oder wenigstens den abhängig von der Giergröße gebildeten Anteil des Steuersignals mit einem zeitlich abnehmenden Verhalten auf einen vorgebbaren Wert, insbesondere auf den Wert Null, geführt. Gemäß der Erfindung wird der Zusatzlenkwinkel auf den vorgebbaren Wert, insbesondere auf den Wert Null, zurückgeführt, wenn keine äußere Störung mehr vorliegt.The Invention allows an active steering intervention to improve the yaw behavior, which is turned on only when detects an external disturbance of the vehicle movement becomes. After the existence of the particular driving condition, ie when this driving condition is no longer present, the control signal or at least the dependent formed by the greed size Proportion of the control signal with a time-decreasing behavior to a predeterminable value, in particular to zero. According to the invention is the additional steering angle to the predetermined value, in particular to zero, returned when no external disturbance anymore is present.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die erfasste Bremsgröße einen Bremszustand des Fahrzeugs repräsentiert, bei dem ein Bremsvorgang auf einer Fahrbahn mit signifikant unterschiedlichen Fahrbahnreibwerten auf den unterschiedlichen Fahrzeugseiten stattfindet. Insbesondere ist vorgesehen, dass die erfasste Bremsgröße abhängig von den Bremswirkungen, insbesondere abhängig von den Radbremsdrücken, wenigstens zweier Radbremsen auf unterschiedlichen Fahrzeugseiten erfasst wird. Die erfasste Bremsgröße kann dabei abhängig von der Differenz der Radbremsdrücke wenigstens zweier Radbremsen auf unterschiedlichen Fahrzeugseiten und/oder abhängig von dem Verhältnis des größeren zum kleineren der Radbremsdrücke (pvr, pvl) wenigstens zweier Radbremsen auf unterschiedlichen Fahrzeugseiten erfasst werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die erfasste Bremsgröße abhängig von einer Betätigung der Bremssystems des Fahrzeugs, insbesondere abhängig von einer Betätigung der Bremslichter, erfasst wird.In particular, it is provided that the detected braking quantity represents a braking state of the vehicle, in which a braking operation takes place on a roadway with significantly different road friction values on the different sides of the vehicle. In particular, it is provided that the detected brake quantity is detected on different vehicle sides as a function of the braking effects, in particular as a function of the wheel brake pressures, of at least two wheel brakes. The detected brake quantity can be detected depending on the difference between the wheel brake pressures of at least two wheel brakes on different sides of the vehicle and / or depending on the ratio of the larger to the smaller of the wheel brake pressures (p vr , p vl ) at least two wheel brakes on different sides of the vehicle. Furthermore, it can be provided that the detected brake quantity is detected as a function of an actuation of the brake system of the vehicle, in particular as a function of an actuation of the brake lights.
Wie
schon erwähnt
wird bei solchen sogenannten μ-Split-Bremsungen ein Giermoment
induziert, dem es durch einen aktiven Lenkeingriff entgegenzuwirken
gilt. Im Gegensatz zu Systemen, wie sie beispielsweise in der eingangs
erwähnten
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß eine Sollgröße für die Gierbewegung des Fahrzeugs bestimmt wird. Diese Sollgröße wird insbesondere abhängig von der durch den Fahrer des Fahrzeugs initiierten Lenkbewegung und/oder abhängig von der erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt. Das Steuersignal wird dann wenigstens abhängig von der Abweichung zwischen der erfaßten Giergröße und der bestimmten Sollgröße gebildet.In an advantageous embodiment of the invention is provided that one Target size for the yawing movement of the vehicle is determined. This target size is dependent in particular the initiated by the driver of the vehicle steering movement and / or dependent from the captured Vehicle speed determined. The control signal will then at least dependent from the deviation between the detected yaw rate and the determined target size.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erfaßte Giergröße oder die Abweichung zwischen der erfaßten Giergröße und der bestimmten Sollgröße zur Bildung des Steuersignals integriert wird (I-Regler). Wie schon beschrieben ist für die Ausregelung von großen Störungen, wie sie z. B. bei der μ-split-ABS-Bremsung oder starkem Seitenwind auftreten, ein integrierender Giergeschwindigkeitsregler mit hoher Verstärkung besonders geeignet. Das Problem, daß ein solcher Regler bei kleinen Störungen, wie z. B. leichten Bodenwellen, häufig Lenkeingriffe verursacht, die unnötig und störend sind, wird durch die Erfindung gelöst. Es ist somit ein I-Regler mit hoher Verstärkung gefunden, der nur im Fall bestimmter großer Störungen eingreift.Especially It is advantageous if the detected yaw size or the deviation between the captured Yaw size and the certain target size for education the control signal is integrated (I-controller). As already described is for the settlement of large disorders, as they are z. B. in the μ-split ABS braking or strong crosswind, an integrating yaw rate controller with high gain particularly suitable. The problem that such a controller at small Faults, like z. B. light bumps, often Causes steering intervention, which are unnecessary and disturbing, is by the invention solved. It is thus found an I-controller with high gain, which is only in the Case of certain big ones disorders intervenes.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass nach dem Vorliegen des bestimmten Fahrzustands, also wenn dieser Fahrzustand nicht mehr vorliegt, das Steuersignal oder wenigstens den abhängig von der Giergröße gebildeten Anteil des Steuersignals mit einem zeitlich abnehmenden Verhalten auf den Wert Null, zu führen. Das zeitlich abnehmende Verhalten kann dabei durch eine Rampe oder durch ein Verzögerungsverhalten erster Ordnung realisiert sein. Insbesondere kann das zeitlich abnehmende Verhalten von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängen. Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung wird der Zusatzlenkwinkel auf den Wert Null zurückgeführt, wenn keine äußere Störung mehr vorliegt.Farther it is advantageous that after the presence of the particular driving condition, So if this driving condition is no longer present, the control signal or at least the dependent formed by the greed size Proportion of the control signal with a time-decreasing behavior to the value zero, to lead. The temporally decreasing behavior can be achieved by a ramp or by a delay behavior be realized first order. In particular, the time-decreasing Behavior depend on the vehicle speed. According to this embodiment of the Invention, the additional steering angle is returned to zero, if no external interference more is present.
Eine verbesserte Detektion von äußeren Störungen wird dadurch erzielt, dass die erfasste Bremsgröße weiterhin abhängig ist von der durch den Fahrer des Fahrzeugs initiierten Lenkbewegung und der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder von einer die Querbeschleunigung des Fahrzeugs repräsentierenden Größe. Bei dieser Variante wird bei der μ-Split-Erkennung zusätzlich der Lenkwinkel und die Fahrzeuggeschwindigkeit oder die Querbeschleunigung berücksichtigt, um μ-Split-Bremsung und Kurvenbremsung besser unterscheiden zu können.A improved detection of external disturbances achieved by the fact that the detected braking quantity is still dependent from the initiated by the driver of the vehicle steering movement and the vehicle speed and / or one of the lateral acceleration representing the vehicle Size. at This variant is additionally used in μ-split detection Steering angle and the vehicle speed or the lateral acceleration considered, by μ-split braking and curve braking to be able to differentiate better.
Da auch Seitenwind zu einer unerwünschten Gierbewegung des Fahrzeugs führen kann, ist es darüber hinaus vorteilhaft, dass eine einen Seitenwindeinfluss auf das Fahrzeug repräsentierende Seitenwindgröße erfasst wird, und das Vorliegen des Fahrzustands auch abhängig der erfaßten Seitenwindgröße bestimmt wird.There also crosswinds to an unwanted yaw movement lead the vehicle can, is it about it also advantageous that a crosswind influence on the vehicle representing Crosswinds recorded is, and the presence of the driving condition also dependent on detected Crosswinds determined becomes.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Further advantageous embodiments are given in the dependent claims.
Zeichnungendrawings
Die
Ausführungsbeispielembodiment
Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt werden. Dabei wird beispielhaft von einer eingangs erwähnten Überlagerungslenkung ausgegangen.in the The following is intended to illustrate the invention with reference to an embodiment become. This is exemplified by an overlay steering mentioned above went out.
Die
Die
In
der
Bei
der in der
Eine
andere Möglichkeit
besteht in der Ausregelung der Störungen durch einen Giergeschwindigkeitsregler
nach
Für die μ-Split-Bremsung ist die Verwendung eines reinen I-Reglers als Giergeschwindigkeitsregler besonders günstig.For μ-split braking is the use of a pure I-controller as a yaw rate controller very cheap.
Das
bedeutet das Regelgesetz:
Die
anhand der
Dem
Giergeschwindigkeitsregler
Der
integrierende Giergeschwindigkeitsregler
Wird
der Fahrtbeginn durch die Zeit t = 0 gekennzeichnet, so wird das
Regelgesetz durch folgende Gleichungen beschrieben:
für t = 0:
for t = 0:
Dabei ist KI > 0 eine konstante Verstärkung, die ungefähr so groß wie die Lenkübersetzung iL ist. a > 0 ist ein konstanter Faktor, wobei 1/a die Zeitkonstante ist, mit der der Zusatzwinkel bzw. die Sollgröße δM,soll nach Ende der μ-Split-Bremsung zurückgenommen wird.Here, K I > 0 is a constant gain that is about as large as the steering ratio i L. a> 0 is a constant factor, where 1 / a is the time constant with which the additional angle or setpoint δ M, should be canceled after the end of μ-split braking.
Die μ-Split-Erkennung
Wenn die Bremse betätigt wird, was mittels des Bremslichtschalters
When the brake is actuated, which by means of the brake light switch
Nach
Ausblendung der Störeinflüsse durch die
Filter
Der
Grenzwert PG wird an das Gesamtdruckniveau
angepaßt,
indem der konstante Wert PGo um das mit
dem konstanten Faktor KG (Block
Das μ-Split-Flag
wird mit dem BLS-Wert im Block
Neben der beschriebene Berücksichtigung der Radbremsdruckdifferenzen kann das Verhältnis des größeren zum kleineren der Radbremsdrücke (pvr, pvl) wenigstens zweier Radbremsen auf unterschiedlichen Fahrzeugseiten ausgewertet werden.In addition to the described Radbremsdruckdifferenzen consideration of the ratio of the larger to the smaller one of the wheel brake pressures can (p vr, p vl) at least two wheel brakes are evaluated on different sides of the vehicle.
Die vorgeschlagene schaltbare Giergeschwindigkeitsregler ermöglicht zahlreiche Varianten und Erweiterungen:
- – Nach Ende der μ-Split-Bremsung wird der Zusatzwinkel nicht mit einem Verzögerungsverhalten sondern rampenförmig, d. h. mit der konstanten Geschwindigkeit ±dδM,soll(0)/dt, auf Null zurückgeführt.
- – Die Rückführung auf den Wert Null, d. h. der Faktor a oder die Geschwindigkeit ±dδM,soll(0)/dt, hängt von der Fahrzeuggeschwindigkeit ab.
- – Bei Stillstand des Fahrzeugs wird der Zusatzwinkel nicht verändert; ist bei Erreichen des Fahrzeugstillstands δM ≠ 0 bzw. δM,soll ≠ 0, so wird der Zusatzwinkel erst dann auf Null zurückgeführt, wenn das Fahrzeug wieder anfährt.
- – In der μ-Split-Erkennung werden zusätzlich der Lenkwinkel und die Fahrzeuggeschwindigkeit oder die Querbeschleunigung berücksichtigt, um μ-Split-Bremsung und Kurvenbremsung besser unterscheiden zu können.
- – Anstatt
der μ-Split-Erkennung
nach der
6 zu verwenden, kann dann auf eine μ-Split-Bremsung geschlossen werden, wenn der sog. μ-Split-Faktor einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Dabei ist Pmax = max(pvl, pvr), Pmin = min(pvl, pvr); Poff ist ein konstanter Offset und ay die Fahrzeugquerbeschleunigung; P0, P1 und P2 sind konstante Parameter. - – Anstatt einer separaten μ-Spit-Erkennung wird das μ-Split-Flag verwendet, das im allgemeinen in einem konventionellen Antiblockierregelungs-Steuergerät vorliegt.
- – Der integrierende Regler wird auch bei Seitenwind eingeschaltet. Daß Seitenwind herrscht, wird mittels Luftdrucksensoren an verschiedenen Stellen der Karosserie detektiert, vgl. Tran, V. T.: Crosswind Feedforward Control – A Messure to Improve Vehicle Crosswind Behaviour; Vehicle System Dynamics 23 (1993), S. 165–205.
- – Der schaltbare I-Regler wird durch weitere Rückführungen ergänzt, z. B. eine proportionale Rückführung der Giergeschwindigkeit zur Dämpfung der Gierbewegung, die selbstverständlich zu allen Zeiten Lenkeingriffe veranlassen können.
- - After the end of the μ-split braking, the additional angle is not returned with a deceleration behavior but ramp-shaped, ie with the constant velocity ± dδ M, soll (0) / dt, to zero.
- The return to the value zero, ie the factor a or the speed ± dδ M, soll (0) / dt, depends on the vehicle speed.
- - At standstill of the vehicle, the additional angle is not changed; is on reaching the vehicle standstill δ M ≠ 0 or δ M, should ≠ 0, then the Additional angle only returned to zero when the vehicle starts again.
- - μ-split detection also takes into account steering angle and vehicle speed or lateral acceleration to better distinguish μ-split braking and cornering braking.
- - Instead of the μ-split detection after the
6 can be concluded then on a μ-split braking, if the so-called μ-split factor exceeds a certain limit. Where P max = max (p vl , p vr ), P min = min (p vl , p vr ); P off is a constant offset and ay is the vehicle lateral acceleration; P 0 , P 1 and P 2 are constant parameters. - Instead of a separate μ-Spit detection, the μ-split flag is used, which is generally present in a conventional antilock control device.
- - The integrating controller is switched on even in crosswinds. That side wind prevails is detected by means of air pressure sensors at various points of the body, cf. Tran, VT: Crosswind Feedforward Control - A Measurement to Improve Vehicle Crosswind Behavior; Vehicle System Dynamics 23 (1993), pp. 165-205.
- - The switchable I-controller is supplemented by further feedback, eg. As a proportional feedback of the yaw rate for damping the yawing motion, which can cause course at all times steering interventions.
Zusammenfassend können als Vorteile der Erfindung herausgestellt werden:
- – Es wird ein integrierender Giergeschwindigkeitsregler für einen aktiven Lenkeingriff vorgestellt, der nur dann eingeschaltet wird, wenn eine äußere Störung der Fahrzeugbewegung detektiert wird. Liegt keine äußere Störung vor, wird der Zusatzlenkwinkel auf den Wert Null zurückgeführt.
- – Im Gegensatz zu einem konventionellen Giermomenteneingriff wird auch bei ungleichmäßigem Bremsbelagverschleiß, Fading, unterschiedlichen Reifen rechts und links, ABS-Fehlfunktion oder Bremskreisausfall richtig in die Lenkung eingegriffen.
- – Bei der Störung kann es sich auch um Seitenwind, der mittels Luftdrucksensoren erkannt werden kann, handeln.
- – Der schaltbare I-Regler kann durch weitere Regler oder Steuerungen ergänzt werden.
- An integrating yaw rate controller for an active steering intervention is presented, which is only activated when an external disturbance of the vehicle movement is detected. If there is no external interference, the additional steering angle is returned to zero.
- - In contrast to a conventional yaw moment intervention is intervened properly in the steering even with uneven brake pad wear, fading, different tires right and left, ABS malfunction or brake circuit failure.
- - The fault may also be crosswind, which can be detected by means of air pressure sensors act.
- - The switchable I-controller can be supplemented by further controllers or controls.
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