DE19944333A1 - Vorrichtung zur Regelung eines Giermoments - Google Patents

Vorrichtung zur Regelung eines Giermoments

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Regelung eines Giermoments mittels Reifensensoren. Es werden über die Verformungen des Reifens Radkräfte berechnet und mit dem Achsabstand zum Schwerpunkt multipliziert. Eine Verteilung des zu regelnden Giermoments auf die Räder des Fahrzeugs erfolgt in Abhängigkeit vom Vorzeichen der Querkraftdifferenz (Fig. 4a).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rege­ lung eines Giermoments eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bekannte Giermomentenregelungen stabilisieren das Fahrverhalten des Fahrzeugs bei Kurvenfahrten durch Vergleich einer Sollgiergeschwindigkeit mit einer Istgiergeschwindigkeit, die von einem Gierratensensor gemessen wird, welcher geringste Änderungen der Istgiergeschwindigkeit erfasst. Bei Abweichung der Istgiergeschwindigkeit von der Sollgiergeschwindigkeit, die mindestens in Abhängigkeit von den Größen Lenkradwinkel, Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit und Reibwert berechnet wird, wird diese Differenz in Steuersignale für bestimmte Stellelemente umgerechnet, durch deren Betätigung dann sich die Istgiergeschwindigkeit an die Sollgiergeschwindigkeit annähert.
Ferner sind Druckschriften bekannt, die sich mit dem Erfassen und Auswerten der am Fahrzeugreifen angreifenden Kräfte und Momente befassen (WO 96/10505, WO 97/44673). Ein Reifensensor, insbesondere dessen Ausbildung, ist in der DE 196 20 582 A1 beschrieben.
Darüber hinaus ist es aus der DE 196 24 795 A1 bekannt, daß anhand von Reifensensoren Kräfte und Momente in Längs-, Quer- und Vertikalrichtung errechnet werden können. Eine Giermomentenregelung die die Kräfte verwendet soll so aussehen, daß ein Sollgiermoment errechnet wird, jedoch kein Istgiermoment mittels eines Gierratensensors erfaßt wird. Ein Sollgiermoment wird in Sollkräfte umgerechnet, welche an den jeweiligen Fahrzeugreifen angreifen, wenn das Sollgiermoment mit dem Istgiermoment übereinstimmt. Danach werden dann die Istkräfte, welche an den Fahrzeugreifen angreifen, auf die Sollkräfte hin geregelt.
Zur Durchführung des Verfahrens ist ein Momentendekompositor vorgesehen, in den ein Sollgiermoment MG eingeht, welches auf nicht dargestellte Weise ermittelt wird. Der Momentendekompositor ermittelt aus dem Sollgiermoment MG Kräfte Fi, soll, welche von den einzelnen Fahrzeugreifen aufgebracht werden müssen, um das angegebene Sollgiermoment MG zu erzielen. Hieraus ergeben sich zusammen mit den tatsächlich schon aufgebrachten Kräften Fi, ist Kräftedifferenzen ΔFi, welche einem Radkraftregler zugeführt werden. Der Radkraftregler soll anhand der einzustellenden Kräftedifferenzen Maßnahmen errechnen, die an den einzelnen Fahrzeugrädern durchzuführen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Regelung des Giermoments eines Fahrzeugs anzugeben, welche eine möglichst schnelle Giermomentenregelung ohne Gierratensensor oder mit einem Gierratensensor geringerer Güte auf ein kritisches Fahrverhalten hin erlaubt.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder 2 gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei einem zunehmenden Schräglaufwinkel α die Istquerkräfte Fy in eine Sättigung gelangen. Diese Istquerkräfte sind daher bei größeren Schräglaufwinkeln kleiner als die aus den Eingangsgrößen Lenkradwinkel δ, Fahrzeugreferenzge­ schwindigkeit νref und geschätzter Reibwert in z. B. einem dynamischen Einspurmodell berechneten Referenzquerkräfte für die Vorder- und Hinterachse. Die für das Fahrmanöver benötigten Querkräfte Fy, ref können nicht mehr auf die Fahrbahn übertragen werden, so daß eine Stabilisierung des Fahrzeugs eingeleitet werden muß, wenn die Abweichung mindestens einen (betragsmäßigen) Schwellenwert überschreitet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bestimmt hierzu das Giermoment bei übersteuerndem Fahrverhalten des Fahrzeugs nach der Beziehung
ΔFy, H = Fy, ref, H (δ, νref, ) - (Fy, IST, HL + Fy, IST, HR)
mit Fy, IST, HL = gemessene Querkraft am linken Hinterrad, Fy, IST, HR = gemessene Querkraft am rechten Hinterrad, Fy, ref, H (δ, νref, ) = berechnete Referenzkraft des Hinderrades in Abhängigkeit von Lenkradwinkel, Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit, Reibwert
und dem Abstand lH, der Hinterachse vom Schwerpunkt nach
ΔFy, HlH.
Das zur Stabilisierung des Fahrzeugs benötigte Giermoment bzw. die Giermomentendifferenz ist folglich das aus der Kraftdifferenz an der Hinterachse und dem Abstand der Hinterachse zum Schwerpunkt als Hebelarm bestimmte Moment, das am linken oder rechten Vorderrad als Längskraft aufgebracht wird.
Das zu regelnde Giermoment bei untersteuerndem Fahrverhalten des Fahrzeugs wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach der Beziehung
ΔFy, V = Fy, ref, V (δ, νref, ) - (Fy, IST, VL + Fy, IST, VR )
mit Fy, IST, VL = gemessene Querkraft am linken Vorderrad, Fy, IST, VR = gemessene Querkraft am rechten Vorderrad, Fy, ref, V (δ, νref, ) = berechnete Referenzkraft des Vorderrades in Abhängigkeit von Lenkradwinkel, Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit, Reibwert und dem Abstand lv der Vorderachse vom Schwerpunkt nach
ΔFy, VlV
bestimmt. Das zur Stabilisierung des Fahrzeugs benötigte Giermoment bzw. die Giermomentendifferenz ist folglich das aus der Kraftdifferenz an der Vorderachse und dem Abstand der Vorderachse zum Schwerpunkt als Hebelarm bestimmte Moment, das am linken oder rechten Hinterrad als Längskraft aufgebracht wird.
Es werden z. B. konstante Abstände der Vorder- oder Hinterachse vom Schwerpunkt angenommen oder dynamische Schwerpunktsänderungen adaptiert, anhand denen die Abstände von der Hinterache oder Vorderachse berechnet werden. Ein Verfahren zur Ermittlung der Fahrzeugmasse und des momentanen Ortes des Massenschwerpunktes des Fahrzeugs in einem Massenverteilungsmodell werden in der DE 196 23 595 A1 beschrieben, auf deren Inhalt ausdrücklich Bezug genommen wird.
Dem Prinzip der vorliegenden Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, daß die unter- oder übersteuernde Betriebszustände des Fahrzeugs durch Vergleich der mittleren Schräglaufwinkel der Vorder- und Hinterachse (αV,αH) bestimmt werden können. Bei größeren Schräglaufwinkeln vorn hat das Fahrzeug danach ein untersteuerndes, im umgekehrten Fall ein übersteuerndes Verhalten. Neutrales Verhalten liegt vor, wenn die Schräg­ laufwinkel vorne und hinten gleich sind. Die unter- oder übersteuernden Betriebszustände des Fahrzeugs können anhand der von den Reifensensoren erfassten Verformungen des Reifens, welche mit den Schräglaufwinkeln bis zur Sättigungsgrenze der berechneten Querkräfte korrelieren, erkannt werden, indem Istlängs-, Istquerkräfte und Istmomente aus den erfassten Reifenverformungen (Reifen­ seitenwandverformungen) berechnet werden, die mit im dynamischen Einspurmodell berechneten, geschätzten oder in anderer Weise generierten Kraft- und/oder Momentenreferenz- bzw. Sollwerten verglichen werden. Das zu regelnde Giermoment oder die Kraftdifferenz wird dabei an den (stabileren)Rädern der Fahrzeugachse aufgebracht, die der Fahrzeugachse gegen­ überliegt, an der die zur Berechnung der Istwerte (Kräfte, Momente) gemessenen Verformungen durch die auf die Reifen wirkenden Kräfte verstärkt bzw. anhand stärker ausgeprägter Reifenverformungen auftreten. Da die die unter- und übersteuernden Betriebszustände des Fahrzeugs beschreibenden Istquerkräfte oberhalb der Sättigungsgrenze nicht mehr mit den Schräglaufwinkeln korrelieren, können durchaus andere physikalische Größen, die das tatsächliche Fahrzeugverhalten bzw. den tatsächlichen Fahrzustand darstellen, zur Berechnung des Istverhaltens des Fahrzeugs herangezogen werden, da das Vorzeichen des aus der Momenten- oder Kraftdifferenz gebildeten stabilisierenden Momentes nicht hinreichend für eine Verteilung des stabilisierenden Momentes in Form von Kraftanforderungen für die Räder ist. Hierzu sind weitere Informationen über den aktuellen Fahrzustand, der z. B. durch die Gierrate und den Schwimmwinkel gekennzeichnet ist, notwendig.
Bei übersteuerndem Fahrverhalten (αV-αH < 0) wird an dem linken oder rechten Vorderrad eine Längskraft Fx nach der Beziehung
mit bVL/R = halbe Spurweite des Vorderrades links bVL bzw. rechts bVR oder
bei untersteuerndem Fahrverhalten am linken oder rechten Hinterrad eine Längskraft nach der Beziehung
mit bHL/R = halbe Spurweite des Hinterrades links bVL bzw. rechts bVR aufgebracht. Das zu regelnde, durch Vergleich der Hinterachsquerkräfte mit den Referenzquerkräften bestimmte Giermoment, wird über eine auf die Räder bzw. Reifen der Vorderachse aufgebrachte Längskraft im übersteuernden Betriebszustand des Fahrzeugs aufgebracht, also auf die Räder mit kleinerem Schräglaufwinkel und damit größerem Regelbereich.
Das zu regelnde, durch Vergleich der Vorderachsquerkräfte mit den Referenzquerkräften bestimmte Giermoment, wird über eine auf die Räder bzw. Reifen der Hinderachse aufgebrachte Längskraft im untersteuernden Betriebszustand aufgebracht, also auf die Räder mit kleinerem Schräglaufwinkel und damit größerem Regelbereich.
Die Längskraft Fx wird dabei in Form eines Radbremsdruckes nach der Beziehung
bei übersteuerndem Fahrverhalten
mit K = Verstärkungsfaktor, KB = bremsspezifischer Koeffizient, rdyn = dynamischer Reifenradius, lH = Abstand der Hinterachse vom Schwerpunk des Fahrzeugs und bVL/R = halbe Spurweite der Vorderachse links bVL bzw. rechts bVR oder nach der Beziehung
bei untersteuerndem Fahrverhalten
mit K = Verstärkungsfaktor, KB = bremsspezifischer Koeffizient, rdyn = dynamischer Reifenradius, lV = Abstand der Vorderachse vom Schwerpunk des Fahrzeugs und bHL/R = halbe Spurweite der Hinterachse links bHL bzw. rechts bHR auf die Räder aufgebracht. Durch den Verstärkungsfaktor K kann die Stärke des Eingriffs variiert werden. Der Faktor KB ist durch die konstruktive Gestaltung der Bremse festgelegt.
Die ermittelten Längskräfte - können beispielsweise - wie vorstehend angegeben - in absolute Bremsdrücke aber auch in Bremsdruckänderungen umgerechnet werden. Bei hydraulischen Bremsanlagen kann auch eine Umrechnung in Ventilschaltzeiten oder bei der Verwendung von Proportionalventilen in Stromstärken erfolgen. Zur Regelung der angetriebenen Räder auf das zu regelnde Giermoment hin kann auch das Motorantriebsmoment variiert werden. Dabei sind die auf den Reifen wirkenden Kräfte immer zusammen mit mindestens einer das tatsächliche Fahrverhalten bzw. den aktuellen Fahrzustand beschreibenden Größe die Regelgrößen, nach welchen sich der Eingriff in die Radbremsen und/oder das Motorantriebsmoment richtet.
Das Eintrittskriterium in die Giermomentenregelung ist die Erkennung eines vom Fahrer nicht mehr beherrschbaren Fahrzustands bzw. Fahrverhaltens des Fahrzeugs basierend auf einem oder mehrerer der folgenden Signale:
  • - Kraft- und/oder Momentendifferenzen gegenüber Referenzkräften und/oder -momenten aus einem Referenzmodell (radweise, achsweise, oder für das Gesamtfahrzeug, z. B. als Momentendifferenz um die Hochachse des Fahrzeugs)
  • - Gierratendifferenzen einer geschätzten oder gemessenen Gierrate gegenüber einer Gierrate aus einem Referenzmodell.
  • - Gierbeschleunigungsdifferenzen einer geschätzten oder gemessenen Gierbeschleunigung gegenüber einer Gierbeschleunigung aus einem Referenzmodell.
  • - Querbeschleunigungsdifferenzen einer geschätzten oder gemessenen Querbeschleunigung gegenüber einer Querbeschleunigung aus einem Referenzmodell.
  • - Schwimmwinkeldifferenz eines geschätzten Schwimmwinkels gegenüber eines Schwimmwinkels aus einem Referenzmodell
  • - Schräglaufwinkeldifferenz eines geschätzten Schräglaufwinkels gegenüber eines Schräglaufwinkels aus einem Referenzmodell eines Rades oder einer Achse.
Überschreiten ein obiges Differenzsignal oder die Kombination mehrerer Signale eine oder mehrere fahrsituations- und reibwertabhängige Eintrittsschwellen wird die Regelung gestartet. Bei einer absoluten Regelabweichung erfolgt der Eintritt in die Regelung bevorzugt nach der Beziehung
| ΔFy, V/H| < S oder
| ΔFy, V/HlV/H | < S
wobei S = Eintrittsschwellenwert, ΔFy, V/H = Differenz der Querkraft an den Vorder-oder Hinterrädern, lV/H = Abstand der Vorder- oder Hinterachse vom Schwerpunkt, mit ΔFy, H und lH bei übersteuerndem Fahrverhalten des Fahrzeugs und ΔFy, V und lV bei untersteuerndem Fahrverhalten des Fahrzeugs.
Der Regelaustritt findet beim Unterschreiten einer oder mehrerer fahrsituations- und reibwertabhängigen Austrittsschwellen statt, die nach den für den Eintritt genannten Beziehungen definiert sein können, deren Schwellenwerte sich jedoch von den Eintrittsschwellenwerten vom Betrag her unterscheiden können. Der Ein- und Austritt kann über Zeitglieder verzögert werden.
Eine weitere, in die Ermittlung der Kräfte und Momente einfließende Eingangsgröße könnten beispielsweise die Einzelradgeschwindigkeiten der Räder sein, wobei die Einzelradgeschwindigkeiten entweder auf bekannte Weise mittels Radsensoren erfaßt werden könnten oder aber auch durch eine entsprechende Gestaltung der Reifensensoren.
Die Verteilung des stabilisierenden Momentes kann durch die Betrachtung von Vorzeichen und Betrag eines oder mehrerer der folgenden Signale erfolgen:
  • - Differenz zwischen Referenz- und Istmoment
  • - Differenz zwischen Referenz- und Istkäften
  • - Gemessene oder geschätzte Kräfte an den Rädern
  • - Gemessene oder geschätzte Gierrate oder einer Gierratendifferenz
  • - Gemessene oder geschätzte Querbeschleunigung
  • - Gemessener oder geschätzter Lenkwinkel
  • - Geschätzter Schwimmwinkel oder einer Schwimmwinkeldifferenz
  • - Geschätzter Schräglaufwinkel oder einer Schräglaufwinkeldifferenz
Das stabilisierende Giermoment ΔFy, H/VlH/V kann bevorzugt z. B. derart verteilt werden, daß abhängig von Vorzeichen der Kraftdifferenz am rechten oder linken Vorder- oder Hinterrad eine Längskraft aufgebracht wird.
Bei einem Regeleintritt erfolgt die Verteilung des zu regelnden Giermoments ΔFy, HlH auf die Räder bei einem übersteuernden Fahrzeug wie folgt. Bei einer absoluten Regelabweichung, die größer als der Eintrittsschwellenwert ist, wird mit der Regelung begonnen. Bei einer negativen Regelabweichung -ΔFy, HlH und einer Summe der Querkräfte an der Vorderachse größer einem oberen Schwellenwert SO für ein Band um die Nullage und einer Summe der Querkräfte an der Hinterachse größer einem oberen Schwellenwert SO für ein Band um die Nullage erfolgt ein Eingriff am vorderen rechten Rad. Beim Übergang von einer Links- zu einer Rechtskurve und einer Summe der Querkräfte an der Vorderachse größer einem oberen Schwellenwert SO für ein Band um die Nullage oder einer Summe der Querkräfte an der Hinterachse größer einem oberen Schwellenwert SO, für ein Band um die Nullage erfolgt ein Eingriff am vorderen linken Rad. Bei einer positiven Regelabweichung -ΔFy, HlH und einer Summe der Querkräfte an der Vorderachse kleiner einem unteren Schwellenwert SU für das Band um die Nullage und einer Summe der Querkräfte an der Hinterachse kleiner einem unteren Grenzwert SU, für das Band um die Nullage erfolgt ein Eingriff am vorderen linken Rad. Beim Übergang von einer Rechts- zu einer Linkskurve und einer Summe der Querkräfte an der Vorderachse kleiner einem unteren Schwellenwert SU für ein Band um die Nullage oder einer Summe der Querkräfte an der Hinterachse kleiner einem unteren Schwellenwert SU für ein Band um die Nullage erfolgt ein Eingriff am vorderen rechten Rad.
Beim untersteuernden Betriebszustand des Fahrzeugs erfolgt bei einer positiven Regelabweichung ΔFy, VlV und einer Summe der Querkräfte an der Vorderachse größer einem oberen Schwellenwert SO für ein Band um die Nullage und einer Summe der Querkräfte an der Hinterachse größer einem oberen Schwellenwert SO für ein Band um die Nullage ein Eingriff am hinteren linken Rad. Bei einer negativen Regelabweichung ΔFy, VlV und einer Summe der Querkräfte an der Vorderachse kleiner einem unteren Schwellenwert SU für ein Band um die Nullage und einer Summe der Querkräfte an der Hinterachse kleiner einem unteren Schwellenwert SU für ein Band um die Nullage erfolgt ein Eingriff am hinteren rechten Rad.
Auf der Basis einer negativen oder positiven Regelabweichung der durch die Ist- und Sollquerkräfte verursachten Giermomentendifferenz ist es also möglich, eine Längskraft in Abhängigkeit von durch die Summe der an der Vorder- oder Hinterachse angreifenden Querkräfte über- oder unterschrittenen Schwellenwerten eines Toleranzbandes, innerhalb dem ein Wechsel der Fahrtrichtung erfolgt, also eine Lenkwinkeländerung, die Vorder- oder Hinterräder zu bestimmen, denen das das Fahrverhalten korrigierende bzw. zu regelnde Giermoment aufgeprägt wird. Dabei sind Übergangsbereiche festgelegt, die beim Über- oder Unterschreiten der Schwellenwerte durch die Querkräfte von nur einer Fahrzeugachse einen Wechsel des Rades an einer Fahrzeugachse vorsehen, dem die Längskraft, z. B. im Form eines absoluten Bremsdrucks, aufgeprägt wird.
Anstelle der absoluten Bremsdrücke können auch Änderungen der schon eingestellten Bremsdrücke ermittelt und durch eine Bremskraftminderung (Druckabbau) auf der anderen Seite der Fahrzeugachse eingestellt werden.
Eine vorteilhafte weitere Ausbildung der Vorrichtung geht bei der Verteilung des zu regelnden Giermoments von einer Unterscheidung von drei Zuständen aus:
  • 1. Mindestens eine der Querkraftsummen an der Vorderachse oder an der Hinterachse sind in einem Band um die Nullage.
  • 2. Die Querkraftsumme an der Vorderachse und die Querkraftsumme an der Hinterachse sind beide kleiner als ein unterer Schwellenwert für ein Band um die Nullage.
  • 3. Die Querkraftsumme an der Vorderachse und die Querkraftsumme an der Hinterachse sind beide größer als ein oberer Schwellenwert für ein Band um die Nullage.
Bei einer absoluten Regelabweichung, die größer als ein Schwellenwert ist, wird mit der Regelung begonnen. Im Zustand 2 erfolgt der Eingriff am vorderen linken Rad. Im Zustand 3 erfolgt der Eingriff am vorderen rechten Rad. Im Zustand 1 erfolgt ein Eingriff am vorderen linken Rad, wenn der Übergang in den Zustand 1 von Zustand 3 erfolgt ist. Im Zustand 1 erfolgt ein Eingriff am vorderen rechten Rad, wenn der Übergang in den Zustand 1 von Zustand 2 erfolgt ist.
Bei der Regelung in Zustand 1 kann ein anderer, vorzugsweise niedrigerer Verstärkungsfaktor K gewählt werden als in den Zuständen 2 und 3. Der Verstärkungsfaktor K beträgt im Zustand 1 bevorzugt nur zwischen 70 und 95%, insbesondere 70 bis 80%, der Zustände 2 und 3.
Eine nähere Erläuterung der Erfindung erfolgt nun durch die Beschreibung von drei Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Reifenkräfte in einem radfesten Koordinatensystem
Fig. 2 eine Gesamtstruktur der Fahrstabilitätsregelung
Fig. 3 eine schematische Regelstruktur
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Verteilung des zu regelnden Giermomentes (Fig. a) und ein Beispiel für die Entstehung einer Kraftdifferenz für ein übersteuerndes Fahrzeug (b).
In Fig. 1 sind die Reifenkräfte in den radfesten Koordinatensystemen eines Fahrzeugs beispielhaft dargestellt. Die durch den Reifen-Fahrbahn-Kontakt an den Reifen auftretenden Kräfte der einzelnen Räder können Radumfangskräfte, Querkräfte und/oder Radaufstandskräfte sein. In Fig. 1 sind beispielhaft Radumfangskräfte Fx (Längskräfte) und Querkräfte Fy in den radfesten Koordinatensystemen eines Fahrzeugs dargestellt. Die Kräfte werden mit Indices bezeichnet. Es gilt
H = Hinterachse des Fahrzeugs
V = Vorderachse des Fahrzeugs
R = rechts
L = links
IST = Istkräfte
ref = Referenzgröße
l = Abstand der Achse vom Schwerpunkt
b = halbe Spurweite des Rades.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Gesamtstruktur einer Giermomentenregelung, wobei das Fahrzeug mit seinen Radbremsen die Regelstrecke 204 bildet.
Auf das Fahrzeug wirken die vom Fahrer gegebenen Größen Fahrerbremsdruck (nicht dargestellt) und Lenkwinkel δ. Am Fahrzeug werden die hieraus resultierenden Größen Motor- Istmoment, Querbeschleunigung, Raddrehzahlen, Hydrauliksignale (wie Radbremsdrücke) und die Radumfangskräfte Fx und Querkräfte Fy gemessen. Die Messung erfolgt bevorzugt mittels Reifensensoren, welche aus der Verformung der Reifen, insbesondere der Reifenseitenwand, Signale erzeugen, aus denen sich die Längs(Fx)- und Querkräfte (Fy) berechnen lassen. Die ermittelten Längs- und Querkräfte werden einem Giermomenten(GMR)-Regelgesetz 201 und einer Reibwert- und Zustandsschätzung 203 zugeführt.
Im GMR-Regler ist ein Fahrzeug-Referenzmodell 200 abgelegt, welches anhand des Lenkwinkels δ, der Fahrzeug- Referenzgeschwindigkeit VRef sowie dem in der Reibwert- und Zustandsschätzung geschätzten Reibwert ein Referenz- Giermoment Mref oder Referenz-Querkräfte Fy,ref berechnet. Die Reibwert- und Zustandsschätzung 203 verwendet für ihre Rechnungen die Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit vref, die gemessene Fahrzeugquerbeschleunigung ay, die aus den Reifensensoren berechneten Radkräfte Fy und Fx, sowie den Lenkwinkel δ. Neben der Schätzung des Reibwertes wird in der Reibwert- und Zustandsschätzung 203 u. a. eine Zustandsschätzung vorgenommen, die Informationen über den aktuellen Fahrzustand, der z. B. durch die Gierrate und den Schwimmwinkel gekennzeichnet ist, berechnet. Über die Eingangsgrößen kann hierzu eine kinematische Schwimmwinkel- Geschwindigkeitsbestimmung, kurz kinematische -Bestimmung vorgenommen werden. Um bei starken Schwimmwinkel-Änderungen Spitzen abzuschneiden, durchläuft der berechnete Wert der Schwimmwinkel-Geschwindigkeit beispielsweise einen Tiefpaß erster Ordnung, welcher einen Schätzwert für die Schwimmwinkel-Geschwindigkeit an das GMR-Regelgesetz 201 weitergibt. In dem Regelgesetz 201 wird das im Fahrzeug- Referenzmodell 200 berechnete Soll-Giermoment Mref, SOLL mit dem aus den ermittelten Radkräften Fy, Fx und den Achsabständen zum Massenschwerpunkt des Fahrzeugs gebildeten Ist-Giermoment MIST verglichen und das zu regelnde Giermoment aus der Differenz bestimmt. Anhand dieser Giermomentendifferenz sowie der geschätzten Information x über den aktuellen Fahrzustand wird eine Stellgröße so berechnet, daß das fehlende Giermoment um die Hochachse ergänzt wird und das Fahrzeug 204 in einem beherrschbaren Zustand hält. Die Stellgröße erzeugt ein Zusatz-Giermoment um die Fahrzeughochachse durch aktive Bremseingriffe, also Bremseingriffe ahne Bremsbetätigung des Fahrers, durch Kraft- oder Bremsdruckvorgaben und/oder Motoreingriffe. Das Zusatzgiermoment wird hierzu in Kraftanforderung für die einzelnen Räder umgerechnet.
Die Kraftanforderungen der einzelnen Räder werden dem unterlagerten Stellregelkreis 202 als Sollwerte zugeführt. Der Stellregelkreis 202 erzeugt die Stehsignale in Form von z. B. Ventilschaltzeiten, Bremsdrücken, Spannkräften, Stromgrößen oder Motor-Antriebsmomenten.
In Fig. 3 ist der Regelkreis vereinfacht dargestellt. Das Fahrzeug-Referenzmodell 300 kann z. B. das dynamische Einspurmodell sein. Bei diesem werden aus den Eingangsgrößen Lenkwinkel δ, Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit vRef und geschätzter Reibwert , die Referenzquerkräfte für die Vorder- und Hinterachse nach der Beziehung
Fy,H = CRH × αH und
Fy,V = CRV × αV
mit
CR = Schräglaufsteifigkeit und
α = Schräglaufwinkel.
Die gemessenen Querkräfte jeweils einer Fahrzeugachse (Index H bzw. V) werden zu einem Signal bzw. einer Größe aufsummiert. Die über einen Vergleicher 301 erzeugte Differenz der Signale werden dem Regelgesetz 302 zugeführt. Es ist selbstverständlich, daß der Vergleich der Referenzquerkräfte mit den Ist-Querkräften auch innerhalb des Regelgesetzes 302 erfolgen kann.
In Fig. 4b ist als Beispiel die Entstehung einer Kraftdifferenz ΔFy für ein übersteuerndes Fahrzeug dargestellt. Auf der Abszisse sind die Schräglaufwinkel α und auf der Koordinate die Querkräfte dargestellt. Bei einem zunehmenden Schräglaufwinkel α geraten die tatsächlichen, also die über die Reifensensoren gemessenen Querkräfte Fy in eine Sättigung. Fig. 4b) zeigt die Situation zu einem bestimmten Zeitpunkt tk. Die tatsächlichen, aus den an den Reifen angreifenden Kräfte berechneten Ist-Querkräfte FIST sind bei größerem Schräglaufwinkel α kleiner als die Querkräfte Fy, ref des Referenzmodells. Die für das Fahrmanöver gewünschten Querkräfte Fy, ref werden nicht mehr aufgebracht. Das zur Stabilisierung des Fahrzeugs benötigte Giermoment ist für das hier dargestellte übersteuernde Fahrverhalten des Fahrzeugs aus der Querkraftdifferenz an der Hinterachse des Fahrzeugs und dem Abstand der Hinterachse zum Schwerpunkt COG als Hebelarm bestimmte Moment. Der Abstand l der Fahrzeugachsen zum Schwerpunkt ist nach einem Ausführungsbeispiel im Regelgesetz 302 abgespeichert.
Dieses stabilisierende Moment ΔMDiff kann nach einem Ausführungsbeispiel derart verteilt werden, daß abhängig vom Vorzeichen der Kraftdifferenz ΔFy am rechten oder linken Vorderrad eine Längskraft Fx, VR/L aufgebracht wird. Bei Eintritt in die Regelung gilt die Momentenbeziehung wie in Fig. 4a) gezeigt.
ΔFy,H lH = FxbVlR
Aus dieser Momentenbeziehung kann die benötigte Stellgröße z. B. in Form eines Radbremsdruckes PSoll am entsprechenden Vorderrad berechnet werden, nach der Beziehung
Durch den Verstärkungsfaktor K kann die Stärke des Eingriffs, d. h. die Stärke des Bremsdrucks, variiert werden. Der Faktor KB ist durch die konstruktive Gestaltung der Bremse festgelegt. In ihm sind z. B. für eine Scheibenbremsanlage:
die Fläche A des Bremskolbens,
die Anzahl N der Kolben pro Radbremse,
der Reibungskoeffizient µR zwischen Scheibe und Bremsbelag,
das Verhältnis S von effektivem Reibradius zu dynamischem Reifenhalbmesser sowie der Wirkungsgrad der Bremse
festgelegt.
Die übrigen Größen sind der dynamische Reifenradius rdyn, der Abstand vom Schwerpunkt des Fahrzeugs zur Hinterachse lH sowie die halbe Spurweite links bVL bzw. rechts bVR.
Die Verteilung des stabilisierenden Giermoments auf die Räder eines Fahrzeugs wird nach einem Ausführungsbeispiel wie folgt durchgeführt:
Eintrittskriterium in die Regelung ist die Erkennung eines nicht mehr vom Fahrer beherrschbaren Fahrzustandes, basierend auf einer absoluten Regelabweichung der Querkraft- und/oder Giermomentendifferenz, die größer als ein Schwellenwert S ist. Wird dieser Schwellenwert bzw. diese Schwellenwerte (dabei kann es sich um obere oder untere Schwellenwerte und/oder abhängig von der Fahrdynamik veränderliche Eintrittsschwellenwerte handeln) überschritten, wird mit der Regelung begonnen. In Abhängigkeit von dem Vorzeichen des zu regelnden Giermoments oder der zu regelnden Kraft wird die Auswahl der Räder an dem Fahrzeug für die Längskraftaufbringung und/oder -Reduzierung bzw. den Druckauf- und/oder Druckabbau nach folgender Tabelle durchgeführt:
Dabei ist SO ein oberer Schwellenwert und SU ein unterer Schwellenwert. Bei einer positiven Regelabweichung, d. h. bei einer positiven Differenz der Querkräfte am Hinterrad (ΔFy,H = Fy, ref, H (δ, Vref, µ) - (Fy, IST, HL + Fy, IST, HR) d. h. das Ergebnis ist positiv) und einer Summe der Querkräfte Fy, V an der Vorderachse größer dem oberen Schwellenwert SO für das Toleranzband 401 um die Null-Lage und einer Summe der Querkräfte Fy, H an der Hinterachse größer dem oberen Schwellenwert SO für das Toleranzband 401 um die Null-Lage erfolgt bei übersteuerndem Fahrzeug bzw. übersteuerndem Fahrzeugverhalten ein wie in Fig. 4a) dargestellt, Eingriff am vorderen rechten Rad. Das Fahrzeug wird entsprechend der Darstellung in Fig. 5 mittels des stabilisierenden Giermomentes FxbVR oder der aufgebrachten Längskraft Fx hin zum gewünschten Soll-Giermoment geregelt. Bei einer Änderung des Lenkwinkels von einer Linkskurve hin zu einer Rechtskurve durchlaufen die in Fig. 5 dargestellten Kräfte das Toleranzband 401. Liegt die Summe der Querkräfte an der Vorderachse oder an der Hinterachse unterhalb des oberen Schwellenwertes SU, d. h. verändern sich die Summen der Fahrzeugachskräfte ausgehend von einem oberhalb des Schwellenwertes liegenden Wertes zu einem innerhalb des Toleranzbandes liegenden Wert, erfolgt ein Wechsel des Eingriffsrades vom rechten Vorderrad zum linken Vorderrad. Bei einer negativen Regelabweichung und einer Summe der Querkräfte an der Vorderachse kleiner einem unteren Schwellenwert SU für das Toleranzband 401 um die Null-Lage und einer Summe der Querkräfte an der Hinterachse kleiner einem unteren Schwellenwert SU für das Toleranzband 401 um die Null-Lage erfolgt ein Eingriff am vorderen linken Rad. Im Übergangsbereich von einer Rechtskurve zu einer Linkskurve muß wie zuvor beschrieben nur eine der Summen der Querkräfte entweder am Hinter- oder am Vorderrad größer als der untere Schwellenwert SU sein, um von dem linken vorderen Eingriffsrad auf das rechte vordere Eingriffsrad zu wechseln.
Bei eingesteuertem Bremsdruck, d. h. im gebremsten Fall, kann selbstverständlich auch eine Regelung über einen Druckabbau in den Radbremsen das zu regelnde Giermoment auf die dann entsprechend der Tabelle jeweils anderen Räder der gleichen Achse aufgebracht werden.
Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel für die Verteilung des stabilisierenden Giermoments wird von einer Unterscheidung von drei Zuständen ausgegangen:
  • 1. Mindestens eine der Querkraftsummen an der Vorderachse oder an der Hinterachse sind in dem Toleranzband 401 um die Null-Lage.
  • 2. Die Querkraftsumme an der Vorderachse und die Querkraftsumme an der Hinterachse sind beide kleiner als ein unterer Schwellenwert SU für das Toleranzband 401 um die Null-Lage.
  • 3. Die Querkraftsumme an der Vorderachse und die Querkraftsumme an der Hinterachse sind beide größer als ein oberer Schwellenwert SO für das Toleranzband 401 um die Null-Lage.
Bei einer absoluten Regelabweichung, die größer als ein Schwellenwert ist, erfolgt ein Eintritt in die Regelung. Sind die Querkraftsumme an der Vorderachse und die Querkraftsumme an der Hinterachse beide kleiner als ein unterer Schwellenwert SU für das Toleranzband 401 um die Null-Lage, erfolgt der Eingriff am vorderen linken Rad. Sind die Querkraftsumme an der Vorderachse und die Querkraftsumme an der Hinterachse beide größer als ein oberer Schwellenwert SO für das Toleranzband 401 um die Null-Lage, erfolgt der Eingriff am vorderen rechten Rad. Sind mindestens eine der Querkraftsummen an der Vorderachse oder an der Hinterachse in dem Toleranzband 401 um die Null-Lage, erfolgt ein Eingriff am vorderen linken Rad, wenn der Übergang in den Zustand 1 von Zustand 3 erfolgt ist. Sind mindestens eine der Querkraftsummen an der Vorderachse oder an der Hinterachse in dem Toleranzband 401 um die Null-Lage, erfolgt ein Eingriff am vorderen rechten Rad, wenn der Übergang in den Zustand 1 von Zustand 2 erfolgt ist. Bei der Regelung in Zustand 1 kann ein anderer Verstärkungsfaktor K gewählt werden als in den Zuständen 2 und 3. Vorzugsweise beträgt der Verstärkungsfaktor 75% von dem Verstärkungsfaktor in den Zuständen 2 und 3.
Bei einem untersteuernden Fahrzeug bzw. bei untersteuerndem Fahrverhalten des Fahrzeugs werden zur Bestimmung der Regelabweichung die Querkräfte der Vorderachse des Fahrzeugs verwendet.
Bei einer absoluten Regelabweichung, die größer als sein oberer Schwellenwert SO ist, wird mit der Regelung begonnen. Bei einer positiven Regelabweichung und einer Summe der Querkräfte an der Vorderachse größer dem oberen Schwellenwert für das Toleranzband 401 um die Null-Lage erfolgt ein Eingriff am hinteren linken Rad. Bei einer negativen Regelabweichung und einer Summe der Querkräfte an der Vorderachse kleiner dem unteren Schwellenwert SU für das Toleranzband 401 um die Null-Lage und einer Summe der Querkräfte an der Hinterachse kleiner einem unteren Schwellenwert SU für das Toleranzband um die Null-Lage erfolgt ein Eingriff am hinteren rechten Rad.
Die Entscheidung, ob über- oder untersteuernd eingegriffen wird, kann anhand der beiden Regelabweichungen getroffen werden. Ist der Betrag der Regelabweichung, die aus der Kraftdifferenz an der Hinterachse gebildet wird, größer als ein Schwellenwert, dann wird übersteuernd eingegriffen. Der Schwellenwert ist abhängig vom Betrag der Regelabweichung, die aus der Kraftdifferenz an der Vorderachse gebildet wird. Ist der Betrag der Regelabweichung, die aus der Kraftdifferenz an der Vorderachse gebildet wird, größer als ein Schwellenwert, dann wird untersteuernd eingegriffen. Dieser Schwellenwert ist abhängig vom Betrag der Regelabweichung, die aus der Kraftdifferenz an der Hinterachse gebildet wird.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Regelung eines Giermoments eines vierrädrigen Fahrzeugs während einer Kurvenfahrt, mit einer Regelschaltung, welche die Abweichung von gemessenen, am Reifen angreifenden Istquerkräften berechnet, und einer Aktivierungslogik, welche in bestimmten Fahrsituationen eine Regelung des durch die Istquerkräfte verursachten Giermoments hin zu einem durch Sollquerkräfte bestimmten Giermoment veranlasst, wenn diese Abweichung mindestens einen Schwellenwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß das zu regelnde Giermoment bei übersteuerndem Fahrzeugverhalten nach der Beziehung
ΔFy, H = Fy, ref, H (δ, νref, ) - (Fy, IST, HL + Fy, IST, HR )
mit Fy, IST, HL = gemessene Querkraft am linken Hinterrad,
Fy, ref, HR = gemessene Querkraft am rechten Hinterrad,
Fy, ref, H (δ, νref, ) = berechnete Referenzkraft des Hinterrades in Abhängigkeit von Lenkradwinkel,
Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit, Reibwert
und dem Abstand lH der Hinterachse vom Schwerpunkt nach
ΔFy, HlH
bestimmt wird.
2. Vorrichtung zur Regelung eines Giermomentes eines vierrädrigen Fahrzeugs während einer Kurvenfahrt, mit einer Regelschaltung, welche die Abweichung von gemessenen, am Reifen angreifenden Querkräften berechnet, und einer Aktivierungslogik, welche in bestimmten Fahrsituationen eine Regelung des durch die Istquerkräfte verursachten Giermoments hin zu einem durch Sollquerkräfte bestimmten Giermoments veranlasst, wenn diese Abweichung mindestens einen Schwellenwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß das zu regelnde Giermoment bei untersteuerndem Fahrzeugverhalten nach der Beziehung
ΔFy, V = Fy, ref, V (δ, νref, ) - (Fy, IST, VL + Fy, IST, VR )
mit Fy, IST, VL = gemessene Querkraft am linken Vorderrad,
Fy, IST, VR = gemessene Querkraft am rechten Vorderrad,
Fy, ref, V (δ, νref, ) = berechnete Referenzkraft des Vorderrades in Abhängigkeit von Lenkradwinkel, Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit, Reibwert
und dem Abstand lV der Vorderachse vom Schwerpunkt nach
ΔFy, VlV
bestimmt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
bei übersteuerndem Fahrverhalten an dem linken oder rechten Vorderrad eine Längskraft Fx nach der Beziehung
mit bVL/R = halbe Spurweite des Vorderrades links bVL bzw. rechts bVR oder
bei untersteuerndem Fahrverhalten am linken oder rechten Hinterrad eine Längskraft nach der Beziehung
mit bHL/R = halbe Spurweite des Hinterrades links bVL bzw. rechts bVR aufgebracht wird.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Längskraft Fx in Form eines Radbremsdruckes nach der Beziehung
bei übersteuerndem Fahrverhalten
mit K = Verstärkungsfaktor, KB = bremsspezifischer Koeffizient, rdyn = dynamischer Reifenradius, lH = Abstand der Hinterachse vom Schwerpunk des Fahrzeugs und bVL/R = halbe Spurweite der Vorderachse links bVL bzw. rechts bVR oder nach der Beziehung
bei untersteuerndem Fahrverhalten
mit K = Verstärkungsfaktor, KB = bremsspezifischer Koeffizient, rdyn = dynamischer Reifenradius, lV = Abstand der Vorderachse vom Schwerpunk des Fahrzeugs und bHL/R = halbe Spurweite der Hinterachse links bHL bzw. rechts bHR .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß ein Eintritt in die Regelung nach der Beziehung
|ΔFy,V/H| < S oder
|ΔFy,V/HlV/H| < S
erfolgt, wobei S = Schwellenwert, ΔFy,V/H = Differenz der Querkraft an den Vorder-oder Hinterrädern, lV/H = Abstand der Vorder-oder Hinterachse vom Schwerpunkt, mit ΔFy,H und lH bei übersteuerndem Fahrverhalten und ΔFy,V und lV, bei untersteuerndem Fahrverhalten.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von dem Vorzeichen des zu regelnden Giermomentes oder der zu regelnden Kraft die Auswahl der Räder an dem Fahrzeug für die Längskraftaufbringung und/oder -reduzierung bzw. den Druckauf- und/oder Druckabbau nach einer der in folgender Tabelle angegebenen Beziehungen erfolgt
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl der Räder an dem Fahr­ zeug für die Längskraftaufbringung und/oder -reduzierung zw. den Druckauf- und/oder Druckabbau nach einer der in folgender Tabelle angegebenen Beziehungen erfolgt
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß bei ΣFy,H + ΣFy,V < SU und/oder ΣFy,H + ΣFy,V < SO ein niedrigerer Verstärkungsfaktor K des Radbremsdruckes vorgesehen ist.
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