DE4202699A1 - Vorrichtung zur steuerung des lenkwinkels - Google Patents
Vorrichtung zur steuerung des lenkwinkelsInfo
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- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
- G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
- G05D1/0891—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for land vehicles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D7/00—Steering linkage; Stub axles or their mountings
- B62D7/06—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins
- B62D7/14—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering
- B62D7/15—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels
- B62D7/159—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels characterised by computing methods or stabilisation processes or systems, e.g. responding to yaw rate, lateral wind, load, road condition
Description
Eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
DE-A1 37 34 477 bekannt. Es handelt sich dort um eine Zustandsregelung,
deren Reglerparameter durch einen Riccati-Entwurf optimiert wurden.
Bei der Regelung gemäß dem Stande der Technik kann die für eine bestimmte
Geschwindigkeit optimierte Regelung nur in einem engen Bereich um diesen
Arbeitspunkt eingesetzt werden, da eine starke Abhängigkeit der Fahrzeugdynamik
von der Fahrzeuggeschwindigkeit besteht. Da die Riccati-Optimierung
aus Gründen der Rechenzeit nicht im on-line-Betrieb realisierbar ist,
müssen die Reglerparameter vorab in einem Geschwindigkeitsraster (z. B.
5 km/h) berechnet in Speichern abgelegt und on-line umgeschaltet werden.
Es ist deshalb Ziel dieser Erfindung, einen verbesserten Regler zu schaffen,
der folgende Eigenschaften besitzt:
- - Einfache Realisierung durch feste Reglerparameter im gesamten Betriebsbereich
- - Besseres Regelverhalten ohne Umschaltung der Reglerparameter
- - Entwurfsanforderungen an die Regelung sollen durch eine off-line-Optimierung berücksichtigt werden.
Wie oben bereits ausgeführt, befaßt sich die vorliegende Erfindung mit einer
Vorrichtung zur Verbesserung der Querdynamik eines Straßenfahrzeuges durch
aktive Lenkung.
Es ergeben sich prinzipiell drei Möglichkeiten des Lenkeingriffs:
- - Reine Hinterachslenkung
- - Reine Vorderachslenkung
- - Kombination aus Vorder- und Hinterachslenkung
wobei der Eingriff aufgrund gemessener oder geschätzter Fahrzeug-Zustandsgrößen
erfolgt. Das Ziel des Eingriffs besteht darin, dem Fahrzeug ein gewünschtes
Fahrverhalten aufzuprägen und somit die dynamischen Eigenschaften
zu verbessern. Ein Referenzmodell dient dazu, das gewünschte Fahrverhalten
vorzugeben. Fig. 1 veranschaulicht den prinzipiellen Aufbau des geregelten
Systems einer aktiven Lenkung.
Dort ist ein Fahrzeug selbst mit 1, ein Fahrer mit 2 bezeichnet. Der vom
Fahrer vorgegebene Vorderachslenkwinkel δv wird dem Fahrzeug 1 und einem
Referenzmodell 3 zugeführt, welches eine Führungsgröße yr erzeugt. Im
Differenzbildner 4 wird die Differenz 2 (Regelabweichung) e=yr-y gebildet,
wobei die Regelgröße y aus Fahrzeuggrößen ermittelt wird. Ein Regler
5 erzeugt ein Signal δh, das den Hinterachswinkel bestimmt und/oder ein
Signal, das dem Vorderachslenkwinkel δv überlagert wird.
Fig. 2 gibt das Blockschaltbild einer beispielsweisen erfindungsgemäßen Modellfolgeregelung für eine Hinterachslenkung wieder. Als Regelgröße
wird eine Linearkombination aus Querbeschleunigung ay und Giergeschwindigkeit
Ψ sowie der Fahrzeuggeschwindigkeit vx des Fahrzeugs verwendet. Die
benötigten Größen ay, Ψ und vx werden in dem das Fahrzeug darstellenden
Block 21 gemessen bzw. aus anderen Meßgrößen bestimmt. Auch die Fahrzeugquergeschwindigkeit
vy wird im Block 21 bestimmt. Durch den Faktor D kann
die Gewichtung der beiden Regelgrößenanteile variiert werden.
Das Referenzmodell 23, ein PT₁-Glied, dessen Parameter Zeitkonstante und
Verstärkung das gewünschte Fahrzeugverhalten festlegen, liefert in Abhängigkeit
vom Vorderachslenkwinkel δv die Führungsgröße yr. Die Regelabweichung
e ergibt sich als Differenz zwischen Führungsgröße yr und Regelgröße y.
Das Regelgesetz
besteht aus folgenden Anteilen, die im Addierer 20 aufaddiert werden:
- - Rückführung der Quergeschwindigkeit vy (Block 22; k₁₁ vy)
- - Geschwindigkeitsabhängige Rückführung der Giergeschwindigkeit (Block 24; (k₁₂+k₁₃ vx)Ψ)
- - Integralrückführung der Regelabweichung e (gebildet in Blöcke 26 und 27;
- - Steueranteil aus der Führungsgröße yr (Block 28; k₂·yr)
- - Steueranteil aus dem Vorderachslenkwinkel δv (Block 29; k₁₁·δv)
Um eine bezüglich der Fahrzeuggeschwindigkeit robuste Regelung zu erhalten,
werden die Regelparameter mit dem numerischen Optimierungsverfahren
"Reglerentwurf mit vektoriellem Gütekriterium" nach Kreisselmeier bestimmt.
Dieses Verfahren ist in der Zeitschrift Regelungstechnik 27 Heft 3, 1979
Seiten 76-79 beschrieben. Zur Optimierung sind die im folgenden angegebenen
Schritte notwendig:
Für die Entwurfsanforderungen
- - kleine Abweichung der Giergeschwindigkeit vom Sollverlauf
- - kleine Abweichung der Querbeschleunigung vom Sollverlauf
- - Geringer Stellaufwand
werden die Gütekriterien
verwendet.
Diese Gütekriterien werden für mehrere Arbeitspunkte in einem Gütevektor
G zusammengefaßt. Bei z. B. zwei Geschwindigkeiten vx1
und vx2 erhält man
Das Ziel der Optimierung besteht darin, einen Satz von Reglerparametern
zu finden, für den alle Komponenten des Gütevektors G einen möglichst
kleinen Wert annehmen und der somit in dem gesamten durch
die Arbeitspunkte vorgegebenen Betriebsbereich ein günstiges
Regelverhalten liefert. Dazu wird ein Vorgabevektor c gewählt
und r so bestimmt, daß die Bedingung
G(r) = Gi(r) ci, i = 1 (6)
erfüllt ist, d. h. eine Verbesserung aller Gütewerte gegenüber den
Vorgabewerten erreicht wurde. Als Vorgabevektor kann der Gütevektor
einer in einem Arbeitspunkt abgestimmten Regelung verwendet
werden.
Aus Gütevektor und Vorgabevektor wird die skalare Zielfunktion
g(r) = max(Gi(r)/ci)
i = 1 . . . 6
gebildet. Durch Minimierung dieser Zielfunktion erhält man
die Reglerparameter r, die das bestmögliche Verhältnis Gütevektor
zu Vorgabevektor ergeben. Die Optimierungsaufgabe
lautet also
min [max(Gi(r)/ci)]
r i = 1 . . . 6
Um Probleme bei der numerischen Lösung dieser Optimierungsaufgabe
zu vermeiden, ersetzt man g(r) durch die Näherung
Für große p geht der Näherungsfehler gegen Null.
Fig. 3 zeigt den prinzipiellen Ablauf der Optimierung. Aus
einem vorgegebenen Suchbereich wird ein Reglerparametersatz
r zufällig ausgewählt (Block 30). Damit werden die Simulationen
des geschlossenen Regelkreises in den verschiedenen Arbeitspunkten
durchgeführt. Als Arbeitspunkt werden mehrere
Geschwindigkeiten im betrachteten Betriebsbereich gewählt.
Für jede Geschwindigkeit wird ein geeignetes Fahrmanöver (z. B
Lenkradwinkelsprung) vorgegeben. Zur Simulation kann z. B.
ein lineares Einspurmodell in jedem Ardbeitspunkt verwendet
werden. Auch der Einsatz genauer nichtlinearer Fahrzeugmodelle
ist möglich.
Nach einer gewissen Anzahl solcher Versuche wird aus den
besten gespeicherten Zielfunktionswerten ein kleinerer Suchbereich
berechnet und der nächste Iterationsschritt beginnt.
Bei Erreichen eines Abbruchkriteriums, d. h. wenn die Änderung
des Zielfunktionswertes von einem Iterationsschritt zum
nächsten eine vorgegebene Schranke unterschreitet, wird die
Iteration beendet und die optimalen Reglerparameter liegen vor.
Es hat sich gezeigt, daß diese Modellfolgeregelung sowohl ein günstiges
Übergangsverhalten als auch ein schnelles Ausregeln von äußeren Störeinflüssen
ermöglicht. Bereits bei zwei Arbeitspunkten des Multimodellproblems
gelingt es, eine Regelung mit festen Parametern zu finden, die im gesamten
Geschwindigkeitsbereich einsetzbar ist. Das Entwurfsverhalten bietet die
Möglichkeit, auch andere Reglerstrukturen zur Hinterachslenkung zu verwenden.
Außerdem ist problemlos eine Erweiterung auf Vorderachslenkung oder
eine Kombination aus Vorderachs- und Hinterachslenkung möglich, da das
Optimierungsverfahren eine Erweiterung der Reglerstruktur und damit der
zu optimierenden Reglerparameter erlaubt.
Nomenklatur
ay Querbeschleunigung
c Vorgabevektor
D Gewichtungsfaktor der Regelgröße
e Regelabweichung
G Gütevektor
J Gütekriterium
k Zeitschritt
K Reglerparameter
N Anzahl der Simulationszeitschritte
r Vektor der Reglerparameter
T Abtastzeit
vx Längsgeschwindigkeit
vy Quergeschwindigkeit
X Zustandsvektor
y Regelgröße
yr Führungsgröße
δv Lenkwinkel vorn
δh Lenkwinkel hinten
Ψ Giergeschwindigkeit
p Näherungsparameter
c Vorgabevektor
D Gewichtungsfaktor der Regelgröße
e Regelabweichung
G Gütevektor
J Gütekriterium
k Zeitschritt
K Reglerparameter
N Anzahl der Simulationszeitschritte
r Vektor der Reglerparameter
T Abtastzeit
vx Längsgeschwindigkeit
vy Quergeschwindigkeit
X Zustandsvektor
y Regelgröße
yr Führungsgröße
δv Lenkwinkel vorn
δh Lenkwinkel hinten
Ψ Giergeschwindigkeit
p Näherungsparameter
Claims (2)
1. Vorrichtung zur Steuerung des Lenkwinkels an wenigstens einer
Achse enthalten
- 1) erste Mittel zur Bestimmung des Lenkradeinschlags (δv), der Fahrzeuggeschwindigkeit (vx), der Giergeschwindigkeit Ψ, der Querbeschleunigung ay und der Quergeschwindigkeit vy des Fahrzeugs,
- 2) zweite Mittel zur Bestimmung einer Bezugsvariablen yr mit Hilfe des Vorderachs-Lenkwinkels,
- 3) dritte Mittel zur Bestimmung einer Systemvariablen y mit Hilfe der linearen Verknüpfung der Querbeschleunigung ay und der Größe vx·Ψ,
- 4) vierte Mittel zur Bildung der Differenz der Bezugsvariablen yr und der Systemvariablen y
- 5) fünfte Mittel zur Bildung eines Lenkwinkelsignals (δh und/oder Δδv) unter Verwendung der Summanden k₁₁·vy, b·Ψ, k₂ yr, k3Sedt und k₄ δv
- 6) Verstellmittel zur Einstellung des ermittelten Lenkwinkels (Δδvund/oder δh, dadurch gekennzeichnet, daß b einen geschwindigkeitsabhängigen Anteil (k₁₃·vx) enthält und daß die Größe der Regelparameter k₁₁, k₁₃, k₂, k₃ und k₄ mit Hilfe des bekannten numerischen Optimierungsverfahrens "Reglerentwurf mit vektoriellem Gütekriterium" festgelegt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß b außerdem
noch einen konstanten Anteil k₁₂ aufweist, der ebenfalls durch das
Optimierungsverfahren festgelegt wird.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4202699A DE4202699A1 (de) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | Vorrichtung zur steuerung des lenkwinkels |
EP93100244A EP0557692A1 (de) | 1992-01-31 | 1993-01-09 | Vorrichtung zur Steuerung des Lenkwinkels |
JP5013362A JPH05270420A (ja) | 1992-01-31 | 1993-01-29 | 操向角制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4202699A DE4202699A1 (de) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | Vorrichtung zur steuerung des lenkwinkels |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4202699A1 true DE4202699A1 (de) | 1993-08-05 |
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ID=6450641
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4202699A Withdrawn DE4202699A1 (de) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | Vorrichtung zur steuerung des lenkwinkels |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
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JP (1) | JPH05270420A (de) |
DE (1) | DE4202699A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE10143029A1 (de) * | 2001-09-01 | 2002-11-21 | Bayerische Motoren Werke Ag | Verfahren zur Vorgaberegelung eines Fahrzeugs |
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JP4045338B2 (ja) * | 2003-05-14 | 2008-02-13 | 学校法人金沢工業大学 | 4輪独立操舵車両の操舵制御方法 |
DE102009042870A1 (de) | 2009-09-24 | 2011-03-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Schienenfahrzeug mit Einzelradantrieben |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS62137276A (ja) * | 1985-12-09 | 1987-06-20 | Nissan Motor Co Ltd | 車両用操舵系制御装置 |
JPH0725320B2 (ja) * | 1986-10-13 | 1995-03-22 | 日産自動車株式会社 | 車両用実舵角制御装置 |
FR2608545B1 (fr) * | 1986-12-19 | 1990-08-31 | Peugeot | Dispositif de correction de l'angle d'attitude d'un vehicule automobile |
JPH0686222B2 (ja) * | 1988-03-14 | 1994-11-02 | 本田技研工業株式会社 | 操舵装置 |
DE69007132T2 (de) * | 1989-01-18 | 1994-08-04 | Mazda Motor | Lenkvorrichtung für die Hinterräder eines Fahrzeuges. |
-
1992
- 1992-01-31 DE DE4202699A patent/DE4202699A1/de not_active Withdrawn
-
1993
- 1993-01-09 EP EP93100244A patent/EP0557692A1/de not_active Ceased
- 1993-01-29 JP JP5013362A patent/JPH05270420A/ja active Pending
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0557692A1 (de) | 1993-09-01 |
JPH05270420A (ja) | 1993-10-19 |
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Legal Events
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