DE4230295B4 - Regelanlage für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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    • B60W2050/0043—Signal treatments, identification of variables or parameters, parameter estimation or state estimation
    • B60W2050/0052—Filtering, filters

Abstract

Regelungsverfahren für ein Kraftfahrzeug, bei dem ausgehend von Radgeschwindigkeiten eine Regelung durchgeführt wird, wobei das Fahrzeug
Fühler zur Ermittlung der Geschwindigkeiten (vr0i) der Räder,
ein Steuergerät, dem diese Signale zugeführt werden und das Regelsignale erzeugt,
Regeleinrichtungen, die mit diesen Regelsignalen beaufschlagt werden, und
Radgeschwindigkeitssignalbeeinflussungsmittel, um unterschiedliche Radien der Räder auszugleichen, enthält wobei ein Rad als Bezugsrad ausgewählt wird, dessen Geschwindigkeitssignal unbeeinflußt bleibt und für die Radgeschwindigkeitssignale der anderen Räder zyklisch absolute Toleranzen (ri) ermittelt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine freirollende Radgeschwindigkeit (vfri) des jeweiligen Rades gemäß der Beziehung
Figure 00000002
in Abhängigkeit der jeweils gemessenen Radgeschwindigkeit (vr0i) und der im vorigen Zyklus ermittelten absoluten Toleranz (ri) unter Berücksichtigung des durch übertragene Reifenlängskräfte (Fbi) entstehe den Schlupfes und der Reifensteifigkeit ci ermittelt wird, wobei für das Bezugsrad die absolute Toleranz (ri) zu Null gesetzt wird,
daß relative Toleranzen (ρi) für die Hinterräder durch ins Verhältnissetzen einer...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Regelanlage für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus der DE 40 19 886 A1 ist eine Schlupfregelanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt.
  • Weiter ist aus der DE 40 24 815 A1 ein Verfahren zur Schätzung der Geschwindigkeit bekannt. Zur Ermittlung der freirollenden Radumfangsgeschwindigkeit wird dabei zeitweise der Bremsdruck an einem Rad abgesenkt und dann die Radgeschwindigkeit und die Bremskraft an diesem Rad bestimmt. Mit Hilfe des Lenkwinkels, der Giergeschwindigkeit und dein Schräglaufwinkel kann dann die Geschwindigkeit des freirollenden Rads geschätzt werden.
  • Unter Regelanlage soll bei der vorliegenden Erfindung eine Regelanlage verstanden werden, bei der die genaue Radgeschwindinkeit für die Regelung benötigt wird. Es können z.B. ABS, ASR oder Schleppmomentenregler sein. Wegen der Ermittlung (Messung oder Schätzung) der zusätzlichen Einflussgrößen, wie Giergeschwindigkeit und Quergeschwindigkeit wird die erfindungsgemäße Bestimmung der Reifentoleranz vorzugsweise dort zur Anwendung kommen, wo diese Größen aus regelungstechnischen Gründen ermittelt werden Dies ist zum Beispiel bei der Fahrdynamikreregelung der Fall, bei der z.B. zur Kompensation eines Giermomentes ein Gegengiermoment durch Erzeugung von Bremsschlüpfen erzeugt wird.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist die genaue Ermittlung der Radgeschwindigkeiten.
  • Mit der erfindungsgemäßen Methode ist gegenüber dem Stand der Technik eine sehr viel genauere Korrektur des Radgeschwindigkeitssignals möglich. Es ist bei dieser Methode eine fehlerfreie Korrektur auch bei leicht eingeschlagener Lenkung und bei einem geringen Antriebs- und Schleppmoment möglich.
  • Voraussetzung für die einwandfreie Ermittlung der Reifentoleranzen sind die folgenden Bedingungen:
    • (1) keine Motorschleppmomentregelung aktiv
    • (2) keine Antriebsschlupfregelung aktiv
    • (3) keine Bremsenbetätigung durch den Fahrer
    • (4) keine Bremsenbetätigung durch FDR-Eingriff
    • (5) Fahrzeuglängsgeschwindigkeit genügend groß (z.B. Vf > 5 m/s)
    • (6) Antriebs- oder Schleppmoment genügend klein (z.B. |Radmoment| < 400 Nm)
    • (7) |ψ .| <g·μm/Vf,g = 9,81 m/s**2, z.B. μm = 0,1
  • Erläuterungen:
    • – (1)–(4) sind Indizien dafür, dass die Räder stabil laufen
    • – (5) stellt sicher, dass Fehler infolge eines Offsets der Gierwinkelgeschwindigkeit gering bleiben
    • – (6) gewährleistet, dass Fehler infolge ungenau bekannter Reifenlängssteifigkeiten klein bleiben.
    • – (7) stellt zusammen mit (5) sicher, dass sich das Fahrzeug in einem stabilen Fahrzustand befindet.
  • Die gesuchten absoluten Toleranzen ri werden aus Gründen der Störunterdrückung über relative Toleranzen ρi bestimmt. Dazu wird von folgenden Gleichungen ausgegangen:
    Figure 00030001
  • Darin ist, weil Rad 1 Bezugsrad ist, ρ1 = 0
  • Aus (1) werden die relativen Toleranzen berechnet zu:
    Figure 00030002
  • Hiermit bedeuten:
    vfri die Geschwindigkeit der freirollenden Räder i
    ψ . die Giergeschwindigkeit um die Hochachse
    vy Quergeschwindikeit
    R eine Fahrzeugkonstante, Abstand Vorderachse-Schwerpunkt, z.B. 1.5m
    B eine Fahrzeugkonstante, halbe Spurweite. z.B. 0.7m
    δ Lenkwinkel
    v sehe Gleichung (1)(a)
  • Weichen die absoluten Toleranzen ri, die zur Berechnung der Vfri benutzt werden, von den wahren Toleranzen ab, so ergeben sich Werte ρ2, ρ3, ρ4 ≠ 0. Die wahren Toleranzen ri' lassen sich berechnen aus ri' = (1 + ri)·(1 + ρi) – 1 (3)
  • Diese Werte ri' können benutzt werden, um eine Abgleichbedingung zu gewinnen, die zur ri-Gewinnung erfüllt sein muss.
    • (8) max (r1', r2', r3', r4') – min (r1', r2, r3, r4) < 0,06 (4)
  • Falls alle obigen Bedingungen (1) bis (8) erfüllt sind, werden die aus Gl. (2) berechneten δi mittels eines Tiefpassfilters 1. Ordnung (Zeitkonstante z.B. ca. 2s) gefiltert: ρF i, t+i = ρF i,t + k1·(ρi – ρFi,t), i = 1,..., 4,k1 ... Filterkoeffizient, z.B. k1 = 0,01
  • Diese Werte ρFi werden einem zweiten Tiefpassfilter 1. Ordnung zugeführt (Zeitkonstante ca. 10s), das die absoluten Toleranzen aktualisiert: ri, t+1 = ri, t + k2·ρF i,t+1·(1 + ri, t), i = 1,..., 4 (5)k2 ... Filterkoeffizient, z.B. k2 = 0,002
  • Die Werte ri, t konvergieren gegen die wahren Werte, während die Werte ρFi,t gegen Null konvergieren.
  • Falls eine der Bedingungen (1) bis (8) verletzt ist, wird ρF i,t+i = 0gesetzt und ri, t+1 behält den Wert des vergangenen Rechenzyklus ri, t. Dieses Vorgehen gewährleistet, dass nur dann, wenn die Bedingungen (1) bis (8) lange genug ohne Unterbrechung erfüllt sind, eine deutliche Korrektur von ri, t stattfindet.
  • Die oben erwähnten freirollenden Radgeschwindigkeiten vfri werden wie folgt bestimmt
    Figure 00050001
    Vr0i ... Rohwerte der gemessenen Radgeschwindigkeiten,
    Fbi ... Reifenkräfte in Längsrichtung
    ci ... Reifenlängssteifigkeit,
    ri ... Reifentoleranzen des Abrollradius.
  • Das Rad mit dem Index 1 wird als Bezugsrad betrachtet, so dass dafür gilt: r1 = 0.
  • Der Schlupf, der durch die übertragene Reifenlängskraft entsteht, ist in Gl. (6) durch den Term Fbi/ci berücksichtigt.
  • Die gemäß Gleichung (5) gewonnenen absoluten Toleranzen werden gemäß Gleichung (6) weiter verarbeitet zu den gesuchten Geschwindigkeiten vfri.
    •
  • Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
  • 1 ein Modell eines Kraftfahrzeugs mit den eingezeichneten vorkommenden Größen.
  • 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels.
  • An einen Block 1 der 2 zur Bildung der relativen Toleranzen werden die Messgrößen (oder geschätzten Größen) Giergeschwindigkeit ψ .. Quergeschwindigkeit vy und der Lenkwinkel δ geliefert. Außerdem werden die fahrzeugspezifischen Größen R und B eingegeben. Schließlich werden die freirollenden Radgeschwindigkeiten vfr2 bis vfr4 an dem Block 1 geliefert. Der berechnet gemäß (2) oben die relativen Toleranzen ρ2 bis ρ4. In einem ersten Filter 1. Ordnung werden hieraus gefilterte Größen ρFi gewonnen (gemäß (4) oben). Diese werden einem zweiten Filter 1. Ordnung 3 zugeführt, das gemäß (5) die absoluten Toleranzen r2 bis r4 berechnet. Dazu werden die im Rechentakt zuvor errechneten Werte r2 bis r4 benötigt, die im Speicher 3a zwischengespeichert sind.
  • Mit Hilfe der gemessenen Rohgeschwindigkeiten der Räder vR02 bis vR04 und Konstanten sowie den absoluten Toleranzen r2 bis r4 werden in einem Block 4 die freirollenden Geschwindigkeiten der Räder vfri ermittelt und zusammen mit der Geschwindigkeit vr01 = vfr1 des Bezugsrads einem Regler 5 zugeführt, der diese Geschwindigkeiten als Eingangsgrößen benötigt.
  • Ein UND-Gatter 6 aktiviert die Bestimmung dieser Geschwindigkeiten nur, wenn die oben aufgeführten Bedingungen (1) bis (8) erfüllt sind.

Claims (17)

  1. Regelungsverfahren für ein Kraftfahrzeug, bei dem ausgehend von Radgeschwindigkeiten eine Regelung durchgeführt wird, wobei das Fahrzeug Fühler zur Ermittlung der Geschwindigkeiten (vr0i) der Räder, ein Steuergerät, dem diese Signale zugeführt werden und das Regelsignale erzeugt, Regeleinrichtungen, die mit diesen Regelsignalen beaufschlagt werden, und Radgeschwindigkeitssignalbeeinflussungsmittel, um unterschiedliche Radien der Räder auszugleichen, enthält wobei ein Rad als Bezugsrad ausgewählt wird, dessen Geschwindigkeitssignal unbeeinflußt bleibt und für die Radgeschwindigkeitssignale der anderen Räder zyklisch absolute Toleranzen (ri) ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine freirollende Radgeschwindigkeit (vfri) des jeweiligen Rades gemäß der Beziehung
    Figure 00070001
    in Abhängigkeit der jeweils gemessenen Radgeschwindigkeit (vr0i) und der im vorigen Zyklus ermittelten absoluten Toleranz (ri) unter Berücksichtigung des durch übertragene Reifenlängskräfte (Fbi) entstehe den Schlupfes und der Reifensteifigkeit ci ermittelt wird, wobei für das Bezugsrad die absolute Toleranz (ri) zu Null gesetzt wird, daß relative Toleranzen (ρi) für die Hinterräder durch ins Verhältnissetzen einer in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit (v), der Gierrate (ψ) und einer fahrzeugspezifischen Größe (B) ermittelten Radgeschwindigkeit mit der freirollenden Radgeschwindigkeit bestimmt werden, und relative Toleranzen (ρi) für die Vorderräder durch ins Verhältnisset zen einer in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Gierrate, des Lenkwinkels (δ), der Fahrzeugquergeschwindigkeit (vy) und fahrzeugspezifischer Größen (B, R) ermittelten Radgeschwindigkeit mit der freirollenden Radgeschwindigkeit bestimmt werden, wobei für das Bezugsrad die relative Toleranz (ρi) zu Null gewählt wird, daß aus diesen relativen Toleranzen (ρi) mittels Filterung neue absolute Toleranzen (ri,t+1) ermittelt werden und daß die neuen absoluten Toleranzen (ri,t+1) zur Korrektur der Radgeschwindigkeitssignale und im folgenden Rechentakt zur Bestimmung der freirollenden Radgeschwindigkeiten verwendet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit (v) in Abhängigkeit der freirollenden Radgeschwindigkeit (vfr1) des Bezugsrades, der Fahrzeugquergeschwindigkeit (vy), der Gierrate (ψ .), des Lenkwinkels (δ) und fahrzeugspezifischer Größen (B, R) bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als fahrzeugspezifische Größen eine auf der Spurweite beruhende Fahrzeuggröße (B) und der Abstand (R) der Vorderachse vom Fahrzeugschwerpunkt verwendet werden, wobei bei der Ermittlung der relativen Toleranzen (ρi) für die Hinterräder die auf der Spurweite beruhende Fahrzeuggröße verwendet wird, und bei der Ermittlung der relativen Toleranzen für die Vorderräder beide fahrzeugspezifischen Größen verwendet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die relativen Toleranzen mittels eines ersten Tiefpaßfilters 1. Ordnung gefiltert werden, und daß die gefilterten relativen Toleranzen (ρFi) einem zweiten Tiefpaßfilter 1. Ordnung mit höherer Zeitkonstante zugeführt werden, mit dem die neuen absoluten Toleranzen ermittelt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der absoluten Toleranzen nur durchgeführt wird, wenn nicht gebremst wird, insbesondere eine Bremsbetätigung durch den Fahrer nicht vorliegt, und keine Regelung an der Bremse oder dem Antrieb erfolgt, insbesondere eine Bremsenbetätigung durch einen FDR-Eingriff nicht vorliegt oder eine Motorschleppmomentregelung oder eine Antriebsschlupfregelung nicht aktiv ist.
  6. Regelanlage nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Werte ri nur durchgeführt wird, wenn die auf die Räder wirkenden Momente , insbesondere die Antriebs- oder Schleppmomente, unterhalb einer kleinen Schwelle liegen.
  7. Regelanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Werte ri nur erfolgt, wenn |ψ .| < g·μm/vf ist (g = 9.81 m/sec2, μm = 0.1).
  8. Regelanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Werte ri nur erfolgt, wenn max(r1, r2, r3, r4) – min(r1, r2, r3, r4) < K,wobei K ein konstanter geringer Prozentsatz ist.
  9. Regelanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Werte ri nur erfolgt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als eine kleine Schwelle ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Giergeschwindigkeit (ψ) und der Lenkwinkel (δ) gemessen werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der freirollenden Radgeschwindigkeit gemäß der Beziehung
    Figure 00100001
    erfolgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß der Beziehung
    Figure 00100002
    erfolgt.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die relativen Toleranzen für die Räder, die nicht Bezugsrad sind, wie folgt bestimmt werden:
    Figure 00100003
  14. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Tiefpaßfilter folgende Filtergleichung aufweist: ρFi,t+1 = ρFi,t + k1·(ρi,t – ρFi,t),mit i = 1,...,4, ` wobei k1 ein Filterkoeffizient ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Tiefpaßfilter folgende Filtergleichung aufweist: ri,t+1 = ri,t + k2·ρFi,t+1·(1 + ri,t),mit i = 1,...,4, wobei k2 ein Filterkoeffizient ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Regelverfahren um ein Regelverfahren zur Regelung des Bremsschlupfes oder des Antriebsschlupfes oder des Schleppmoments oder des Giermoments handelt.
  17. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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