DE4242218A1 - Road vehicle dynamics control method - using actuator position and rate of error used in fuzzy logic control stage to regulate output - Google Patents

Road vehicle dynamics control method - using actuator position and rate of error used in fuzzy logic control stage to regulate output

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DE4242218A1
DE4242218A1 DE19924242218 DE4242218A DE4242218A1 DE 4242218 A1 DE4242218 A1 DE 4242218A1 DE 19924242218 DE19924242218 DE 19924242218 DE 4242218 A DE4242218 A DE 4242218A DE 4242218 A1 DE4242218 A1 DE 4242218A1
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Robert Bosch GmbH
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    • F16H2061/0081Fuzzy logic

Abstract

The control of an actuator in a road vehicle, such as a pulse width modulated hydraulic device (18) used in rear axis control, is provided with the aid of a fuzzy logic unit (20). The position of the actuator is measured (12) and is fed back (y) for comparison (11) with a reference (w). The error signal (e) and its derivative (e') are provided as input to the fuzzy logic controller that provides a setting input to the control action device (16). USE/ADVANTAGE - Provides optimal control over wide range of conditions.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer die Fahr­ dynamik bzw. den Fahrzustand eines Fahrzeugs beeinflussenden Größe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for controlling a driving Dynamic influencing or the driving condition of a vehicle according to the preamble of claim 1 and a device for Execution of the procedure.

Aus der DE 37 34 477 A1 ist eine Vorrichtung zur Steuerung des Lenk­ winkels der Räder eines Fahrzeugs bekannt. Dort wird aus dem Lenk­ rad-Einschlagwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit, die mit Senso­ ren abgetastet werden, auf der Basis eines vorgegebenen mathemati­ schen Modells eine die Bewegung des Fahrzeugs repräsentierende Be­ zugsvariable ermittelt, die als Sollwert dient. Für die tatsächliche Bewegung des Fahrzeugs wird ebenfalls eine Bezugsvariable ermittelt. Ein Regler vergleicht die beiden Bezugsvariablen miteinander und steuert ein Stellmittel zur Einstellung des Lenkwinkels der Räder derart an, daß die Abweichung zwischen den beiden Bezugsvariablen verringert wird.DE 37 34 477 A1 describes a device for controlling the steering angle of the wheels of a vehicle known. There is steering wheel turning angle and vehicle speed using Senso be scanned on the basis of a predetermined mathematics model represents the movement of the vehicle train variable determined, which serves as the setpoint. For the actual A reference variable is also determined when the vehicle is moving. A controller compares the two reference variables with each other and controls an adjusting means for adjusting the steering angle of the wheels such that the deviation between the two reference variables is reduced.

Aus der US 5 005 133 ist ein System zur Regelung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs mittels Fuzzy-Logik bekannt. Dabei wird der Istwert der Geschwindigkeit ermittelt und ein Sollwert unter Berücksichti­ gung des Fahrerwunsches festgelegt. Je nach Fahrzustand (z. B. Ge­ triebegang) werden geeignete Zugehörigkeitsfunktionen gewählt. Auf der Grundlage der so gefundenen Zugehörigkeitsfunktionen und der Soll- und Istwerte der Fahrgeschwindigkeit wird eine Stellgröße zur Steuerung eines Stellers durch Anwendung von Fuzzy-Regeln ermittelt.From US 5 005 133 is a system for regulating the speed of a vehicle using fuzzy logic. The actual value the speed is determined and a setpoint is taken into account  specified driver request. Depending on the driving condition (e.g. Ge Suitable gear functions are selected. On the basis of the membership functions found in this way and the Setpoints and actual values of the vehicle speed are used as a manipulated variable Control of an actuator determined using fuzzy rules.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine die Fahrdynamik bzw. den Fahrzustand eines Fahrzeugs beeinflussende Größe möglichst optimal zu regeln. Dabei soll die Abweichung zwischen Soll- und Ist­ wert unter möglichst vielen Betriebsbedingungen möglichst gering ge­ halten werden und das Regelverhalten auch in Extremfällen stabil bleiben.The invention is based on the object of driving dynamics or variable influencing the driving condition of a vehicle if possible optimally regulated. The difference between the target and actual should value as low as possible under as many operating conditions are maintained and the control behavior stable even in extreme cases stay.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekenn­ zeichneten Merkmale und die nachfolgend beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Weiterbildungen gelöst.This object is characterized by the in claim 1 characterized features and the advantageous described below Refinements and further developments solved.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie eine optimale Regelung einer die Fahrdynamik bzw. den Fahrzustand eines Fahrzeugs beeinflussenden Größe ermöglicht. Da für den erfindungsgemäßen Regelkreis kein mathematisches Modell der Regelstrecke benötigt wird, entfällt der Aufwand für die Modellfindung. Weiterhin wirkt sich die einfache Struktur des Fuzzy-Reglers vorteilhaft aus, da die Anpassung an ei­ nen konkreten Einsatzbereich erleichtert wird.The invention has the advantage that it provides optimal control of a influencing the driving dynamics or the driving state of a vehicle Size allows. Since none for the control loop according to the invention mathematical model of the controlled system is required, the Modeling effort. Furthermore, the simple one affects Structure of the fuzzy controller advantageous because the adaptation to ei a specific area of application is made easier.

Ein weiterer Vorteil ist die Robustheit des Fuzzy-Reglers auch in Extremsituationen. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz des erfin­ dungsgemäßen Regelkreises, wenn der Steller als Schaltventilanord­ nung ausgeführt ist, bespielsweise zur Ansteuerung eines Hinterachs­ stellers. Die Schaltventilanordnung weist ähnliche Vorteile wie der Fuzzy-Regler auf: Sie besitzt eine einfache Struktur, ist robust und läßt sich kostengünstig realisieren. Das führt insgesamt zu sehr guten Regeleigenschaften.Another advantage is the robustness of the fuzzy controller also in Extreme situations. The use of the inventin is particularly advantageous according to the control loop if the actuator is arranged as a switching valve voltage is executed, for example to control a rear axle stellers. The switching valve arrangement has similar advantages as that Fuzzy controller on: It has a simple structure, is robust  and can be realized inexpensively. Overall, this leads to a lot good control characteristics.

Zeichnungdrawing

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsformen erläutert.The invention is based on the Darge in the drawing presented embodiments explained.

Es zeigenShow it

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines an sich bekannten Re­ gelkreises, Fig. 2 eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Re­ gelkreises mit Fuzzy-Regler, Fig. 3 den schematischen Aufbau des Fuzzy-Reglers, Fig. 4 die Zugehörigkeitsfunktionen, Fig. 5 die Pha­ senebene fuhr die normierte Regelabweichung e und die normierte zeit­ liche Ableitung e′ der Regelabweichung, Fig. 6 eine Tabelle für die Zuordnung von Gebieten der Phasenebene zu Kategorien der normierten Stellgröße u, Fig. 7 eine Auflistung der Fuzzy-Regeln und Fig. 8 ei­ ne graphische Darstellung der Anwendung der Fuzzy-Regeln. Fig. 1 is a schematic diagram of a known Re gelkreises, Fig. 2 is a schematic diagram of the Re gelkreises invention with fuzzy controller, Fig. 3 shows the schematic structure of the fuzzy controller, Fig. 4 the membership functions, Fig. 5 the Pha senebene the normalized control deviation e and the normalized time derivative e 'of the control deviation, Fig. 6 is a table for the assignment of areas of the phase level to categories of the standardized manipulated variable u, Fig. 7 is a listing of the fuzzy rules and Fig. 8 ei ne graphical Presentation of the application of the fuzzy rules.

Der Aufbau und die Funktionsweise der Erfindung werden beispielhaft für den Einsatz im Zusammenhang mit einer Hinterradlenkung beschrie­ ben. Die Erfindung liefert bei diesem Ausführungsbeispiel Signale zur Ansteuerung von elektromagnetischen Schaltventilen, die den Hydraulikstrom zu wenigstens einem Hinterachssteller zur Steuerung des Lenkwinkels beeinflussen. Im folgenden wird eine Ausführungsform mit einem Hinterachssteller beschrieben. Prinzipiell können aber auch mehrere Hinterachssteller angesteuert werden. Darüberhinaus kann die Erfindung beispielsweise auch im Zusammenhang mit einer Fahrwerkregelung oder im Zusammenhang mit dem Bremssystem eingesetzt werden.The structure and operation of the invention are exemplary for use in connection with rear wheel steering ben. In this embodiment, the invention provides signals to control electromagnetic switching valves that the Hydraulic flow to at least one rear axle actuator for control of the steering angle. The following is an embodiment described with a rear axle actuator. In principle, however several rear axle actuators can also be controlled. Furthermore can the invention, for example, in connection with a Chassis control or used in connection with the braking system become.

Intern arbeitet der Fuzzy-Regler mit normierten Größen. Es wird da­ her unterstellt, daß alle Größen beim Einlesen in den Fuzzy-Regler normiert werden und diese Normierung bei der Ausgabe aus dem Fuzzy-Regler wieder rückgängig gemacht wird. Um die normierten von den nicht normierten Größen leichter unterscheiden zu können, werden die Symbole der nicht normierten Größen unterstrichen, z. B. e (nicht normierte Regelabweichung) bzw. e (normierte Regelabweichung).Internally, the fuzzy controller works with standardized sizes. It is assumed that all sizes are normalized when reading into the fuzzy controller and this normalization is canceled when the fuzzy controller is output. In order to be able to differentiate between the normalized and the non-standard sizes more easily, the symbols of the non-standard sizes are underlined, e.g. B. e (non-standardized control deviation) or e (standardized control deviation).

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines an sich bekannten herkömmlichen Regelkreises. Ein Block mit dem Bezugszeichen 10 stellt einen Sollwert w für einen Verknüpfungspunkt 11 bereit. Von einem Sensor 12 wird ein Istwert y erfaßt, der als 2. Eingangssignal des Ver­ knüpfungspunktes 11 dient. Im Verknüpfungspunkt 11 wird eine Regel­ abweichung e durch Differenzbildung aus dem Sollwert w und dem Ist­ wert y ermittelt. Die Regelabweichung e wird einem Regler 14 zuge­ führt, der daraus eine Stellgröße u bestimmt und an einen Steller­ signalgenerator 16 weiterleitet. Der Stellersignalgenerator 16 er­ zeugt ein entsprechendes Ansteuersignal u₁ und beaufschlagt ein Stellglied 18, dessen Position mit dem Sensor 12 als Istwert y er­ faßt wird, mit dem Signal u₁. Fig. 1 shows a basic circuit diagram of a per se conventional control loop. A block with the reference number 10 provides a setpoint value w for a connection point 11 . An actual value y is detected by a sensor 12 and serves as the 2nd input signal of the node 11 . At node 11 , a control deviation e is determined by forming the difference between the desired value w and the actual value y . The control deviation e is fed to a controller 14 , which determines a manipulated variable u therefrom and forwards it to an actuator signal generator 16 . The actuator signal generator 16 he witnesses a corresponding drive signal u ₁ and acted upon an actuator 18, whose position with the sensor 12 as an actual value y he construed, with the signal u ₁.

Fig. 2 zeigt ein Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Regelkrei­ ses. Die Grobstruktur entspricht dem bekannten Regelkreis aus Fig. 1. Erfindungswesentlich ist der innere Aufbau der einzelnen Blöcke, insbesondere des Blocks 14. Block 14 besteht aus einem Fuzzy-Regler 20 und aus einem Mittel 22 zur Bildung der zeitlichen Ableitung e′ der Regelabweichung. Der Fuzzy-Regler erhält als Eingangssignale die Regelabweichung e und die Ableitung e′ der Regelabweichung nach der Zeit und liefert als Ausgangssignal die Stellgröße u, die an den Stellersignalgenerator 16 weitergegeben wird. Der Stellersignalge­ nerator 16 erzeugt ein entsprechendes pulsweitenmoduliertes Signal u PWM zur Ansteuerung des Stellglieds 18. Fig. 2 shows a schematic diagram of the Regelkrei ses invention. The rough structure corresponds to the known control loop from FIG. 1. The internal structure of the individual blocks, in particular block 14, is essential to the invention. Block 14 consists of a fuzzy controller 20 and a means 22 for forming the time derivative e 'of the control deviation. The fuzzy controller receives the control deviation e as the input signals and the derivative e 'of the control deviation according to time and supplies the control variable u as the output signal, which is passed on to the control signal generator 16 . The Stellersignalge generator 16 generates a corresponding pulse width modulated signal u PWM to control the actuator 18th

Das Stellglied 18 besteht aus einem Hinterachssteller und einer Schaltventilanordnung, über die der Hinterachssteller mit Hydraulik­ flüssigkeit beaufschlagt wird. Die Schaltventile werden im Takt des pulsbreitenmodulierten Signals geöffnet und geschlossen, was zu ei­ nem entsprechend modulierten Hydrauliksignal führt. Durch den so ge­ steuerten Hydraulikstrom läßt sich der Kolben des Hinterachsstellers verschieben und dadurch der Radeinschlag beeinflussen.The actuator 18 consists of a rear axle actuator and a switching valve arrangement through which the rear axle actuator is acted upon by hydraulic fluid. The switching valves are opened and closed in time with the pulse-width-modulated signal, which leads to a correspondingly modulated hydraulic signal. Due to the controlled hydraulic flow, the piston of the rear axle adjuster can be moved, thereby influencing the wheel lock.

Die Ist-Position y des Hinterachsstellers wird durch den Sensor 12 erfaßt und geht mit negativem Vorzeichen in den Verknüpfungspunkt 11 ein. Mit positivem Vorzeichen geht die Soll-Position w des Hinter­ achsstellers in den Verknüpfungspunkt 11 ein. Im Verknüpfungspunkt 11 werden die beiden Eingangssignale y und w additiv überlagert. Das Ergebnis der Überlagerung ist die Regelabweichung e.The actual position y of the rear axle adjuster is detected by sensor 12 and enters node 11 with a negative sign. With a positive sign, the target position w of the rear axle actuator enters the link point 11 . In node 11 , the two input signals y and w are additively superimposed. The result of the overlay is the control deviation e .

Zur Bestimmung der Soll-Position w des Hinterachsstellers durch Block 10 können aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren einge­ setzt werden. Bei einem dieser Verfahren erfaßt ein geeigneter Sen­ sor den Einschlagwinkel des Lenkrads. Dieser Einschlagwinkel wird über eine Kennlinie in eine entsprechende Soll-Position w des Hin­ terachsstellers umgesetzt. Bei der Umsetzung können auch weitere Größen, die den Fahrzustand charakterisieren, wie z. B. die Gierge­ schwindigkeit, berücksichtigt werden.To determine the desired position w of the rear axle actuator by block 10 , methods known from the prior art can be used. In one of these methods, a suitable sensor senses the steering angle of the steering wheel. This turning angle is converted via a characteristic curve into a corresponding target position w of the rear axle actuator. In the implementation, other variables that characterize the driving state, such as. B. the greed speed, are taken into account.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des Fuzzy-Reglers 20, der intern aus 3 hintereinandergeschalteten Funktionseinheiten 30, 32 und 34 besteht. Diese 3 Funktionseinheiten werden üblicherweise als Fuzzyfication (30), Fuzzy-Reasoning (32) und Defuzzyfication (34) bezeichnet. FIG. 3 shows a schematic illustration of the fuzzy controller 20 , which internally consists of 3 functional units 30 , 32 and 34 connected in series . These 3 functional units are usually referred to as fuzzyfication ( 30 ), fuzzy reasoning ( 32 ) and defuzzyfication ( 34 ).

Die 1. Funktionseinheit 30 erhält als Eingangssignale die Regelab­ weichung e und deren zeitliche Ableitung e′. Die Eingangssignale werden normiert, d. h. es werden die normierte Regelabweichung e und die normierte zeitliche Ableitung e′ der Regelabweichung ermittelt. Den Größen e und e′ werden zwei Scharen von Zugehörigkeitsfunktionen µ und µe′, die in Fig. 4 graphisch dargestellt sind, zugeordnet. The 1st functional unit 30 receives the control deviation e and its time derivative e 'as input signals. The input signals are normalized, ie the normalized control deviation e and the normalized time derivative e 'of the control deviation are determined. The quantities e and e 'are assigned to two groups of membership functions µ and µ e' , which are shown graphically in FIG. 4.

In jeder Zugehörigkeitsfunktion werden die aktuellen Werte fuhr e bzw. e′ vermerkt und anschließend erfolgt die Weitergabe der Zuge­ hörigkeitsfunktionen an die 2. Funktionseinheit 32.In each membership function, the current values dro e or e ′ are noted and then the membership functions are passed on to the second functional unit 32 .

In der 2. Funktionseinheit 32 werden die Fuzzy-Regeln auf die von der 1. Funktionseinheit 30 zur Verfügung gestellten Zugehörigkeits­ funktionen angewendet und als Ergebnis erhält man eine Zugehörig­ keitsfunktion µu für die Stellgröße. Eine graphische Darstellung dieser Operation, die üblicherweise als Fuzzy-Reasoning bezeichnet wird, zeigt die weiter unten beschriebene Fig. 8. Die Zugehörig­ keitsfunktion µu wird an die 3. Funktionseinheit 34 weitergeleitet, die daraus durch Mittelwertbildung eine normierte Stellgröße u er­ zeugt. Aus der normierten Stellgröße u wird eine an das System, in dem der Fuzzy-Regler eingesetzt wird, angepaßte Stellgröße u ermit­ telt und am Ausgang des Fuzzy-Reglers 20 bereitstellt.In the second functional unit 32 , the fuzzy rules are applied to the membership functions provided by the first functional unit 30 and, as a result, a membership function µ u is obtained for the manipulated variable. A graphical representation of this operation, which is usually referred to as fuzzy reasoning, is shown in FIG. 8 described below . The membership function μ u is forwarded to the third function unit 34 , which generates a standardized manipulated variable from it by averaging. U is from the normalized control value A to the system, in which the fuzzy controller is used, adapted manipulated variable u ermit telt and providing at the output of the fuzzy controller 20th

In Fig. 4 sind Zugehörigkeitsfunktionen dargestellt. Um die Zugehö­ rigkeitsfunktionen zu definieren, werden den Wertebereichen der nor­ mierten Regelabweichnug e, der normierten zeitlichen Ableitung e′ der Regelabweichung und der normierten Stellgröße u jeweils mehrere Kategorien zugeordnet, wobei jede Kategorie die Lage eines Unterbe­ reichs innerhalb des Wertebereichs qualitativ beschreibt. Die Stärke der Zuordnung jedes einzelnen Werts eines Wertebereichs zu einer Kategorie wird durch eine Zugehörigkeitsfunktion festgelegt. Bei­ spielsweise wird für die normierte Regelabweichung e die Stärke der Zuordnung zur Kategorie "negative small" die mit "NS" bezeichnete Zugehörigkeitsfunktion µe der Fig. 4 beschrieben.In Fig. 4 membership functions are shown. To define the membership functions, the value ranges of the standardized control deviation e, the standardized time derivative e ′, the control deviation and the standardized manipulated variable u are each assigned several categories, with each category qualitatively describing the position of a sub-range within the value range. The strength of the assignment of each individual value of a value range to a category is determined by a membership function. For example, for the normalized control deviation e, the strength of the assignment to the "negative small" category is described by the membership function μ e of FIG. 4, designated "NS".

Fig. 4 zeigt Zugehörigkeitsfunktionen für die Kategorien "negative big" (NB), "negative small" (NS), "positive small" (PS) und "positi­ ve big" (PB). Auf der Abszisse sind die normierten Größen e, e′ und u aufgetragen und auf der Ordinate die Zugehörigkeitsfunktionen µe, µe′ und µu für die verschiedenen Kategorien. Die Zugehörig­ keitsfunktionen nehmen jeweils Werte zwischen 0 und 1 an. Der Wert 0 gibt an, daß keine Zugehörigkeit zur betrachteten Kategorie vorliegt und der Wert 1 weist auf eine vollständige Zugehörigkeit hin. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Zugehörigkeitsfunk­ tionen der normierten Regelabweichung e, der normierten zeitlichen Ableitung e′ der Regelabweichung und der normierten Stellgröße u für die gleiche Kategorie identisch. Es können prinzipiell aber auch un­ terschiedliche Zugehörigkeitsfunktionen für jede dieser drei Größen gewählt werden. Je nach Anwendung können auch andere Funktionsver­ läufe als die in Fig. 4 dargestellten gewählt werden. Für die An­ steuerung eines Hinterachsstellers über eine Schaltventilanordnung haben sich allerdings die hier dargestellten Zugehörigkeitsfunktio­ nen als besonders zweckmäßig erwiesen. Fig. 4 shows membership functions for the categories "negative big" (NB), "negative small" (NS), "positive small" (PS) and "positive big" (PB). The normalized quantities e, e ′ and u are plotted on the abscissa and the membership functions µ e , µ e ′ and µ u for the different categories on the ordinate. The membership functions each take values between 0 and 1. The value 0 indicates that there is no membership in the category under consideration, and the value 1 indicates complete membership. In the exemplary embodiment described here, the membership functions of the standardized control deviation e, the standardized time derivative e 'of the control deviation and the standardized manipulated variable u are identical for the same category. In principle, however, different membership functions can be selected for each of these three sizes. Depending on the application, other functional courses than those shown in FIG. 4 can also be selected. For the control of a rear axle actuator via a switching valve arrangement, however, the membership functions shown here have proven to be particularly expedient.

In Fig. 5 ist eine Phasenebene für die normierte Regelabweichung e und die normierte zeitliche Ableitung e′ der Regelabweichung darge­ stellt, die eine besonders effiziente und anschauliche Herleitung der Fuzzy-Regeln zur Bestimmung der normierten Stellgröße u aus der normierten Regelabweichung e und der normierten zeitlichen Ableitung e′ der Regelabweichung ermöglicht. Auf der Abszisse ist die normier­ te Regelabweichung e und auf der Ordinate ist die normierte zeitli­ che Ableitung e′ der Regelabweichung aufgetragen. Die Phasenebene ist in mehrere Gebiete unterteilt, die mit den Buchstaben A bis F bezeichnet sind. Diagonal durch die Phasenebene verläuft die Gerade "e+e′=0" von links oben nach rechts unten. Die Fuzzy-Regeln werden mit Hilfe der Phasenebene erzeugt, indem jeweils einem Gebiet oder einer Kombination aus mehreren Gebieten der Phasenebene eine Katego­ rie der normierten Stellgröße u zugeordnet wird. In Fig. 5 is a phase plane for the normalized control deviation e and the normalized time derivative E 'of the control deviation is Darge is that u is a particularly efficient and intuitive derivation of the fuzzy rules for determining the normalized control value of the normalized control deviation e and the normalized time Derivation e 'of the control deviation allows. The normalized control deviation e is plotted on the abscissa and the normalized time derivative e ′ of the control deviation is plotted on the ordinate. The phase level is divided into several areas, which are designated with the letters A to F. The straight line "e + e ′ = 0" runs diagonally through the phase plane from top left to bottom right. The fuzzy rules are generated with the help of the phase level by assigning a category of the standardized manipulated variable u to an area or a combination of several areas of the phase level.

In Fig. 6 sind die Zuordnungen zwischen den Gebieten der Phasenebene (linke Spalte) und den Kategorien der normierten Stellgröße u (mitt­ lere Spalte) tabellarisch dargestellt. Aus diesen Zuordnungen erhält man Fuzzy-Regeln (rechte Spalte), indem man die Gebiete der Phasen­ ebene durch logische Verknüpfungen der Kategorien für die normierte Regelabweichung e und die normierte zeitliche Ableitung e′ der Re­ gelabweichung beschreibt.In Fig. 6, the assignments between the areas of the phase level (left column) and the categories of the standardized manipulated variable u (middle column) are shown in a table. Fuzzy rules (right column) are obtained from these assignments by describing the areas of the phase level by logical combinations of the categories for the normalized control deviation e and the normalized time derivative e ′ of the control deviation.

Fig. 7 zeigt eine Auflistung von Fuzzy-Regeln (R1 bis R4). Es ist je ein Satz von Regeln für die beiden Bereiche der Phasenebene "e′<-e" (R1 und R2) und "e′-e" (R3 und R4) definiert. Jede Fuzzy-Regel wird von dem Wort "IF" eingeleitet, dem eine Prämisse folgt. Der Prämisse schließen sich das Wort "THEN" und eine Folgerung an. Die Prämisse besteht aus einer Kategorieangabe oder mehreren, durch logische Operatoren verknüpften Kategorieangaben für die normierte Regelab­ weichung e und/oder die normierte zeitliche Ableitung e′ der Regel­ abweichung. Die Größe, auf die sich die jeweilige Kategorieangabe bezieht, steht dabei zwischen den beiden Kürzeln für die Kategorie, z. B. NEB bedeutet: Die normierte Regelabweichung e ist "negative big". Die Folgerung enthält eine Kategorieangabe für die normierte Stellgröße u, z. B. "NUB". Fig. 7 shows a collection of fuzzy rules (R1 to R4). A set of rules is defined for each of the two areas of the phase level "e '<- e" (R1 and R2) and "e'-e" (R3 and R4). Every fuzzy rule is introduced by the word "IF", which is followed by a premise. The premise is followed by the word "THEN" and a conclusion. The premise consists of a category specification or several category information, linked by logical operators, for the standardized rule deviation e and / or the standardized time derivative e ′ of the rule deviation. The size to which the respective category specification refers is between the two abbreviations for the category, e.g. B. NEB means: The normalized control deviation e is "negative big". The conclusion contains a category specification for the standardized manipulated variable u, e.g. B. "NUB".

In Fig. 8 ist die Anwendung von Fuzzy-Regeln für die Beispielwerte e0 der normierten Regelabweichung e und e′0 der normierten zeit­ lichen Ableitung e′ der Regelabweichung dargestellt. Es wird zu­ nächst ermittelt, welchen Bereich der Phasenebene ("e′<-e" bzw. "e′-e") die Beispielwerte e0 und e′0 zuzuordnen sind und demge­ mäß die anzuwendenden Regeln R1 und R2 bzw. R3 und R4 ausgewählt. Für die in Fig. 8 dargestellten Beispielwerte e0 und e′0 gilt: e′0<-e0. Folglich sind die Fuzzy-Regeln anzuwenden, die für den Bereich "e′<-e" der Phasenebene definiert sind, d. h. R1 und R2. In Fig. 8 the application of fuzzy rules for the example values e 0 of the normalized control deviation e and e ' 0 of the normalized time derivative e' of the control deviation is shown. It is first determined which area of the phase level ("e '<- e" or "e'-e") the example values e 0 and e' 0 are to be assigned and accordingly the rules R1 and R2 or R3 and R4 selected. The following applies to the example values e 0 and e ′ 0 shown in FIG. 8: e ′ 0 <-e 0 . Consequently, the fuzzy rules that are defined for the range "e '<- e" of the phase plane are to be applied, ie R1 and R2.

Im oberen Teil der Fig. 8 sind die Zugehörigkeitsfunktionen µe, µa′ und µu aus Fig. 4 abgebildet. Darunter ist die Anwendung der Fuzzy-Regeln R1 und R2 dargestellt, wobei die Anwendung jeder ein­ zelnen Regel von links nach rechts zu lesen ist, mit anderen Worten, die Ergebnisse der Regelanwendungen sind jeweils auf der rechten Seite der Fig. 8 abgebildet. Die Überlagerung der Ergebnisse der Re­ gelanwendungen erfolgt von oben nach unten und führt zum Endergeb­ nis, das rechts unten in Fig. 8 dargestellt ist.In the upper part of FIG. 8, the membership functions µ e , µ a ' and µ u from Fig. 4 are shown. Below, the application of the fuzzy rules R1 and R2 is shown, the application of each individual rule being read from left to right, in other words, the results of the rule applications are each shown on the right-hand side of FIG. 8. The results of the control applications are superimposed from top to bottom and lead to the final result, which is shown at the bottom right in FIG. 8.

Die Anwendung einer Fuzzy-Regel läuft folgendermaßen ab:A fuzzy rule is used as follows:

Es werden zunächst die Kategorieangaben der Prämisse (z. B. R1: (PES AND (PE′S OR NE′S)) OR (NES OR NEB)) ausgewertet, indem zu jeder Kategorieangabe am Ort des Beispielwerts e0 bzw. e′0 (vertikale, gestrichelte Linien) der Wert der Zugehörigkeitsfunktion µe bzw. µe′ für die durch die Kategorieangabe bezeichnete Größe e bzw. e′ ermittelt wird. Für die Regel R1 sind die so ermittelten Werte in Fig. 8 als Punkte dargestellt und mit I, II, III, IV und V bezeich­ net, entsprechend den einzelnen Kategorieangaben der Prämisse der Regel R1: PES, PE′S, NE′S, NES und NEB. Die Prämisse der Regel R1 läßt sich somit auch darstellen als: (I AND (II OR III)) OR (IV OR V). Besteht die Prämisse aus mehreren Kategorieangaben - bei Regel R1 sind es 5 Kategorieangaben - so wird sukzessive der größte Funk­ tionswert der durch "OR" verknüpften Kategorieangaben bzw. der kleinste Funktionswert der durch "AND" verknüpften Kategorieangaben ausgewählt. Bei geklammerten Ausdrücken, wird mit der innersten Klammer begonnen. Bei der Regel R1 wird also zunächst der Ausdruck (II OR III) ausgewertet. Dazu wird von den mit II und III bezeichne­ ten Punkten derjenige ausgewählt, der den größeren Wert der Zugehö­ rigkeitsfunktion µe′ repräsentiert. Dies ist Punkt II. Die Prämisse der Regel R1 lautet nach diesem ersten Schritt: (I AND II) OR (IV OR V). Danach wird der Ausdruck (I AND II) ausgewertet, d. h. die Punkte I und II werden miteinander verglichen und der kleinere von beiden wird für die weitere Auswertung ausgewählt, nämlich Punkt I. Die Prämisse der Regel R1 vereinfacht sich dadurch auf: I OR (IV OR V). Somit wird als nächstes der Ausdruck IV OR V ausgewertet, wobei man IV als Ergebnis erhält. Die Prämisse der Regel R1 lautet jetzt: I OR IV. Das Ergebnis dieses Ausdrucks ist IV.First, the category information of the premise (e.g. R1: (PES AND (PE′S OR NE′S)) OR (NES OR NEB)) is evaluated by adding e 0 or e ′ to each category specification at the location of the example value 0 (vertical, dashed lines) the value of the membership function µ e or µ e ′ is determined for the size e or e ′ indicated by the category specification. For rule R1, the values determined in this way are shown in FIG. 8 as points and designated I, II, III, IV and V, in accordance with the individual category specifications of the premise of rule R1: PES, PE′S, NE′S, NES and NEB. The premise of rule R1 can therefore also be represented as: (I AND (II OR III)) OR (IV OR V). If the premise consists of several categories - in rule R1 there are 5 categories - the largest function value of the category information linked by "OR" or the smallest function value of the category information linked by "AND" is successively selected. In the case of bracketed expressions, the innermost bracket is used. In rule R1, the expression (II OR III) is evaluated first. For this purpose, one of the points labeled II and III is selected which represents the larger value of the membership function µ e ' . This is point II. The premise of rule R1 after this first step is: (I AND II) OR (IV OR V). The expression (I AND II) is then evaluated, ie points I and II are compared with one another and the smaller of the two is selected for further evaluation, namely point I. This simplifies the premise of rule R1 to: I OR (IV OR V). Thus, the expression IV OR V is evaluated next, with IV being obtained as a result. The premise of rule R1 is now: I OR IV. The result of this expression is IV.

Der nach dem oben beschriebenen Verfahren ermittelte Funktionswert (z. B. Punkt IV bei-Auswertung der Prämisse zur Regel R1) wird auf die Kategorieangabe der Folgerung (z. B. NUS bei Regel R1) übertragen (gestrichelte, horizontale Linien), indem die entsprechende Zugehö­ rigkeitsfunktion µu der normierten Stellgröße u auf Höhe des Funk­ tionswerts horizontal abgeschnitten wird, so daß man die in Fig. 8 schraffiert dargestellte Fläche erhält.The function value determined according to the procedure described above (e.g. point IV when evaluating the premise for rule R1) is transferred to the category specification of the conclusion (e.g. NUS for rule R1) (dashed, horizontal lines) by the Corresponding membership function µ u of the normalized manipulated variable u is cut off horizontally at the level of the function value, so that the area shown in hatching in FIG. 8 is obtained.

Bei der Regel R2 wird nach dem gleichen Verfahren vorgegangen. Da der so ermittelte Funktionswert in diesem Fall gleich Null ist, bleibt keine Fläche übrig.Rule R2 uses the same procedure. There the function value determined in this way is zero in this case, there is no space left.

Die Ergebnisse der Regelanwendungen werden überlagert, indem die Vereinigungsmenge der Flächen gebildet wird, die durch die Regelan­ wendungen ermittelt wurden. Die so ermittelte Fläche ist in Fig. 8 unten dargestellt. Sie ist identisch mit der Fläche, die bei Anwen­ dung der Regel R1 ermittelt wurde, da bei den Beispielwerten e0 und e′0 die Regel R2 keinen Beitrag liefert.The results of the control applications are overlaid by forming the union of the areas determined by the control applications. The area determined in this way is shown in FIG. 8 below. It is identical to the area that was determined when rule R1 was applied, since rule R2 does not contribute to the example values e 0 and e ′ 0 .

Einen Zahlenwert für die normierte Stellgröße u erhält man durch Mittelung über die durch die Vereinigungsoperation erhaltene Fläche. Diese Mittelung kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß der geome­ trische Mittelpunkt der Fläche bestimmt wird und auf die Abszisse projiziert wird. Aus der so bestimmten normierten Stellgröße u wird schließlich eine an die Regelstrecke angepaßte Stellgröße u ermit­ telt, beispielweise durch Multiplikation mit einem empirisch ermit­ telten Parameter.A numerical value for the normalized manipulated variable u is obtained by averaging over the area obtained by the union operation. This averaging can be done, for example, by determining the geometric center of the area and projecting it onto the abscissa. From the standardized manipulated variable u determined in this way, a manipulated variable u adapted to the controlled system is finally determined, for example by multiplication with an empirically determined parameter.

Claims (10)

1. Verfahren zur Steuerung einer die Fahrdynamik bzw. den Fahrzu­ stand eines Fahrzeugs beeinflussenden Größe abhängig von der Abwei­ chung (e) zwischen einem Soll- (w) und einem Istwert (y) eines mit dieser Größe im Zusammenhang stehenden Signals, dadurch gekennzeich­ net, daß mittels eines Fuzzy-Reglers (20) eine Stellgröße (u) aus dieser Abweichung (e) zwischen Soll- und Istwert und der zeitlichen Ableitung (e′) dieser Abweichung ermittelt wird und die Stellgröße (u) an einen Stellersignalgenerator (16) weitergeleitet wird, der ein Signal (u PWM) an einen Steller (18) weitergibt.1. Method for controlling a variable influencing the driving dynamics or the driving state of a vehicle depending on the deviation ( e ) between a setpoint ( w ) and an actual value ( y ) of a signal related to this variable, characterized in that that by means of a fuzzy controller, a manipulated variable (20) (u) from the deviation (e) between desired and actual values and the time derivative (s') of this deviation is determined and the manipulated variable (u) to an actuator signal generator (16) is forwarded, which forwards a signal ( u PWM ) to an actuator ( 18 ). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die normierte Regelabweichnug (e), die normierte zeitliche Ableitung (e′) der Regelabweichung und die normierte Stellgröße (u) jeweils
  • - mehrere Kategorien ("negative big", "negative small", "positive small" und "positive big") als qualitative Größenangaben definiert werden und
  • - Zugehörigkeitsfunktionen (µe, µe′ und µu) definiert werden, die den Grad der Zugehörigkeit zu den Kategorien als Funkion der Werte festlegen, die von der normierten Regelabweichnug (e) bzw. der normierten zeitliche Ableitung (e′) der Regelabweichung bzw. der normierten Stellgröße (u) angenommen werden.
2. The method according to claim 1, characterized in that for the normalized control deviation (e), the normalized time derivative (e ') of the control deviation and the normalized manipulated variable (u) each
  • - several categories ("negative big", "negative small", "positive small" and "positive big") are defined as qualitative sizes and
  • - Membership functions (µ e , µ e ′ and µ u ) are defined, which determine the degree of belonging to the categories as a function of the values derived from the standardized control deviation (e) or the normalized time derivative (e ′) of the control deviation or the standardized manipulated variable (u).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuge­ hörigkeitsfunktionen (µe) der normierten Regelabweichung (e), (µe′) der normierten zeitlichen Ableitung (e′) der Regelabweichung und (µu) der normierten Stellgröße (u) für die gleiche Kategorie je­ weils gleich sind.3. The method according to claim 2, characterized in that the train hearing functions (µ e ) of the normalized control deviation (e), (µ e ' ) of the standardized time derivative (e') of the control deviation and (µ u ) of the normalized manipulated variable (u ) are the same for the same category. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Zugehörigkeitsfunktionen zu einer Kategorie "negative big" von 1 auf 0 absinken, wenn die in die Zugehörigkeitsfunktionen einge­ setzten Werte einen Bereich von -1 bis 0 durchlaufen,
  • - die Zugehörigkeitsfunktionen zu einer Kategorie "negative small" von 0 auf 1 ansteigen, wenn die in die Zugehörigkeitsfunktionen eingesetzten Werte einen Bereich von -1 bis 0 durchlaufen,
  • - die Zugehörigkeitsfunktionen zu einer Kategorie "positive small" von 1 auf 0 absinken, wenn die in die Zugehörigkeitsfunktionen eingesetzten Werte einen Bereich von 0 bis 1 durchlaufen und
  • - die Zugehörigkeitsfunktionen zu einer Kategorie "positive big" von 0 auf 1 ansteigen, wenn die in die Zugehörigkeitsfunktionen einge­ setzten Werte einen Bereich von 0 bis 1 durchlaufen.
4. The method according to claim 3, characterized in that
  • - the membership functions in a category "negative big" decrease from 1 to 0 if the values used in the membership functions pass through a range from -1 to 0,
  • - the membership functions for a category "negative small" increase from 0 to 1 if the values used in the membership functions pass through a range from -1 to 0,
  • - the membership functions in a category "positive small" decrease from 1 to 0 if the values used in the membership functions pass through a range from 0 to 1 and
  • - The membership functions for a category "positive big" increase from 0 to 1 if the values used in the membership functions pass through a range from 0 to 1.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Fuzzy-Regler (20) die normierte Stellgröße (u) ermittelt, indem er Fuzzy-Regeln auf die normierte Regelabweichung (e) und die normierte zeitlichen Ableitung (e′) der Regelabweichung anwendet und anschließend die Ergebnisse dieser Regelanwendungen durch Mittelwertbildung überlagert.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the fuzzy controller ( 20 ) determines the normalized manipulated variable (u) by applying fuzzy rules to the normalized control deviation (e) and the normalized time derivative (e ') of the control deviation and then the results of these control applications are superimposed by averaging. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein 1. Satz von 2 Fuzzy-Regeln angewendet wird, falls die normierte zeitli­ che Ableitung (e′) der Regelabweichung größer als das Negative der normierten Regelabweichung (e) ist, wobei
  • - eine 1. Fuzzy-Regel (R1) besagt, daß die normierte Stellgröße (u) "negative small" ist, wenn eine 1. oder eine 2. Bedingung erfüllt ist, wobei
    • - die 1. Bedingung erfüllt ist, wenn die normierte Regelabweichung (e) "positive small" ist und die normierte zeitliche Ableitung (e′) der Regelabweichung "positive small" oder "negative small" ist und
    • - die 2. Bedingung erfüllt ist, wenn die normierte Regelabweichung (e) "negative small" oder "negative big" ist,
  • - eine 2. Fuzzy-Regel (R2) besagt, daß die normierte Stellgröße (u) "negative big" ist, wenn eine 1. oder eine 2. Bedingung erfüllt ist, wobei
    • - die 1. Bedingung erfüllt ist, wenn die normierte Regelabweichung (e) "positive big" ist und
    • - die 2. Bedingung erfüllt ist, wenn die normierte Regelabweichung (e) "positive small" ist und die normierte zeitliche Ableitung (e′) der Regelabweichung "positive big" ist,
6. The method according to claim 5, characterized in that a 1st set of 2 fuzzy rules is applied if the normalized temporal derivative (e ') of the control deviation is greater than the negative of the normalized control deviation (e), wherein
  • - A 1st fuzzy rule (R1) states that the normalized manipulated variable (u) is "negative small" if a 1st or a 2nd condition is fulfilled, whereby
    • - The 1st condition is met if the normalized control deviation (e) is "positive small" and the normalized time derivative (e ′) of the control deviation is "positive small" or "negative small" and
    • the second condition is met if the normalized control deviation (s) is "negative small" or "negative big",
  • - A second fuzzy rule (R2) states that the normalized manipulated variable (u) is "negative big" if a 1st or a 2nd condition is fulfilled, whereby
    • - The 1st condition is met if the normalized control deviation (e) is "positive big" and
    • the second condition is met if the normalized control deviation (e) is "positive small" and the standardized time derivative (e ′) of the control deviation is "positive big",
und ein 2. Satz von 2 Fuzzy-Regeln angewendet wird, falls die nor­ mierte zeitliche Ableitung (e′) der Regelabweichung kleiner oder gleich dem Negativen der normierten Regelabweichung (e) ist, wobei
  • - eine 3. Fuzzy-Regel (R3) besagt, daß die normierte Stellgröße (u) "positive small" ist, wenn eine 1. oder eine 2. Bedingung erfüllt ist, wobei
    • - die 1. Bedingung erfüllt ist, wenn die normierte Regelabweichung (e) "negative small" ist und die normierte zeitliche Ableitung (e′) der Regelabweichung "positive small" oder "negative small" ist und
    • - die 2. Bedingung erfüllt ist, wenn die normierte Regelabweichung (e) "positive small" oder "positive big" ist,
  • - eine 4. Fuzzy-Regel (R4) besagt, daß die normierte Stellgröße (u) "positive big" ist, wenn eine 1. oder eine 2. Bedingung erfüllt ist, wobei
    • - die 1. Bedingung erfüllt ist, wenn die normierte Regelabweichung (e) "negativ big" ist und
    • - die 2. Bedingung erfüllt ist, wenn die normierte Regelabweichung (e) "negative small" ist und die normierte zeitliche Ableitung (e′) der Regelabweichung "negative big" ist.
and a second set of 2 fuzzy rules is applied if the normalized time derivative (e ′) of the control deviation is less than or equal to the negative of the standardized control deviation (e), where
  • - A 3rd fuzzy rule (R3) states that the standardized manipulated variable (u) is "positive small" if a 1st or a 2nd condition is fulfilled, whereby
    • - The 1st condition is met if the normalized control deviation (e) is "negative small" and the normalized time derivative (e ′) of the control deviation is "positive small" or "negative small" and
    • the second condition is met if the standardized control deviation (s) is "positive small" or "positive big",
  • - A 4th fuzzy rule (R4) states that the normalized manipulated variable (u) is "positive big" if a 1st or a 2nd condition is fulfilled, whereby
    • - The 1st condition is met if the normalized control deviation (e) is "negative big" and
    • - The 2nd condition is met if the normalized control deviation (e) is "negative small" and the normalized time derivative (e ′) of the control deviation is "negative big".
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stel­ lersignalgenerator (16) ein Pulsweitenmodulator ist, der ein der Stellgröße (u) entsprechendes, pulsweitenmoduliertes Signal (u PWM) liefert.7. The method according to claim 1, characterized in that the set lersignalgenerator ( 16 ) is a pulse width modulator, which delivers a control variable ( u ) corresponding pulse width modulated signal ( u PWM ). 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß wenigstens eines der Systeme Lenkung, Bremssystem und Fahrwerk gesteuert werden.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized ge indicates that at least one of the systems steering, braking system and chassis are controlled. 9. Vorrichtung zur Steuerung einer die Fahrdynamik bzw. den Fahrzu­ stand eines Fahrzeugs beeinflussenden Größe abhängig von der Abwei­ chung (e) zwischen einem Soll- (w) und einem Istwert (y) eines mit dieser Größe im Zusammenhang stehenden Signals, dadurch gekennzeich­ net, daß Mittel in Form eines Fuzzy-Reglers (20) bereitgestellt werden, die aus dieser Abweichung (e′) zwischen Soll- (w) und Istwert (y) und der zeitlichen Ableitung (e′) dieser Abweichung eine Stell­ größe (u) ermitteln und weitere Mittel (16), die ein von der Stell­ größe (u) abhängendes Signal (u PWM) erzeugen und an einen Steller (18) weiterleiten.9. Device for controlling a driving dynamics or the driving state of a vehicle influencing variable depending on the deviation ( e ) between a target ( w ) and an actual value ( y ) of a signal related to this variable, characterized in net that means are provided in the form of a fuzzy controller ( 20 ) which, based on this deviation ( e ′) between the setpoint ( w ) and actual value ( y ) and the time derivative ( e ′) of this deviation, are a manipulated variable ( u ) identify and further means (16) a of the manipulated variable (u) abhängendes signal (u PWM) generate and transmit it to an actuator (18).
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