EP1625057A1 - Optimierung einer fahrdynamikregelung unter verwendung von reifeninformationen - Google Patents

Optimierung einer fahrdynamikregelung unter verwendung von reifeninformationen

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EP1625057A1
EP1625057A1 EP04730821A EP04730821A EP1625057A1 EP 1625057 A1 EP1625057 A1 EP 1625057A1 EP 04730821 A EP04730821 A EP 04730821A EP 04730821 A EP04730821 A EP 04730821A EP 1625057 A1 EP1625057 A1 EP 1625057A1
Authority
EP
European Patent Office
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tire
control
dynamics control
information
algorithm
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04730821A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Anton Van Zanten
Matthew Nimmo
Michael Stams
Jacky Pineau
Patrice Gauthier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Michelin Recherche et Technique SA Switzerland
Robert Bosch GmbH
Societe de Technologie Michelin SAS
Original Assignee
Michelin Recherche et Technique SA Switzerland
Robert Bosch GmbH
Societe de Technologie Michelin SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Michelin Recherche et Technique SA Switzerland, Robert Bosch GmbH, Societe de Technologie Michelin SAS filed Critical Michelin Recherche et Technique SA Switzerland
Publication of EP1625057A1 publication Critical patent/EP1625057A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/17—Using electrical or electronic regulation means to control braking
    • B60T8/1755—Brake regulation specially adapted to control the stability of the vehicle, e.g. taking into account yaw rate or transverse acceleration in a curve
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
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    • B60T8/171—Detecting parameters used in the regulation; Measuring values used in the regulation
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/17—Using electrical or electronic regulation means to control braking
    • B60T8/172—Determining control parameters used in the regulation, e.g. by calculations involving measured or detected parameters
    • B60T8/1725—Using tyre sensors, e.g. Sidewall Torsion sensors [SWT]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T2240/00—Monitoring, detecting wheel/tyre behaviour; counteracting thereof
    • B60T2240/03—Tyre sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T2270/00—Further aspects of brake control systems not otherwise provided for
    • B60T2270/86—Optimizing braking by using ESP vehicle or tyre model

Definitions

  • the invention relates to a method for optimizing the control behavior of a vehicle dynamics control according to the preamble of claim 1, and a corresponding device according to the preamble of claim 8.
  • the wheel slip acting on a wheel usually forms the controlled variable.
  • the wheel slip is regulated in such a way that the vehicle shows a driving behavior that is optimally adapted to the driver's wishes (braking, accelerating, cornering, etc.) and the road without getting out of control.
  • the wheel slip occurring on a wheel is essentially dependent on the condition of the road and in particular on the tire that has been fitted. A worn tire will have a higher slip than a new tire with the same wheel stability. Slip in summer and winter tires can also differ significantly.
  • algorithms are used to calculate a target variable, such as a target slip or a target yaw moment, which are designed for an average tire. The algorithms therefore usually do not work optimally for the tire that is actually mounted. The consequence of this is an insufficient one
  • Tire properties e.g. if the tire is badly worn or flat. In these situations, the known driving dynamics regulations reach their limits.
  • the essential idea of the invention is to provide information about a tire property (this also includes a quantity derived from it), e.g. to provide the tire pressure, the type of tire (summer / winter tires, spare tires) or the type of tire (model number) and to a tire property (this also includes a quantity derived from it), e.g. to provide the tire pressure, the type of tire (summer / winter tires, spare tires) or the type of tire (model number) and to a
  • the tire information is preferably transmitted to a device, preferably a control unit, in which the
  • Control algorithm for performing the vehicle dynamics control is stored.
  • the control algorithm has at least one tire-dependent parameter.
  • the parameter or parameters can then be selected depending on the tire information and the driving dynamics control can thus be adapted to the current tire condition.
  • the driving dynamics control essentially comprises a control unit, a sensor system for determining the current actual values of various state variables and at least one actuator as an actuator of the control.
  • the control function is implemented as software in the control unit and is used, for example, to calculate a setpoint slip or setpoint yaw moment.
  • the tire-dependent parameters of the algorithm can be adapted accordingly if knowledge of tire information is known.
  • a transmission device arranged in the tire is preferably provided for transmitting the tire information.
  • the tire information can also be obtained externally from the vehicle, e.g. be fed by means of a service computer
  • the tire property that is taken into account in the driving dynamics control is preferably at least one property from the group consisting of the tire type (model), the type of tire (summer / winter tires, replacement tires), the tire pressure, the tire temperature, the tire condition and the tire age.
  • the type of tire or the age of the tire (date of manufacture) can, for example, be stored in a memory device on the tire and transmitted to a device for driving dynamics control without contact.
  • the tire pressure, the tire temperature and the tire condition can be measured by means of a suitable sensor system and can also be transmitted, in particular without contact, to the driving dynamics control. Knowledge of one or more tire properties enables optimal adaptation of the driving dynamics control to the current tire type or the tire condition.
  • the tire pressure is monitored by means of a suitable sensor system, and a tire-dependent parameter (or an entire parameter set) when a predetermined tire pressure is undershot adapted to this condition.
  • a tire-dependent parameter or an entire parameter set
  • run-flat tires When using tires with run-flat properties (hereinafter referred to as run-flat tires), the control algorithm is preferably implemented in such a way that it can assume at least two discrete states, depending on whether one of the run-flat tires is in normal operation (normal tire pressure) or in run-flat operation (flat tire ) is located.
  • Run-flat tires are constructed in such a way that they can continue to be driven for a limited distance at reduced speed even when there is a total loss of pressure and in particular do not slip off the rim.
  • the weight of the vehicle in run-flat operation is reduced by one
  • Another type of tire has reinforced sidewalls which do not buckle completely when pressure is lost and, in particular, are not destroyed.
  • the discrete tire condition (normal condition or limp-home mode) can be recognized by sensory monitoring of the tire pressure and a discrete parameter set can be selected accordingly for the control algorithm.
  • the driving dynamics controller can assume several, preferably five, discrete states, such as: all tires normal
  • Run-flat tires from different manufacturers or different types usually have different running properties in run-flat operation and differ in that from the tire absorbable lateral force.
  • the control algorithm is therefore preferably adapted at least to the type of tire and the condition of the tire (normal operation or emergency operation mode).
  • FIG 1 is a schematic representation of a vehicle dynamics control system (ESP) for the attitude angle and yaw rate control according to the prior art.
  • ESP vehicle dynamics control system
  • Figure 4 is a representation of the lateral force acting on a tire as a function of the braking force and the skew angle of the tire.
  • Fig. 5 shows the yaw rate as a function of the vehicle speed and the steering angle.
  • the overall system contains the vehicle 14 as a controlled system, the sensors 1-5 for determining the controller input variables, the actuators 6.7 for influencing the braking and driving forces, and a hierarchically structured controller 10, 11, consisting of a superimposed driving dynamics controller 10 and a subordinate one Slip regulator 11.
  • the superimposed controller 10 gives the slip regulator 11 setpoints in the form of set slip ⁇ No.
  • the controlled state variable is in observer 9 (Float angle ß) determined.
  • vehicle dynamics controller 10 and slip controller 11 are components of a control unit 12.
  • the signals of the steering wheel angle sensor 3 describing the driver's request are used.
  • Steping request the admission pressure sensor 2 (deceleration request) and the engine management 7 (drive torque request) were evaluated.
  • the coefficients of static friction and the vehicle speed which are derived from the signals from the wheel speed sensors 1,
  • Transverse acceleration sensor 5 the yaw rate sensor 4 and the admission pressure sensor 2 are estimated. Depending on the control deviation, the yaw moment is calculated, which is required to adjust the actual state variables to the target state variables.
  • the required setpoint slips for the individual wheels are determined in the vehicle dynamics controller 10. These are set via the subordinate brake and traction control system 11 and the actuators “brake hydraulics” ⁇ and “engine management” 7.
  • the control system 1-12 comprises a tire sensor 13 arranged in the wheels, which has a tire property, e.g. measures the tire pressure or the state of wear and transmits a corresponding value to the control unit.
  • the driving dynamics control can take into account the tire information received in different ways:
  • the ⁇ / slip curve shown in FIG. 2 is used to calculate the desired slip ⁇ No. Doing so assumed that the ⁇ / slip curve at small
  • Slip values ⁇ is linear and has a maximum at a value ⁇ 0 (the so-called working point), which is dependent on the static friction value of the road.
  • Curve 20 shows the course of slip under good static friction conditions, such as on a dry road, and curve 21 den
  • the parameters Ao, Ai and A 2 are tire-dependent parameters that can be set depending on the tire information.
  • the value v W i r e is the free rolling speed (slip-free speed) of the tire.
  • the sizes F L and F Q denote the longitudinal and lateral forces acting on the tire.
  • F N is the normal force or tire contact force.
  • At least one tire property e.g. the type of tire
  • the tire-dependent parameters A 0 , Ai, A 2 itself or a value for ⁇ 0 , for example depending on the coefficient of friction ⁇ re s / , can also be transmitted to the control device 10.
  • the tire information can be transmitted, for example, without contact from the tire to the control unit 10.
  • the tire data could also be updated, for example when a tire is changed or during a service, via a service computer which updates the tire-dependent sizes in the control unit 12.
  • the free rolling speed V wh i re of the tire occurring in equation (1) is also a tire-dependent variable. This is determined in particular by the longitudinal tire rigidity C ⁇ .
  • the modulation of the brake pressure is interrupted, for example, during a braking operation and the brake pressure is kept at a constant low value for a short time. This is shown graphically in FIG. 3.
  • FIG. 3 shows a ⁇ / slip curve, in the upper section of which the modulation of the brake pressure for setting the wheel slip to its desired value ⁇ No is symbolically represented by a circle.
  • the pressure modulation is interrupted and the wheel pressure is briefly kept at a low constant value.
  • the stable slip value ⁇ s has been set, which lies in the linear range of the ⁇ / slip curve.
  • the free rolling speed V wh ⁇ Fre of the tire can be easily estimated. The following applies:
  • the values for C ⁇ can in turn be selected as a function of the tire property or properties.
  • a value derived from the tire property such as a value for C ⁇ or v h ⁇ fre , can also be transmitted to the driving dynamics control, which is processed directly by the control unit 12.
  • the lateral or lateral force F Q of the tire required to estimate the resulting static friction coefficient ⁇ res also depends on the current tire.
  • Fig. 4 shows the lateral force F Q as a function of the braking force F B and the slip angle ⁇ of the tire.
  • the envelope 23 forms a friction ellipse. From the friction ellipse it follows:
  • Stiction of friction ⁇ res can in turn take into account tire information, such as the tire type, the tire condition or the date of manufacture of the tire, or a value derived therefrom, such as the lateral stiffness of the tire C ⁇ , can be transmitted to the control unit 10.
  • tire information such as the tire type, the tire condition or the date of manufacture of the tire, or a value derived therefrom, such as the lateral stiffness of the tire C ⁇ , can be transmitted to the control unit 10.
  • the target yaw rate d ⁇ No / dt is usually calculated according to the so-called "single track model". The following applies to this:
  • ⁇ w is the mean steering angle on the front wheels
  • v x is the longitudinal speed of the vehicle
  • 1 is the wheelbase
  • v ch is the characteristic speed of the vehicle.
  • the value of the characteristic speed v Ch in turn depends on a tire property, namely the longitudinal stiffness of the tire. The following applies:
  • the quantities C ⁇ f and C ⁇ r denote the total lateral rigidity of the vehicle on the front and rear axles
  • the parameter m denotes the vehicle mass
  • l f and l r the distance of the front and rear axles from the center of gravity of the vehicle
  • 1 the distance between the front and rear axles.
  • Fig. 5 shows the yaw rate d ⁇ / dt over the
  • Vehicle speed v x as a function of various steering wheel angles ⁇ w according to the single-track model.
  • the lateral stiffness of the tires varies with that Tire type (winter / summer tires, spare tires, etc.) and the tire condition (abrasion, pressure, temperature, etc.).
  • tire information from which a value for C ⁇ can be determined or a value derived therefrom, such as the lateral tire rigidity C ⁇ itself, is sent to the
  • Transfer control device 10 of the vehicle dynamics control is
  • the control behavior of the driving dynamics control can be adapted accordingly.
  • the pressure build-up of the brake pressure on the high-friction side can be carried out with a smaller gradient and / or the maximum pressure difference between the high-friction side and the low-friction side can be limited to a lower value. 7. Setting the controller parameters
  • the slip controller 11 of the vehicle dynamics control usually comprises a PID slip controller for controlling the target slip ⁇ No. If the ⁇ / slip curve (see FIG. 2) has a very dominant maximum, the gain of the PID controller (the gains of the P, I and / or D part) can be increased, for example, and vice versa.
  • the characteristic of the ⁇ / slip curve can change, for example, due to wear or due to low tire pressure. The change in a tire property can be taken into account by changing the controller gain accordingly.
  • the selection of the wheels can also be changed, for example, which are regulated to apply a yaw moment.
  • a freely rolling vehicle is cornering, braking slip interventions on the front wheel on the inside of the curve, for example, are generally not permitted. If the vehicle is understeered, however, because the front wheel on the outside of the curve is not enough
  • Tire pressure, slip control on the front inside wheel may also be permissible. Basically, any selection of a wheel to be controlled can be made depending on tire information.
  • the control algorithm is implemented in such a way that it can assume at least two discrete states, depending on whether one of the run-flat tires is in normal operation (normal tire pressure) or in run-flat operation (flat tires).
  • Runflat tires are designed in such a way that they can continue to be driven for a limited distance at reduced speed even when there is complete loss of pressure.
  • it is known to provide a support ring attached to the rim on which the The carcass of the tire is seated, and if there is a loss of pressure, this support ring bears the load.
  • Another type of run-flat tire has reinforced sidewalls, for example, which are not destroyed by a loss of pressure, so that the tire does not slip off the rim.
  • the tire condition (normal condition or emergency operation mode) can be recognized and, accordingly, a discrete parameter set for the
  • the driving dynamics controller can e.g. assume five discrete states:
  • Each of the states corresponds to a discrete one
  • control algorithm can thus be adapted to the respective tire condition.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Regulating Braking Force (AREA)
  • Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)
  • Tires In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Optimierung des Regelverhaltens einer Fahrdynamikregelung (1­5,12) bei Kraftfahrzeugen. Ein verbessertes Regelverhalten kann dadurch erreicht werden, dass eine Information über eine Reifeneigenschaft, wie z.B. der Reifentyp, die Reifenart, der Reifendruck, die Reifentemperatur, der Reifenzustand oder das Reifenalter, bereitgestellt und die Reifeninformation an eine Einrichtung (12) einer Fahrdynamikregelung übertragen und von dieser bei der Regelung berücksichtigt wird.

Description

Beschreibung
Optimierung einer Fahrdynamikregelung unter Verwendung von Reifeninformationen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung des Regelverhaltens einer Fahrdynamikregelung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Fahrdynamikregelungen, worunter im folgenden alle in den Fahrbetrieb eingreifenden Einrichtungen, wie z.B. ABS
(Antiblockiersystem) , ASR (Antriebsschlupfregelung) , ESP
(elektronisches Stabilitätsprogramm) oder MSR
(Motorschleppmomentenregelung) verstanden werden, erhöhen die Kontrollierbarkeit von Kraftfahrzeugen in Grenzsituationen. Dabei verhindert insbesondere das Stabilitätssystem ESP das Schleudern des Fahrzeugs.
Bei den genannten Fahrdynamikregelungen bildet üblicherweise der an einem Rad wirkende Radschlupf die Regelgröße. Der Radschlupf wird dabei so geregelt, dass das Fahrzeug ein optimal an den Fahrerwunsch (Bremsen, Beschleunigen, Kurvenfahrt, etc.) und die Fahrbahn angepaßtes Fahrverhalten zeigt, ohne außer Kontrolle zu geraten. Der an einem Rad auftretende Radschlupf ist im wesentlichen abhängig vom Fahrbahnzustand und insbesondere vom aufgezogenen Reifen. Ein abgefahrener Reifen wird bei gleicher RadaufStandskraft einen höheren Schlupf aufweisen wie ein neuer Reifen. Ebenso kann sich der Schlupf bei Sommer- und Winterreifen wesentlich unterscheiden. In den bekannten Fahrdynamikregelungen werden zur Berechnung einer Sollgröße, wie z.B. eines Soll-Schlupfes oder eines Soll-Giermoments, Algorithmen eingesetzt, die auf einen durchschnittlichen Reifen hin ausgelegt sind. Die Algorithmen arbeiten daher für den tatsächlich aufgezogenen Reifen meist nicht optimal. Folge davon ist ein ungenügendes
Regelverhalten der Fahrdynamikregelung in Grenzsituationen, insbesondere bei starken Veränderungen der
Reifeneigenschaften, wie z.B. bei einem stark abgefahrenem oder platten Reifen. In diesen Situationen stoßen die bekannten Fahrdynamikregelungen an ihre Grenzen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrdynamikregelung in derartigen Grenzsituationen zu optimieren.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 sowie im Patentanspruch 8 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von ünteransprüchen.
Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, eine Information über eine Reifeneigenschaft (dies umfasst auch eine daraus abgeleitete Größe), wie z.B. den Reifendruck, die Reifenart (Sommer-/Winterreifen, Ersatzreifen) oder den Reifentyp (Modellnummer) bereitzustellen und an eine
Einrichtung der Fahrdynamikregelung zu übertragen, die diese Reifeninformation bei der Regelung berücksichtigt.
Die Reifeninformation wird vorzugsweise an eine Einrichtung, vorzugsweise ein Steuergerät, übertragen, in der der
Regelalgorithmus zur Durchführung der Fahrdynamikregelung hinterlegt ist. Der Regelalgorithmus weist wenigstens einen Reifen abhängigen Parameter auf. Der bzw. die Parameter können dann in Abhängigkeit von der Reifeninformation ausgewählt werden und die Fahrdynamikregelung somit an den aktuellen Reifenzustand angepasst werden. Die Fahrdynamikregelung umfasst im wesentlichen ein Steuergerät, eine Sensorik zum Ermitteln der aktuellen Istwerte verschiedener Zustandsgrößen und wenigstens einen Aktuator als Stellglied der Regelung. Die Regelfunktion ist als Software im Steuergerät implementiert und dient beispielsweise zur Berechnung eines Soll-Schlupfes oder Soll- Giermoments. Die Reifen abhängigen Parameter des Algorithmus können bei Kenntnis einer Reifeninformation entsprechend angepasst werden.
Zur Übertragung der Reifeninformation ist vorzugsweise eine im Reifen angeordnete Sendeeinrichtung vorgesehen. Wahlweise kann die Reifeninformation auch von Fahrzeug-Extern, z.B. mittels eines Servicecomputers zugeführt werden
Die Reifeneigenschaft, die bei der Fahrdynamikregelung berücksichtigt wird, ist vorzugsweise wenigstens eine Eigenschaft aus der Gruppe, bestehend aus dem Reifentyp (Modell) , der Reifenart (Sommer-/Winterreifen, Ersatzreifen) , dem Reifendruck, der Reifentemperatur, dem Reifenzustand und dem Reifenalter. Der Reifentyp oder das Reifenalter (Herstellungsdatum) kann beispielsweise in einer Speichereinrichtung am Reifen gespeichert sein und an eine Einrichtung der Fahrdynamikregelung berührungslos übertragen werden. Der Reifendruck, die Reifentemperatur und der Reifenzustand können mittels einer geeigneten Sensorik gemessen und ebenfalls, insbesondere berührungslos, an die Fahrdynamikregelung, übertragen werden. Die Kenntnis einer oder mehrerer Reifeneigenschaften ermöglicht eine optimale Anpassung der Fahrdynamikregelung an den aktuellen Reifentyp bzw. den Reifenzustand.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Reifendruck mittels einer geeigneten Sensorik überwacht und bei Unterschreiten eines vorgegebenen Reifendrucks ein Reifen abhängiger Parameter (oder ein ganzer Parametersatz) an diesen Zustand angepasst. Dadurch wird es möglich, einen „platten Reifen" zu erkennen und diesen Zustand bei der Fahrdynamikregelung, insbesondere während eines Bremsvorgangs, zu berücksichtigen.
Bei Verwendung von Reifen mit Notlaufeigenschaften (im folgenden als Notlaufreifen bezeichnet) ist der Regelalgorithmus vorzugsweise derart realisiert, dass er wenigstens zwei diskrete Zustände annehmen kann, in Abhängigkeit davon, ob sich einer der Notlaufreifen im Normalbetrieb (normaler Reifendruck) oder im Notlaufbetrieb (platter Reifen) befindet. Notlaufreifen (engl. „runflat tire") sind derart konstruiert, dass sie auch bei völligem Druckverlust noch eine begrenzte Strecke mit verringerter Geschwindigkeit weitergefahren werden können und insbesondere nicht von der Felge rutschen. Bei einem bekannten Reifentyp wird das Gewicht des Fahrzeugs im Notlaufbetrieb von einem Stützring getragen, der sich im Reifen befindet. Ein anderer Reifentyp hat verstärkte Seitenwände, die bei Druckverlust nicht vollständig einknicken und insbesondere nicht zerstört werden.
Durch eine sensorische Überwachung des Reifendrucks kann der diskrete Reifenzustand (Normalzustand bzw. Notlaufbetrieb) erkannt und entsprechend ein diskreter Parametersatz für den Regelalgorithmus ausgewählt werden. Bei einem vierrädigen Fahrzeug kann der Fahrdynamikregler mehrere, vorzugsweise fünf, diskrete Zustände annehmen, wie z.B.: alle Reifen normal
Reifen vorne links im Notlaufbetrieb - Reifen vorne rechts im Notlaufbetrieb
Reifen hinten links im Notlaufbetrieb
Reifen vorne rechts im Notlaufbetrieb
Notlaufreifen verschiedener Hersteller oder unterschiedlichen Typs haben i.d.R. unterschiedliche Laufeigenschaften im Notlaufbetrieb und unterscheiden sich in der vom Reifen aufnehmbaren Querkraft. Der Regelalgorithmus wird daher vorzugsweise wenigstens an den Reifentyp und den Reifenzustand (Normalbetrieb bzw. Notlaufbetrieb) angepasst.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrdynamikregelungssystems (ESP) zur Schwimmwinkel- und Giergeschwindigkeitsregelung gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine Darstellung zur Bestimmung des Soll-Schlupfes in Abhängigkeit von der Haftreibungszahl;
Fig. 3 eine Darstellung zur Bestimmung der freien Rollgeschwindigkeit eines Reifens;
Fig. 4 eine Darstellung der an einem Reifen wirkenden Seitenkraft in Abhängigkeit von der Bremskraft und dem Schräglauf inkel des Reifens; und
Fig. 5 eine Darstellung der Giergeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Lenkwinkel .
Fig. 1 zeigt das Gesamtregelsystem einer Fahrdynamikregelung (ESP) zur Durchführung einer Schwimmwinkel- und Giergeschwindigkeitsregelung. Das Gesamtsystem enthält das Fahrzeug 14 als Regelstrecke, die Sensoren 1-5 zur Bestimmung der Reglereingangsgrößen, die Stellglieder 6,7 zur Beeinflussung der Brems- und Antriebskräfte, sowie einen hierarchisch strukturierten Regler 10,11, bestehend aus einem überlagerten Fahrdynamikregler 10 und einem unterlagerten Schlupfregier 11. Zur Regelung des Schwimmwinkels bzw. der Giergeschwindigkeit gibt der überlagerte Regler 10 dem Schlupfregier 11 Sollwerte in Form von Sollschlupf λNo vor. Im Beobachter 9 wird die geregelte Zustandsgröße (Schwimmwinkel ß) ermittelt. Beobachter 9, Fahrdynamikregler 10 und Schlupfregler 11 sind Bestandteile eines Steuergeräts 12.
Zur Bestimmung des Sollverhaltens werden die den Fahrerwunsch beschreibenden Signale des Lenkradwinkelsensors 3
(Lenkwunsch) , des Vordrucksensors 2 (Verzögerungswunsch) und des Motormanagements 7 (Antriebsmomentenwunsch) ausgewertet. Zusätzlich gehen in die Berechnung des Sollverhaltens die Haftreibungszahlen und die Fahrzeuggeschwindigkeit ein, die aus den Signalen der Raddrehzahlsensoren 1, des
Querbeschleunigungssensors 5, des Giergeschwindigkeitssensors 4 und des Vordrucksensors 2 geschätzt werden. In Abhängigkeit von der Regelabweichung wird das Giermoment berechnet, das benötigt wird, um die Ist-Zustandsgrößen den Soll- Zustandsgrößen anzugleichen.
Zur Erzeugung dieses Gier-Sollmoments werden im Fahrdynamikregler 10 die erforderlichen Sollschlüpfe für die einzelnen Räder ermittelt. Diese werden über die unterlagerten Brems- und Antriebsschlupfregler 11 und die Stellglieder „Bremshydraulik" β und „Motormanagement" 7 eingestellt.
Um den Reifenzustand bei der Fahrdynamikregelung berücksichtigen zu können, umfasst das Regelsystem 1-12 eine in den Rädern angeordnete Reifensensorik 13, die eine Reifeneigenschaft, wie z.B. den Reifendruck oder den Verschleiß-Zustand, misst und einen entsprechenden Wert an das Steuergerät überträgt. Die Fahrdynamikregelung kann die erhaltene Reifeninformation in unterschiedlicher Weise berücksichtigen :
1. Bestimmung des Arbeitspunktes λ0
Zur Berechnung des Sollschlupfes λNo wird die in Fig. 2 dargestellte μ/Schlupfkurve zugrunde gelegt. Dabei wird angenommen, dass die μ/Schlupf-Kurve bei kleinen
Schlupfwerten λ linear ist und ein Maximum bei einem Wert λ0 (dem sogenannten Arbeitspunkt) aufweist, der vom Haftreibungswert der Fahrbahn abhängig ist. Die Kurve 20 zeigt den Schlupfverlauf bei guten Haftreibungsbedingungen, wie z.B. auf trockener Fahrbahn, und die Kurve 21 den
Schlupfverlauf bei niedrigen Reibwerten, wie z.B. auf nasser Fahrbahn. Wie zu erkennen ist, kann bei trockener Fahrbahn (Kurve 20) bei gleichem Schlupf wesentlich mehr Kraft übertragen werden (höherer μ-Wert) . Für den Arbeitspunkt λ0 ergibt sich gemäß einer ersten Approximation folgende Beziehung:
λo (μres ) = A2+A0*μres+ 4 — ( 1 ) mit
VwhlFre
Dabei sind die Parameter Ao, Ai und A2 Reifen abhängige Parameter, die in Abhängigkeit von der Reifeninformation eingestellt werden können. Der Wert vWire ist die freie Rollgeschwindigkeit (schlupffreie Geschwindigkeit) des Reifens. Die Größen FL bzw. FQ bezeichnen die am Reifen wirkenden Längs- bzw. Querkräfte. FN ist die Normalkraft bzw. Reifenaufstandskraft .
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird wenigstens eine Reifeneigenschaft, wie z.B. der Reifentyp,
Reifendruck oder der Reifenzustand, an den Fahrdynamikregler 10 übertragen und dort entsprechende Werte für die Parameter Ao, Ai und A2 ausgewählt. Wahlweise können auch die Reifen abhängigen Parameter A0, Ai, A2 selbst oder ein Wert für λ0, z.B. in Abhängigkeit vom Reibwert μres/ an die Regeleinrichtung 10 übertragen werden.
Die Übertragung der Reifeninformation kann z.B. berührungslos vom Reifen zum Steuergerät 10 durchgeführt werden. Wahlweise könnte auch eine Aktualisierung der Reifendaten z.B. bei einem Reifenwechsel oder bei einem Service über einen Servicecomputer erfolgen, der die Reifen abhängigen Größen im Steuergerät 12 aktualisiert.
2. Bestimmung der freien Rollgeschwindigkeit vWiFre
Die in Gleichung (1) auftretende freie Rollgeschwindigkeit Vwhire des Reifens ist ebenfalls eine Reifen abhängige Größe. Diese wird insbesondere durch die longitudinale Reifensteifigkeit Cλ bestimmt. Um die freie
Rollgeschwindigkeit des Reifens VwhιFre zu schätzen, wird z.B. während eines Bremsvorgangs die Modulation des Bremsdrucks unterbrochen und der Bremsdruck kurzfristig auf einem konstanten niedrigen Wert gehalten. Dies ist in Fig. 3 grafisch dargestellt.
Fig. 3 zeigt eine μ/Schlupf-Kurve, in deren oberem Abschnitt die Modulation des Bremsdrucks zur Einstellung des Radschlupfes auf seinen Sollwert λNo symbolisch durch einen Kreis dargestellt ist. Um die freie Rollgeschwindigkeit whiFre des Reifens abzuschätzen, wird die Druckmodulation unterbrochen und der Raddruck kurzfristig auf einem niedrigen konstanten Wert gehalten. Nach einer Ruhephase hat sich der stabile Schlupfwert λs eingestellt, der im linearen Bereich der μ/Schlupf-Kurve liegt. Unter Verwendung eines linearen Zusammenhangs zwischen dem stabilen Schlupfwert λs und der Längssteifigkeit des Reifens Cλ kann die freie Rollgeschwindigkeit VwhιFre des Reifens einfach abgeschätzt werden. Hierbei gilt:
μs Cλ * λs bzw. λs = μs/C
Mit λs = 1 - - "^^ι,s folgt
VWh!fre 'WhLS
■ = 1 - μs/Cλ Cλ -μs J.HU Ö UUl-L vWhlfre cx
Vwhlfre - " l, s * c _ cλ
: VWlü,S
Cλ ~ μs cλ FL,s
FN
Die Werte für Cλ können wiederum in Abhängigkeit von der bzw. den vorliegenden Reifeneigenschaften ausgewählt werden. Wahlweise kann auch ein aus der Reifeneigenschaft abgeleiteter Wert, wie z.B. ein Wert für Cλ oder vhιfre an die Fahrdynamikregelung übertragen werden, der vom Steuergerät 12 unmittelbar verarbeitet wird.
3. Bestimmung der Reifenguerkraft FQ
Die zur Abschätzung der resultierenden Haftreibungszahl μres benötigte Lateral- bzw. Querkraft FQ des Reifens ist ebenfalls abhängig vom aktuellen Reifen. Fig. 4 zeigt die Querkraft FQ in Abhängigkeit von der Bremskraft FB und dem Schräglaufwinkel α des Reifens. Wie zu erkennen ist, bildet die Einhüllende 23 eine Reibungsellipse. Aus der Reibungsellipse folgt:
wobei c=Cα/Cλ
Für λ ungleich Null gilt:
C„ a
Dabei ist Cα die Quersteifigkeit des Reifens, Zur Bestimmung der Querkraft FQ bzw. des resultierenden
Haftreibungswerts μres kann wiederum eine Reifeninformation, wie z.B. der Reifentyp, der Reifenzustand oder das Herstellungsdatum des Reifens unmittelbar berücksichtigt oder ein daraus abgeleiteter Wert, wie z.B. die Quersteifigkeit des Reifens Cα an das Steuergerät 10 übertragen werden.
4. Bestimmung der Soll-Giergeschwindigkeit
Die Soll-Giergeschwindigkeit dψNo/dt wird üblicherweise nach dem sogenannten „Einspurmodell" berechnet. Für dieses gilt:
wobei δw der mittlere Lenkwinkel an den Vorderrädern, vx die Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs, 1 der Radstand und vch die charakteristische Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist. Der Wert der charakteristischen Geschwindigkeit vCh hängt wiederum von einer Reifeneigenschaft, nämlich der Längssteifigkeit des Reifens ab. Hierbei gilt:
Hierbei bezeichnen die Größen Cαf und Cαr die gesamte Quersteifigkeit des Fahrzeugs an der Vorder- und Hinterachse, Der Parameter m bezeichnet die Fahrzeugmasse, lf und lr den Abstand der Vorder- bzw. Hinterachse vom Schwerpunkt des Fahrzeugs, und 1 den Abstand zwischen Vorder- und Hinterachse.
Fig. 5 zeigt die Giergeschwindigkeit dψ/dt über der
Fahrzeuggeschwindigkeit vx in Abhängigkeit von verschiedenen Lenkradwinkeln δw gemäß dem Einspurmodell. Die darin enthaltene Quersteifigkeit der Reifen variiert mit dem Reifentyp (Winter-/Sommerreifen, Ersatzreifen, etc.) und dem Reifenzustand (Abrieb, Druck, Temperatur, etc.). Zur Berücksichtigung des aktuellen Reifens wird entweder eine Reifeninformation, aus der sich ein Wert für Cα bestimmen läßt, oder ein daraus abgeleiteter Wert, wie z.B. die laterale Reifensteifigkeit Cα selbst, an die
Steuereinrichtung 10 der Fahrdynamikregelung übertragen.
6. Berücksichtigung einer Reifeninformation bei einem ABS- Bremsvorgang auf μ-Split
Bei einer Fahrdynamikregelung (ESP) wird ein ABS-Bremsvorgang auf μ-Split (auf der linken Seite des Fahrzeugs ist der Haftreibungskoeffizient unterschiedlich wie auf der rechten Seite des Fahrzeugs) als eine besondere Situation gehandhabt. Um das Fahrzeug unter Kontrolle zu halten, wird die
Bremskraft auf der Seite mit hohem Haftreibungswert nur langsam über die Bremskraft auf der Seite mit niedrigem Haftreibungswert erhöht, wobei nur eine vorgegebene maximale Differenz zwischen dem auf der linken Fahrzeugseite und dem auf der rechten Fahrzeugseite wirkenden Bremsmoment zugelassen wird. Dadurch hat der Fahrer ausreichend Zeit, um gegen das auftretende Giermoment gegenzulenken und das Fahrzeug zu stabilisieren. Zur Optimierung des Regelverhaltens einer Fahrdynamikregelung wird auch in einer solchen Fahrsituation (Bremsen auf μ-Split) eine
Reifeneigenschaft bzw. ein daraus abgeleiteter Wert an das Steuergerät 12 übertragen. Insbesondere bei einem platten Reifen auf der high-μ-Seite, der mangels Reifendruck einen höheren Rollwiderstand aufweist als ein intakter Reifen, kann das Regelverhalten der Fahrdynamikregelung entsprechend angepaßt werden. Hierzu kann beispielsweise der Druckaufbau des Bremsdrucks auf der Seite mit hohem Reibwert mit kleinerem Gradienten durchgeführt werden und/oder die maximale Druckdifferenz zwischen der Seite mit hohem Reibwert und der Seite mit niedrigem Reibwert auf einen niedrigeren Wert beschränkt werden. 7. Einstellung der Regler-Parameter
Der Schlupfregler 11 der Fahrdynamikregelung umfaßt üblicherweise einen PID-Schlupfregler zur Regelung des Sollschlupfes λNo. Falls die μ/Schlupf-Kurve (siehe Fig. 2) ein sehr dominantes Maximum hat, kann beispielsweise die Verstärkung des PID-Reglers (die Verstärkungen des P-, I- und/oder D-Teils) erhöht werden und umgekehrt. Die Charakteristik der μ/Schlupf-Kurve kann sich beispielsweise durch Verschleiß oder durch niedrigen Reifendruck ändern. Die Änderung einer Reifeneigenschaft kann durch entsprechende Veränderung der Reglerverstärkung berücksichtigt werden.
8. Auswahl der Räder zur Einstellung des Giermoments des Fahrzeugs
Verändert sich eine Reifeneigenschaft, wie z.B. der Reifendruck, so stark, dass der entsprechende Wert vorgegebene Grenzen überschreitet, kann beispielsweise auch die Auswahl der Räder geändert werden, die zum Aufbringen eines Giermoments geregelt werden. Bei einer Kurvenfahrt eines frei rollenden Fahrzeugs sind beispielsweise Bremsschlupfeingriffe am vorderen, kurveninneren Rad in der Regel nicht zulässig. Falls das Fahrzeug jedoch stark untersteuert, da das vordere kurvenäußere Rad zu wenig
Reifendruck hat, kann auch eine Schlupfregelung am vorderen kurveninneren Rad zulässig sein. Grundsätzlich kann somit eine beliebige Auswahl eines zu regelnden Rades in Abhängigkeit von einer Reifeninformation getroffen werden.
9. Anpassung des Regelalgorithmus bei Verwendung von Notlaufreifen
Bei Verwendung von Reifen mit Notlaufeigenschaften ist der Regelalgorithmus derart realisiert, dass er wenigstens zwei diskrete Zustände annehmen kann, in Abhängigkeit davon, ob sich einer der Notlaufreifen im Normalbetrieb (normaler Reifendruck) oder im Notlaufbetrieb (platter Reifen) befindet. Notlaufreifen (engl. „runflat tire") sind derart konstruiert, dass sie auch bei völligem Druckverlust noch eine begrenzte Strecke mit verringerter Geschwindigkeit weitergefahren werden können. Um dies zu gewährleisten, ist es bekannt, einen an der Felge befestigten Stützring vorzusehen, auf dem die Karkasse des Reifens sitzt. Bei einem Druckverlust trägt dieser Stützring die Last. Ein anderer Typ von Notlaufreifen hat z.B. verstärkte Seitenwände, die bei einem Druckverlust nicht zerstört werden, so dass der Reifen nicht von der Felge rutscht.
Durch eine Überwachung des Reifendrucks kann der Reifenzustand (Normalzustand bzw. Notlaufbetrieb) erkannt und entsprechend ein diskreter Parametersatz für den
Regelalgorithmus ausgewählt werden. Der Fahrdynamikregler kann z.B. fünf diskrete Zustände annehmen:
alle Reifen normal - Reifen vorne links im Notlaufbetrieb Reifen vorne rechts im Notlaufbetrieb - Reifen hinten links im Notlaufbetrieb Reifen vorne rechts im Notlaufbetrieb
Jeder der Zustände korrespondiert mit einer diskreten
Einstellung verschiedener Parameter (z.B. Reifensteifigkeit, Rollgeschwindigkeit, Reifenkräfte, etc.), wie sie in den vorstehenden Punkten 1 bis 8 beispielhaft erläutert wurden. Der Regelalgorithmus kann somit an den jeweiligen Reifenzustand angepasst werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Optimierung des Regelverhaltens einer Fahrdynamikregelung bei Kraftfahrzeugen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Bereitstellen einer Reifeninformation, - Übertragen der Reifeninformation an eine Einrichtung (12) der Fahrdynamikregelung, und
Durchführen der Fahrdynamikregelung in Abhängigkeit von der Reifeninformation.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Parameter eines Regelalgorithmus der Fahrdynamikregelung in Abhängigkeit von der Reifeninformation ausgewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reifeninformation wenigstens eine Eigenschaft aus der Gruppe, bestehend aus dem Reifentyp, der Reifenart, dem Reifendruck, der Reifentemperatur, dem Reifenzustand und dem Reifenalter ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reifeneigenschaft mittels einer Reifensensorik (13) gemessen und die entsprechende Reifeninformation an die Einrichtung (12) übertragen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Fahrdynamikregelung ein Algorithmus zur Berechnung eines Soll-Schlupfes (λNo) durchgeführt wird, bei dem wenigstens ein Parameter in Abhängigkeit von der Reifeninformation ausgewählt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Fahrdynamikregelung ein Algorithmus zur Berechnung eines Soll-Giermoments oder einer Soll-Gierrate durchgeführt wird, bei dem wenigstens ein Parameter in Abhängigkeit von der Reifeninformation ausgewählt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reifendruck von einer Sensorik (13) überwacht und bei Unterschreiten eines vorgegebenen Reifendrucks wenigstens ein Parameter eines Algorithmus der Fahrdynamikregelung geändert wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelalgorithmus der Fahrdynamikregelung bei Verwendung von Notlaufreifen einen von mehreren diskreten Zuständen annimmt, in Abhängigkeit davon, ob sich einer der Notlaufreifen in einem Normalbetrieb oder in einem Notlaufbetrieb befindet.
9. Vorrichtung zur Fahrdynamikregelung mit optimiertem
Regelverhalten, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (13) zum Bereitstellen und Übertragen einer Reifeninformation an eine Einrichtung (12) der Fahrdynamikregelung, welche die Reifeninformation bei der Regelung berücksichtigt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (12) einen Regelalgorithmus mit wenigstens einem von der Reifeninformation abhängigen Parameter aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensorik (13) zum Ermitteln wenigstens einer Reifeneigenschaft aus der Gruppe, bestehend aus dem Reifentyp, der Reifenart, dem Reifendruck, der Reifentemperatur, dem Reifenzustand und dem Reifenalter vorgesehen ist, welche die entsprechende Reifeninformation bereitstellt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (13) im Reifen angeordnet ist.
13. Vorrichtung zur Fahrdynamikregelung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelalgorithmus der Fahrdynamikregelung bei Verwendung von Notlaufreifen derart realisiert ist, dass er mehrere diskrete Zustände annehmen kann, in Abhängigkeit davon, ob sich einer der Notlaufreifen in einem Normalbetrieb oder in einem Notlaufbetrieb befindet.
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