SE505416C2 - Förfarande för bestämning av en av körsituationen beroende styrvinkel - Google Patents

Description

505 416 2 delen av patentkravet 1. I de osjälvständiga patentkraven har sedan angivits fördelaktiga vidareutvecklingar av uppfinningen.

Det är fördelaktigt om det dynamiska förhållandet hos fordonet kan ändras. Därvid kan man med säkerhet förhindra en sladd utan att minska sidokrafterna. Detta innebär alltså att fordonet kan hållas vid punkten för den maximala tväraccelerationen aq.

Uppfinningens fördelar gentemot den kända tekniken ligger i att vid en fördelaktig utföringsform kan vid uppnåendet av sido- kraftmaximum hos hjulen på en axel till fordonet fordonets körför- hållande påverkas genom ett inflytande på hastigheten hos de enskilda hjulen på sådant sätt att sidokraftmaximum uppnås också på den andra axeln och därmed den största möjliga tväracceleratio- nen. Om denna påverkan på hastigheten hos hjulen sker genom broms- tillslagning så erhålls på ett fördelaktigt sätt en insaktning av fordonet.

Uppfinningsföremålet är sålunda ett förfarande, till grund för vilket ligger en modell av fordonet som innehåller girvinkelhastig- heten då/dt och snedställningsvinkeln ß. Därur kan bestämmas ett värde på hjulstyrvinkeln 6R. Dessa tre storheter bildar därmed de väsentligaste tillståndsstorheterna i systemet.

I beroende av fordonshastigheten v kan därur bestämmas en utgångsstorhet y. Beroendet av denna utgångsstorhet av de nämnda tillståndsstorheterna såsom fordonshastigheten v beror på vilket ställelement som av föraren används för förutbestämning av börvär- det (ratten, en manöverspak etc). Valet av utgångsparameter utgör en kompromiss mellan känslighet och manöverinsatser. Å andra sidan kan förutbestämningen av börvärdet också ske genom att en regle- ringsanordning, som åstadkommer en automatisk körning av fordonet, utför denna förutbestämning av börvärdet. I beroende av de valda utgångparametrarna måste också givare förefinnas för att man skall kunna bestämma utgångsparametrarna.

Möjligheten för val av utgångsparametern y är därvid y = (dß/dt - dö/dt)*v (såsom tväracceleration) eller y (dß/dt - dö/dt)/v (såsom krökning). Likaså är det emellertid också tänkbart att bestämma y = 6 eller y = ß eller y = då/dt eller andra hastighetsberoende funktioner hos dessa storheter.

Vid fordonsmodellen underkastas tillståndsvektorn x = (xl, x2, ..., xn)T en ickelinjär omvandling z == T(x) med exempelvis xl = dè/dt, x2 = dt och x3 = 6R. Därigenom överförs SÛS Ã16 3 fordonsmodellen till en s k icke-linjär regleringsnormalform. dzl/dt = 22 dzz/dt = 23 - (1) dzn/dt = f(z) + G(z) * d6R/dt.

Med en regel av formeln: dsR/dt = (-f(z) + f)*G'1(z) (2) kan i denna icke-linjära regleringsnormalform ickelinjäriteterna f(z) och G(z) kompenseras och man erhåller ett linjärt kärnsystem som består av en seriekoppling av n integratorer. dzl/dt = z2 dzz/dt = z3 ' (3) dzn/dt = 1.

För det sålunda erhållna systemet ansätts en tillståndsreg- lering 6 = R(zsoll - z), (4) genom vilken det önskade dynamiska förhållandet erhålls. Den önskade dynamiken uppnås därvid genom en polförutbestämning. Likaså kan det önskade dynamiska förhållandet erhållas genom ansättning -av en Riccatimatris.

Storheten zsoll alstras därvid ur styrparametern w'medelst ett förfilter. Detta förfilter är därvhi så utfört att den valda utgångsparametern y stationärt överensstämmer med styrparametern w. Detta är endast möjligt så länge som de därför erforderliga sidokrafterna icke är större än de maximalt möjliga sidokrafterna.

Blir de erforderliga sidokrafterna större så förblir utgångspara- metern y mindre än styrparametern w men ändå så stor att sidokraft- maximum uppnås åtminstone på en axel och hålls stabilt.

Vid ett icke-neutralt fordonsförhållande, d v s om detta sido- kraftmaximum icke samtidigt uppnås på bägge axlarna finns sålunda på en av axlarna en outnyttjad sidokraftreserv Sres.

För utnyttjande av denna sidokraftreserv Sres kan nu uppbyggas en extra periferikraftskillnad 6U, som kring vertikalaxeln alstrar ett moment: M = s *su/2 (5).

Z B Därvid är sB spårvidden hos fordonet. 505 416 4 I jämviktstillstånd råder då: v*Sv, max _ 1h*Sh, max + Mz = O (6)° Av (5) och (6) erhålls: 2 * (lh * Sh, max _ 1 * S l ) 6 U = v v, max (7).

S B Exempelvis genom en reglering eller styrning av bromstryck- skillnaden 6p vid fordonets sidor kan denna periferikraft 6U erhållas. Härur får man såsom bromstryckskillnad: sp= 1 * su i (8)r KP varvid Kp exempelvis kan anta värdet 83 N/bar.

När framaxeln uppnått maximum påläggs bromstryckskillnaden Sp på bakaxeln på sådant sätt att det högre bromstrycket råder vid det innersta bakhjulet i en kurva. När bakaxeln uppnått maximum påläggs bromstryckskillnaden på framaxeln med högre bromstryck vid det yttre framhjulet i kurvan.

I det följande skall förhållandena förklaras med hjälp av en enkelspårig fordonsmodell med två frihetsgrader (i girled och sned- ställningsled). Till grund för modellen ligger därvid ett fordon med framaxelstyrning.

Först skall därvid göras en förteckning över de använda symbolerna: ß snedställningsvinkel dö/dt girvinkelhastighet v längshastighet Sv sidokraft på framaxeln Sh sidokraft på bakaxeln U periferikraft av framdäckens krypvinkel ah bakdäckens krypvinkel fordonets massa Iz Tröghetsmoment med avseende på fordonets vertikalaxel i tyndpunkten. lv Framaxelns avstånd från fordonets tyngdpunkt. lh Bakaxelns avstånd från fordonets tyngdpunkt. sB spårvidd p friktionskoefficient 0 slirning i längdriktningen 505 416 5 e total slirning PN normalkraft (kraft mot underlaget).

Däckens krypvinkel erhålls ur följande ekvationer: av = 6R + ß - (1V*dê/dt)/v (10) ah = ß + (1h*dQ/dt)/v (11).

En analytisk återgivning av sidokrafterna erhålls sedan enligt följande ekvationer: a*ei _1 sin(ai) Si = + p*c*tan (dei/dp) * ---- * PN (12) b e- 1 1 + - * e H2 1 med ei =\/(sin2 (ai) + 02).

Därvid kan värdet p uppmätas, uppskattas eller bestämmas.

För index i skall därvid insättas v eller h. Storheterna a, b, c och d är konstanter som kan anta följande värden: a = 4,5; b = 49; C = 0,477; d = 9,33 Och PN = Ca 8000 - 10000 N.

Alternativt till detta kan sidostyrkrafterna också bestämmas i beroende av storheter som avser fordonets geometri liksom gir- vinkelaccelerationen, tväraccelerationen och styrvinkeln.

Utgående från de bägge ekvationerna som beskriver kraft- och vridmomentbalansen: m*aq = Sv*cos(6) + SH + Uv*sin(6) Iz*d2ø/dtz = 1v*sv*cos(a) - 1h*sh + sfi*sU erhåller man följande likheter för beräkning av sidostyrkrafterna: 1h * (m*aq - UV*sin(a)) + 1z*d2ø/dtz - sB*sU SV = L*cos(6) 1v * (m*aq - Uv*sin(s)) - (Iz*d2ø/dtz - sB*sU) S h L Därvid kan periferikrafterna fram och bak, UV respektive Uh, uppskattas ur bromstrycken eller gasspjälläget eller också försum- mas. Fordonets dynamik i tvärled beskrivs därvid genom följande ekvationer: dß dö SV(aV, p, a) * cos(6R) + Sh(ah, u, 0) dt dt m*v ,505 416 6 dzê 1V*Sv(av, u, o)*cos(6R) - 1h*Sh(ah, u, 0) sB*6U 2 dt Iz 2*Iz d6R/dt = u (15).

Storheten u är därvid ställstorheten.

Utan inskränkning av allmängiltigheten antas nu följande förenklingar: cos(6R) = 1, sidostyrkrafterna är fördröjningsfria och ställsystem- dynamiken kan försummas, fordonshastigheten v behandlas såsom kvasikonstant, slirningen 0 = 0 och friktionskoefficienten u = 1.

För att :ni nå fram till en transformerad fordonsmodell i motsvarighet till ekvationen (1) används följande ansats: zl = cl*ß + c2*d@/dt (16).

Den omvandling som överför modellen i motsvarighet till ekvationerna (13), (14) och (15) till formen av ekvationen (1) erhålls sedan genom flerfaldig användning av differentialoperatorn N på funktionen zl(x).

T dzi(x) dx (17) Nzi(x) : = * - dx dt Härur erhålls sålunda följande ekvationssystem (18): z1(x) = cl * ß + c2 * då/dt z2(x) = Nz1(x) = cl*dß/at + c2*a2@/dtz = c1*aø/du - c4*sh z3(x) = N2z1(x) = cl*d2ø/atz - c4*dsh/dt = sh'*c4*(do/dt+c8*sv+c7*sh) + c12*sv - c1*c3*sh.

Valet av zl sker så att vid trefaldig användning av N på zl uppträder ställstorheten u för första gången. Använder man diffe- rentialoperatorn N på z3 så uppträder ställstorheten u för första gången. Jämförelsen med ekvation (1) ger sedan de sökta funktio- nerna G(z) och f(z). 2 G = (c3*c4*Sh' + c2 ) * SV' (18) f = a1*z2 + a2*z3 + a3*z22 (19).

Därvid är: c = lv / Iz c = 1 / (m*v) c = lh / Iz O (1v+1h) / (m*v*IZ) <2/m - (lvw/Iz) / <1v-m=~v2> O Ln-ßuww II 505 416 7 C6 = <1 - /Iz / c7 = <1 + /Iz) / cs = <1 - /Iz) / al = cl*SV' - c3*Sh' + c5*Sh'*Sv' az = c6*SV' - c7*Sh' a3 - (1/c1)2 * sh" sh' = dsh/dah sv' = dsv/dav sh" = dzsh/dahz 1 = lv + lh Ansätter man en linjär tillståndsregulator enligt ekvation (2)= T = R(zso11 ' 2) = (“o “1 °2)*(zso11'z) _ a0*(z1soll_z1) + a1*(z2soll-Z2) + a2*(z3so1l-23) så blir regleringslagen följande: _ -1 _ _ _ _ där/dt'G *( f+°2*(z3so11 z3)*°1*(z2so11 z2)+“o*(Z1so11 21)) (21)' Koefficienterna ao, al och az är fritt valbara och tjänar till (20), förutbestämning av det önskade karakteristiska polynomet (polför- bestämningen) och därmed regleringskretsen tidsförhållande.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning, på vilken fig 1 visar ett diagram av sidokraften A för däcken över krypvinkeln a, fig 2 visar ett blockschema över regulatorns totalfunktion, fig 3 visar ett blockschema över styr- ningsregleringen och fig 4 visar ett avsnitt av blockschemat i fig 3 .

Fig 1 visar en vy av sidokraften på ett hjul relativt sinus för krypvinkeln a, varvid längsslirningen 0 tjänar som parameter.

Detta diagram motsvarar ekvationerna (12).

Enligt fig 2 bestäms ett börvärde för tvärrörelsen av en anordning 201. Detta börvärde kan därvid förutbestämmas av föraren och/eller medelst ett reglersystem som möjliggör en automatisk körning. Från denna anordning 201 avges sedan en signal 203, som representerar börvärdet, till en räkneanordning 202, som avger ett börvärde för styrvinkeln 6 i form av en signal 204. Denna styr- vinkel inställs sedan på hjulen, såsom visas med blocket 208. Denna styrvinkel vid hjulen har inverkningar på det dynamiska förhål- landet hos hela fordonet i motsvarighet till det visade blocket 209. I sin tur kan sedan uppmätas en utgångsstorhet y, såsom visas med signalen 210. Det dynamiska förhållande som motsvarar blocket

Claims (5)

505 416 8 209 beskrivs medelst en tillståndsvektor X, som i sin tur förs till räkneanordningen 202 liksom till en ytterligare räkneanordning 207. I denna sistnämnda räkneanordning 207 prövas sedan kriterier på huruvida en påverkan av rotationshastigheten hos fordonshjulen är meningsfull. Under påverkan av räkneanordningen 207 åstadkommes sedan eventuellt en inverkan på rörelseförhållandena hos fordonet i tvärriktningen genom en inverkan på hjulrotationshastigheterna i motsvarighet till blocket 206. Såsom visas med pilen 205 har detta likaså inverkningar på det dynamiska förhållandet hos hela fordonet. Fig 3 visar ett blockschema beträffande styrningsregleringen. Blocket 301 motsvarar därvid blocket 201. I enlighet med blocket 302 alstras därvid medelst ett förfilter som representerar en referensmodell för det dynamiska föhrållandet hos det reglerade fordonet, av styrstorheten w ett börvärde zsoll i det transfor- merade systemet. Blocket 303 motsvarar därvid det reglerade kärn- systemet i den transformerade vyn. I den formella vyn erhålls sedan utgångsstorheten y genom en återtransformation i enlighet med blocket 304 samt en mätekvation i motsvarighet till blocket 305. På grund av modellbildningen och transformationen behöver åter- transformationen emellertid icke vara explicit känd då ställstor- heten, såsom angivits i beskrivningen, erhålls genom jämförelse (se ekvationerna (18) och (19)). Regleringslagen erhålls sedan vid det visade utföringsexemplet i enlighet med ekvationen (21). Fig 4 visar standardblockschemat över en regleringskrets med flera storheter, enligt vilket regleringen av kärnsystemet sker i motsvarighet till blocket 303 i fig 1. Företrädesvis uppmäts vid föreliggande förfarande girvinkel- hastigheten dš/dt. Snedställningsvinkeln ß kan därvid observeras såsom beskrivits exempelvis i tyska patentansökan P 4 226 749.8. P a t e n t k r a v

1. Förfarande för bestämning av en av körsituationen beroende styrvinkel, vid vilket en förutbestämning görs av ett för fordonets rörelse i tvärled karakteristiskt värde och ärvärdet för fordonets girvinkelhastighet utvärderas, varefter ett kriterium härleds i beroende av ärvärdet för girvinkelhastigheten och det förutbestämda karakteristiska värdet, och i beroende av kriteriet görs en påver- 505 416 9 kan på fordonets körförhållande genom inverkan på fordonets styr- ning, k ä n n e t e c k n a t a v att för härledning av kriteriet bestäms dessutom snedställningsvinkeln ß, styrvinkeln GR och fordonshastigheten v och att vid härledningen av kriteriet tas hänsyn till sidokrafterna (Sv, Sh) vid fordonets hjul.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t a v att man tar hänsyn till sidokrafterna (Sv, Sh) åtminstone i beroen- de av däckkrypvinklarna (av, ah) eller av storheterna girvinkel- acceleration och tväracceleration (d2Q/dtz, aq).

3. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a t a v att kriteriet härleds genom att en fordonsmodell (10, 11, 12, 13, 14, 15) omvandlas till en ickelinjär regleringsnormal- form (17, 18) och att med hjälp av denna utnyttjas styrvinkeln 6R som ställstorhet i reglersystemet.

4. Förfarande enligt något av patentkraven 1-3, k ä 11 n e - t e c k n a t a v att en påverkan på fordonets körförhållande i tvärriktningen dessutom sker genom ett inflytande på bromsarna på de enskilda hjulen till fordonet.

5. Förfarande enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t a v att vid uppnående av sidokraftmaximum på en axel respektive vid uppnåendet av en förutbestämd maximal snedställningsvinkel genom en bromspåverkan styrs den andra axeln till sidokraftmaximum respektive maximum av snedställningsvinkeln.