WO1999058381A1 - Verfahren zur regelung der fahrstabilität eines fahrzeuges in abhängigkeit des reifenschlupfbedarfswertes sowie eine für die durchführung des verfahrens geeignete schaltung - Google Patents

Verfahren zur regelung der fahrstabilität eines fahrzeuges in abhängigkeit des reifenschlupfbedarfswertes sowie eine für die durchführung des verfahrens geeignete schaltung Download PDF

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Gerhard Fischle
Thorsten Herrmann
Matthias Baumann
Ralph Klingel
Joachim Jung
Carola Pfister
Ulrich LÜDERS
Mile Jokic
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Daimlerchrysler Ag
Continental Teves Ag & Co. Ohg
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Classifications

    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for regulating the driving stability of a vehicle, in which the input variables essentially determined by the desired driving curve are converted into the target value of a yaw angle variable on the basis of a vehicle model defined by computing variables, and this is compared in a comparator with an actual value determined by means of a sensor the yaw rate is compared, the determined difference value being fed to a control system by calculating a torque amount which is used to determine pressure sizes which generate an additional yaw moment via the wheel brakes of the vehicle, which leads the measured yaw rate to the calculated yaw rate.
  • the method serves to create an additional torque through targeted interventions on individual brakes of the vehicle, which leads an actually measured yaw rate of the vehicle to a yaw rate given by a driver.
  • the control method intervenes in particular in a steering behavior of the vehicle if, due to external conditions, such as a slippery road surface, the occurrence of cross winds or changes in load changes, a path actually traveled by the vehicle cannot be brought into line with a path desired by the driver without additional torque can.
  • the invention further relates to a circuit suitable for carrying out the method.
  • the invention has for its object to carry out a generic control method depending on the rigidity of at least one tire of the vehicle.
  • this object is achieved in that the control method for controlling the driving stability of a vehicle, in which the input variables (g v ) essentially determined by the desired driving curve
  • the method according to the invention is preferably carried out by a system for driving stability control.
  • driving stability control ESP
  • various control principles are used to influence driving behavior - 3 -
  • ABS anti-lock braking system
  • ASR traction control
  • EBV electronic braking force distribution
  • GR yaw moment control
  • the yaw moment control shown can be combined in an overall system with one or more of the control and influencing principles mentioned.
  • the yaw moment control according to the invention can, however, also be combined with other suitable control strategies and, if appropriate, even implemented without these control strategies.
  • An integration of the yaw moment control into a control system which is capable of executing as many of the control strategies mentioned as possible, is particularly advantageous in a vehicle that is to meet high safety requirements.
  • German Offenlegungsschrift DE 195 15 050 AI Full reference is made to the examples and implementations carried out there.
  • the additional yaw moment is only generated when an entry threshold of a yaw rate controller is reached or exceeded.
  • the entry threshold of the yaw rate regulator depends on the rigidity of the tire.
  • Fig. 3 shows a maximum value limit kß of k.
  • the entry threshold of the yaw rate control is corrected by an additive correction value k if the following conditions are met:
  • the time derivative of the control difference is greater than 30 degrees / s and b) the sign of the control difference and its time derivative are the same
  • the threshold correction k is calculated in the following context:
  • kl - correction value dependent on lateral acceleration is k2 - a correction factor depending on the
  • Tire rigidity denotes and where k3 - a maximum value limitation of k (as a function of
  • the faulty adjustments are measured in particular in the central transverse acceleration range, so that the correction is only carried out in this range.
  • the dependence of the value kl on the lateral acceleration is assumed, as shown in FIG. 1.
  • the K value is influenced by its formation, both by the tire rigidity and by the current coefficient of friction. This is another important reason for hiding the correction in the lower lateral acceleration range.
  • a maximum value limit kß of k is shown.
  • a speed-dependent control of k makes sense.
  • Elements of this variant of the invention are the use of the K value of the ASR, the conditions for the threshold correction and the lateral acceleration dependency of the threshold correction. - 7th
  • K value tire slip requirement value
  • the current ⁇ is used to determine the K value. It is limited to a maximum of 1.5.
  • the K-value is learned when driving straight ahead.
  • the individual values are added up over a period of between 0.5 and 3 s and the K value averaged over this period is set as the new valid K value.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Regelverfahren zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeuges, bei dem die im wesentlichen durch die gewünschte Fahrkurve bestimmten Eingangsgrössen ( theta , nu ref) aufgrund eines durch Rechengrössen festgelegten Fahrzeugmodells in einem Sollwert (gS) einer Gierwinkelgrösse umgerechnet werden und dieser Sollwert (gS) in einem Vergleicher mit dem mittels eines Sensors bestimmten Ist-Wert (gI) der Gierwinkelgrösse verglichen wird, wobei der festgestellte Differenzwert (gD) einer Regelung zugeführt wird, indem eine Drehmomentgrösse (M) berechnet wird, welche zur Festlegung von Druckgrössen ( DELTA p,p) dient, die über die Radbremsen des Fahrzeugs ein Zusatzgiermoment erzeugen, welches die gemessene Gierwinkelgrösse zu der errechneten Gierwinkelgrösse hinführt. Erfindungsgemäss wird das Regelverfahren in Abhängigkeit eines K-Wertes von wenigstens einem Reifen des Fahrzeugs durchgeführt.

Description

VERFAHREN ZUR REGELUNG DER FAHRSTABILITÄT EINES FAHRZEUGES IN ABHÄNGIGKEIT DES REIFENSCHLUPFBEDARFSWERTES SOWIE EINE FÜR DIE DURCHFÜHRUNG DES VERFAHRENS GEEIGNETE SCHALTUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeuges, bei dem die im wesentlichen durch die gewünschte Fahrkurve bestimmten Eingangsgrößen aufgrund eines durch Rechengrößen festgelegten Fahrzeugmodells in den Sollwert einer Gierwinkelgröße umgerechnet werden und dieser in einem Vergleicher mit einem mittels eines Sensors bestimmten Ist- Wert der Gierwinkelgröße verglichen wird, wobei der festgestellte Differenzwert einer Regelung zugeführt wird, indem eine Drehmomentgröße berechnet wird, welche zur Festlegung von Druckgrößen dient, die über die Radbremsen des Fahrzeugs ein Zusatzgiermoment erzeugen, welches die gemessene Gierwinkelgröße zu der errechneten Gierwinkelgröße hinführt.
Das Verfahren dient dazu, durch gezielte Eingriffe an einzelnen Bremsen des Fahrzeuges ein zusätzliches Drehmoment zu schaffen, welches eine tatsächlich gemessene Gierwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeuges zu einer von einem Fahrer vorgegebenen Gierwinkelgeschwindigkeit hinführt. Das Regelverfahren greift insbesondere dann in ein Lenkverhalten des Fahrzeugs ein, wenn aufgrund äußerer Gegebenheiten, wie zum Beispiel einer glatten Fahrbahn, Auftreten von Seitenwind oder Lastwechseländerungen ein von dem Fahrzeug tatsächlich zurückgelegter Weg ohne zusätzliches Drehmoment nicht mit einem vom Fahrer gewünschten Weg in Übereinstimmung gebracht werden kann.
BESIÄTIGUNGSKOPIE - 2
Die Erfindung betrifft ferner eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Schaltung.
Aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 195 15 050 AI ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgmäßes Regelverfahren in Abhängigkeit einer Steifigkeit von wenigstens einem Reifen des Fahrzeugs durchzuführen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Regelverfahren zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeuges, bei dem die im wesentlichen durch die gewünschte Fahrkurve bestimmten Eingangsgrößen ( g v )
' ref aufgrund eines durch Rechengrößen festgelegten Fahrzeugmodells in den Soll-Wert (gs) einer Gierwinkelgröße umgerechnet und dieser in einem Vergleicher mit dem mittels eines Sensors bestimmten Ist-Wert (gj.) der Gierwinkelgröße verglichen wird, wobei der festgestellte Differenzwert (gπ) einer Regelung zugeführt wird, indem eine Drehmomentgröße (M) berechnet wird, welche zur Festlegung von Druckgrößen
(Δp,p) dient, die über die Radbremsen des Fahrzeugs ein Zusatzgiermoment erzeugen, welches die gemessene Gierwinkelgröße zu der errechneten Gierwinkelgröße hinführt, in Abhängigkeit eines K-Wertes von wenigstens einem Reifen des Fahrzeugs durchgeführt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise durch ein System zur Fahrstabilitätsregelung durchgeführt. Bei der Fahrstabilitätsregelung (ESP) werden verschiedene Regelprinzipien zur Beeinflussung des Fahrverhaltens eines - 3 -
Fahrzeugs mittels vorgebbarer Drücke in einzelnen Radbremsen und/oder durch Eingriff in ein Motormanagement eines Antriebsmotors des Fahrzeugs vorgenommen. Bei den Regelprinzipien handelt es sich insbesondere um ein Antiblockiersystem (ABS), das auch als Bremsschlupfregelung bezeichnet wird, und das während eines Bremsvorgangs ein Blockieren einzelner Räder verhindert, sowie um eine Antriebsschlupfregelung (ASR), welche ein Durchdrehen von angetriebenen Rädern verhindert, um eine elektronische Bremskraftverteilung (EBV), welche ein Verhältnis von Bremskräften zwischen Vorder- und Hinterachsen des Fahrzeugs regelt, sowie um eine Giermomentregelung (G R), welche für stabile Fahrzustände beim Durchfahren einer Kurve sorgt.
Die dargestellte Giermomentregelung läßt sich in einem Gesamtsystem mit einem oder mehreren der genannten Regel- und Beeinflussungsprinzipien kombinieren. Die erfindungsgemäße Giermomentregelung kann jedoch auch mit anderen geeigneten Regelstrategien vereinigt werden und gegebenenfalls sogar ohne diese Regelstrategien verwirklicht werden.
Eine Integration der Giermomentregelung in eine Steuerungsanlage, welche zu einer Durchführung von möglichst vielen der angesprochenen Regelstrategien befähigt ist, ist bei einem Fahrzeug, welches hohen Sicherheitsanforderungen genügen soll, besonders vorteilhaft.
Zur Giermomentregelung kann auf unterschiedliche Fahrzeug- Referenzmodelle zurückgegriffen werden. Eine Giermomentregelung anhand eines Einspur-Modells und anhand - 4
eines Zweispur-Modells sind in der Deutschen Offenlegungsschrift DE 195 15 050 AI dargestellt. Auf die dort ausgeführten Beispiele und Implementationen wird vollinhaltlich Bezug genommen.
Es ist besonders vorteilhaft, daß das Zusatzgiermoment erst bei Erreichen oder Überschreiten einer Eintrittsschwelle eines Gierratenreglers erzeugt wird.
Ferner ist es zweckmäßig, daß die Eintrittsschwelle des Gierratenreglers von der Steifigkeit des Reifens abhängt.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen.
Von den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 einen querbeschleunigungsabhängigen Anteil,
Fig. 2 einen Korrekturfaktor,
Fig. 3 eine Maximalwertbegrenzung kß von k.
In einem mittleren Querbeschleunigungsbereich werden in einem Übersteuerungsfall Fehlanregelungen eines ESP Gierratenreglers beobachtet, die auf Reifen mit verminderter Steifigkeit aufgrund erhöhter Temperatur oder weicher Reifenmischung zurückzuführen sind. Da diese Steifigkeitsabnahme in der Sollwertgenerierung des Reglers, dem sogenannten Einspurmodell, nicht modelliert wird, tritt eine Regeldifferenz und damit ein Druckaufbau ein, obwohl keine Fahrzeuginstabilität vorhanden ist. Zur Lösung dieses Problems wird eine Korrektur der Eintrittsschwelle des Gierratenreglers in Abhängigkeit von K - Wert des ASR vorgenommen, der direkt abhängig von der Reifensteifigkeit ist.
Die Eintrittsschwelle der Gierratenregelung wird durch einen additiven Korrekturwert k korrigiert, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
a) Lenkwinkelgeschwindigkeit kleiner als 200 Grad/s b) ASR (Motormomentreduktion und Bremseneingriff) nicht aktiv c) Fahrzeug zeigt übersteuerndes Verhalten d) Der Fahrer bremst nicht.
Um bei großer Fahrzeuginstabilität den Regelungseintritt durch den additiven Korrekturwert k nicht zu verzögern, wird die Korrektur nicht vorgenommen, wenn die nachgenannten Bedingungen gegeben sind:
a) zeitliche Ableitung der Regeldifferenz ist größer als 30 Grad/s und b) Vorzeichen der Regeldifferenz und deren zeitlicher Ableitung sind gleich
Die Berechnung der Schwellenkorrektur k erfolgt nach folgendem Zusammenhang:
k = Minimum (kl * k2 , k3 )
wobei kl - querbeschleunigungsabhängiger Korrekturwert ist k2 - einen Korrekturfaktor in Abhängigkeit von der
Reifensteifigkeit bezeichnet und wobei k3 - eine Maximalwertbegrenzung von k (als Funktion der
Geschwindigkeit) ist.
Die Fehlanregelungen werden insbesondere im mittleren Querbeschleunigungsbereich gemessen, so daß die Korrektur nur in diesem Bereich vorgenommen wird. Die Abhängigkeit des Werts kl von der Querbeschleunigung wird, wie in Fig. 1 dargestellt, angesetzt.
Um ein Maß für die Reifensteifigkeit zu erhalten, wird versucht, einen K-Wert einer Antriebsschlupfregelung zu verwenden, d.h. der Korrekturfaktor k2 wird in Abhängigkeit von dem K-Wert, wie in Fig. 2 dargestellt, gewählt.
Hierbei ist anzumerken, daß der K-Wert von seiner Bildung her sowohl von der Reifensteifigkeit, als auch vom aktuellen Reibwert beeinflußt wird. Dies stellt einen weiteren wichtigen Grund dafür dar, die Korrektur im unteren Querbeschleunigungsbereich auszublenden.
In Fig. 3 ist eine Maximalwertbegrenzung kß von k dargestellt.
Eine geschwindigkeitsabhängige Regelung von k ist sinnvoll.
Elemente dieser Variante der Erfindung sind die Verwendung des K-Wertes des ASR, die Bedingungen für die Schwellenkorrektur und die Querbeschleunigungsabhängigkeit der Schwellenkorrektur. - 7
Alternativ hierzu ist eine Modellierung der Verminderung der Reifensteifigkeit im Einspurmodell zweckmäßig.
Hierbei wird der K-Wert ( Reifenschlupfbedarfswert) wie folgt modifiziert:
K-Wert = λ / μ, wobei μ = FA u° l u mit Fyortrieb = Vortriebskraft an der angetriebenen Achse FAufstand = Aufstandskraft an der angetriebenen Achse
und λ =' Schlupf/Referenzgeschwindigkeit wie nachfolgend dargestellt bestimmt werden.
Für die K-Wertbestimmung wird das aktuelle μ verwendet. Es ist auf maximal 1,5 begrenzt.
Die Berechnung von λ (allgemein λ =
Schlupf/Referenzgeschwindigkeit = SLIPF/TCREF Links ) ergibt sich wie folgt:
λLinks = MAX [0; Min ( 12,5%; SLIPFLinks/TCREF_Lin s ) ] λRechts = MAX [0; Min ( 12,5%; SLIPFRechts/TCREF_Rechts ) ]
mit λj_,inks = prozentualer Schlupf vom linken Rad λRechts = prozentualer Schlupf vom rechten Rad
12,5% = Begrenzung des Schlupfes
TC = Referenzgeschwindigkeit der angetriebenen Räder
λ = (λLinks + λRechts )/2 Der K-Wert wird bei stationärer Geradeausfahrt gelernt. Dabei werden die einzelnen Werte über einen Zeitraum zwischen 0,5 und 3 s aufsummiert und der in diesem Zeitraum gemittelte K-Wert als neuer gültiger K-Wert gesetzt.

Claims

- 9 -
Patentansprüche :
Regelverfahren zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeuges, bei dem die im wesentlichen durch die gewünschte Fahrkurve bestimmten Eingangsgrößen (^jV ) ruf aufgrund eines durch Rechengrößen festgelegten Fahrzeugmodells in einen Sollwert (gs) einer Gierwinkelgröße umgerechnet werden und dieser Sollwert (gs) in einem Vergleicher mit dem mittels eines Sensors bestimmten Ist-Wert (gi) der Gierwinkelgröße verglichen wird, wobei der festgestellte Differenzwert (g^) einer Regelung zugeführt wird, indem eine Drehmomentgröße (M) berechnet wird, welche zur Festlegung von Druckgrößen
(Δp,p) dient, die über die Radbremsen des Fahrzeugs ein Zusatzgiermoment erzeugen, welches die gemessene Gierwinkelgröße zu der errechneten Gierwinkelgröße hinführt, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelverfahren in Abhängigkeit eines K-Wertes von wenigstens einem Reifen des Fahrzeugs durchgeführt wird.
Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzgiermoment erst bei Erreichen oder Überschreiten einer Eintrittsschwelle eines Gierratenreglers erzeugt wird.
Regelverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsschwelle des Gierratenreglers von der Steifigkeit des Reifens abhängt. - 10
Regelverfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichent, daß die Eintrittsschwelle der Gierratenregelung korrigiert wird, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: a. ) eine Lenkwinkelgeschwindigkeit ist kleiner als 200°/s und/oder b. ) eine Antriebsschlupfregelung ist nicht aktiv und/oder c.) ein Fahrzeug zeigt übersteuerndes Verhalten und/oder d. ) der Fahrer bremst nicht.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrektur der Gierratenregelung nicht vorgenommen wird, wenn eine zeitliche Ableitung einer Regeldifferenz größer ist als 30°/s2.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrektur der Gierratenregelung nicht vorgenommen wird, falls ein Vorzeichen einer Regeldifferenz und einer zeitlichen Ableitung der Regeldifferenz gleich sind.
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