WO2004106144A1 - Neigungsregelungsvorrichtung und verfahren zur neigungsregelung eines fahrzeugs - Google Patents

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WO2004106144A1
WO2004106144A1 PCT/EP2004/004300 EP2004004300W WO2004106144A1 WO 2004106144 A1 WO2004106144 A1 WO 2004106144A1 EP 2004004300 W EP2004004300 W EP 2004004300W WO 2004106144 A1 WO2004106144 A1 WO 2004106144A1
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Dieter Ammon
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Daimlerchrysler Ag
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    • B60T2230/00—Monitoring, detecting special vehicle behaviour; Counteracting thereof
    • B60T2230/03—Overturn, rollover

Definitions

  • the invention relates to a tilt control device for a vehicle, with detection means for detecting a roll speed signal representing the roll speed of the vehicle and for detecting a target steering angle signal, with control means for generating a steering signal on the basis of the roll speed signal and the target steering angle signal, and with output means for outputting the steering signal to a steering actuator Steering one or more wheels of at least one axle of the vehicle.
  • the invention further relates to a vehicle, in particular a multi-lane vehicle, with such an inclination control device and to a method which functions in the manner of the inclination control device.
  • Such an inclination control device is known for example from German published patent application DE 40 32 317 AI.
  • the tilt control described there dampens the roll movements of vehicles with four-wheel steering and vehicles with front steering.
  • the known inclination control device is based on the roll dynamics of the vehicle body, taking into account signals, which directly or indirectly present the roll angular velocity.
  • the driver's desired direction of travel i.e. the target steering angle, is taken into account.
  • Improved stability behavior is achieved by additional steering according to German published patent application DE 33 00 640 AI, in which, among other things, the driving speed, the yaw angle speed, the lateral acceleration, the longitudinal acceleration, the steering wheel rotation angle, that is, the desired steering angle, tire conditions or the like are taken into account.
  • the rolling behavior of the vehicle is not taken into account.
  • control device In the control device according to WO 99/01320 there are two independent partial control devices which intervene in the steering of a vehicle and / or in the chassis actuators of the vehicle.
  • the control device is based, for example, on wheel speed signals, yaw rate signals, lateral acceleration signals and steering angle signals.
  • a vehicle steering system according to German laid-open specification DE 44 22 031 offers improved emergency running behavior in the event of failure of, for example, a lateral acceleration sensor or a yaw rate sensor. In such a situation of damage, a supporting steering torque is reduced, so that the operability of the steering system remains as optimal as possible even in the event of damage.
  • the devices known from the prior art aim to drive a motor vehicle, in specific cases automobiles, in stable driving operation on four wheels. to keep that.
  • single-track vehicles for example motorcycles or the like
  • multi-lane vehicles can also tip over, so that they can be operated at least temporarily in a single-lane driving mode.
  • Such operating states are known, for example, from films and artistic performances.
  • This object is achieved in the case of the inclination control device of the type mentioned at the outset in that it controls the steering actuator with the steering signal in such a way that the vehicle is at least temporarily kept in a single-track driving mode.
  • the steering signal generated by the inclination control device ensures stable single-track driving operation of the vehicle, which behaves as if a fictitious third wheel were present. Any incorrect steering interventions by the driver are corrected by the inclination control device. Even a multi-lane vehicle that accidentally gets on two wheels can at least temporarily be kept in a single-lane driving mode and thus be stabilized again before it is expediently subsequently operated again in a multi-lane driving mode.
  • the inclination control device can be a separate structural unit or, for example, in a driving stability Control of the vehicle can be integrated. It can be implemented in hardware and / or software, for example it can contain program code that can be executed by a control means, for example a microprocessor.
  • the control means expediently control the steering actuator in a second direction opposite to the first direction in the event of a change in direction of the vehicle in a first direction predetermined by the target steering angle signal, insofar as this is necessary for control purposes.
  • a change in direction is initially initiated by a counter-steering movement.
  • the inclination control device then changes the direction of the target steering angle and turns more than specified by the target steering angle.
  • the steering signal converges in the direction of the target steering angle signal to a stationary target value.
  • Detection means are expediently designed to detect one or more of the signals mentioned below.
  • control means advantageously evaluate these signals when the steering signal is formed:
  • a yaw rate signal representing the yaw rate of the vehicle
  • a lateral acceleration signal representing the lateral acceleration of the vehicle
  • transverse speed signal representing the transverse speed of the vehicle, and / or
  • a float angle signal representing the float angle of the vehicle.
  • a particularly advantageous control concept of the inclination control device according to the invention is based on a model approach in which the behavior of the vehicle can be described with six state variables which are combined to form a state vector z ⁇ .
  • ⁇ are the yaw (angle) speed, v the transverse speed,; c the roll angle, k the roll speed, F q v and F q h tire lateral forces on the front wheel and rear wheel of the vehicle, which can be determined from the aforementioned variables.
  • ⁇ are the yaw (angle) speed, v the transverse speed,; c the roll angle, k the roll speed, F q v and F q h tire lateral forces on the front wheel and rear wheel of the vehicle, which can be determined from the aforementioned variables.
  • ⁇ L is the steering angle set on the vehicle (the index ⁇ L 'always refers to the steering of the vehicle below) and F s is a lateral force acting on the vehicle.
  • ⁇ L is the steering angle set on the vehicle (the index ⁇ L 'always refers to the steering of the vehicle below)
  • F s is a lateral force acting on the vehicle.
  • h w is the height of the kinematic roll pole and lw the center of gravity distance of the kinematic roll pole in the longitudinal direction.
  • the feedback parameters in the stabilization vector k must now be determined in such a way that a stable operating state is always reached in a finite time.
  • the eigenvalues of the closed control loop (7) are decisive for this. Its system matrix A * results in:
  • the non-linearities of the overall system are preferably taken into account in that a suitable stabilization configuration is determined not only for the operating point B, but also for the largest possible environment around B.
  • each segment is segmented into 3-6 vehicle speed-specific solutions and, if necessary, into 3-6 longitudinal acceleration-optimized solutions, between which it is possible to switch or interpolate.
  • a non-linear controller design can of course also be carried out directly on the basis of the model and synthesis concept presented.
  • the control means are expediently designed to generate a steering feedback signal and the output means for outputting this signal to a steering feedback actuator, with which a steering feedback torque for the driver of the vehicle can be generated on a steering handle of the vehicle, for example on a steering wheel or on a steering fork. The driver thus receives feedback on his steering specifications.
  • the following expedient embodiments of the invention relate in particular to a multi-lane vehicle which is temporarily kept in a single-lane driving mode by the inclination control according to the invention.
  • Multi-lane vehicles are usually operated as permanently as possible so that all wheels are in contact with the road.
  • the inclination control device according to the invention expediently determines a tilting condition required for stabilizing the vehicle, in which the vehicle is in the single-track vehicle driving mode. In this tipping state or in the single-track driving mode, the vehicle is operated until it is stabilized. For example, a change of direction is carried out in the single-lane driving mode. Only after the change of direction is the vehicle brought back into a driving state such that all of its wheels are in contact with the road.
  • the control means expediently keep the multi-lane vehicle in the tilted state until after an end of tip signal has been determined.
  • the end of tipping signal can by the Tilt control device itself can be determined.
  • vehicle dynamics control it is also possible for vehicle dynamics control to send a corresponding end of tilt signal to the inclination control device according to the invention.
  • the control means expediently contain a status observer.
  • sensors are expediently provided for generating the roll speed signal and for determining the setpoint angle signal and, if appropriate, for further of the aforementioned signals.
  • the vehicle also contains a steering actuator that can be controlled by the inclination control device.
  • a steering reaction actuator for generating a steering reaction signal is advantageously also present in the vehicle according to the invention.
  • a steering handle on which the desired steering angle signal is determined, expediently acts only on the steering wheel or wheels of the vehicle via the steering actuator or actuators. It goes without saying that the inclination control device according to the invention can also be designed for multi-axle steering.
  • 1 shows a partially highly schematized vehicle according to the invention with an inclination control device according to the invention
  • 2 shows a schematically illustrated single-track vehicle according to the invention
  • a vehicle 10 shown in Figures 1 and 2 e.g. a motorcycle or an automobile has one or more steerable wheels 11, for example front wheels, as well as non-steerable wheels 12 driven by a motor 13, which are, for example, the rear wheel or wheels of the vehicle 10.
  • the wheels 11 can be steered by means of a steering wheel 14, a steering rod or another steering handle.
  • the steering intervention does not take place directly, but rather by means of a steering actuator 15, which is controlled by an inclination control device 16.
  • An actuation of the steering wheel 14 of the vehicle 10 detects a steering angle sensor 18.
  • the steering angle sensor 18 reports a target steering angle signal ⁇ L S0 L to the device 16.
  • An input 19 of detection means 20 of the device 16 detects the target steering angle signal £ S0LL and transmits it to a control module 21.
  • Driving state sensors 22 to 26 transmit the detection means 20, which are, for example, NEN or more interface modules for detecting digital and / or analog signals, a (longitudinal) speed signal V, a transverse speed signal Vq, a yaw rate signal ⁇ , a roll angle signal K and a roll speed signal K.
  • These signals and a reset torque signal M R detected by a tire reset torque sensor 27, which is present at an input 28 of the detection means 20, are transmitted to a driving condition observer 29.
  • the driving state observer 29 determines a stationary operating point g B and a state vector Z, for example in accordance with the formulas (1) and (3) mentioned above.
  • the driving position observer 29 transmits the stationary operating point g B to the control module 21.
  • the control module 21 determines a stationary state Z B of the state vector Z according to, for example, the formula (3), and transmits this to a control module 30.
  • the control module 30 calculates the stabilization component K (Z-Z B ), for example according to the formula (6), using the state vectors Z and Z B.
  • This stabilization component is added to the default component ⁇ L S0L , so that overall the steering signal ⁇ L (see formula (6)) is formed.
  • the steering signal ⁇ L is output by output means 31, which can output digital and / or analog voltage signals, for example, to the steering actuator 15, which controls the steering wheel (s) 11 according to the steering signal ⁇ L.
  • a driver of vehicle 10 receives feedback about his operating actions by means of a steering feedback actuator 32, for example a servo motor, which acts on the steering wheel 14.
  • a driver steering torque control 34 controls the steering reaction actuator 32 by means of a steering reaction signal M F.
  • the input variables of the steering torque control 34 are the target steering angle ⁇ L SOh , the steering signal ⁇ L and the state vector Z.
  • the device 16 is preferably designed as a microprocessor control, in which, for example, the modules 21, 29, 30 and 32 are designed as software, for example in the form of software functions or program modules.
  • the program code of the program modules is executed by a microprocessor, not shown in the figure, and is stored, for example, in a storage means, e.g. a flash device.
  • a change of direction is initiated on the steering wheel 14, the target steering angle signal ⁇ L S0LL shown in broken lines increasing until it reaches a stationary value at a point in time t2.
  • the device 16 generates the dotted steering signal ⁇ L , which, following the time tl, initially has a profile opposite to the target steering angle ⁇ L SOh , then rises faster than the specified profile ⁇ L SOLL and after an overshoot that begins at time t2 swings in the stationary target value, which corresponds to the signal ⁇ , SO ⁇ .
  • the on steering between times t1 and t2 results in a positive transverse speed V q from the rolling movement of vehicle 10.
  • FIG. 4 contains the signals shown in FIG. 3 and additionally the yaw rate and the roll angle profile of the vehicle 10 when changing direction according to FIG. 3. However, the scaling has been changed in comparison to FIG. 3 so that the relation of the roll angle K (drawn in a solid line) increases the steering angle signals ⁇ 5 L and ⁇ L S0LL is correctly displayed. All angle signals are given in degrees, for example. It can be seen from FIG. 4 that device 16 achieves a target roll angle ⁇ z ⁇ e ⁇ of, for example, 20 degrees within a short time of, for example, half a second. The stabilization model of the device 16 is thus suitable for driving maneuvers up to limit areas.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Neigungsregelungsvorrichtung (16) für ein Fahrzeug (10), mit Erfassungsmitteln (20) zur Erfassung eines die Wankgeschwindigkeit des Fahrzeugs (10) repräsentierenden Wankgeschwindigkeitssignals (κ.) und zur Erfassung eines Solllenkwinkelsignals (δLSOLL), mit Regelungsmitteln (21, 29, 30) zur Erzeugung eines Lenksignals (δL) anhand des Wankgeschwindigkeitssignals (κ.) und des Solllenkwinkelsignals (δLsoll), und mit Ausgabemitteln (31) zur Ausgabe des Lenksignals (δL) an einen Lenkaktor (15) zum Lenken eines oder mehrerer Räder (11) mindestens einer Achse des Fahrzeugs (10). Es wird vorgeschlagen, dass die Neigungsregelungsvorrichtung (16) mit dem Lenksignal (δL) den Lenkaktor (15) derart ansteuert, dass das Fahrzeug (10) zumindest zeitweise in einem einspurigen Fahrbetrieb gehalten wird.

Description

DaimlerChrysler AG
Neigungsregelungsvorrichtung und Verfahren zur Neigungsregelung eines Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft eine Neigungsregelungsvorrichtung für ein Fahrzeug, mit Erfassungsmitteln zur Erfassung eines die Wankgeschwindigkeit des Fahrzeugs repräsentierenden Wankgeschwindigkeitssignals und zur Erfassung eines Solllenkwinkelsignals, mit Regelungsmitteln zur Erzeugung eines Lenksignals anhand des Wankgeschwindigkeitssignals und des Solllenkwinkelsignals, und mit Ausgabemitteln zur Ausgabe des Lenksignals an einen Lenkaktor zum Lenken eines oder mehrerer Räder mindestens einer Achse des Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, insbesondere ein mehrspuriges Fahrzeug, mit einer derartigen Neigungsregelungsvorrichtung sowie ein in der Art der Neigungsregelungsvorrichtung funktionierendes Verfahren.
Eine derartige Neigungsregelungsvorrichtung ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 40 32 317 AI bekannt. Die dort beschriebene Neigungsregelung dämpft die Wankbewegungen von Fahrzeugen mit Vierradlenkung und von Fahrzeugen mit Frontlenkung. Die bekannte Neigungsregelungsvorrichtung basiert auf der Wankdynamik des Fahrzeugaufbaus, wobei Signale berücksichtigt werden, die mittelbar oder unmittelbar die Wankwinkelgeschwindigkeit präsentieren. Zudem wird der Fahrrichtungswunsch des Fahrers, also der Solllenkwinkel, berücksichtigt.
Ein verbessertes Stabilitätsverhalten bewirkt eine Zusatzlenkung gemäß der deutschen Offenlegungsschrift DE 33 00 640 AI, bei der unter anderem die Fahrgeschwindigkeit, die Gierwinkelgeschwindigkeit, die Querbeschleunigung, die Längsbeschleunigung, der Lenkraddrehwinkel, also der Solllenkwinkel, Reifenzustände oder dergleichen berücksichtigt werden. Das Wankverhalten des Fahrzeuges bleibt unberücksichtigt .
Bei der Regelungsvorrichtung gemäß der WO 99/01320 sind zwei voneinander unabhängige Teil-Regelungsvorrichtungen vorhanden, die in die Lenkung eines Fahrzeugs und/oder in Fahrwerksaktuatoren des Fahrzeuges eingreifen. Die Regelungsvorrichtung basiert beispielsweise auf Raddrehzahlsignalen, Gierratensignalen, Querbeschleunigungssignalen und Lenkwinkelsignalen.
Ein verbessertes Notlaufverhalten beim Ausfall von beispielsweise einem Querbeschleunigungssensor oder einem Gierratensensor, bietet ein Fahrzeuglenksystem gemäß der deutschen Offenlegungsschrift DE 44 22 031. In solch einer Schadensfallsituation wird ein unterstützendes Lenkdrehmoment verringert, so dass die Bedienbarkeit des Lenksystems auch im Schadensfall möglichst optimal bleibt.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zielen darauf ab, ein Kraftfahrzeug, in den konkreten Fällen Automobile, im stabilen Fahrbetrieb auf vier Rä- dem zu halten. Bei einspurigen Fahrzeugen, beispielsweise Motorrädern oder dergleichen, sind diese jedoch gerade in einem ausbalancierten Kippzustand zu halten. Ferner können auch mehrspurige Fahrzeuge kippen, so dass sie zumindest zeitweise in einem einspurigen Fahrbetrieb zu betreiben sind. Derartige Betriebszustände kennt man beispielsweise von Filmen und artistischen Vorstellungen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optimierte Neigungsregelung für einspurige Fahrzeuge oder für mehrspurige Fahrzeuge im einspurigen Fahrbetrieb bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird bei der Neigungsregelungsvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass sie mit dem Lenksignal den Lenkaktor derart ansteuert, dass das Fahrzeug zumindest zeitweise in einem einspurigen Fahrbetrieb gehalten wird.
Das von der Neigungsregelungsvorrichtung erzeugte Lenksignal sorgt für einen stabilen einspurigen Fahrbetrieb des Fahrzeugs, das sich so verhält, als sei ein fiktives drittes Rad vorhanden. Gegebenenfalls fehlerhafte Lenkeingriffe des Fahrers werden durch die Neigungsregelungsvorrichtung korrigiert. Auch ein mehrspuriges Fahrzeug, das versehentlich auf zwei Räder gelangt, kann zumindest zeitweise in einem einspurigen Fahrbetrieb gehalten und somit wieder stabilisiert werden, bevor es zweckmäßigerweise anschließend wieder im mehrspurigen Fahrbetrieb weiterbetrieben wird.
Die Neigungsregelungsvorrichtung kann eine separate Baueinheit sein oder beispielsweise in eine Fahrstabilitäts- Steuerung des Fahrzeugs integriert sein. Sie kann in Hardware und/oder Software ausgeführt sein, sie kann beispielsweise Programmcode enthalten, der durch ein Steuermittel, z.B. einen Mikroprozessor, ausführbar ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der Beschreibung.
Zweckmäßigerweise steuern die Regelungsmittel bei einer durch das Solllenkwinkelsignal vorgegebenen Richtungsänderung des Fahrzeugs in eine erste Richtung den Lenkaktor in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung an, soweit dies für Regelungszwecke erforderlich ist. Beispielsweise wird eine Richtungsänderung zunächst durch eine Gegenlenkbewegung eingeleitet. Sodann wechselt die Neigungsregelungsvorrichtung die Richtung des Solllenkwinkels und schlägt stärker ein als durch den Solllenkwinkel vorgegeben. Am Ende der Richtungsänderung konvergiert das Lenksignal in Richtung des Solllenkwinkelsignals zu einem stationären Zielwert.
Zweckmäßigerweise sind Erfassungsmittel zur Erfassung eines oder mehrerer der nachfolgend genannten Signale ausgestaltet. In entsprechender Weise werten die Regelungsmittel vorteilhafterweise diese Signale bei der Bildung des Lenksignals aus:
- ein die Gierwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs repräsentierende GierwinkeIgeschwindigkeitssignal
- ein die Geschwindigkeit des Fahrzeugs repräsentierendes Geschwindigkeitssignal - ein den Wankwinkel des Fahrzeugs repräsentierendes Wankwinkelsignal,
- ein das Reifenrückstellmoment des Fahrzeugs repräsentierendes Reifenrückstellmomentsignal,
- ein die Querbeschleunigung des Fahrzeugs repräsentierendes Querbeschleunigungssignal,
- ein die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs repräsentierendes Längsbeschleunigungssignal,
- ein die Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs repräsentierendes Quergeschwindigkeitssignal, und/oder
- ein den Schwimmwinkel des Fahrzeugs repräsentierendes Schwimmwinkelsignal .
Es versteht sich, dass eines oder mehrere der oben genannten Signale von der Neigungsregelungsvorrichtung vorteilhafterweise erfasst und ausgewertet werden.
Ein besonders vorteilhaftes Regelungskonzept der erfindungsgemäßen Neigungsregelungsvorrichtung beruht auf einem Modellansatz, bei dem sich das Verhalten des Fahrzeugs mit sechs Zustandgrößen beschreiben lässt, die zu einem Zustandsvektor zτ zusammengefasst sind.
zτ = [ψ vq K F; F;] (i;
Dabei sind ψ die Gier (winkel) geschwindigkeit , v die Quergeschwindigkeit, ;c der Wankwinkel, k die Wankge- schwindigkeit, Fq v und Fq h Reifenseitenkräfte am Vorderrad und Hinterrad des Fahrzeugs, die aus den vorgenannten Größen ermittelbar sind. Insgesamt lässt sich das dynamische Verhalten des Fahrzeugs somit durch einen nichtlineares Zustandsmodell 6. Ordnung beschreiben:
Ε = f{z,δL,δL,Fs) (2)
Dabei ist δL der am Fahrzeug eingestellte Lenkwinkel (der Index ΛL' bezieht sich nachfolgend immer auf die Lenkung des Fahrzeugs) und Fs eine auf das Fahrzeug wirkende Seitenkraft. In stationären Betriebszuständen B, d.h. wenn sich die Zustandsgrößen mit der Zeit nicht ändern, gilt:
f(zB,δL,δL = 0,Fs = θ)≡ 0 ; => zB = gB (δL) , (3)
die einzelnen Zustandsgrößen stehen folglich in einem Zusammenhang gB zum eingestellten Lenkwinkel δj_, . So erhält man zum Beispiel folgende Relation zwischen Wankwinkel ic und Giergeschwindigkeit ψ :
Figure imgf000008_0001
Dabei ist hw die Höhe des kinematischen Wankpols und lw der Schwerpunktabstand des kinematischen Wankpols in Längsrichtung. Nimmt man nun an, dass sich die Systemdynamik in der Umgebung des jeweiligen Betriebspunktes B im wesentlichen konstant ist, kann man auf der Basis der Formel (2) näherungsweise eine linearisiertes Zustandsmo- dell ableiten:
z = f(z, δL,δL,Fs)* A(z - zB) + d^(δL - δB) + d2δL + eFs (5;
Die Systemmatrix A sowie die Führungsvektoren dj , und der Störvektor θ ergeben sich unmittelbar aus der Systemübertragungsfunktion f :
Figure imgf000009_0001
Auf dieser Basis kann man zunächst formal eine Zustands- rückführung k zur Stabilisierung des Systems einführen, mit δ[°" als dem vom Fahrer vorgegebenen Solllenkwinkel:
δL = k' (z - z") + δL' mit za = gB(δ •[so°l"l >) (6)
als Gleichgewichtszustand oder Zielzustand. Dabei ist kτ (z — zB) eine von der Neigungsregelung ermittelte Stabilisierungskomponente und δ[0" die Vorgabekomponente. Die Gesamt-Systemdynamik ergibt sich damit zu:
Figure imgf000009_0002
Der Stabilisierungs-Ansatz (6) zieht als Betriebs- bzw. Entwicklungspunkt B unmittelbar den über δ[o11 angestrebten Zielzustand zB =: gB(δj S°11) des Gesamtsystems heran. Somit werden alle relevanten Nichtlinearitäten korrekt er- fasst . Die Rückführungsparameter im Stabilisierungsvektor k müssen nun so bestimmt werden, dass stets ein stabiler Betriebszustand in endlicher Zeit erreicht wird. Entscheidend dafür sind die Eigenwerte des geschlossenen Regelkreises (7) . Dessen Systemmatrix A* ergibt sich zu:
A* = (E-d2kτY(A + dlkτ), (8)
Die Eigenwerte λ\ , i = 1...n können somit aus
Figure imgf000010_0001
bestimmt werden. Bei der Forderung nach stabilen, d.h. negativ reellen Eigenwerten, die eine vorbestimmte Min- dest-Dämpfung Dmin aufweisen und zudem eine Eigenfrequenz fe So11 nicht unterschreiten, können Rückführungsparameter ki (i = 1 ... n) mittels Optimierung anhand der Formeln
(8) und (9) eindeutig bestimmt werden. Vorzugsweise werden die Nichtlinearitäten des Gesamtsystems dadurch berücksichtigt, dass nicht nur für den Betriebspunkt B, sondern auch für eine möglichst große Umgebung um B eine geeignete Stabilisierungskonfiguration ermittelt wird.
Zweckmäßigerweise wird jeweils in 3-6 fahrgeschwindigkeitsspezifische Lösungen sowie ggf. in 3-6 längsbe- schleunigungsoptimierte Lösungen segmentiert, zwischen denen jeweils umgeschaltet bzw. interpoliert werden kann. Alternativ dazu kann auf der Basis des vorgestellten Modell- und Synthese-Konzepts selbstverständlich auch direkt ein nichtlinearer Reglerentwurf erfolgen. Zweckmäßigerweise sind die Regelungsmittel zur Erzeugung eines Lenkrückwirkungssignals ausgestaltet und die Ausgabemittel zur Ausgabe dieses Signals an einen Lenkrückwir- kungsaktuator, mit dem an einer Lenkhandhabe des Fahrzeugs, z.B. an einem Lenkrad oder an einer Lenkgabel ein Lenkrückwirkungsmoment für den Fahrer des Fahrzeugs erzeugbar ist. Der Fahrer erhält somit eine Rückkoppelung zu seinen Lenkvorgaben.
Die nachfolgenden zweckmäßigen Ausgestaltungen der Erfindung beziehen sich insbesondere auf ein mehrspuriges Fahrzeug, das durch die erfindungsgemäße Neigungsregelung zeitweise in einem einspurigen Fahrbetrieb gehalten wird. Üblicherweise werden mehrspurige Fahrzeuge möglichst dauerhaft so betrieben, dass alle Räder Fahrbahnkontakt haben. Es kann jedoch zu Fahrsituationen kommen, bei denen das Fahrzeug kippt. Im Gegensatz zu bekannten Regelungen jedoch ermittelt die erfindungsgemäße Neigungsregelungsvorrichtung zweckmäßigerweise einen zur Stabilisierung des Fahrzeugs erforderlichen Kippzustand, bei dem das Fahrzeug in dem einspurigen Fahrzeugfahrbetrieb ist. In diesem Kippzustand bzw. in dem einspurigen Fahrbetrieb wird das Fahrzeug so lange betrieben, bis es stabilisiert ist. Beispielsweise wird in dem einspurigen Fahrbetrieb eine Richtungsänderung durchgeführt. Erst nach der Richtungsänderung wird das Fahrzeug wieder in einen derartigen Fahrzustand gebracht, dass alle seine Räder Fahrbahnkontakt aufweisen.
Zweckmäßigerweise halten die Regelungsmittel das mehrspurige Fahrzeug bis nach der Ermittlung eines Kippendesignals im Kippzustand. Das Kippendesignal kann durch die Neigungsregelungsvorrichtung selbst ermittelt werden. Es ist aber auch möglich, dass eine Fahrdynamikregelung des Fahrzeugs der erfindungsgemäßen Neigungsregelungsvorrichtung ein entsprechendes Kippendesignal zusendet.
Zweckmäßigerweise enthalten die Regelungsmittel einen Zu- standsbeobachter .
Bei einem erfindungsgemäß ausgestalteten einspurigen oder mehrspurigen Fahrzeug sind zweckmäßigerweise Sensoren zur Erzeugung des Wankgeschwindigkeitssignals und zur Ermittlung des Sollwinkelsignals sowie gegebenenfalls für weitere der vorgenannten Signale vorhanden. Das Fahrzeug enthält zudem einen durch die Neigungsregelungsvorrichtung ansteuerbaren Lenkaktor. Vorteilhafterweise ist auch ein Lenkrückwirkungsaktor zur Erzeugung eines Lenkrück- wirkungssignals bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug vorhanden.
Zweckmäßigerweise wirkt eine Lenkhandhabe, an der das Solllenkwinkelsignal ermittelt wird, nur über den oder die Lenkaktoren auf das oder die lenkbaren Räder des Fahrzeugs. Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Neigungsregelungsvorrichtung auch für eine Mehrachslenkung ausgestaltet sein kann.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein teilweise stark schematisiert dargestelltes erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Neigungsregelungsvorrichtung, Fig. 2 ein schematisiert dargestelltes erfindungsgemäßes einspuriges Fahrzeug,
Fig. 3 Lenkwinkel und Quergeschwindigkeitsverläufe einer Neigungsregelungsvorrichtung gemäß Figur 1, und
Fig. 4 Giergeschwindigkeits-und Wankwinkelverlauf und die Wirkung einer Neigungsregelungsvorrichtung gemäß Figur 1.
Ein in den Figuren 1 und 2 gezeigtes Fahrzeug 10, z.B. ein Motorrad oder ein Automobil weist eines oder mehrere lenkbare Räder 11 auf, beispielsweise Vorderräder, sowie nicht lenkbare, durch einen Motor 13 angetriebene Räder 12, bei denen es sich beispielsweise um das oder die Hinterräder des Fahrzeugs 10 handelt. Mittels eines Lenkrades 14, einer Lenkstange oder einer sonstigen Lenk- Handhabe sind die Räder 11 lenkbar. Allerdings erfolgt der Lenkeingriff nicht direkt, sondern mittels eines Lenkaktors 15, der durch eine Neigungsregelungs-Vorrichtung 16 angesteuert wird.
Eine Betätigung des Lenkrades 14 des Fahrzeugs 10 erfasst ein Lenkwinkelsensor 18. Der Lenkwinkelsensor 18 meldet ein Solllenkwinkelsignal δL S0 L an die Vorrichtung 16. Ein Eingang 19 von Erfassungsmitteln 20 der Vorrichtung 16 erfasst das Solllenkwinkelsignal £ S0LL und übermittelt es einem Regelungsmodul 21.
Fahrzustandssensoren 22 bis 26 übermitteln den Erfassungsmitteln 20, bei denen es sich beispielsweise um ei- nen oder mehrere Schnittstellenbausteine zur Erfassung digitaler und/oder analoger Signale handelt, ein (Längs- ) Geschwindigkeitssignal V, ein Quergeschwindigkeitssignal Vq, ein Giergeschwindigkeitsignal ψ , ein Wankwinkelsignal K sowie ein Wankgeschwindigkeitssignal K . Diese Signale sowie ein von einem Reifenrückstellmomentsensor 27 erfasstes Rückstellmomentensignal MR, das an einem Eingang 28 der Erfassungsmittel 20 ansteht, werden einem Fahrzustandsbeobachter 29 übermittelt.
Der Fahrzustandsbeobachter 29 ermittelt einen stationären Betriebspunkt gB sowie einen Zustandsvektor Z, beispielsweise gemäß der oben genannten Formeln (1) und (3). Der Fahrzugstandsbeobachter 29 übermittelt den stationären Betriebspunkt gB dem Regelungsmodul 21. Das Regelungsmodul 21 ermittelt einen stationären Zustand ZB des Zu- standsvektors Z gemäß beispielsweise der Formel (3), und übermittelt diesen einem Regelungsmodul 30.
Das Regelungsmodul 30 berechnet beispielsweise gemäß der Formel (6) anhand der Zustandsvektoren Z und ZB die Stabilisierungskomponente K (Z - ZB) . Diese Stabilisierungskomponente wird zu der Vorgabekomponente δL S0L addiert, so dass insgesamt das Lenksignal δL (siehe Formel (6)) gebildet wird. Das Lenksignal δL wird von Ausgabemitteln 31, die beispielsweise digitale und/oder analoge Spannungssignale ausgeben können, an den Lenkaktor 15 ausgegeben, der gemäß dem Lenksignal δL das oder die lenkbaren Räder 11 steuert.
Eine Rückkoppelung über seine Bedienhandlungen erhält ein Fahrer des Fahrzeugs 10 durch einen Lenkrückwirkungsaktor 32, beispielsweise einen Servomotor, der auf das Lenkrad 14 wirkt. Eine Fahrer-Lenkmomentenregelung 34 steuert den Lenkrückwirkungsaktor 32 durch ein Lenkrückwirkungssignal MF an. Eingangsgrößen der Lenkmomentenregelung 34 sind der Solllenkwinkel δL SOh , das Lenksignal δL sowie der Zu- standsvektor Z.
Die Vorrichtung 16 ist vorzugsweise als Mikroprozessorregelung ausgeführt, bei der beispielsweise die Module 21, 29, 30 und 32 als Software, beispielsweise in Form von Softwarefunktionen oder Programm-Modulen ausgeführt sind. Der Programmcode der Programm-Module wird durch einen in der Figur nicht dargestellten Mikroprozessor ausgeführt und ist beispielsweise in einem Speichermittel gespeichert, z.B. einem Flash-Baustein.
Die vorteilhafte Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 16 wird anhand der Diagramme in den Figuren 3 und 4 sichtbar.
Zu einem Zeitpunkt tl wird am Lenkrad 14 eine Richtungsänderung eingeleitet, wobei das strichpunktiert eingezeichnete Solllenkwinkelsignal δL S0LL ansteigt bis es zu einem Zeitpunkt t2 einen stationären Wert erreicht. Die Vorrichtung 16 generiert das gepunktet eingezeichnete Lenksignal δL , das im Anschluss an den Zeitpunkt tl zunächst einem zum Solllenkwinkel δL SOh entgegengesetzten Verlauf hat, dann schneller als der Vorgabeverlauf δL S0LL ansteigt und nach einem Überschwinger, der zum Zeitpunkt t2 beginnt, auf den stationären Zielwert, der mit dem Signal δ, SO τΔ übereinstimmt, einschwenkt. Während des Ein- lenkens zwischen den Zeitpunkten tl und t2 resultiert eine positive Quergeschwindigkeit Vq aus der Wankbewegung des Fahrzeugs 10.
Figur 4 enthält die in Figur 3 gezeigten Signale sowie zusätzlich die Giergeschwindigkeit und den Wankwinkelverlauf des Fahrzeugs 10 bei einem Richtungswechsel gemäß Figur 3. Allerdings ist im Vergleich zu Figur 3 die Skalierung verändert, damit die Relation des Wankwinkels K (in durchgezogener Linie gezeichnet) zu den Lenkwinkelsignalen <5Lund δL S0LL korrekt dargestellt ist. Alle Winkelsignale sind z.B. in Grad angegeben. Aus Figur 4 ist ersichtlich, dass durch die Vorrichtung 16 innerhalb kurzer Zeit von beispielsweise einer halben Sekunde ein Zielwankwinkel κzιeι von z.B. 20 Grad erreicht wird. Das Stabilisierungsmodell der Vorrichtung 16 eignet sich somit für Fahrmanöver bis in Grenzbereiche.

Claims

Patentansprüche
1. Neigungsregelungsvorrichtung für ein Fahrzeug (10), mit Erfassungsmitteln (20) zur Erfassung eines die Wankgeschwindigkeit des Fahrzeugs (10) repräsentierenden Wankgeschwindigkeitssignals ( k ) und zur Erfassung eines Solllenkwinkelsignals (δL SOLL)r mit Regelungsmitteln (21, 29, 30) zur Erzeugung eines Lenksignals (5L) anhand des Wankgeschwindigkeitssignals (k) und des Solllenkwinkelsignals {δ™"), und mit Ausgabemitteln (31) zur Ausgabe des Lenksignals (5L) an einen Lenkaktor (15) zum Lenken eines oder mehrerer Räder (11) mindestens einer Achse des Fahrzeugs (10) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie mit dem Lenksignal (5L) den Lenkaktor (15) derart ansteuert, dass das Fahrzeug (10) zumindest zeitweise in einem einspurigen Fahrbetrieb gehalten wird.
2. Neigungsregelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsmit- tel (21, 29, 30) bei einer durch das Solllenkwinkelsignal ( δj S°n ) vorgegebenen Richtungsänderung des Fahrzeugs (10) in eine erste Richtung den Lenkaktor (15) in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung ansteuern.
3. Neigungsregelungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsmittel (20) zur Erfassung eines die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) repräsentierenden Geschwindigkeitssignals (v) ausgestaltet sind, und dass die Regelungsmittel (21, 29, 30) das Geschwindigkeitssignal zur Bildung des Lenksignals (5L) auswerten.
4. Neigungsregelungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsmittel (20) zur Erfassung eines die Gierwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs (10) repräsentierenden Gierwinkelgeschwindigkeitssignals ( ψ ) ausgestaltet sind, und dass die Regelungsmittel (21, 29, 30) das Gierwinkelgeschwindigkeitssignal ( ψ ) zur
Bildung des Lenksignals (6L) auswerten.
5. Neigungsregelungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsmittel (20) zur Erfassung eines den Wankwinkel des Fahrzeugs (10) repräsentierenden Wankwinkelsignals (K) ausgestaltet sind, und dass die Regelungsmittel (21, 29, 30) das Wankwinkelsignal (K) zur Bildung des Lenksignals (6L) auswerten.
6. Neigungsregelungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsmittel (20) zur Erfassung eines das Reifenrückstellmoment des Fahrzeugs (10) repräsentierenden Reifenruckstellmomentsignals (MR) ausgestaltet sind, und dass die Regelungsmittel (21, 29, 30) das Reifenruckstellmomentsignal (MR) zur Bildung des Lenksignals (5L) auswerten.
7. Neigungsregelungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsmittel (20) zur Erfassung eines die Querbeschleunigung des Fahrzeugs (10) repräsentierenden Querbeschleunigungssignals und/oder eines die Langsbeschleunigung des Fahrzeugs (10) repräsentierenden Langsbeschleunigungssignals ausgestaltet sind, und dass die Regelungsmittel (21, 29, 30) das Querbeschleunigungssignal und/oder das Langsbeschleu- nigungssignal zur Bildung des Lenksignals (δ ,) auswerten.
8. Neigungsregelungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsmittel (20) zur Erfassung eines die Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs (10) repräsentierenden Quergeschwindigkeitssignals (vq) und/oder eines den Schwimmwinkel des Fahrzeugs (10) repräsentierenden Schwimmwinkelsignals ausgestaltet sind, und dass die Regelungsmittel (21, 29, 30) das Querge- schwindigkeitssignal (vq) und/oder das Schwimmwinkelsignal zur Bildung des Lenksignals (5L) auswerten.
9. Neigungsregelungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsmittel (21, 29, 30) zur Erzeugung eines Lenkrückwirkungssignals (MF) ausgestaltet sind, und dass die Ausgabemittel zur Ausgabe des Lenkrückwirkungssignals (MF) an einen Lenkrückwirkungsaktor
(32) zur Ausgabe eines Lenkrückwirkungsmomentes an einer Lenkhandhabe (14) des Fahrzeugs (10) ausgestaltet sind.
10. Neigungsregelungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsmittel (21, 29, 30) zum Ermitteln eines zur Stabilisierung des Fahrzeugs (10) erforderlichen Kippzustandes ausgestaltet sind, bei dem das Fahrzeug (10) in dem einspurigen Fahrbetrieb ist.
11. Neigungsregelungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsmittel (21, 29, 30) einem mehrspurigen Fahrzeug (10) zugeordnet sind, und dass die Regelungsmittel (21, 29, 30) das Fahrzeug (10) bis nach der Ermittlung eines Kipp-Endesignals in dem Kippzustand halten.
12. Neigungsregelungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsmittel (21, 29, 30) einen Zustands- beobachter (29) enthalten.
13. Neigungsregelungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Programmcode aufweist, der durch ein Steuermittel, insbesondere einen Prozessor, einer Fahrsta- bilitätssteuerung des Fahrzeugs (10) ausführbar ist.
14. Einspuriges oder mehrspuriges Fahrzeug (10) mit mindestens einer Neigungsregelungsvorrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Sensoren zur Erzeugung des Wankgeschwindigkeitssignals (k) und des Solllenkwinkelsignals (δL SO 1') und mit einem durch die Neigungsregelungsvorrichtung (16) ansteuerbaren Lenkaktor (15) zum Lenken eines oder mehrerer Räder
(15) einer Achse des Fahrzeugs (10) .
15. Verfahren zur Neigungsregelung eines Fahrzeugs (10), mit den Schritten:
Erfassen eines die Wankgeschwindigkeit des Fahrzeugs (10) repräsentierenden Wankgeschwindigkeitssignal
Erfassen eines Solllenkwinkelsignals ( δL SO L) , Erzeugen eines Lenksignals (6L) anhand des Wankgeschwindigkeitssignals (k) und des Solllenkwinkelsignals (δL S0Lh), und
Ausgeben des Lenksignals (6L) an einen Lenkaktor (15) zum Lenken eines oder mehrerer Räder (15) mindestens einer Achse des Fahrzeugs (10), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mit dem Lenksignal (5 ) der Lenkaktor (15) derart angesteuert wird, dass das Fahrzeug (10) zu in- dest zeitweise in einem einspurigen Fahrbetrieb gehalten wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen des Lenksignals (6L) ein die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) repräsentierendes Geschwindigkeitssignal (v) und/oder ein die Gierwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs (10) repräsentierendes Gierwinkelgeschwindigkeitssignal ( ψ ) und/oder ein den Wankwinkel des Fahrzeugs (10) repräsentierendes Wankwinkelsignal (K) und/oder ein das Reifenrückstellmoment des Fahrzeugs (10) repräsentierendes Reifenrückstellmomentsignal (MR) und/oder ein die Querbeschleunigung des Fahrzeugs (10) repräsentierendes Querbeschleunigungssignal und/oder ein die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs (10) repräsentierendes Längsbeschleunigungssignal und/oder ein die Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs (10) repräsentierendes Quergeschwindigkeitssignal und/oder ein den Schwimmwinkel des Fahrzeugs (10) repräsentierendes Schwimmwinkelsignal ausgewertet werden.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch den Schritt: Erzeugung und Ausgabe eines Lenkrückwirkungssignals an einen Lenkrückwirkungsaktor zur Ausgabe eines Lenkrückwirkungsmomentes an einer Lenkhandhabe des Fahrzeugs (10) .
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, gekennzeichnet durch den Schritt: Ermitteln eines zur Stabilisierung des Fahrzeugs (10) erforderli- chen Kippzustandes, bei dem das Fahrzeug (10) in dem einspurigen Fahrbetrieb ist, und/oder Beenden des Kippzustandes nach dem Empfang eines Kipp-Endesignals .
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