WO2005097578A1 - Vorrichtung und verfahren für ein fahrzeug zur ermittlung mindestens eines seitenwind-wertes - Google Patents

Vorrichtung und verfahren für ein fahrzeug zur ermittlung mindestens eines seitenwind-wertes Download PDF

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WO2005097578A1
WO2005097578A1 PCT/EP2005/003298 EP2005003298W WO2005097578A1 WO 2005097578 A1 WO2005097578 A1 WO 2005097578A1 EP 2005003298 W EP2005003298 W EP 2005003298W WO 2005097578 A1 WO2005097578 A1 WO 2005097578A1
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WO
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value
vehicle
yaw rate
lateral acceleration
wind
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Application number
PCT/EP2005/003298
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Inventor
Jens Kalkkuhl
Martin Moser
Reinhold Schneckenburger
Christian Urban
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Daimlerchrysler Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/04—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to forces disturbing the intended course of the vehicle, e.g. forces acting transversely to the direction of vehicle travel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D37/00—Stabilising vehicle bodies without controlling suspension arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M17/00—Testing of vehicles
    • G01M17/007—Wheeled or endless-tracked vehicles
    • G01M17/06—Steering behaviour; Rolling behaviour
    • 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 tire model

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for a vehicle, in particular a passenger car or a truck, for determining at least one side wind value of a side wind influence which is generated by side wind acting on the vehicle.
  • Such a device is described for example in DE 41 27 725 AI.
  • the known device requires pressure sensors in order to detect the cross wind influence. Attaching pressure sensors to the outside of a vehicle, however, is often not aesthetically advantageous. In addition, the design and cost of such sensors is not inconsiderable.
  • crosswind values are helpful for qualifying a crosswind influence, for example to implement a steering assistance system that compensates for crosswind influences. The driver of the vehicle then does not have to actively eliminate the side wind influences on the vehicle by manual steering intervention, but is supported in this regard by the steering assistance system.
  • This object is achieved by a device of the type mentioned at the outset, which has estimating means for estimating the at least one crosswind value on the basis of a lateral acceleration value and a yaw rate value on the basis of a vehicle model.
  • a corresponding method according to the invention also serves to achieve the object.
  • the lateral acceleration value is advantageously recorded as a lateral acceleration sensor value with the aid of a lateral acceleration sensor.
  • the yaw rate value is advantageously detected as a yaw rate sensor value with the aid of a yaw rate sensor.
  • the vehicle model mentioned above is advantageously a linearized transverse dynamic single-track model of the vehicle.
  • a basic idea of the invention is based on sensor values detected by vehicle sensors and a linearized single-track model of the lateral dynamics of the vehicle, for example with the formulas (1) and (2)
  • the at least one crosswind value can be evaluated, for example, by a steering assistance system and / or a steer-by-wire system to support the vehicle driver.
  • the device according to the invention is preferably designed as a steering assistance system or contained in such a system.
  • the device is suitable for a large number of vehicle types, for example passenger vehicles and commercial vehicles, but also, for example, for motorcycles.
  • measured values or sensor values are already available.
  • additional sensors would be required for pressure sensor values for the detection of cross wind, which causes additional effort.
  • Pressure sensors on the outside of the vehicle are also not aesthetic.
  • Such additional sensors are not required according to the invention. Rather, measured values or sensor values determined by sensors already present are evaluated according to the invention, e.g. Speed measurement values, yaw rate measurement values, lateral acceleration measurement values and steering angle values.
  • a yaw rate value ⁇ and / or yaw acceleration value ⁇ detected by a yaw rate sensor, for example, and a lateral acceleration sensor value a y se " s , that is to say adjusted for a roll of the vehicle in the transverse direction, are evaluated.
  • the longitudinal speed or driving speed v x of the vehicle is preferably evaluated, which can be determined on the basis of speed measurement values of the wheels of the vehicle.
  • a steering angle value ⁇ which originates, for example, from a steering sensor, can also be evaluated.
  • the lateral acceleration v of the vehicle is "adjusted" for the components Coriolis acceleration and road lateral acceleration.
  • a basic idea according to the invention is that a longitudinal force caused by the side wind influence, the side wind force and the yaw moment produced are in a specific relationship to one another which is predetermined by the aerodynamics of the vehicle. Consequently, the quantities measured with the sensors that are typically already present in the vehicle also show a specific pattern in the case of a cross wind fault, which is the case with other faults, such as e.g. Lane bank, does not occur.
  • ⁇ w is the resulting inflow angle of the crosswind, namely the angle between the longitudinal velocity v x of the vehicle and a resulting inflow velocity v res acting on the vehicle center MP of the vehicle.
  • the longitudinal speed v x of the vehicle and the cross wind speed v w add up geometrically to the inflow speed v res .
  • M w is an additional yaw moment caused by cross winds, which acts on the center of gravity SP of the vehicle.
  • the rear axle of the vehicle applies e.g. linearized lateral force relationships
  • the observer integrates equation (15) and makes a difference, i.e. a comparison between measured and estimated values for the g-acceleration ( ⁇ , ⁇ ) and the lateral acceleration
  • Correction factor K can be corrected. This can be done through the formula
  • the device according to the invention then expediently determines further crosswind values dependent on crosswind, these being realized, for example, by the following aerodynamic relationships:
  • F w is a longitudinal force caused by a cross wind fault
  • p the air density
  • a s the side reference surface of the vehicle
  • L the reference length of the vehicle
  • c w , c s and c n the aerodynamic coefficients effective in the frontal, lateral and normal directions of the vehicle are.
  • the inventive device can on the basis of formula (21) and a known, stored for example in a table, and for example, flow of the aerodynamic coefficient related shown in Figure 2 c s the resultant angle of attack of ⁇ w
  • the device according to the invention can e.g. determine the distance or the lever length e.
  • FIG. 2 shows a profile of an aerodynamic coefficient c s dependent on a resulting inflow angle ⁇ w of the side wind for the vehicle according to FIG. 1
  • 3 shows a profile of an aerodynamic coefficient c n for the vehicle according to FIG. 1, which is dependent on a resulting inflow angle ⁇ w of the side wind
  • FIG. 5 shows a profile of an aerodynamic coefficient c w for the vehicle according to FIG. 1, which is dependent on a resulting inflow angle ⁇ w of the side wind
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of the vehicle according to FIG. 1 with a device according to the invention for carrying out the method according to the invention.
  • a vehicle 10 e.g. a passenger car, with a front axle 11 and a rear axle
  • Wheels 13, 14 of the front axle 11 are steerable, rear wheels 15, 16 of the rear axle 12 are not.
  • the wheels 13 to 16 can be braked by means of brakes 17 to 20.
  • Speed sensors 21 to 24 record the respective speed of the wheels
  • a longitudinal vehicle speed v x can be determined.
  • the driving behavior of the vehicle 10, in particular its steering, is influenced by the driving dynamics device 25 according to the invention.
  • the driving dynamics device 25 controls the brakes 17 to 20 by means of brake intervention signals 26 to 29 and forms, for example, a so-called brake-by-wire system, a driving stability system or the like.
  • the driving dynamics device 25 can control, for example, an engine 36 or an engine control (not shown) of the engine 36.
  • the driving dynamics device 25 influences the steering of the vehicle 10 and forms, for example, a steer-by-wire system and / or a steering assistance system.
  • a driver 37 of the vehicle 10 specifies a steering angle ⁇ H on a steering wheel 38 or another steering handle of the vehicle 10.
  • the specified steering angle ⁇ H is detected by a steering angle sensor 39 and transmitted as a specified steering angle signal 40 to a steering actuator arrangement 41 which steers the wheels 13, 14 according to the specified steering angle signal 40.
  • the driving dynamics device 25 also generates a steering assistance signal 42 and a steering intervention signal 43 in a manner which will be explained in more detail below and controls the steering actuator arrangement 40 with these.
  • the steering actuator arrangement 40 reports the set steering angle ⁇ to the driving dynamics device 25 using a steering angle signal 44.
  • the driving dynamics device 25 is implemented in hardware and software, a processor 45 executing program code from program modules (not shown) which is stored in a memory 46.
  • the program code represents means explained in more detail below, for example estimation means 50 and color stabilization means 48.
  • the driving dynamics device 25 communicates via interface means 49 with external actuators and sensors of the vehicle 10, e.g. the brakes 17-20 and the speed sensors 21-24.
  • the driving dynamics device 25 also receives a yaw rate sensor signal 52 from a yaw rate sensor 51, which includes, for example, the yaw rate ⁇ and / or the yaw acceleration ⁇ of the vehicle 10.
  • a lateral acceleration sensor 53 transmits a lateral acceleration signal.1 54 to the driving dynamics device 25, in which contains, for example, the roll-adjusted lateral acceleration a s sor ⁇ es F a h .rze gs 10.
  • the interface means 49 determine a longitudinal speed signal 55 from the speed signals 30 to 34, which contains, for example, the vehicle longitudinal speed v x of the vehicle 10.
  • the estimation means 50 use the signals 52, 54, 55, 44 to generate cross wind values 56, which contain, for example, a cross wind force S w , an inflow angle T w and the lever arm e.
  • the estimation means 50 use a linear single-track model of the lateral dynamics of the vehicle, for example on the basis of the formulas (1) and (2), the further formulas and relationships (3) to (22) explained for the estimation means 50 are at least partially realized, for example in the form of a corresponding program code.
  • Fixed or partially variable parameters of the vehicle 10, for example its moment of inertia about the vertical axis J sz , its mass m, the distance l v , l h , the slip inclinations C v and C h are stored as parameters in the estimation means 50.
  • the courses of the coefficients c s , c n and c w shown in FIGS. 2 to 5 are stored at least in sections in the form of, for example, digital parameters, for example in tabular form.
  • the value c w can also be assumed to be constant by the estimation means 50, for example to 0.38 or the like.
  • the estimation means 50 contain an observer 57, which is essentially based on a programmatic implementation of the formulas (8) to (19).
  • An integrator 58 carries out an integration on the basis of the formula (15) and the formula (13) and thereby generates estimates 59, which contain, for example, v y , ⁇ and s w .
  • the integrator 58 calculates, for example on the basis of the formula (13), a measurement equation, calculated values 60, which contain, for example, a lateral acceleration value a y and a yaw acceleration value ⁇ .
  • the calculated values 60 are compared with the actually measured values 54 and 52 by a comparator 61, which for example forms difference values, which forms for example difference values 62.
  • An amplifier 63 amplifies the difference values 62 by a factor K and forms correction values 64 which it supplies to the integrator 58.
  • the comparator 61 and the amplifier 63 implement the formula (19), for example.
  • a generator 65 uses the estimated values 59, which among other things contain an estimated value for the side wind force S w , to generate further side wind values, for example for the inflow angle t w and the lever arm e.
  • the generator 65 realizes, for example, the formulas (21) and (5).
  • the generator 65 is also based, for example, on the profile of the coefficient c s according to FIG. 2 for determining the inflow angle ⁇ w and / or on a profile of the lever arm e according to FIG. 4 in order to determine the lever arm e.
  • the driving stability means 48 can generate the steering intervention signal 43 in order to stabilize the vehicle 10.
  • a steering assistance device 66 evaluates the cross wind value 58 in order to generate the steering assistance signal 42.
  • the steering actuator arrangement 41 generates additional steering forces to compensate for side wind influences which act on the vehicle 10.
  • the device or method according to the invention can implement an angle-dependent lever arm e with correspondingly linearized model equations. It is also possible to estimate the yaw moment M w as well. A Markov process for the wind side force Sw can then also be used to produce an observability.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für ein Fahrzeug (10), insbesondere einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen, zur Ermittlung mindestens eines Seitenwind-Wertes (56) eines Seitenwind-Einflusses, der durch auf das Fahrzeug (10) wirkenden Seitenwind erzeugt wird. Es wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung Schätzmittel (50) zur Schätzung des mindestens einen Seitenwind-Wertes (56) anhand eines Querbeschleunigungswerts (54) und eines Gierratenwerts (52) auf der Basis eines Fahrzeugmodells aufweist. Dabei wird der Querbeschleunigungswert (54) als Querbeschleunigungs-Sensorwert mit Hilfe eines Querbeschleunigungssensors (53) und/oder der Gierratenwert (52) als Gierraten-Sensorwert mit Hilfe eines Gierratensensors (51) erfasst. Bei dem Fahrzeugmodell handelt es sich um ein linearisiertes Querdynamik-Einspurmodell des Fahrzeuges (10).

Description

Vorrichtung und ein Verfahren für ein Fahrzeug zur Ermittlung mindestens eines Seitenwind-Wertes
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verf hren für ein Fahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen, zur Ermittlung mindestens eines Seitenwind-Wertes eines Seitenwind-Einflusses, der durch auf das Fahrzeug wirkenden Seitenwind erzeugt wird.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in der DE 41 27 725 AI beschrieben. Die bekannte Vorrichtung benötigt Drucksensoren, um den Seitenwind-Einfluss zu erfassen. Drucksensoren an der Außenseite eines Fahrzeugs anzubringen, ist jedoch ästhetisch oft nicht vorteilhaft. Zusätzlich ist der konstruktive und kostenmäßige Aufwand für derartige Sensoren nicht unbeträchtlich. Andererseits sind Seitenwind-Werte zur Qualifizierung eines Seitenwind-Einflusses hilfreich, beispielsweise um ein Lenkassistenzsystem zu realisieren, das Seitenwind-Einflüsse kompensiert. Der Fahrer des Fahrzeugs muss dann die Seitenwind-Einflüsse auf das Fahrzeug nicht durch manuelle Lenkeingriffe aktiv beseitigen, sondern wird diesbezüglich durch das Lenkassistenzsystem unterstützt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren der eingangs genannten Art zu verbessern, um Seitenwind-Einflüsse auch ohne Drucksensoren zu erfassen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die Schätzmittel zur Schätzung des mindestens einen Seitenwind-Wertes anhand eines Querbeschleuni- gungswerts und eines Gierratenwerts auf der Basis eines Fahrzeugmodells aufweist. Zur Lösung der Aufgabe dient ferner ein entsprechendes erfindungsgemäßes Verfahren.
Vorteilhafterweise wird der Querbeschleunigungswert als Quer- beschleunigungs-Sensorwert mit Hilfe eines Querbeschleuni- gungssensors erfasst. Vorteilhafterweise wird ergänzend oder alternativ der Gierratenwert als Gierraten-Sensorwert mit Hilfe eines Gierratensensors erfasst. Die Erfassung dieser beiden Werte bzw. Größen mit Hilfe entsprechend ausgestalteter Sensormittel soll keine Einschränkung darstellen. Es ist ebenso denkbar, diese beiden Werte bzw. Größen mit Hilfe geeigneter Modelle oder Schätzmittel, beispielsweise aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Lenkradwinkel zu ermitteln.
Bei dem vorstehend erwähnten Fahrzeugmodell handelt es sich vorteilhafterweise um ein linearisiertes Querdynamik- Einspurmodell des Fahrzeuges.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass die beiden Begriffe Gierrate und Giergeschwindigkeit dieselbe physikalische Größe beschreiben und somit gleichbedeutend sind.
Ein Grundgedanke der Erfindung ist, anhand von durch Fahrzeug-Sensoren erfassten Sensorwerten und eines linearisierten Einspurmodells der Querdynamik des Fahrzeugs, beispielsweise mit den Formeln (1) und (2)
vy = a;s "sor - ψvx - gΦ (1)
Figure imgf000004_0001
einen oder mehrere Seitenwind-Werte, insbesondere einen Seitenwind-Kraftwert Sw , zu ermitteln. Dies wird durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung erreicht. Der mindestens eine Seitenwind-Wert kann beispielsweise durch ein Lenkassistenzsystem und/oder ein Steer- by-wire-System zur Unterstützung des Fahrzeug-Fahrers ausgewertet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise als Lenkassistenzsystem ausgestaltet bzw. in einem solchen enthalten. Die Vorrichtung eignet sich für eine Vielzahl von Fahrzeug-Typen, z.B. Personen-Fahrzeuge und Nutzfahrzeuge, aber z.B. auch für Motorräder.
Bei den Formeln (1) und (2) bedeuten:
vy Quergeschwindigkeit, bzw. v Querbeschleunigung des Fahrzeugs,
ay S "s wankbereinigte Querbeschleunigung des Fahrzeugs,
ψ Giergeschwindigkeit und ψ Gierbeschleunigung des Fahrzeugs, vA Längsgeschwindigkeit oder Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, g Erdbeschleunigung,
Φ Straßenquerneigung,
Sv Seitenkraft an der Vorderachse des Fahrzeugs, lv Abstand der Vorderachse des Fahrzeugs von dessen Schwerpunkt SP,
Sh Seitenkraft an der Hinterachse des Fahrzeugs,
lh Abstand der Hinterachse des Fahrzeugs von dessen Schwerpunkt SP, Sw durch Seitenwind-Einfluss verursachte Seitenwind-Kraft, e Abstand ("Seitenwind-Hebelarm") zwischen Fahrzeugschwerpunkt SP und aerodynamischen Angriffspunkt AP,
Jz_ Trägheitsmoment um die Hochachse des Fahrzeugs.
Die obengenannten Größen sind größtenteils auch in Figur 1 der Zeichnung eingezeichnet .
Für bekannte Steuerungsaufgaben des Fahrzeugs, insbesondere für ein Fahrstabilitätssystem, z.B. ein elektronisches Stabi- litätsprogramm (ESP) , oder dergleichen, stehen bereits Messwerte bzw. Sensorwerte zur Verfügung. Für Druck-Sensorwerte zur Erfassung von Seitenwind hingegen würde man zusätzliche Sensoren benötigen, was einen zusätzlichen Aufwand verursacht. Druck-Sensoren an der Außenseite des Fahrzeugs sind zudem nicht ästhetisch. Solche zusätzlichen Sensoren sind erfindungsgemäß nicht erforderlich. Vielmehr werden von ohnehin vorhandenen Sensoren ermittelte Messwerte bzw. Sensorwerte erfindungsgemäß ausgewertet, z.B. Drehzahl-Messwerte, Gierraten-Messwerte, Querbeschleunigungs-Messwerte und Lenkwinkel- werte .
Erfindungsgemäß werden ein z.B. von einem Gierratensensor er- fasster Giergeschwindigkeitswert ψ und/oder Gierbeschleunigungswert ψ und ein wankbereinigter, d.h. um ein Wanken des Fahrzeugs in Querrichtung bereinigter Querbeschleunigungs- Sensorwert ay se"s ausgewertet .
Ferner wird vorzugsweise die Längsgeschwindigkeit oder Fahrgeschwindigkeit vx des Fahrzeugs ausgewertet, die anhand von Drehzahlmesswerten der Räder des Fahrzeugs ermittelbar ist. Auch ein Lenkwinkelwert δ, der beispielsweise von einem Lenksensor stammt, kann ausgewertet werden.
Gemäß Formel (1) wird die Querbeschleunigung v des Fahrzeugs um die Komponenten Coriolis-Beschleunigung und Straßenquer- neigungsbeschleunigung sozusagen "bereinigt". Eine erfindungsgemäße Grundidee ist, dass eine durch Seitenwind- Einfluss verursachte Längskraft, die Seitenwind-Kraft und das hervorgerufene Giermoment in einem bestimmten, durch die Aerodynamik des Fahrzeuges vorgegebenen, spezifischen Verhältnis zueinander stehen. Folglich zeigen auch die mit den typischerweise beim Fahrzeug bereits vorhandenen Sensoren gemessenen Größen bei einer Seitenwindstörung ein spezifisches Muster, das bei anderen Störungen, wie z.B. Fahrbahnquerneigung, nicht auftritt.
Bei Kenntnis der aerodynamischen Beiwerte, die z.B. für ein Fahrzeug ohne Anbauten als konstant vorausgesetzt werden können, lassen sich auf der Grundlage einer erfindungsgemäßen Fusion bekannter Sensorwerte z.B. Anströmwinkel und Anströmgeschwindigkeit des Seitenwindes berechnen.
Für den Querbeschleunigungs-Sensorwert ay e"sor gilt die folgende Formel sensor _ "v "*" *->/) + >~>w -, s m
bei der m die Fahrzeugmasse des Fahrzeugs ist. Setzt man die Formel (3) in die Formel (1) ein ergibt sich:
v = — ^- ψvx - gΦ = -ψ-vx - g - Φ + ^ *.+ _-.. (4) m m m
In der Formel (2) ist die folgende Beziehung Mw = e(τw) - Sw (5)
berücksichtigt, bei der τw der resultierende Anströmwinkel des Seitenwindes ist, nämlich der Winkel zwischen der Längsgeschwindigkeit vx des Fahrzeugs und einer resultierenden, auf die Fahrzeug-Mitte MP des Fahrzeugs wirkenden Anströmgeschwindigkeit vres . Die Längsgeschwindigkeit vx des Fahrzeugs und die Seitenwindgeschwindigkeit vw addieren sich geometrisch zu der Anströmgeschwindigkeit vres . Mw ist ein zusätzliches, durch Seitenwind verursachtes Giermoment, das auf den Schwerpunkt SP des Fahrzeugs wirkt.
Für die Seitenkräfte Sv und SA an der Vorderachse und der
Hinterachse des Fahrzeugs gelten z.B. linearisierte Seiten- kraftbeZiehungen
Figure imgf000008_0001
Sh = Ch .zXX→ (7)
bei denen die Cv und ch die Schräglaufsteifigkeiten der Vorderräder und der Hinterräder des Fahrzeugs sind.
Es wird angenommen, dass sich die Straßenquerneigung Φ und die Seitenwind-Kraft Sw nur sprungförmig ändern:
Φ= 0 (8)
Sw = 0 (9)
Aufgrund der Formeln (3), (6) und (7) gilt:
Figure imgf000009_0001
bzw. in vereinfachter Darstellung:
ay se"sor=cnvy+c13Sw+uay{ψ,δ,vx) (11)
wobei S^ und vy gesucht sind. Ferner gilt die folgende Messgleichung :
ψ: -C21Vy+C23Sw + uψ{ψ,δ,vx) (12)
bzw. in vereinfachter Darstellung:
y = C-x + D-u (13)
Sowie die Zustandsgieichung:
Figure imgf000009_0002
bzw. in vereinfachter Darstellung:
x = A-x + B-u (15)
mit
Figure imgf000009_0003
Figure imgf000010_0001
Zur Ermittlung bzw. Schätzung von Schätzwerten Sw , v und Φ für die Seitenwind-Kraft, die Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs sowie die Straßenquerneigung hat sich ein Beobachter oder Kaimanfilter als zweckmäßig erwiesen. Die Zustände von
Sw , vy und Φ werden sozusagen beobachtet .
Beispielsweise werden bei dem Beobachter eine Integration der Gleichung (15) und eine Differenzbildung durchgeführt, d.h. ein Vergleich, zwischen gemessenen und geschätzten Werten für die Gie-trbeschleunigung ( ψ , ψ ) und die Querbeschleunigung
( ay s "s<Y ä ) durchgeführt, wobei die Differenzwerte mit einem
Korrekturfaktor K korrigiert werden. Dies kann durch die Formel
Figure imgf000010_0002
ausgedrückt werden.
Anhand cler geschätzten Seitenwind-Kraft Sw ermittelt dann die erfindungsgemäße Vorrichtung zweckmäßigerweise weitere von Seitenwind abhängige Seitenwind-Werte, wobei diese z.B. durch die nachfolgenden aerodynamischen Beziehungen realisiert sind:
F = £ L 2 (O-V, res (20) Sw =^Äs -c τ -vl 2 res ( 21 )
Mw = ^As -L - cn(τw) -vr 2 es (22 )
bei denen Fw eine durch eine Seitenwindstörung entstehende Längskraft , p die Luftdichte, As die Seiten-Bezugsfläche des Fahrzeugs, L die Bezugslänge des Fahrzeugs und cw, cs und cn die in Frontalrichtung, Seitenrichtung und Normalrichtung des Fahrzeugs wirksamen aerodynamischen Beiwerte sind.
Die Verläufe der aerodynamischen Beiwerte cS/ cn und cw sind vom resultierenden Anströmwinkel τw des Seitenwindes abhängig und für ein Beispiel-Fahrzeug gemäß Figur 1 beispielhaft in den Figuren 2, 3 und 5 dargestellt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann z.B. anhand der Formel (21) und einem bekannten, z.B. in einer Tabelle gespeicherten, und z.B. in Figur 2 gezeigten Verlauf des aerodynamischen Beiwertes cs den resultierenden Anströmwinkel τw des
Seitenwindes ermitteln. Anhand von Formel (5) kann die erfindungsgemäße Vorrichtung z.B. den Abstand bzw. die Hebellänge e ermitteln.
Nachfolgend, wird ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Fahrzeug mit eingezeichneten, teilweise von Seitenwind abhängigen Werten,
Fig. 2 einen Verlauf eines von einem resultierenden Anströmwinkel τw des Seitenwindes abhängigen aerodynamischen Beiwerts cs für das Fahrzeug gemäß Figur 1, Fig. 3 einen Verlauf eines von einem resultierenden Anströmwinkel τw des Seitenwindes abhängigen aerodynamischen Beiwerts cn für das Fahrzeug gemäß Figur 1,
Fig. 4 von einem resultierenden Anströmwinkel τw des Seitenwindes abhängige "Seitenwind-Hebelarm" -Verl ufe für das Fahrzeug gemäß Figur 1 sowie ein zweites, nicht dargestelltes Fahrzeug,
Fig. 5 einen Verlauf eines von einem resultierenden Anströmwinkel τw des Seitenwindes abhängigen aerodynamischen Beiwerts cw für das Fahrzeug gemäß Figur 1, und Fig. 6 eine schematische Darstellung des Fahrzeugs gemäß Figur 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In den Figuren 1 und 6 ist ein Fahrzeug 10, z.B. ein Personenkraftwagen, mit einer Vorderachse 11 und einer Hinterachse
12 dargestellt. Räder 13, 14 der Vorderachse 11 sind lenkbar, hintere Räder 15, 16 der Hinterachse 12 nicht. Mittels Bremsen 17 bis 20 sind die Räder 13 bis 16 abbremsbar. Drehzahlsensoren 21 bis 24 erfassen die jeweilige Drehzahl der Räder
13 bis 16 und senden Drehzahlsignale 30 bis 34 an eine Fahrdynamikvorrichtung 25. Anhand der Drehzahl kann beispielsweise eine Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vx ermittelt werden.
Das Fahrver alten des Fahrzeugs 10, insbesondere dessen Lenkung, wird durch die erfindungsgemäße Fahrdynamik-Vorrichtung 25 beeinflusst. Beispielsweise steuert die Fahrdynamikvor- richtung 25 mittels BremseingriffSignalen 26 bis 29 die Bremsen 17 bis 20 an und bildet z.B. ein sogenanntes Brake-by- Wire-System, ein Fahrstabilitätssystem oder dergleichen. Mittels eines Motorsteuersignals 35 kann die Fahrdynamikvorrichtung 25 z.B. einen Motor 36 oder eine nicht dargestellte Motorsteuerung des Motors 36 ansteuern. Die Fahrdynamikvorrichtung 25 beeinflusst beim Ausführungs- beispiel die Lenkiung des Fahrzeugs 10 und bildet z.B. ein Steer-by-Wire-System und/oder ein Lenkassistenzsystem. Ein Fahrer 37 des Fahrzeugs 10 gibt an einem Lenkrad 38 oder einer sonstigen Lenkhandhabe des Fahrzeugs 10 einen Lenkwinkel δH vor. Der Vorgabe-Lenkwinkel δH wird durch einen Lenkwinkelsensor 39 erfasst und als Vorgabe-Lenkwinkelsignal 40 einer Lenkaktoranordnung 41 übermittelt, die die Räder 13, 14 lenkt gemäß dem Vorgabe-Lenkwinkelsignal 40.
Die Fahrdynamikvorrichtung 25 generiert in einer nachfolgend noch näher erläuterten Weise ferner ein Lenkassistenzsignal 42 und ein Lenkeingriffssignal 43 und steuert mit diesen die Lenkaktoranordnung 40 an. Die Lenkaktoranordnung 40 meldet den eingestellten Lenkwinkel δ anhand eines Lenkwinkelsignals 44 an die Fahrdynamikvorrichtung 25.
Die Fahrdynamikvorrichtung 25 ist vorliegend in Hardware und Software realisiert, wobei ein Prozessor 45 Programmcode von nicht dargestellten Programmmodulen ausführt, der in einem Speicher 46 gespeichert ist. Der Programmcode repräsentiert nachfolgend näher erläuterte Mittel, beispielsweise Schätzmittel 50 und Fab-rstabilitätsmittel 48. Die Fahrdynamikvorrichtung 25 kommuniziert über Schnittstellenmittel 49 mit externen Aktoren und Sensoren des Fahrzeugs 10, z.B. den Bremsen 17-20 und den Drehzahlsensoren 21- 24.
Die Fahrdynamikvorrichtung 25 erhält ferner von einem Gierraten-Sensor 51 ein Gierratensensorsignal 52, das beispielsweise die Giergeschwindigkeit ψ und/oder die Gierbeschleunigung ψ des Fahrzeugs 10 enthält.
Ein Querbeschleunigungssensor 53 übermittelt ein Querbe- schleunigungssigna.1 54 an die Fahrdynamikvorrichtung 25, in dem beispielsweise die wankbereinigte Querbeschleunigung a s sor ^es Fah.rze gs 10 enthalten ist. Die Schnittstellenmittel 49 ermitteln aus den DrehzahlSignalen 30 bis 34 ein Längsgeschwindigkeitssignal 55, das beispielsweise die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vx des Fahrzeugs 10 enthält.
Die Schätzmittel 50 generieren anhand der Signale 52, 54, 55, 44 Seitenwindwerte 56, die beispielsweise eine Seitenwind- Kraft Sw, einen Anströmwinkel Tw sowie den Hebelarm e enthalten. Zur Ermittlung der Seitenwindwerte 56 wenden die Schätzmittel 50 ein lineares Einspurmodell der Querdynamik des Fahrzeugs, beispielsweise auf der Grundlage der Formeln (1) und (2) an, wobei die weiteren erläuterten Formeln und Beziehungen (3) bis (22) bei den Schätzmitteln 50 zumindest teilweise realisiert sind, beispielsweise in Form von entsprechendem Programmcode.
Bei den Schätzmittel 50 sind feste oder teilweise variable Parameter des Fahrzeugs 10, beispielsweise dessen Trägheitsmoment um die Hochachse Jsz, dessen Masse m, die Abstand lv, lh, die Schräglaufsteigigkeiten Cv und Ch als Parameter hinterlegt. Ferner sind die in den Figuren 2 bis 5 dargestellten Verläufe der Beiwerte cs, cn und cw zumindest abschnittsweise in Form von beispielsweise digitalen Parametern, z.B. in Tabellenform, gespeichert. An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Wert cw durch die Schätzmittel 50 auch als konstant angenommen werden kann, beispielsweise auf 0,38 oder dergleichen. Die programmtechnische Realisierung der vorgenannten Formeln (1) bis (22) sowie die Parametrisierung und Speicherung von Werteverläufen sind dem Fachmann bekannt und sollen an dieser Stelle nicht näher erläutert werden. Die Schätzmittel 50 enthalten einen Beobachter 57, der im wesentlichen auf einer progammtechnisehen Realisierung der Formeln (8) bis (19) basiert.
Ein Integrator 58 führt eine Integration auf der Grundlage der Formel (15) und der Formel (13) durch und geniert dabei Schätzwerte 59, die beispielsweise vy, ψ und sw enthalten. Ferner berechnet der Inegrator 58 beispielsweise anhand der Formel (13), einer Messgleichung, Rechenwerte 60, die z.B. einen Querbeschleunigungswert ay sowie einen Gierbeschleunigungswert ψ enthalten. Die Rechenwerte 60 werden mit den tatsächlich gemessenen Werten 54 und 52 durch einen Vergleicher 61, der beispielsweise Differenzwerte bildet, verglichen, der beispielsweise Differenzwerte 62 bildet. Ein Verstärker 63 verstärkt die Differenzwerte 62 mit einem Faktor K und bildet Korrekturwerte 64, die er dem Integrator 58 zuführt. Der Vergleicher 61 sowie der Verstärker 63 realisieren beispielsweise die Formel (19) .
Ein Generator 65 generiert anhand der Schätzwerte 59, die unter anderem einen geschätzten Wert für die Seitenwind-Kraft Sw enthalten, weitere Seitenwind-Werte, beispielsweise für den Anströmwinkel tw und den Hebelarm e. Der Generator 65 realisiert hierzu beispielsweise die Formeln (21) und (5) . Ferner stützt sich der Generator 65 auf beispielsweise den Verlauf des Beiwert cs gemäß Figur 2 zur Ermittlung des Anströmwinkels τw und/oder auf einen Verlauf des Hebelarms e gemäß Figur 4, um den Hebelarm e zu ermitteln.
Aus Figur 5 geht hervor, dass bei der Realisierung der Schätzmittel 50 cw = constant von z.B. 0,35 angenommen werden kann, wobei aber auch ein dynamischer, vom Anströmwinkel τ abhängiger Verlauf des Werts cw erfindungsgemäß berücksichtigt sein kann.
Anhand der Seitenwindwerte 56 können beispielsweise die Fahr- stabilitätsmittel 48 das Lenkeingriffssignal 43 erzeugen, um das Fahrzeug 10 zu stabilisieren.
Ferner wertet ein Lenkassistenzmittel 66 den Seitenwindwert 58 aus, um das Lenkassistenzsignal 42 zu generieren. Entsprechend dem Lenkassistenzsignal 42 erzeugt die Lenkaktoranordnung 41 zusätzliche Lenkkräfte zur Kompensation von Seitenwindeinflüssen, die auf das Fahrzeug 10 wirken.
Es versteht sich, dass verschiedene Abwandlungen und Erweiterungen der Erfindung ohne weiteres möglich sind.
Beispielsweise ist eine Realisierung ganz oder teilweise in Hardware möglich.
Ferner ist es möglich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das Verfahren einen winkelabhängigen Hebelarm e bei entsprechend linearisierten Modell -Gleichungen realisieren. Ferner ist es möglich, auch das Giermoment Mw mit zu schätzen. Zur Herstellung einer Beobachtbarkeit kann dann auch ein Mar- kov-Prozess für die Windseitenkraft Sw benutzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung für ein Fahrzeug (10), insbesondere einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen, zur Ermittlung mindestens eines Seitenwind-Wertes (56) eines Seitenwind-Einflusses, der durch auf das Fahrzeug (10) wirkenden Seitenwind erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass sie Schätzmittel (50) zur Schätzung des mindestens einen Seitenwind-Wertes (56) anhand eines Querbeschleuni- gungswerts (54) und eines Gierratenwerts (52) auf der Basis eines Fahrzeugmodells aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querbeschleunigungswert (54) als Querbeschleunigungs- Sensorwert mit Hilfe eines Querbeschleunigungssensors (53) und/oder dass der Gierratenwert (52) als Gierraten- Sensorwert mit Hilfe eines Gierratensensors (51) erfasst wird .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Fahrzeugmodell um ein linearisiertes Querdynamik-Einspurmodell des Fahrzeuges (10) handelt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schätzmittel (50) zur Auswertung eines Lenkwinkelwerts und/oder eines Fahrzeug-Längsgeschwindigkeitswertes (55) und/oder eines Fahrzeug-Längsbeschleunigungswertes für die Schätzung des mindestens einen Seitenwind-Wertes (56) ausgestaltet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schätzmittel (50) zur Bildung eines Seitenwind- Querbeschleunigungswertes durch Eliminierung eines Fahrbahn-Querneigungswertes und eines Coriolis- Beschleunigungswerts aus dem Querbeschleunigungs- Sensorwert (54) ausgestaltet sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schätzmittel (50) einen Beobachter (57) zur Verringerung von Abweichungen zwischen geschätzten und gemessenen Werten aufweisen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Querdynamik-Einspurmodell mindestens eine aerodynamische Komponente des Fahrzeugs (10) enthalten ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine aerodynamische Komponente einen Abstand zwischen dem Fahrzeug-Schwerpunkt (SP) und dem aerodynamischen Angriffspunkt (AP) des Fahrzeugs (10) enthält .
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand von den Schätzmitteln (50) als ein vom Anströmwinkel des Seitenwindes abhängiger Abstand ausgewertet wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand bei den Schätzmitteln (50) auf einen konstanten, mittleren Wert festgelegt ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Seitenwind-Wert (56) einen Seitenwind-Kraftwert (Sw) und/oder einen Anström-Winkelwert des Seitenwinds und/oder einen Anstrδm-Geschwindigkeitswert des Seitenwinds und/oder einen Abstand zwischen dem Fahrzeug-Schwerpunkt (SP) und dem aerodynamischen Angriffspunkt (AP) des Fahrzeugs (10) enthält .
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Lenkassistenzmittel zur Lenkunterstützung und/oder autonomen Lenkung des Fahrzeugs (10) des mindestens einen Seitenwind-Wertes (56) aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schätzmittel (50) die Schätzung bei Überschreiten eines vorbestimmten Neigungswinkels und/oder bei Eingriff eine Fahrstabili- tätsprogrammes und/oder bei Überschreiten eines vorbestimmten Lenkwinkels abschalten.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch einen Prozessor ausführbaren Programmcode aufweist oder durch solchen Programmcode gebildet ist.
15. Speichermittel mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 .
16. Fahrzeug (10) mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
17. Verfahren für ein Fahrzeug (10), insbesondere einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen, zur Ermittlung mindestens eines Seitenwind-Wertes (56) eines Seitenwind- Einflusses, der durch auf das Fahrzeug (10) wirkenden Seitenwind erzeugt wird, gekennzeichnet durch, Schätzung des mindestens einen Seitenwind-Wertes (56) anhand eines Querbeschleunigungswerts (54) und eines Gierratenwerts (52) auf der Basis eines Fahrzeugmodells.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Querbeschleunigungswert (54) als Querbeschleunigungs- Sensorwert mit Hilfe eines Querbeschleunigungssensors (53) und/oder dass der Gierratenwert (52) als Gierraten- Sensorwert mit Hilfe eines Gierratensensors (51) erfasst wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Fahrzeugmodell um ein linearisiertes Querdynamik-Einspurmodell des Fahrzeuges (10) handelt.
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