WO2005120917A1 - Verfahren zur prädiktiven ermittlung der änderung der gierrate eines fahrzeugs - Google Patents

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Harro Heilmann
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Gernot Spiegelberg
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    • B60T8/17—Using electrical or electronic regulation means to control braking
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    • B60T8/17551—Brake regulation specially adapted to control the stability of the vehicle, e.g. taking into account yaw rate or transverse acceleration in a curve determining control parameters related to vehicle stability used in the regulation, e.g. by calculations involving measured or detected parameters
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    • B60T2250/00—Monitoring, detecting, estimating vehicle conditions
    • B60T2250/03—Vehicle yaw rate

Definitions

  • the invention relates to a method for predictive determination of the change in the yaw rate of a vehicle and a system for stabilizing the driving dynamics of a vehicle with a device for determining target variables for an intervention in the driving dynamics.
  • the object of the present invention is to create a possibility of reacting to a change in the yaw rate before this change has occurred.
  • an intervention in the driving dynamics of the vehicle can be determined on the basis of the change in the yaw rate in order to prevent undesired rotation.
  • the estimates of the friction coefficients for the individual wheels are advantageously checked for plausibility by estimating an average friction coefficient and comparing them with the individual friction coefficients determined for the wheels.
  • the average coefficient of friction is preferably determined from vehicle sizes that are not related to the individual wheel such as vehicle speed and steering angle.
  • the object is also achieved by a system for stabilizing the driving dynamics of a vehicle with a device for determining target values for an intervention in the driving dynamics, an observer system being provided in which the braking pressures on the wheels or related thereto are input variables Variables are supplied and the means for predictive determination of a change in the yaw rate from the input variables, the change in the yaw rate being supplied to the device for determining target values.
  • the quantities of the brake pressures on the individual wheels for example, can be supplied as variables related to the brake pressures on the wheels.
  • Variables flow into the yaw moment control, such as, for example, the estimated expected and / or the current yaw rate and the estimated expected and / or current change in the yaw rate.
  • the yaw moment control determines an additional torque that is necessary to avoid instability, so that an additional yaw moment is realized by individually controlling the brakes and / or the steering.
  • the friction coefficient estimation device is advantageously connected to the observer system, so that the estimated friction coefficients can be taken into account when determining the change in the yaw rate.
  • the arrow 13 shows that the friction coefficient estimating device 12 is supplied with information about the slip of the individual wheels. Furthermore, the wheel target acceleration / wheel Target deceleration a ls to a 4s of each individual wheel and the actual wheel acceleration / actual wheel deceleration au to a 4 i are supplied for each individual wheel. In addition, the engine torque Ml to M4 can be supplied to the friction coefficient estimator 12 on each individual wheel. The target motion vector j and the actual motion vector X l are also included in the determinations or estimates of the friction coefficients. The estimated coefficients of friction ⁇ to ⁇ are output for each individual wheel.

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Abstract

Die Erfindung ein betrifft Verfahren zur prädiktiven Ermitt­lung der Änderung der Gierrate (ψ) eines Fahrzeugs, bei dem der Verlauf des Druckaufbaus der Bremsdrücke (pl - p4) der Radbremsen überwacht wird und aus dem Verlauf des Druckaufbaus die Änderung der Gierrate (ψ) des Fahrzeugs prädiktiv bestimmt wird ehe eine Rotation des Fahrzeugs um dessen Hochachse eintritt. Mit Hilfe dieses Verfahrens kann eine verbesserte Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs erfolgen.

Description

Verfahren zur prädiktiven Ermittlung der Änderung der Gierrate eines Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur prädiktiven Ermittlung der Änderung der Gierrate eines Fahrzeugs und ein System zur Stabilisierung der Fahrdynamik eines Fahrzeugs mit einer Einrichtung zur Ermittlung von Soll-Größen für einen Eingriff in die Fahrdynamik.
Bekannte Systeme zur Stabilisierung der Fahrdynamik (ESP) eines Fahrzeugs reagieren auf Instabilitäten des Fahrzeugs durch die Messung von Zustandsgrößen, wie z.B. der Querbeschleunigung, dem Lenkwinkel etc. Durch dieses rein reaktive Verhalten kann das Fahrzeug erst dann stabilisiert werden, wenn die Instabilität schon eingetreten ist, da dann erst die Sensoren die Reaktion des Fahrzeugs messen können. Dies kann jedoch vor allem bei Nutzfahrzeugen zu schwer kontrollierbaren Fahrzuständen führen, da bereits Rotationsenergie im Fahrzeug um die Hochachse aufgebaut wurde. In vielen Fällen wird ein Nutzfahrzeug instabil, weil bei einer Bremsung mit einem Antiblockiersystem (ABS) auf Untergrund mit ungleichmäßigem Reibbeiwert (und eingeschlagenem Lenkrad) Bremsdrücke an den Rädern unterschiedlich aufgebaut werden.
Aus der DE 101 03 629 AI ist ein Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs bekannt geworden, bei dem in Abhängigkeit von Eingangsgrößen eine Schwimmwinkelgeschwindigkeit ermittelt wird, und diese Schwimmwinkelgeschwindig- keit bei der Ermittlung der Drücke für die einzelnen Bremsen des Fahrzeugs berücksichtigt wird, so dass durch radindividuelle Bremseingriffe die Fahrstabilität erhöht wird. Eine hochdynamische Spurwechselsituation wird anhand der Bewertung von Größen, die das gewünschte und tatsächliche Fahrverhalten des Fahrzeugs und eine Regelungssituation wiedergeben, ermittelt und in Abhängigkeit von dem Bewertungsergebnis wird ein Eingriff in die Bremsen vorgenommen, der zu einer Verringerung des Schwimmwinkels führt. Auch dieses System arbeitet nur reaktiv.
Aus der DE 42 29 504 AI ist ein Verfahren zur Regelung der Fahrzeugstabilität bekannt geworden, bei dem die Giergeschwindigkeit ermittelt und mit einer Soll- Giergeschwindigkeit verglichen wird. Die Abweichung dient dazu, mittels eines Reglers bei einer zu großen Giergeschwindigkeit ein Gegengiermoment einzuregeln. Dabei reagiert das Fahrzeug nicht nur, wie vom Fahrer gewünscht, auf Lenkwinkelvorgaben, sondern erhält außerdem einen vom Haftreibbeiwert der Straße abhängigen stabilen Zustand aufrecht, bei dem sich der Schwimmwinkel nicht weiter erhöht .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit zu schaffen, auf eine Änderung der Gierrate bereits zu reagieren, ehe diese Änderung eingetreten ist.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem der Verlauf des Druckauf- baus der Bremsdrücke der Radbremsen überwacht wird, und aus dem Verlauf des Druckaufbaus die Änderung der Gierrate prä- diktiv bestimmt wird, ehe eine Rotation des Fahrzeugs um dessen Hochachse eintritt. Die bedeutet, dass eine Änderung der Gierrate des Fahrzeugs bereits geschätzt werden kann, ehe diese eintritt. Mit Hilfe der geschätzten bzw. prädiktiv er- mittelten Änderung der Gierrate kann ein System zur Stabilisierung der Fahrdynamik, insbesondere ein ESP-System mit Lenkeingriff, bereits im Vorfeld der Fahrzeugreaktion die unerwünschte Drehung des Fahrzeugs um seine Hochachse verhindern. Durch diese Maßnahme können, insbesondere bei Nutzfahrzeugen, Instabilitäten des Fahrzeugs vermieden werden. Es kann vorgesehen sein, dass zunächst die Gierrate des Fahrzeugs prädiktiv bestimmt wird und daraus die zu erwartende Änderung der Gierrate ermittelt wird. Besonders vorteilhaft ist, dass im ABS-System der Verlauf des Druckaufbaus der Bremsdrücke der Radbremsen ohnehin überwacht wird. Diese Daten können verwendet werden, um die zu erwartende Gierrate bzw. die bevorstehende Änderung der Gierrate zu ermitteln.
Besonders vorteilhaft ist es, dass anhand der Änderung der Gierrate ein Eingriff in die Fahrdynamik des Fahrzeugs zur Verhinderung einer unerwünschten Drehung bestimmt werden kann.
Die Ermittlung der Änderung der Gierrate kann verfeinert werden, wenn weitere Zustandsgrößen des Fahrzeugs erfasst und bei der Berechnung der Änderung der Gierrate berücksichtigt werden. Als weitere Zustandsgrößen kommen insbesondere der eingestellte Lenkwinkel bzw. der damit in Beziehung stehende eingestellte Radlenkwinkel, die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und die Fahrzeugquerbeschleunigung in Frage.
Bei einer bevorzugten Verfahrensvariante wird der Reibbeiwert zumindest eines Rades zum Untergrund, insbesondere der Fahrbahn, bzw. eine den Fahrbahnzustand charakterisierende Größe geschätzt. Die Kräfteübertragung von den Reifen eines Fahrzeugs auf die Straße wird bekanntlich durch die Reibungsverhältnisse an den Berührungsflächen zwischen den Reifen und der Fahrbahn begrenzt . Die maximal übertragbare Längskraft ist dabei proportional der Normalkraft. Der Proportionalitätsfaktor wird als Haftreibungszahl, Reibungskoeffizient oder Reibbeiwert bezeichnet. Die Radbremsdruckinformationen und Radgeschwindigkeitsinformationen können zur Ermittlung und Auswertung des Reibbeiwertes zwischen Fahrzeugrad und Fahrbahn herangezogen werden. Zur Ermittlung der Radgeschwindigkeitsinformationen können Drehzahlsensoren, insbesondere einer pro Rad, vorgesehen sein.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Reibbeiwert für jedes einzelne Rad geschätzt wird. Wenn für jedes einzelne Rad der Reibbeiwert geschätzt wird, können die geschätzten Reibbeiwerte bei der Bestimmung des Eingriffs in die Fahrdynamik berücksichtigt werden. Dadurch kann der Eingriff in die Fahrdynamik genauer erfolgen und die Stabilität des Fahrzeugs mit größerer Sicherheit erhalten werden.
Vorzugsweise wird der Reibbeiwert aus aktuellen Zustandsgrößen des Fahrzeugs geschätzt. Insbesondere können in die Ermittlung des Reibbeiwerts der Schlupf, die Soll- Beschleunigung eines Rades, die Ist-Beschleunigung eines Rades, der Ist-Bewegungsvektor (Zustand des Fahrzeugs in Geschwindigkeit, Rotation und evtl. Position) und der Soll- Bewegungsvektor einbezogen werden. Der Soll-Bewegungsvektor kann aus gemäß der DE 100 32 179 AI vorgegeben Sollwertsignalen bestimmt werden. Weiterhin kann das Motormoment an jedem einzelnen Rad in die Reibbeiwertschätzung eingehen.
Vorteilhafterweise erfolgt eine Plausibilitätsprüfung der Schätzungen der Reibbeiwerte für die einzelnen Räder, indem ein gemittelter Reibbeiwert geschätzt wird und mit den einzelnen für die Räder ermittelten Reibbeiwerten verglichen wird. Dabei wird der gemittelte Reibbeiwert vorzugsweise aus Fahrzeuggrößen ermittelt, die nicht auf das Einzelrad bezogen sind, wie beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit und der Lenkwinkel .
Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein System zur Stabilisierung der Fahrdynamik eines Fahrzeugs mit einer Einrichtung zur Ermittlung von Soll-Größen für einen Eingriff in die Fahrdynamik, wobei ein Beobachtersystem vorgesehen ist, bei dem als Eingangsgrößen die Bremsdrücke an den Rädern oder damit in Beziehung stehende Größen zugeführt sind und das Mittel zum prädiktiven Bestimmen einer Änderung der Gierrate aus den Eingangsgrößen aufweist, wobei die Änderung der Gierrate der Einrichtung zur Ermittlung von Soll-Größen zugeführt ist. Als mit den Bremsdrücken an den Rädern in Verbindung stehende Größen können beispielsweise die Verläufe der Bremsdrücke an den einzelnen Rädern zugeführt werden. Mit einem derartigen System kann, bereits ehe eine Instabilität auftritt, ermittelt werden, ob eine solche Instabilität zu erwarten ist.
Wenn eine Instabilität zu erwarten ist, können geeignete Eingriffe an den Bremsen und/oder an der Lenkung bzw. am Motordrehmoment vorgenommen werden, um die instabile Situation zu verhindern. Durch diese Maßnahme kann das Fahrverhalten von Fahrzeugen verbessert werden. Im Unterschied zum Stand der Technik muss eine instabile Situation nicht abgewartet werden. Die Einrichtung zur Ermittlung von Soll-Größen ermittelt beispielsweise einzustellende Bremsdrücke an den Rädern, um eine instabile Fahrsituation zu vermeiden. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Einrichtung zur Ermittlung von Soll-Größen einen Lenkwinkel ermittelt, der eingestellt werden muss, um die instabile Fahrsituation zu vermeiden. Die Einrichtung zur Ermittlung von Soll -Größen kann weiterhin als Giermomentregeleinrichtung ausgebildet sein, mit der das Giermoment des Fahrzeugs geregelt wird. Dazu werden der Einrichtung Ist-Größen, wie z.B. aktuelle Bremsdrücke oder der Lenkwinkel zugeführt, die mit den Soll-Größen verglichen werden können.
In die Giermomentregelung fließen Größen ein, wie beispielsweise die geschätzte zu erwartende und/oder die aktuelle Gierrate und die geschätzte zu erwartende und/oder aktuelle Änderung der Gierrate. Die Giermomentregelung ermittelt ein Zusatzdrehmoment, das zur Vermeidung einer Instabilität notwendig ist, so dass durch eine individuelle Ansteuerung der Bremsen und/oder der Lenkung ein Zusatzgiermoment realisiert wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das System eine Reifenbei- wertschätzeinrichtung aufweist. Wenn der Reifenbeiwert geschätzt wird, insbesondere, wenn der Reifenbeiwert der einzelnen Räder zum Untergrund, insbesondere zur Fahrbahn, geschätzt wird, kann die Berechnung der Fahrzeugrotation, d.h. die Gierrate, genauer erfolgen. Somit kann auch eine genauere Regelung der Fahrzeugstabilität erfolgen.
Vorteilhafterweise steht die Reibbeiwertschätzeinrichtung mit dem Beobachtersystem in Verbindung, so dass die geschätzten Reibbeiwerte bei der Ermittlung der Änderung der Gierrate berücksichtigt werden können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind der Reibbeiwertschätzeinrichtung Zustandgrößen des Fahrzeugs, ein Soll- Bewegungsvektor und ein Ist-Bewegungsvektor zugeführt. Dabei wird fortlaufend der Reibbeiwert aus den Größen Rad-Ist- Beschleunigung/Rad-Ist-Verzögerung, Rad-Soll- Beschleunigung/Rad-Soll-Verzögerung, Rad-Schlupf, Motormoment auf dem einzelnen Rad, etc. ermittelt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Beobachtersystem mit dem ABS-System in Verbindung steht. Durch diese Maßnahme können die im ABS-System überwachten Drücke und ermittelten Druckverläufe unmittelbar im Beobachtersystem verwendet werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der schematischen Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Systems zur Stabilisierung der Fahrdynamik eines Fahrzeugs;
Fig. 2. eine zweite Ausführungsform eines Systems zur Stabilisierung der Fahrdynamik eines Fahrzeugs mit einer Reibbeiwertschätzeinrichtung; und
Fig. 3 eine Darstellung einer Reibbeiwertschätzeinrichtung.
In der Fig. 1 ist ein System 1 zur Stabilisierung der Fahrdynamik eines Fahrzeugs dargestellt. Das System umfasst ein Beobachtersystem 2 dem die Bremsdrücke x bis p4 der Räder eines Fahrzeugs zugeführt sind. Weiterhin ist dem Beobachtersystem 2 der Lenkwinkel ^und die Fahrzeuggeschwindigkeit v zugeführt. Außerdem erhält das Beobachtersystem 2 als Ein- gangsgröße die Fahrzeugquerbeschleunigung aq. Zur Messung dieser Größen sind entsprechende Sensoren im Fahrzeug vorgesehen. Durch den Pfeil 3 ist angedeutet, dass auch noch weitere Fahrzeuggrößen dem Beobachtersystem 2 zugeführt sein können. Das Beobachtersystem 2 weist Mittel 4 zum prädiktiven
Bestimmen der Gierrate Ψ und der Änderung der Gierrate Ψ auf. Die Änderung der Gierrate Ψ und die Gierrate Ψ werden einer Einrichtung 5 zur Ermittlung von Soll-Größen für einen Eingriff in die Fahrdynamik zugeführt. In der Einrichtung 5 wird eine Soll-Gierrate ermittelt. Die Soll-Gierrate kann eingestellt werden, indem die Einrichtung 5 als Ausgangsgrößen einen Soll-Lenkwinkel φL s und Soll-Bremsdrücke plg bis p4s ausgibt. Durch die Einrichtung 5 kann auf diese Soll -Werte geregelt werden.
In der Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform eines Systems
10 zur Stabilisierung der Fahrdynamik gezeigt. Das Beobachtersystem 2 steht mit dem Antiblockier (ABS) - System 11 in Verbindung, so dass dem Beobachtersystem 2 die vom ABS-System
11 vorgegebenen Soll-Werte für die Bremsdrücke in den Radbremsen bekannt ist. Weiterhin sind die aktuellen Drücke px bis p4, die an den Radbremsen anliegen, zugeführt. Als weitere Eingangsgröße erhält das Beobachtersystem 2 die für die einzelnen Räder ermittelten Reibbeiwerte, die in einer Reibbeiwertschätzeinrichtung 12 ermittelt werden. Auch diese Werte gehen in die prädiktive Ermittlung der Gierrate und der Änderung der Gierrate ein, die an die Einrichtung 5 weitergegeben werden.
In der Fig. 3 ist die Reibbeiwertschätzeinrichtung 12 dargestellt. Durch den Pfeil 13 ist dargestellt, dass der Reibbeiwertschätzeinrichtung 12 Informationen über den Schlupf der einzelnen Räder zugeführt werden. Weiterhin werden der Reibbeiwertschätzeinrichtung 12 die Rad-Soll-Beschleunigung/Rad- Soll-Verzögerung als bis a4s jedes einzelnen Rades und die Rad- Ist-Beschleunigung/Rad-Ist-Verzögerung au bis a4i für jedes einzelne Rad zugeführt . Außerdem kann das Motormoment Ml bis M4 an jedem einzelnen Rad der Reibbeiwertschätzeinrichtung 12 zugeführt sein. In die Ermittlungen bzw. Schätzungen der Reibbeiwerte gehen außerdem der Soll-Bewegungsvektor jUnd der Ist-Bewegungsvektor Xl ein. Als Ausgangsgröße werden die geschätzten Reibbeiwerte μ bis μ für jedes einzelne Rad ausgegeben.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur prädiktiven Ermittlung der Änderung der
Gierrate (Ψ) eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Druckaufbaus der Bremsdrücke (pi - p4) der Radbremsen überwacht wird und aus dem Verlauf des
Druckaufbaus die Änderung der Gierrate ( Ψ ) des Fahrzeugs pradiktiv bestimmt wird, ehe eine Rotation des Fahrzeugs um dessen Hochachse eintritt.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Änderung der Gierrate (Ψ) ein Eingriff in die Fahrdynamik des Fahrzeugs bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass weitere Zustandsgrößen des Fahrzeugs erfasst werden und bei der Berechnung der Änderung der Gierrate (Ψ) berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbeiwert {μx bis μ ) zumindest eines Rades zum Untergrund geschätzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbeiwert (μx bis μ4) für jedes einzelne Rad geschätzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbeiwert (μi bis μ4) aus aktuellen Zustandsgrößen des Fahrzeugs geschätzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass ein gemittelter Reibbeiwert geschätzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die geschätzten Reibbeiwerte (μx bis μ4) bei der Bestimmung des Eingriffs in die Fahrdynamik berücksichtigt werden.
9. System (1, 10) zur Stabilisierung der Fahrdynamik eines Fahrzeugs mit einer Einrichtung (5) zur Ermittlung von Soll -Größen für einen Eingriff in die Fahrdynamik, dadurch gekennzeichnet, dass ein Beobachtersystem (2) vorgesehen ist, dem als Eingangsgrößen die Bremsdrücke (pi bis p4) an den Rädern oder eine damit in Beziehung stehende Größe zugeführt sind und das Mittel (4) zum prädiktiven Bestimmen einer Änderung der Gierrate (Ψ) aus den Eingangsgrößen aufweist, wobei die Änderung der Gierrate (Ψ) der Einrichtung (5) zur Ermittlung von Soll-Größen zugeführt ist.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1, 10) eine Reibbeiwertschätzeinrichtung (12) aufweist.
11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibbeiwertschätzeinrichtung (12) mit dem Beobachtersystem (2) in Verbindung steht.
12. System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbeiwertschätzeinrichtung (12) Zustandsgrößen des Fahrzeugs, ein Soll-Bewegungsvektor ( Xs ) und ein Ist-Bewegungsvektor ( Xt ) zugeführt sind.
13. System nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Beobachtersystem (2) mit einem Antiblockiersys- tem (11) in Verbindung steht.
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