WO2007017081A1 - Fahrdynamik-steuerungssystem für ein zweispuriges kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2007017081A1
WO2007017081A1 PCT/EP2006/007234 EP2006007234W WO2007017081A1 WO 2007017081 A1 WO2007017081 A1 WO 2007017081A1 EP 2006007234 W EP2006007234 W EP 2006007234W WO 2007017081 A1 WO2007017081 A1 WO 2007017081A1
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vehicle
dynamics
control system
driver
freedom
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PCT/EP2006/007234
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Dirk Odenthal
Hendrikus Smakman
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a vehicle dynamics control system for a two-lane motor vehicle whose lateral dynamics and / or yaw dynamics .and / or longitudinal dynamics independently of or in addition to a specification of the driver by the control system is variable and / or of the vehicle body, the hub dynamics and / or the pitching dynamics and / or the rolling dynamics can be varied independently of or in addition to forces resulting from the driver's specifications by the control system, whereby between two and six variable degrees of freedom are present, and the behavior of the vehicle with respect to these degrees of freedom is determined by different actuators controlled by the control system ,
  • a variety of vehicle dynamics control systems are known, with which a targeted change in the driving dynamics of a two-lane motor vehicle, and in particular its transverse dynamics and yaw dynamics is possible. These control systems use different actuators or different intervention principles.
  • a stabilizing yaw moment can be applied to the steered front wheels by providing an additional steering angle or the overall steering angle. But this is also possible by providing a steering angle to possibly slightly steerable wheels of the rear axle. It is possible to apply a stabilizing yaw moment but also by targeted distribution of the drive torque or the so-called. Drag torque of the vehicle drive unit between the left and right Fzg.-side both on the front axle and on the rear axle of the vehicle by means of suitable Kupplungsanungsanache.
  • a stabilizing yaw moment can be generated, as well as by modulation of the roll stiffness distribution between the front and rear axles, also by redistribution of transmitted over the wheels longitudinal forces of the vehicle drive unit between the front and rear axles.
  • German Offenlegungsschrift DE 102 36 734 A1 also describes a method for guiding a multi-lane vehicle on a curved path, which controls two actuators in the form of a pilot control of two input variables, namely the steering angle predetermined by the driver and the current vehicle speed. namely, a steering actuator which places the steerable (front) wheels of the vehicle and any suitable actuator with which the longitudinal force distribution between the vehicle wheels of the two vehicle sides is made different.
  • the invention can (again based on the example of steering by the driver, ie on a steering angle specification and the affected transverse dynamics and yaw dynamics of the vehicle) via at least two independent actuators (or Steeingriffswit) at least in the linear range of dynamic vehicle behavior, the two Degrees of freedom of the lateral dynamics and the yaw dynamics of the motor vehicle via a coordinated pilot control are set independently.
  • the two Degrees of freedom of the lateral dynamics and the yaw dynamics of the motor vehicle via a coordinated pilot control are set independently.
  • all the wheels of the vehicle are steerable, for example, be set in extreme cases that the vehicle on a steering input of the driver out no yaw, but at a slip angle of 0 ° only a transverse movement (of course, in addition to the longitudinal movement) performs.
  • Deviating from the already cited several examples of a different adjustment of the lateral dynamics and the yaw dynamics of a motor vehicle is in a generalization, the operation of a corresponding vehicle dynamics control system in the presence of suitable actuators basically transferable to all possible degrees of freedom of a Fzg. -Fahrwerks.
  • the longitudinal dynamics of the vehicle as well as the stroke dynamics and / or the pitch dynamics and / or the roll dynamics of the vehicle body can be controlled accordingly.
  • any combination of the six possible degrees of freedom of a motor vehicle can be controlled accordingly, by specifying a corresponding number of desired transmission functions (for these degrees of freedom).
  • the model-based feedforward can basically build on any models; Preferably, however, a so-called linear single-track model (known to the person skilled in the art) is used which, incidentally, may also be suitably extended, for example with regard to longitudinal dynamic influences or with regard to the dynamic lateral force structure and / or rolling dynamics of the vehicle. Moreover, the dynamic driving behavior of the vehicle (in particular with regard to lateral dynamics and yaw dynamics) not only in the linear range, but also limited in the so-called.
  • the individual transmission functions preferably contain a proportion or factor describing the stationary behavior of the vehicle and a component or factor describing the (dynamic) instationary behavior of the vehicle
  • a vibration equation (or in other words by a vibration equation in the broad sense) be described, which contains or contain at least in analogy to a vibration equation, inter alia, the vibration bandwidth or the natural frequency, a damping factor and the zeros as characteristic quantities ,
  • actuators with which the behavior of the vehicle can be adjusted as desired, these may be all actuators or actuators, which will be described in connection with the explanation of the plurality of known vehicle dynamics control systems, the influence on the lateral dynamics and the yaw dynamics have already been mentioned.
  • actuators basically known to the person skilled in the art may be provided.
  • the actuators are preferably also selected such that these actuators are approximately equally distributed over the two axles of the vehicle for influencing two or more degrees of freedom.
  • the degrees of freedom to be influenced are the lateral dynamics and the yaw dynamics of the vehicle, then advantageously a first possibility of engagement on the front axle and of a second possibility of engagement on the rear axle, either via the steering and / or to start the drive and / or braking in any combination.
  • the degrees of freedom to be influenced are the lateral dynamics and the yaw dynamics of the vehicle.
  • the actuators of one axle influence one another. While in the linear region of the vehicle behavior, preferably, guiding and / or longitudinal wheel forces applying actuators are used, in the (previously mentioned above) transition region also requires an implementation via a longitudinal force distribution between the front axle and rear axle and / or an influence on the vertical dynamics of the vehicle and ultimately by interfering with the power output or torque output of Fzg. -Antriebsaggregats possible.
  • the hereby proposed different transfer functions for at least two degrees of freedom can be specified automatically in the control system as a function of boundary conditions, in particular as a function of the driving speed and / or the steering angle predetermined by the driver.
  • different transfer functions, which have an effect on at least two degrees of freedom can be predeterminable by the driver, wherein the possibility of specifying any desired values does not seem favorable, but the possibility should exist of selecting among discrete values to meet.
  • the transfer functions contain a component describing the stationary behavior of the vehicle and a component describing the (dynamic) instationary behavior of the vehicle, the latter being able to be described by an oscillation equation in the broadest sense, which may be described as quantities and the like contains the vibration bandwidth and the natural frequency, a damping factor and the zeros, you get already for these two degrees of freedom using two independent actuators (namely, for example, for a front-wheel steering and for a rear-wheel steering) 16 parameters.
  • Each for the front axle Actuator as well as for the rear axle actuator then fall namely for both the yaw rate and for the slip angle each 4 parameters, namely in each case the so-called.
  • Stationary part and the three mentioned Instationär- shares are examples of the transfer functions.
  • a target driving behavior of the vehicle by means of physically interpretable controller with respect to bandwidth, damping, stationary behavior and zeros of the transfer functions between a steering angle specification of the driver and the slip angle and / or yaw rate of the vehicle can be adjusted, especially in the context the interpretation of a specific vehicle dynamics control system of a particular vehicle or vehicle type.
  • an applicator may well be provided with 16 knobs or the like for the 16 parameters mentioned in the previous paragraph, under the said physical interpretation.
  • the conventional driving behavior in the linear range and transition range can first be identified.
  • the data for the linear single track dell be determined and from these the equivalent parameters or maps are calculated, which are required for the determination of the transfer functions.
  • a desired dynamics can be set relative to these variables, wherein once again the possibility exists of making an adjustment, for example, to travel speed and / or steering angle specification and / or steering angle velocity (or as a function of these and / or other variables).
  • the 16 parameters already mentioned above by way of example can then be interpreted as physical "rotary buttons" with which the desired behavior of the vehicle can be determined, preferably in relation (for example by% data) to the conventional vehicle (whose transmission functions are not In order to reduce the complexity, it may make sense to group together those parameters which describe the dynamic portion of the transfer functions, each in a "rotary knob", ie returning to the already mentioned oscillation equation analogy only one rotary knob at a time for the bandwidth or for the attenuation or for the zeros.
  • a proposed driving dynamics control system is quite combinable or compatible with existing methods for longitudinal dynamics compensation, ie a compensation of the longitudinal dynamics influences on the lateral dynamics and the yaw dynamics is at the same time possible when controlling at least two actuators. Furthermore, a combination with conventional driving stabilization regulations or yaw rate regulations is simply possible.
  • a proposed control system free design of the lateral dynamics and yaw dynamics of a vehicle in the linear range of driving behavior and limited in the transition region.
  • the desired driving behavior can be adjusted by means of physically interpretable "buttons", for example, for bandwidth, damping, stationary behavior and zeros with respect to transmission behavior between steering specification by the driver and slip angle, yaw rate and / or lateral acceleration of the vehicle
  • a vehicle equipped with a system according to the invention can thus be impressed with the driving behavior of a (any) other (also virtual) vehicle (at least in the presence of sufficient actuator dynamics) Function, a differentiation of the driving behavior by using different parameterizations are carried out, in the simplest case in the form of a so-called driving dynamics switch.
  • a free default of the lateral dynamics and the yaw dynamics causes a free specifiable lateral and yaw behavior in the linear region and in the transitional region of the tires, anticipatory stabilization by precontrol, the avoidance of driver-induced vibrations, easier controll

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrdynamik-Steuerungssystem für ein zweispuriges Kraftfahrzeug, dessen Querdynamik und/oder Gierdynamik und/oder Längsdynamik unabhängig von oder zusätzlich zu einer Vorgabe des Fahrers durch das Steuerungssystem veränderbar ist und/oder von dessen Fahrzeug-Aufbau die Hubdynamik und/oder die Nickdynamik und/oder die Wankdynamik unabhängig von oder zusätzlich zu aus Vorgaben des Fahrers resultierenden Kräften durch das Steuerungssystem veränderbar ist, wobei somit zwischen zwei und sechs veränderbaren Freiheitsgraden vorliegen, und das Verhalten des Fahrzeugs hinsichtlich dieser Freiheitsgrade durch unterschiedliche vom Steuerungssystem angesteuerte Aktuatoren bestimmt wird. Dabei sind für zumindest zwei Freiheitsgrade die Übertragungsfunktionen einer modellgestützten Vorsteuerung in Abhängigkeit von einer Vorgabe des Fahrers unabhängig voneinander auf unterschiedliche Werte einstellbar, die dann durch eine entsprechende Anzahl von Aktuatoren am Fahrzeug umgesetzt werden. Vorzugsweise ist ein Zielfahrverhalten des Fahrzeugs mittels physikalisch interpretierbarer Steller hinsichtlich Bandbreite, Dämpfung, Stationärverhalten und Nullstellen der Übertragungsfunktion zwischen einer Lenkwinkel-Vorgabe des Fahrers und Schwimmwinkel und/oder Gierrate und/oder Querbeschleunigung des Fahrzeugs einstellbar.

Description

Fahrdynamik-Steuerungssystem für ein zweispuriges Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Fahrdynamik-Steuerungssystem für ein zweispuriges Kraftfahrzeug, dessen Querdynamik und/oder Gierdynamik .und/oder Längsdynamik unabhängig von oder zusätzlich zu einer Vorgabe des Fahrers durch das Steuerungssystem veränderbar ist und/oder von dessen Fahrzeug-Aufbau die Hubdynamik und/oder die Nickdynamik und/oder die Wankdynamik unabhängig von oder zusätzlich zu aus Vorgaben des Fahrers resultierenden Kräften durch das Steuerungssystem veränderbar ist, wobei somit zwischen zwei und sechs veränderbaren Freiheitsgraden vorliegen, und das Verhalten des Fahrzeugs hinsichtlich dieser Freiheitsgrade durch unterschiedliche vom Steuerungssystem angesteuerte Aktuatoren bestimmt wird.
Bekannt sind eine Vielzahl fahrdynamischer Reglungssysteme, mit denen eine gezielte Änderung der Fahrdynamik eines zweispurigen Kraftfahrzeugs, und dabei insbesondere von dessen Querdynamik und Gierdynamik möglich ist. Diese Reglungssysteme bedienen sich unterschiedlicher Aktuatorik bzw. unterschiedlicher Eingriffsprinzipien. So kann an den gelenkten Vorderrädern durch Stellen eines Zusatzlenkwinkels oder des Gesamtlenkwinkels ein stabilisierendes Giermoment aufgebracht werden. Dies ist aber auch durch Stellen eines Lenkwinkels an ggf. geringfügig lenkbaren Rädern der Hinterachse möglich. Möglich ist ein Aufbringen eines stabilisierenden Giermoments aber auch durch gezielte Verteilung des Antriebsmoments oder des sog. Schleppmoments des Fahrzeug-Antriebsaggregats zwischen der linken und der rechten Fzg.-Seite sowohl an der Vorderachse als auch an der Hinterachse des Fahrzeugs mit Hilfe geeigneter Kupplungsansteuerungen. Auch durch radindividuelle Modulation des Bremsdrucks an den einzelnen Rädern kann ein stabilisierendes Giermoment erzeugt werden, ebenso durch Modulation der Rollsteifigkeitsverteilung zwischen Vorderachse und Hinterachse, ferner durch Umverteilung der über die Räder übertragenen Längskräfte des Fahrzeug-Antriebsaggregats zwischen Vorderachse und Hinterachse.
Im bekannten Stand der Technik erfolgt zumindest hinsichtlich der Querdynamik und Gierdynamik des Fahrzeugs üblicherweise eine Regelung, d.h. ein Soll-Ist-Vergleich, wobei dafür gesorgt wird, dass ein vom Fahrer vorgegebener Lenkwunsch in geeigneter Weise umgesetzt wird. In der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 36 734 A1 ist ferner ein Verfahren zum Führen eines mehrspurigen Fahrzeugs auf einer Kurvenbahn beschrieen, das in Form einer Vorsteuerung aus zwei Eingangsgrößen, nämlich dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel und der aktuellen Fzg. -Geschwindigkeit, zwei Aktuatoren ansteuert, nämlich einen die lenkbaren (Vorder)-Räder des Fahrzeugs stellenden Lenkaktuator sowie irgendeinen geeigneten Aktuator, mit dem die Längskraftverteilung zwischen den Fzg. -Rädern der beiden Fzg. -Seiten unterschiedlich gestaltet wird.
Mit der vorliegenden Erfindung soll nun eine weitere Verbesserung hinsichtlich einer Vorsteuerung des Fahrzeug-Verhaltens aufgezeigt werden (= Aufgabe), wobei zwar in den detaillierten Ausführungen analog dem soeben genannten Stand der Technik von einer Lenkvorgabe des Fzg.-Fahrers ausgegangen wird und folglich insbesondere die Querdynamik und Gierdynamik des Fahrzeugs relevant ist, wobei jedoch die vorliegende Erfindung einfach auf die weiteren Freiheitsgrade eines zweispurigen Kraftfahrzeugs übertragbar ist, nämlich sowohl auf dessen Längsdynamik, als auch auf die Hubdynamik und/oder die Nickdynamik und/oder die Wankdynamik des Fzg. -Aufbaus. Die Lösung dieser Aufgabe ist für ein Fahrdynamik-Steuerungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest zwei (der genannten) Freiheitsgrade die Übertragungsfunktionen einer modellgestützten Vorsteuerung in Abhängigkeit von einer Vorgabe des Fahrers unabhängig voneinander auf unterschiedliche Werte einstellbar sind, die dann durch eine entsprechende Anzahl von Aktuatoren am Fahrzeug umgesetzt werden. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß können somit (abermals auf den Beispielsfall des Lenkens durch den Fahrer, d.h. auf eine Lenkwinkel-Vorgabe und die davon betroffene Querdynamik und Gierdynamik des Fahrzeugs bezogen) über zumindest zwei voneinander unabhängige Aktuatoren (bzw. Steileingriffsmöglichkeiten) zumindest im Linearbereich des dynamischen Fahrzeugverhaltens die beiden Freiheitsgrade der Querdynamik und der Gierdynamik des Kraftfahrzeugs über einen koordinierten Vorsteuereingriff unabhängig voneinander eingestellt werden. So könnte, wenn sämtliche Räder des Fahrzeugs lenkbar sind, bspw. im Extremfall eingestellt werden, dass das Fahrzeug auf eine Lenkvorgabe des Fahrers hin keine Gierbewegung, sondern unter einem Schwimmwinkel von 0° lediglich eine Querbewegung (selbstverständlich zusätzlich zur Längsbewegung) ausführt. Selbstverständlich werden jedoch solche Extremzustände nicht dargestellt; es soll jedoch möglich sein, im Beispielsfall unterschiedliche Anteile von Gierbewegung und Querbewegung innerhalb sinnvoller Grenzen darstellen zu können, und zwar unabhängig voneinander. Sollte dabei das Fahrzeug mit der dargestellten Gierbewegung und Querbewegung nicht mehr längs der gewünschten Kurvenbahn bewegbar sein, kann der Fahrer seine Lenkvorgabe entsprechend anpassen. Mit einem vorgeschlagenen Fahrdynamik-Steuerungssystem ist also quasi ein beliebiges Verhalten des Fahrzeugs darstellbar, und zwar insbesondere dadurch, dass für zumindest zwei (der möglichen) Freiheitsgrade unabhängig voneinander unterschiedliche Reaktionen auf eine Vorgabe des Fahrers eingestellt werden können, und zwar über unterschiedliche Übertragungsfunktionen einer modellgestützten Vorsteuerung, worauf an späterer Stelle noch näher eingegangen wird. Im Stand der Technik hingegen sind keine Verfahren für die regelungstechnische Auslegung einer Fahrdynamikregelung bekannt, die einen systematischen Entwurf eines Regelungssystems zur Realisierung bspw. einer Wunsch-Querdynamik sowie einer Wunsch- Gierdynamik eines Fahrzeug mittels einer Vorsteuerung beschreiben. Im übrigen ist es bei den auf dem Markt befindlichen Regelsystemen (z.B. bei ESP oder bei der sog. Aktivlenkung der Anmelderin) nicht Ziel, die Querdynamik und Gierdynamik unabhängig voneinander einzustellen. Auf Grund von im Stand der Technik vorhandenen Restriktionen ist dies auf Grund der vorliegenden Reglerstrukturen und der verfolgten Ziele praktisch auch nicht möglich.
Abweichend vom bereits mehrfach zitierten Beispielsfall einer unterschiedlichen Einstellung der Querdynamik und der Gierdynamik eines Kraftfahrzeugs ist im Rahmen einer Verallgemeinerung die Wirkungsweise eines entsprechenden Fahrdynamik-Steuerungssystems bei Vorliegen geeigneter Aktuatorik grundsätzlich übertragbar auf sämtliche mögliche Freiheitsgrade eines Fzg. -Fahrwerks. So kann bzw. können neben der oder alternativ zur Querdynamik oder Gierdynamik auch die Längsdynamik des Fahrzeugs sowie die Hubdynamik und/oder die Nickdynamik und/oder die Wankdynamik des Fahrzeug-Aufbaus entsprechend gesteuert werden. Grundsätzlich kann also eine beliebige Kombination der sechs möglichen Freiheitsgrade eines Kraftfahrzeugs entsprechend gesteuert werden, und zwar durch Vorgabe von einer entsprechenden Zahl von Wunsch-Übertragungsfunktionen (für diese Freiheitsgrade). Diese Übertragungsfunktionen (bzw. Wunsch-Übertragungsfunktionen) stellen ebenso wie die Tatsache, dass es sich um eine modellgestützte Vorsteuerung handelt, kennzeichnende Merkmale des Anspruchs 1 dar. Dabei kann die modellgestützte Vorsteuerung grundsätzlich auf beliebigen Modellen aufbauen; vorzugsweise kommt jedoch ein (dem Fachmann bekanntes) sog. lineares Einspurmodell zum Einsatz, das im übrigen auch geeignet erweitert sein kann, so bspw. im Hinblick auf längsdynamische Einflüsse oder hinsichtlich des dynamischen Seitenkraftaufbaus und/oder der Wankdynamik des Fahrzeugs. Im übrigen lässt sich das dynamische Fahrverhalten des Fahrzeugs (insbesondere hinsichtlich Querdynamik und Gierdynamik) nicht nur im Linearbereich, sondern eingeschränkt auch im sog. Übergangsbereich zur sog. Reifensättigung (letztere ist derjenige Bereich, in dem trotz Vergrößerung des Rad-Schräglaufwinkels keine weitere Erhöhung der Radseitenkraft erreicht werden kann) durch ein lineares Einspurmodell beschreiben. Vorrangig soll jedoch die Einstellung unterschiedlicher Werte der Übertragungsfunktionen für den Linearbereich des dynamischen Fahrzeug-Verhaltens möglich sein.
Eine Übertragungsfunktion im Sinne der vorliegenden Erläuterung beschreibt nun den Zusammenhang zwischen einer vom Fahrer vorgegebenen Größe und der entsprechenden Fahrzeug-Reaktion hierauf. Stark vereinfacht gilt also der Zusammenhang Y = Gγ • X, wobei X die Vorgabe des Fahrers, also bspw. einen Vorgabe-Lenkwinkel bezeichne, Y das Verhalten des Fahrzeugs hierauf, also bspw. die Gierrate und/oder den Schwimmwinkel und/oder die Querbeschleunigung, und GY die zugehörige Übertragungsfunktion bzw. Übertragungsmatrix oder -vektor, nachdem erfindungsgemäß für zumindest zwei Freiheitsgrade die Übertragungsfunktionen auf unterschiedliche Werte einstellbar sind. (Das Zeichen „•" steht dabei für eine Multiplikation). Bevorzugt enthalten die einzelnen Übertragungsfunktionen dabei einen das Stationärverhalten des Fahrzeugs beschreibenden Anteil oder Faktor sowie einen das (dynamische) Instationärverhalten des Fahrzeugs beschreibenden Anteil oder Faktor. Letztgenannter kann durch ein Gleichungssystem nach Art einer Schwingungsgleichung (oder in anderen Worten durch eine Schwingungsgleichung im weiteren Sinne) beschrieben sein, die als Kenn- Größen zumindest in Analogie zu einer Schwingungsgleichung u.a. die Schwingungs-Bandbreite bzw. die natürliche Frequenz, einen Dämpfungsfaktor sowie die Nullstellen enthält bzw. enthalten kann.
Was die Aktuatoren betrifft, mit denen das Verhalten des Fahrzeugs wie gewünscht eingestellt werden kann, so kann es sich hierbei um sämtliche Aktuatoren oder Stellglieder handeln, die eingangs in Verbindung mit der Erläuterung der Vielzahl bekannter fahrdynamischer Reglungssysteme, die Einfluss auf die Querdynamik und die Gierdynamik haben, bereits genannt wurden. Für eine Beeinflussung der Wankdynamik, Hubdynamik und Nickdynamik können dabei weitere dem Fachmann grundsätzlich bekannte Aktuatoren vorgesehen sein. Vorzugsweise werden dabei für die Beeinflussung zweier oder mehrerer Freiheitsgrade die Aktuatoren auch solchermaßen ausgewählt, dass diese Aktuatoren annähernd gleich auf die beiden Achsen des Fahrzeugs verteilt sind. Handelt es sich bei den zu beeinflussenden Freiheitsgraden (wieder, wie stets beispielhaft genannt) um die Querdynamik und die Gierdynamik des Fahrzeugs, so ist vorteilhafterweise von einer ersten Eingriffsmöglichkeit an der Vorderachse und von einer zweiten Eingriffsmöglichkeit an der Hinterachse, jeweils entweder über die Lenkung und/oder den Antrieb und/oder Bremsen in beliebigen Kombinationen auszugehen. Prinzipiell können zwar auch zwei Stelleingriffsmöglichkei- ten an einer (gemeinsamen) Achse verwendet werden, jedoch ist dies aus praktischer Sicht unvorteilhaft, da bei Reifensättigung an dieser Achse die Stellwirksamkeit beider Aktuatoren verloren ginge, während im Falle der Verteilung auf zwei Achsen im Sättigungsfall einer Achse zumindest die Stellwirksamkeit des Aktuators an der anderen Achse bestehen bleibt. Weiterhin beeinflussen sich in der Regel die Aktuatoren einer Achse gegenseitig. Während dabei im Linearbereich des Fzg. -Verhaltens vorzugsweise lenkende und/oder Rad-Längskräfte aufbringende Aktuatoren zum Einsatz kommen, ist im (weiter oben bereits genannten) Übergangsbereich bedingt auch eine Realisierung über eine Längskraftverteilung zwischen Vorderachse und Hinterachse und/oder über eine Beeinflussung der Vertikaldynamik des Fahrzeugs und letztlich über Eingriffe in die Leistungsabgabe bzw. Momentenabgabe des Fzg. -Antriebsaggregats möglich.
Die hiermit vorgeschlagenen unterschiedlichen Übertragungsfunktionen für zumindest zwei Freiheitsgrade können dabei im Steuerungssystem selbsttätig in Abhängigkeit von Randbedingungen, insbesondere in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit und/oder vom vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel vorgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich ist es aber auch möglich, dass unterschiedliche Übertragungsfunktionen, die auf zumindest zwei Freiheitsgrade Auswirkung haben, durch den Fahrer vorgebbar sind, wobei die Möglichkeit der Vorgabe beliebiger Werte nicht günstig erscheint, sondern die Möglichkeit bestehen sollte, unter diskreten Werten eine Auswahl zu treffen.
Im weiteren wieder auf den bevorzugten Beispielsfall zurückkehrend, nämlich dass eine Wunsch-Gierrate und/oder ein Wunsch-Schwimmwinkel und/oder eine Wunsch-Querbeschleunigung bzw. Wunsch-Übertragungsfunktionen (bzw. Wunsch-Übertragungsverhalten) für die Gierrate (dynamisch und/oder stationär) und für den Schwimmwinkel (dynamisch und/oder stationär) vorgebbar sein sollen, so können theoretisch eine Vielzahl von Parametern frei vorgegeben werden. Wenn bspw. - wie weiter oben bereits angegeben - die Übertragungsfunktionen einen das Stationärverhalten des Fahrzeugs beschreibenden Anteil sowie einen das (dynamische) Instationär- verhalten des Fahrzeugs beschreibenden Anteil enthalten, wobei letztgenannter durch eine Schwingungsgleichung im weitesten Sinne beschrieben sein kann, die als Größen u.a. die Schwingungs-Bandbreite bzw. die natürliche Frequenz, einen Dämpfungsfaktor sowie die Nullstellen enthält, so erhält man bereits für diese beiden Freiheitsgrade unter Verwendung zweier unabhängiger Aktuatoren (nämlich bspw. für eine Vorderrad-Lenkung sowie für eine Hinterrad-Lenkung) 16 Parameter. Jeweils für den Vorderachs- Aktuator sowie für den Hinterachs-Aktuator fallen dann nämlich sowohl für die Gierrate als auch für den Schwimmwinkel jeweils 4 Parameter an, nämlich jeweils der sog. Stationäranteil und die drei genannten Instationär- Anteile.
Dabei ist es durchaus möglich, dass ein Zielfahrverhalten des Fahrzeugs mittels physikalisch interpretierbarer Steller hinsichtlich Bandbreite, Dämpfung, Stationärverhalten und Nullstellen der Übertragungsfunktionen zwischen einer Lenkwinkel-Vorgabe des Fahrers und dem Schwimmwinkel und/oder der Gierrate des Fahrzeugs eingestellt werden kann, so insbesondere im Rahmen der Auslegung eines konkreten Fahrdynamik- Steuerungssystems eines bestimmten Fahrzeugs bzw. Fahrzeug-Typs. Beispielsweise könnten einem Applikateur durchaus 16 Drehknöpfe oder dgl. für die im vorhergehenden Absatz genannten 16 Parameter zur Verfügung gestellt werden, und zwar unter der genannten physikalischen Interpretation.
Es kann jedoch durchaus sein, dass eine freie Wählbarkeit für sämtliche Parameter in der Realität überhaupt nicht umsetzbar ist, weil bspw. der jeweilige Aktuator einer entsprechenden Vorgabe nicht folgen kann, bspw. weil dessen Dynamik nicht ausreicht (hinsichtlich Bandbreite oder wegen Stellratenbeschränkung) und/oder weil die erforderliche Stellenergie zu hoch ist. Daher wird vorgeschlagen, die Vorgabe der genannten Parameter relativ zum passiven Fahrverhalten vorzunehmen. So ergibt sich eine einfache intuitive Parametrisierung, bspw. wenn eine Vorgabe in einer prozentualen Veränderung zum Verhalten eines konventionellen, nicht beeinflussbaren Fahrverhaltens des Fahrzeugs vorgenommen werden kann. Bei gemäßigter Anforderung (z.B. 10% Veränderung) wird der jeweilige Aktuator nicht überfordert.
Im Rahmen dessen kann also zunächst das konventionelle Fahrverhalten im Linearbereich und Übergangsbereich identifiziert werden. Dabei können entweder einmalig mittels Identifikation die Daten für das lineare Einspurmo- dell ermittelt werden und aus diesen die äquivalenten Parameter bzw. Kennfelder berechnet werden, die für die Festlegung der Übertragungsfunktionen benötigt werden. Es können aber auch Verläufe dieser Parameter über der Fahrgeschwindigkeit (und/oder über dem vorgegebenem Lenkwinkel und/oder über der Lenkwinkelgeschwindigkeit o.a.) in Fahrversuchen direkt identifiziert werden. Anschließend kann eine Wunschdynamik relativ zu diesen Größen festgelegt werden, wobei abermals die Möglichkeit besteht, eine Anpassung bspw. an Fahrgeschwindigkeit und/oder Lenkwinkel-Vorgabe und/oder Lenkwinkelgeschwindigkeit (bzw. in Abhängigkeit von diesen und/oder auch anderen Größen) vorzunehmen. Die weiter oben bereits beispielhaft genannten 16 Parameter können dann als physikalische „Drehknöpfe" interpretiert werden, mit denen das Wunsch-Verhalten des Fahrzeugs festgelegt werden kann, und zwar vorzugsweise in Relation (bspw. durch %-Angaben) zum konventionellen Fahrzeug (dessen Übertragungsfunktionen nicht veränderbar sind). Für eine Reduktion der Komplexität kann es dabei sinnvoll sein, diejenigen Parameter, die den dynamischen Anteil der Übertragungsfunktionen beschreiben, gruppenweise in jeweils einem „Drehknopf" zusammen zu fassen, d.h. zurückkommend auf die bereits genannte Schwingungsgleichungs-Analogie jeweils nur einen Drehknopf für die Bandbreite bzw. für die Dämpfung bzw. für die Nullstellen vorzusehen.
Ein vorgeschlagenes Fahrdynamik-Steuerungssystem ist durchaus kombinierbar bzw. kompatibel mit bereits vorhandenen Verfahren zur Längsdynamik-Kompensation, d.h. eine Kompensation der Längsdynamik-Einflüsse auf die Querdynamik und die Gierdynamik ist bei Ansteuerung von zumindest zwei Aktuatoren gleichzeitig möglich. Ferner ist eine Kombination mit üblichen Fahrstabilisierungs-Regelungen bzw. Gierratenregelungen einfach möglich. Vorteilhafterweise ist eine Auslegung der vorgeschlagenen Vorsteuerung mit unterschiedlichen Reglerstrukturen möglich, so bspw. über inverse Modellvorsteuerung oder 2DOF-Struktur (= two degrees of freedom) oder über P/PID-Regler oder ein geregeltes Vorsteuer-Modell, und zwar jeweils stationär und/oder dynamisch. Auch kann eine Kompensation der Aktuatordynamik über inverse Modelle (linear, nichtlinear) oder auch andere Strukturen (geregelte Vorsteuerung, 2DOF-Struktur, PID-Regler) verwendet werden, falls die Aktuatordynamik (bspw. hinsichtlich Bandbreite und Stellrate) nicht hinreichend schnell ist, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.
Grundsätzlich (bezogen auf den mehrmals erwähnten bevorzugten Anwendungsfall) ermöglicht ein vorgeschlagenes Steuerungssystem eine freie Gestaltung der Querdynamik und Gierdynamik eines Fahrzeugs im Linearbereich des Fahrverhaltens und eingeschränkt auch in dessen Übergangsbereich. Das Wunsch-Fahrverhalten kann mittels physikalisch interpretierbaren „Knöpfen" bspw. für Bandbreite, Dämpfung, Stationärverhalten und Nullstellen bezüglich Übertragungsverhalten zwischen Lenk-Vorgabe durch den Fahrer und Schwimmwinkel, Gierrate und/oder Querbeschleunigung des Fahrzeugs eingestellt werden. Damit kann dem Fahrzeug prinzipiell eine beliebige Querdynamik und Gierdynamik (in Abhängigkeit der Aktuatordy- namiken und Stellratenbeschränkungen) aufgeprägt werden. Einem mit einem erfindungsgemäßen System ausgestatteten Fahrzeug kann somit das Fahrverhalten eines (beliebigen) anderen (auch virtuellen) Fahrzeugs aufgeprägt werden (zumindest bei Vorliegen einer ausreichenden Aktuatordynamik). Durch diese Funktion kann eine Differenzierung des Fahrverhaltens durch Verwendung unterschiedlicher Parametrisierungen durchgeführt werden, im einfachsten Fall in Form eines sog. Fahrdynamikschalters. Eine freie Vorgabe der Querdynamik und der Gierdynamik bewirkt dabei ein frei vorgebbares Quer- und Gierverhalten im Linearbereich und im Übergangsbereich der Reifen, eine vorausschauende Stabilisierung durch Vorsteuerung, die Vermeidung von Fahrer-induzierten Schwingungen, eine leichtere Beherrschbarkeit des Fahrzeugs durch eine Vergrößerung des Linearbereichs sowie eine erhöhte Stabilitätsreserve.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrdynamik-Steuerungssystem für ein zweispuriges Kraftfahrzeug, dessen Querdynamik und/oder Gierdynamik und/oder Längsdynamik unabhängig von oder zusätzlich zu einer Vorgabe des Fahrers durch das Steuerungssystem veränderbar ist und/oder von dessen Fahrzeug-Aufbau die Hubdynamik und/oder die Nickdynamik und/oder die Wankdynamik unabhängig von oder zusätzlich zu aus Vorgaben des Fahrers resultierenden Kräften durch das Steuerungssystem veränderbar ist, wobei somit zwischen zwei und sechs veränderbaren Freiheitsgraden vorliegen, und das Verhalten des Fahrzeugs hinsichtlich dieser Freiheitsgrade durch unterschiedliche vom Steuerungssystem angesteuerte Aktuatoren bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest zwei Freiheitsgrade die Übertragungsfunktionen einer modellgestützten Vorsteuerung in Abhängigkeit von einer Vorgabe des Fahrers unabhängig voneinander auf unterschiedliche Werte einstellbar sind, die dann durch eine entsprechende Anzahl von Aktuatoren am Fahrzeug umgesetzt werden.
2. Fahrdynamik-Steuerungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung unterschiedlicher Übertragungsfunktionen-Werte vorrangig für den Linearbereich des dynamischen Fahrzeug-Verhaltens möglich ist.
3. Fahrdynamik-Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass hinsichtlich der beiden Freiheitsgrade Querdynamik und Gierdynamik auf eine Lenk-Vorgabe des Fahrers zwei voneinander unabhängige Aktuatoren durch einen koordinierten Vorsteuereingriff, in dem entsprechende Übertragungsfunktionen stationär und/oder instationär innerhalb sinnvoller Grenzen unabhängig voneinander unterschiedlich einstellbar sind, angesteuert werden.
4. Fahrdynamik-Steuerungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Aktuatoren an der Vorderachse des Fahrzeugs und der andere oder ein anderer an der Hinterachse des Fahrzeugs wirksam ist.
5. Fahrdynamik-Steuerungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Aktuatoren zum Einstellen von Rad- Lenkwinkeln an der Vorderachse und/oder Hinterachse vorgesehen sind und/oder Aktuatoren zum Aufbringen von unterschiedlichen Rad- Längskräften an den beiden Seiten einer Achse oder des Fahrzeugs.
6. Fahrdynamik-Steuerungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Übertragungsfunktionen für zumindest zwei Freiheitsgrade in Abhängigkeit von Randbedingungen, insbesondere von der Fahrgeschwindigkeit und/oder vom vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel und/oder von der vorgegebenen Lenkwinkelgeschwindigkeit vorgegeben werden.
7. Fahrdynamik-Steuerungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Übertragungsfunktionen, die auf zumindest zwei Freiheitsgrade Auswirkung haben, durch den Fahrer vorgebbar sind.
8. Fahrdynamik-Steuerungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Übertragungsfunktion unter Angabe des Verhältnisses zum konventionellen, nicht beeinflussbaren Fahrverhalten des Fahrzeugs vorgebbar sind.
9. Fahrdynamik-Steuerungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfunktionen einen das Stationärverhalten beschreibenden Faktor und einen das (dynamische) Instationärverhalten beschreibenden Faktor enthalten.
10. Fahrdynamik-Steuerungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der das (dynamische) Instationär- verhalten beschreibenden Faktor der Übertragungsfunktionen durch ein Gleichungssystem nach Art einer Schwingungsgleichung beschrieben ist, das oder die als Größen u.a. die Bandbreite, einen Dämpfungsfaktor sowie die Nullstelle enthält.
11. Fahrdynamik-Steuerungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zielfahrverhalten des Fahrzeugs mittels physikalisch interpretierbarer Steller hinsichtlich Bandbreite, Dämpfung, Stationärverhalten und Nullstellen der Übertragungsfunktion zwischen einer Lenkwinkel-Vorgabe des Fahrers und dem Schwimmwinkel und/oder der Gierrate und/oder der Querbeschleunigung des Fahrzeugs einstellbar ist.
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