WO2008138667A1 - Fahrdynamikregler mit reduzierter sensorik - Google Patents

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WO2008138667A1
WO2008138667A1 PCT/EP2008/053319 EP2008053319W WO2008138667A1 WO 2008138667 A1 WO2008138667 A1 WO 2008138667A1 EP 2008053319 W EP2008053319 W EP 2008053319W WO 2008138667 A1 WO2008138667 A1 WO 2008138667A1
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vehicle
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Gerald Graf
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Robert Bosch Gmbh
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    • B60T2270/30—ESP control system
    • B60T2270/313—ESP control system with less than three sensors (yaw rate, steering angle, lateral acceleration)

Definitions

  • the invention relates to a method for carrying out a vehicle dynamics control in motor vehicles according to the preamble of patent claim 1, as well as a control device with a driving dynamics controller according to the preamble of patent claim 11.
  • Known driving dynamics controller serve the driver in critical driving situations, such. As in oversteer or understeer of the vehicle to assist and stabilize the vehicle.
  • Known from the prior art systems such. As ESP or DSC, usually regulate the yaw rate and / or the slip angle of the vehicle. If the control deviation is too high, the control usually intervenes in the vehicle operation by means of automatic, wheel-specific brake interventions.
  • Other systems use an active steering system or an engine control unit as an actuator to influence drivability.
  • a fundamental goal of the control is to generate a yaw moment about the vertical axis of the vehicle, which counteracts the current yaw moment of the vehicle and thus stabilizes the vehicle.
  • Conventional regulators usually include a yaw rate sensor, a
  • Transverse acceleration sensor a steering angle sensor and wheel speed sensors from whose signals a setpoint is calculated. If the controlled variable - usually the yaw rate or the slip angle of the vehicle - deviates too far from the nominal value, the system intervenes in the driving mode.
  • a disadvantage of the known controller is that relatively many sensors are needed to calculate the setpoint.
  • the Applicant has already proposed a vehicle dynamics controller that does not require a yaw rate sensor.
  • the vehicle yaw rate in this case is estimated from the wheel speeds.
  • this system has the limitation that during a slip control, as z. B. occurs in the context of an ABS process, the yaw rate can be estimated only very inaccurate, since the wheels partially block and not roll freely.
  • An essential aspect of the invention is to provide a driving dynamics controller, which calculates a target value for the yaw behavior of the vehicle, in particular the slip angle gradient or a yaw rate, without taking into account the steering angle (or a proportional angle).
  • a driving dynamics controller which calculates a target value for the yaw behavior of the vehicle, in particular the slip angle gradient or a yaw rate, without taking into account the steering angle (or a proportional angle).
  • the steering angle sensor can be saved and the overall system can be simplified accordingly.
  • Floating angle gradient is the controlled variable of the control.
  • the current slip angle gradient in this case is preferably calculated from the current measured yaw rate, the lateral acceleration and the vehicle speed.
  • the yaw rate and the lateral acceleration are measured by means of corresponding sensors.
  • the vehicle speed is estimated from the measured wheel speeds.
  • the float angle gradient dß / dt can z. B. be calculated according to the following relationship:
  • Vx a y is the lateral acceleration
  • V x the vehicle longitudinal speed
  • ⁇ the gradient of the yaw rate
  • the controller may become active if the float angle gradient d ⁇ / dt exceeds a predetermined value.
  • the actual slip angle of the vehicle can be estimated.
  • the float angle gradient d ⁇ / dt is preferably integrated, where:
  • the parameter k is a factor ⁇ 1 (forgetting factor), the parameter h the sampling rate of the system and the index k the time step value.
  • the driving dynamics control preferably intervenes in the driving operation when the Wegwinkelgradientß exceeds a predetermined threshold and also has the same sign as the estimated slip angle ß.
  • the current yaw rate forms the controlled variable of the vehicle controller.
  • a threshold ⁇ max for the yaw rate ⁇ is calculated. When the maximum threshold ⁇ max is exceeded, stabilization intervention is made by the controller.
  • the maximum threshold value ⁇ max can be calculated, for example, as follows: First, the signals of a lateral acceleration sensor, yaw rate sensor, the wheel speed sensors and a brake pressure sensor, as well as from the drive torque provided by the engine control unit become the current
  • the driving dynamics controller according to the invention is preferably integrated in a control unit as software.
  • Fig. 1 is a schematic block diagram of a vehicle dynamics control system
  • Fig. 2b is a heavily oversteering vehicle.
  • Block 1 shows a schematic circuit diagram of a vehicle dynamics control system, which essentially has a control unit 1 with an integrated controller 9.
  • the overall system further comprises a sensor system with the aid of which the actual behavior of the vehicle can be determined.
  • Block 2 denotes a yaw rate sensor, block 3 a lateral acceleration sensor, block 4 the wheel speed sensors, and block 5 a brake pressure sensor.
  • the controller 9 can intervene in the driving mode by means of various actuators, which are combined in a block 10.
  • the wheel brakes 6 are preferably operated. Alternatively, however, an intervention in an electric steering 7 and / or the engine control can take place.
  • the controller 9 regulates the Wegwinkelgradienten ß of the vehicle.
  • the current slip angle gradient ⁇ is calculated by means of the above-mentioned equation (1) from the current yaw rate ⁇ , lateral acceleration a y and the vehicle speed V x .
  • the actual slip angle ⁇ is estimated according to equation (2) above.
  • a stabilization intervention takes place.
  • a desired slip is preferably given to individual wheel brakes, which is set by a slip control.
  • a desired braking torque is set at individual wheel brakes, which is set by a brake controller.
  • Vehicle dynamics controller 9 the yaw rate ⁇ of the vehicle.
  • a maximum value ⁇ max is calculated in accordance with the above equation (3).
  • Fig. 2a shows a vehicle with stable cornering. It can be seen that the float angle ß is relatively small. The vehicle dynamics controller 9 does not trigger in this case. In Fig. 2b, a vehicle is shown, which greatly overrides. The slip angle ß is correspondingly larger than in Fig. 2a. In this case, the vehicle dynamics controller 9 triggers and causes a supportive yaw moment about the vertical axis of the vehicle, which counteracts the current yaw moment of the vehicle. The vehicle is thus quickly stabilized again.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer Fahrdynamikregelung bei Kraftfahrzeugen. Gemäß der Erfindung berechnet der Regler (9) eine das Gierverhalten des Fahrzeugs beschreibende Größe, wie beispielsweise einen Schwimmwinkelgradienten, ohne Berücksichtigung des Lenkwinkels. Dadurch kann das Gesamtsystem besonders einfach und kostengünstig realisiert werden.

Description

Beschreibung
Titel
Fahrdynamikreqler mit reduzierter Sensorik
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer Fahrdynamikregelung bei Kraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 , sowie ein Steuergerät mit einem Fahrdynamikregler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.
Bekannte Fahrdynamikregler dienen dazu, den Fahrer in kritischen Fahrsituationen, wie z. B. beim Über- oder Untersteuern des Fahrzeugs, zu unterstützen und das Fahrzeug zu stabilisieren. Aus dem Stand der Technik bekannte Systeme, wie z. B. ESP oder DSC, regeln meist die Gierrate und/oder den Schwimmwinkel des Fahrzeugs. Bei einer zu hohen Regelabweichung greift die Regelung meist durch automatische, radindividuelle Bremseingriffe in den Fahrbetrieb ein. Andere Systeme nutzen ein aktives Lenksystem oder ein Motor- Steuergerät als Stellglied, um das Fahrverhalten zu beeinflussen. Ein grundsätzliches Ziel der Regelung ist es dabei, ein Giermoment um die Hochachse des Fahrzeugs zu erzeugen, das dem aktuellen Giermoment des Fahrzeugs entgegenwirkt und das Fahrzeug somit stabilisiert.
Herkömmliche Regler umfassen üblicherweise einen Gierratensensor, einen
Querbeschleunigungssensor, einen Lenkwinkelsensor und Raddrehzahlsensoren, aus deren Signalen ein Sollwert berechnet wird. Wenn die Regelgröße - meist die Gierrate oder der Schwimmwinkel des Fahrzeugs - zu weit vom Sollwert abweicht, greift das System in den Fahrbetrieb ein. Ein Nachteil der bekannten Regler besteht darin, dass relativ viele Sensoren benötigt werden, um den Sollwert zu berechnen. Um die Anzahl der Sensoren zu verringern, wurde von der Anmelderin bereits ein Fahrdynamikregler vorgeschlagen, der ohne Gierratensensor auskommt. Die Fahrzeug-Gierrate wird in diesem Fall aus den Raddrehzahlen geschätzt. Dieses System hat jedoch die Einschränkung, dass während einer Schlupfregelung, wie sie z. B. im Rahmen eines ABS-Vorgangs auftritt, die Gierrate nur sehr ungenau geschätzt werden kann, da die Räder teilweise blockieren und nicht frei rollen.
Offenbarung der Erfindung
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrdynamikregelungssystem mit reduzierter Sensorik zu schaffen, das insbesondere auch während einer Bremsschlupfregelung hinreichend gut funktioniert.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patenanspruch 1 sowie im Patentanspruch 11 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, einen Fahrdynamikregler zu schaffen, der eine Sollgröße für das Gierverhalten des Fahrzeugs, insbesondere den Schwimmwinkelgradienten oder eine Gierrate, ohne Berücksichtigung des Lenkwinkels (oder eines proportionalen Winkels) berechnet. Somit kann der Lenkwinkelsensor eingespart und das Gesamtsystem entsprechend vereinfacht werden.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung bildet der
Schwimmwinkelgradient die Regelgröße der Regelung. Der aktuelle Schwimmwinkelgradient wird in diesem Fall vorzugsweise aus der aktuellen, gemessenen Gierrate, der Querbeschleunigung und der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet. Die Gierrate und die Querbeschleunigung werden mittels entsprechender Sensoren gemessen. Die Fahrzeuggeschwindigkeit wird anhand der gemessenen Rad-Drehzahlen geschätzt.
Der Schwimmwinkelgradient dß/dt kann z. B. gemäß folgender Beziehung berechnet werden:
ß = ^ - ψ . (1 )
Vx Dabei ist aydie Querbeschleunigung, Vx die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und ψ der Gradient der Gierrate.
Der Regler kann beispielsweise aktiv werden, wenn der Schwimmwinkelgradient dß/dt einen vorgegebenen Wert übersteigt. Um die Regelung robuster zu machen, kann zusätzlich der tatsächliche Schwimmwinkel des Fahrzeugs geschätzt werden. Hierzu wird vorzugsweise der Schwimmwinkelgradient dß/dt integriert, wobei gilt:
Figure imgf000005_0001
Dabei ist der Parameter k ein Faktor < 1 (Vergessfaktor), der Parameter h die Abtastrate des Systems und der Index k der Zeitschrittwert.
In diesem Fall greift die Fahrdynamikregelung vorzugsweise in den Fahrbetrieb ein, wenn der Schwimmwinkelgradientß einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet und außerdem das gleiche Vorzeichen aufweist wie der geschätzte Schwimmwinkel ß.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung bildet die aktuelle Gierrate die Regelgröße des Fahrzeugreglers. In diesem Fall wird aus verschiedenen anderen Messgrößen, ohne Berücksichtigung des Lenkwinkels, z. B. ein Schwellenwert ψmax für die Gierrate ψ berechnet. Wenn der maximale Schwellenwert ψmax überschritten wird, erfolgt ein Stabilisierungseingriff durch den Regler.
Der maximale Schwellenwert ψmax kann beispielsweise wie folgt berechnet werden: Zunächst wird aus den Signalen eines Querbeschleunigungssensors, Gierratensensors, der Rad-Drehzahlsensoren und eine Bremsdrucksensors, sowie aus dem vom Motorsteuergerät bereitgestellten Antriebsmoment der aktuelle
Fahrbahnreibwert μest geschätzt. Diese Schätzung ist aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Der Schwellenwert ψmax wird dann z. B. aus folgender
Gleichung berechnet:
Figure imgf000006_0001
wobei k ein Aufweitungsfaktor, μest der geschätzte Fahrbahnreibwert und Vx die aus den Raddrehzahlen berechnete Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Zusätzlich zur gemessenen Gierrate ψ kann im Rahmen der Regelung, insbesondere zur
Bestimmung der Stärke und des Zeitpunkts eines Stabilisierungseingriffs, auch noch der Gradient der Gierrate berücksichtigt werden.
Der erfindungsgemäße Fahrdynamikregler ist in einem Steuergerät vorzugsweise als Software integriert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Fahrdynamikregelungssystems;
Fig. 2a ein Fahrzeug bei stabiler Kurvenfahrt; und
Fig. 2b ein stark übersteuerndes Fahrzeug.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Fahrdynamikregelungssystems, das im Wesentlichen ein Steuergerät 1 mit einem integrierten Regler 9 aufweist. Das Gesamtsystem umfasst ferner eine Sensorik, mit deren Hilfe das Ist-Verhalten des Fahrzeugs bestimmt werden kann. Dabei bezeichnet der Block 2 einen Gierratensensor, Block 3 einen Querbeschleunigungssensor, Block 4 die Raddrehzahlsensoren und Block 5 einen Bremsdrucksensor.
Im Falle einer kritischen Fahrsituation, in der das Fahrzeug beispielsweise übersteuert, kann der Regler 9 mittels verschiedener Aktuatoren, die in einem Block 10 zusammengefasst sind, in den Fahrbetrieb eingreifen. Im Rahmen der Erfindung werden vorzugsweise die Radbremsen 6 betätigt. Wahlweise kann aber auch ein Eingriff in eine elektrische Lenkung 7 und/oder die Motorsteuerung erfolgen.
Im Folgenden werden zwei Ausführungsformen des Reglers 9 näher beschrieben, die alternativ realisiert werden können. Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung regelt der Regler 9 den Schwimmwinkelgradienten ß des Fahrzeugs.
Der aktuelle Schwimmwinkelgradient ß wird dabei mittels vorstehend genannter Gleichung (1 ) aus der aktuellen Gierrateψ , Querbeschleunigung ay und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vx berechnet. Zusätzlich wird der tatsächliche Schwimmwinkel ß gemäß vorstehender Gleichung (2) geschätzt.
Wenn der Schwimmwinkelgradient ß einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet und ein gleiches Vorzeichen aufweist, wie der gemäß Gleichung (2) berechnete Schwimmwinkel ß, erfolgt ein Stabilisierungseingriff. Dabei wird vorzugsweise an einzelnen Radbremsen ein Sollschlupf vorgegeben, der von einem Schlupfregler eingestellt wird. Alternativ wird an einzelnen Radbremsen ein Soll-Bremsmoment vorgegeben, das von einem Bremsregler eingestellt wird.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung regelt der
Fahrdynamikregler 9 die Gierrate ψ des Fahrzeugs. In diesem Fall wird aus einem geschätzten Fahrbahnreibwert μest und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vx ein Maximalwert ψmax gemäß vorstehender Gleichung (3) berechnet.
Wenn die gemessene Gierrate ψ den Maximalwert ψmax überschreitet, wird ein Stabilisierungseingriff ausgelöst. Um Fehlauslösungen zu minimieren, wird dabei gleichzeitig der Gradient der Gierrate berücksichtigt.
Fig. 2a zeigt ein Fahrzeug bei stabiler Kurvenfahrt. Dabei ist zu erkennen, dass der Schwimmwinkel ß relativ klein ist. Der Fahrdynamikregler 9 löst in diesem Fall nicht aus. In Fig. 2b ist ein Fahrzeug dargestellt, das stark übersteuert. Der Schwimmwinkel ß ist entsprechend größer als in Fig. 2a. In diesem Fall löst der Fahrdynamikregler 9 aus und bewirkt ein unterstützendes Giermoment um die Hochachse des Fahrzeugs, das dem aktuellen Giermoment des Fahrzeugs entgegenwirkt. Das Fahrzeug wird somit schnell wieder stabilisiert.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Durchführen einer Fahrdynamikregelung bei Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler eine Sollgröße für das Gierverhalten des Fahrzeugs, wie beispielsweise ein Schwimmwinkelgradient (dß/dt) oder eine Gierrate (ψmax ), ohne Berücksichtigung des Lenkwinkels (δ) berechnet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Gierrate (ψ), die Querbeschleunigung (ay) und die Fahrzeuggeschwindigkeit (vx) ermittelt und daraus ein Schwimmwinkelgradient (dß/dt) berechnet wird, der die Regelgröße der Regelung bildet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gierrate (ψ) mittels eines Gierratensensors (2) und die Querbeschleunigung (ay) mittels eines Querbeschleunigungssensors (3) gemessen, und die Fahrzeuggeschwindigkeit (vx) aus den Raddrehzahlen (n) geschätzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmwinkelgradient (dß/dt) gemäß folgender Beziehung berechnet wird:
ß = - - ψ
Vx
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich der tatsächliche Schwimmwinkel (ß) geschätzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der tatsächliche Schwimmwinkel gemäß folgender Beziehung geschätzt wird:
Figure imgf000009_0001
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regeleingriff erfolgt, wenn der Schwimmwinkelgradient (dß/dt) größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert und der geschätzte Schwimmwinkel (ß) das gleiche Vorzeichen hat, wie der Schwimmwinkelgradient (dß/dt).
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle
Reibwert (μest) und die Fahrzeuggeschwindigkeit (vx) geschätzt werden und daraus ein Schwellenwert (ψmax ) für die Gierrate (ψ) des Fahrzeugs berechnet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert (ψmax ) gemäß folgender Beziehung berechnet wird:
Figure imgf000010_0001
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur
Bestimmung des Zeitpunkts und/oder der Stärke des Regeleingriffs der Gierratengradient (ψ) berücksichtigt wird.
11. Steuergerät, umfassend Mittel zum Durchführen eines der vorstehend beanspruchten Verfahren.
PCT/EP2008/053319 2007-05-14 2008-03-19 Fahrdynamikregler mit reduzierter sensorik WO2008138667A1 (de)

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