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DE102005037479B4 - Vehicle dynamics control system for a two-lane motor vehicle - Google Patents

Vehicle dynamics control system for a two-lane motor vehicle Download PDF

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DE102005037479B4
DE102005037479B4 DE102005037479.4A DE102005037479A DE102005037479B4 DE 102005037479 B4 DE102005037479 B4 DE 102005037479B4 DE 102005037479 A DE102005037479 A DE 102005037479A DE 102005037479 B4 DE102005037479 B4 DE 102005037479B4
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vehicle
dynamics
control system
behavior
freedom
Prior art date
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DE102005037479.4A
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Dr. Odenthal Dirk
Dr. Smakman Hendrikus
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Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

Fahrdynamik-Steuerungssystem für ein zweispuriges Kraftfahrzeug, dessen dynamisches Verhalten bezüglich einer Vorgabe des Fahrers in zumindest zwei Freiheitsgraden durch eine der Zahl der Freiheitsgrade entsprechende Anzahl von modellgestützt angesteuerten Aktuatoren, welche das Verhalten des Fahrzeugs hinsichtlich dieser Freiheitsgrade bestimmen, veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ansteuerung der Aktuatoren für die unterschiedlich einstellbaren Freiheitsgrade die Übertragungsfunktionen einer modellgestützten Vorsteuerung unabhängig voneinander auf unterschiedliche Werte eingestellt werden, wobei die Übertragungsfunktionen einen das Stationärverhalten des Fahrzeugs beschreibenden Faktor und einen das dynamische Instationärverhalten beschreibenden Faktor enthalten.Vehicle dynamics control system for a two-lane motor vehicle, the dynamic behavior with respect to a specification of the driver in at least two degrees of freedom by a number of degrees of freedom corresponding number of model-based controlled actuators, which determine the behavior of the vehicle with respect to these degrees of freedom, characterized in that in the activation of the actuators for the variably adjustable degrees of freedom, the transfer functions of a model-based precontrol are set independently of one another to different values, wherein the transfer functions include a factor describing the stationary behavior of the vehicle and a factor describing the dynamic transient behavior.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrdynamik-Steuerungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zum Stand der Technik wird beispielsweise auf die DE 691 08 480 T2 verwiesen, in der eine bestimmte Möglichkeit beschrieben ist, die Längsdynamik und die Querdynamik eines Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit voneinander zu steuern. Insbesondere jedoch beschreibt die DE 35 32 222 C2 ein nächstkommendes Fahrdynamik-Steuerungssystem.The invention relates to a vehicle dynamics control system according to the preamble of claim 1. The prior art is, for example, on the DE 691 08 480 T2 referenced, in which a certain way is described to control the longitudinal dynamics and the lateral dynamics of a motor vehicle in dependence on each other. In particular, however, describes the DE 35 32 222 C2 a closest vehicle dynamics control system.

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.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. Thus, 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 yawing 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 and on the rear axle of the vehicle by means of suitable Kupplungsansteuerungen. Also by individual wheel modulation of the brake pressure at the individual wheels, 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.

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.In the known prior art, at least in terms of the lateral dynamics and yaw dynamics of the vehicle usually a control, ie, a target-actual comparison, wherein it is ensured that a predetermined by the driver steering request is implemented in a suitable manner. In the German Offenlegungsschrift DE 102 36 734 A1 Furthermore, a method is described for guiding a multi-lane vehicle on a curved path, which in the form of a pre-control of two input variables, namely the driver-specified steering angle and the current vehicle speed, actuates two actuators, namely one of the steerable (front) wheels of the vehicle steering actuator and any suitable actuator, with which the longitudinal force distribution between the Fzg. wheels of the two Fzg.seiten is designed differently.

In der DE 35 32 222 C2 ist ein Lenksteuersystem beschrieben, welches Datensätze von zwei oder mehreren (sog.) Sollfahrzeugen einlesen kann, so dass der Fahrer je nach Wunsch zwischen verschiedenen Sollfahrzeugen wählen kann. Dieses bestimmt unter Berücksichtigung der Lenkvorgabe des Fahrers und der Fahrgeschwindigkeit einen Sollwert für die Gierdynamik und die Querdynamik. Hierfür wird eine Gruppe von Bewegungsgleichungen für ein Fahrzeugmodell gelöst, wobei Fahrzeugparameter (wie bspw. Trägheitsgiermoment, Radabstände, Lenksteifigkeit) verwendet werden, die den durch das Fahrzeugmodell bestimmten Sollwerten, so wie sie durch das Sollfahrzeug vorgegeben sind, entsprechen. Die Sollwerte der Fahrzeugparameter können gleich den Istwerten der Fahrzeugparameter des gesteuerten Fahrzeugs sein; alternativ kann sich das Sollfahrzeug vom gesteuerten Fahrzeug-Typ unterscheiden.In the DE 35 32 222 C2 a steering control system is described, which can read records of two or more (so-called) target vehicles, so that the driver can choose between different target vehicles as desired. This determines, taking into account the driver's steering input and the driving speed, a target value for the yaw dynamics and the lateral dynamics. For this purpose, a set of equations of motion for a vehicle model is solved using vehicle parameters (such as inertia yaw moment, wheel spacings, steering stiffness) that correspond to the setpoint values determined by the vehicle model, as predetermined by the target vehicle. The setpoint values of the vehicle parameters may be equal to the actual values of the vehicle parameters of the controlled vehicle; alternatively, the target vehicle may be different from the controlled vehicle type.

Mit der vorliegenden Erfindung soll 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.The present invention is a further improvement in terms of a feedforward control of the vehicle behavior to be shown (= task), although in the detailed embodiments analogous to the just mentioned prior art of a steering specification of the Fzg driver is assumed and therefore in particular the lateral dynamics and yaw dynamics of the vehicle is relevant, but the present invention is simply transferable to the other degrees of freedom of a two-lane motor vehicle, namely both on its longitudinal dynamics, as well as on the hub dynamics and / or the pitch dynamics and / or the rolling dynamics of Fzg. structure.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich mit den Merkmalen des Anspruchs 1; vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.The solution to this problem arises with the features of claim 1; advantageous developments are content of the dependent claims.

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. Stelleingriffsmöglichkeiten) 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.According to the invention can (again based on the example of steering by the driver, ie based on a steering angle specification and the affected transverse dynamics and yaw dynamics of the vehicle) via at least two independent actuators (or control capabilities) 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 can be set independently. Thus, if 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. Of course, however, such extreme conditions are not shown; However, it should be possible to be able to represent different proportions of yawing and transverse movement within reasonable limits in the example, and independently. Should be doing the vehicle with the illustrated yaw and transverse motion no longer be movable along the desired curved path, the driver can adjust his steering specification accordingly.

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.With a proposed vehicle dynamics control system, therefore, virtually any behavior of the vehicle can be represented, in particular by the fact that for at least two (the possible) degrees of freedom independently different responses to a specification of the driver can be set, via different transmission functions of a model-based Pilot control, which will be discussed in more detail later. In the prior art, however, no methods for the control engineering design of a vehicle dynamics control are known, which describe a systematic design of a control system for implementing, for example, a desired lateral dynamics and a desired yaw dynamics of a vehicle by means of a precontrol. For the rest, it is not the aim of the control systems on the market (eg in the case of ESP or so-called active steering of the applicant) to set the lateral dynamics and yaw dynamics independently of each other. Due to existing in the prior art restrictions this is due to the present controller structures and the objectives pursued practically not possible.

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).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 Fzg. Chassis. Thus, in addition to or alternatively to the lateral dynamics or yaw dynamics, 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. In principle, therefore, 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).

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.These transfer functions (or desired transfer functions) as well as the fact that it is a model-based feedforward control, characterizing features of claim 1. In this case, 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. Transition region for so-called tire saturation (the latter is the area in which despite increasing the wheel slip angle no further increase in Radseitenkraft can be achieved) by a linear Einspurmodell describe. However, it is primarily intended to be possible to set different values of the transfer functions for the linear range of the dynamic vehicle behavior.

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 = GY·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.A transfer function in the sense of the present explanation now describes the relationship between a variable predefined by the driver and the corresponding vehicle response thereto. So much simplified is the context Y = G Y · X, where X is the default of the driver, ie, for example, a default steering angle, Y the behavior of the vehicle thereon, so for example, the yaw rate and / or the slip angle and / or Transverse acceleration, and G Y the associated transfer function or transfer matrix or vector, according to the invention for at least two degrees of freedom, the transfer functions are adjustable to different values. (The sign "·" stands for a multiplication). In this case, the individual transmission functions preferably include a proportion or factor describing the stationary behavior of the vehicle and a proportion or factor describing the (dynamic) instationary behavior of the vehicle. The latter can be described by a system of equations in the manner of a vibration equation (or in other words by a vibration equation in a broader sense), as the characteristic quantities, at least in analogy to a vibration equation, inter alia, the vibration bandwidth or natural frequency, a damping factor and the Zero contains or may contain.

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 Stelleingriffsmöglichkeiten 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.As regards the 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. For influencing the roll dynamics, stroke dynamics and pitch dynamics, further actuators basically known to the person skilled in the art may be provided. In this case, 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. Is it in the degrees of freedom to be influenced (again, as always exemplified) to the lateral dynamics and the yaw dynamics of Vehicle, it is advantageous to assume a first possibility of intervention on the front axle and a second possibility of engagement on the rear axle, in each case either via the steering and / or the drive and / or brakes in any combination. In principle, although two Verstelling opportunities on a (common) axis can be used, but this is unfavorable from a practical point of view, since at tire saturation on this axis the actuating efficiency of both actuators would be lost, while in the case of distribution on two axes in the case of saturation of an axis at least the Actuating the actuator remains on the other axis. Furthermore, as a rule, the actuators of one axle influence one another. While in the linear region of the vehicle behavior preferably steering and / or Rad longitudinal forces applying actuators are used, in the (already mentioned above) transition area due to a realization of a longitudinal force distribution between the front and rear axle and / or an influence of the Vertical dynamics of the vehicle and ultimately on intervention in the power output or torque output of Fzg. Drive unit possible.

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.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. Alternatively or additionally, however, it is also possible for different transfer functions, which have an effect on at least two degrees of freedom, to 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.

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) Instationärverhalten 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.Returning again to the preferred example case, namely that a desired yaw rate and / or a desired slip angle and / or a desired lateral acceleration or desired transmission functions (or desired transmission behavior) for the yaw rate (dynamic and / or stationary ) and should be specifiable for the slip angle (dynamic and / or stationary), theoretically, a variety of parameters can be freely specified. If, for example, as already stated above, the transfer functions include a portion describing the stationary behavior of the vehicle and a portion describing the (dynamic) instationary behavior of the vehicle, the latter being able to be described by an oscillation equation in the broadest sense, which can be described as quantities u. a. 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. In each case for the front axle actuator and for the rear axle actuator then fall in each case for both the yaw rate and for the float angle 4 parameters, namely in each case the so-called. Stationary part and the three mentioned instationary shares.

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.It is quite possible that 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. For example, 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.

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.However, it may well be that a free selectability for all parameters in reality is not feasible at all, because, for example, the respective actuator can not follow a corresponding specification, for example because its dynamics are insufficient (in terms of bandwidth or because of rate limitation) and / or because the required body energy is too high. Therefore, it is proposed to make the specification of the mentioned parameters relative to the passive driving behavior. This results in a simple intuitive parameterization, for example, if a specification in a percentage change to the behavior of a conventional, uncontrollable driving behavior of the vehicle can be made. If the requirement is moderate (eg 10% change), the respective actuator will not be overwhelmed.

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 Einspurmodell 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.In the context of this, therefore, the conventional driving behavior in the linear range and transition range can first be identified. In this case, either the data for the linear single-track model can be determined once by means of identification and from this the equivalent parameters or characteristic maps can be calculated which are required for the definition of the transfer functions. However, it is also possible to directly identify courses of these parameters over the driving speed (and / or over the predetermined steering angle and / or over the steering angle speed or the like) in driving tests. Subsequently, 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 are changeable). For a reduction in complexity, it may be useful to group together those parameters that describe the dynamic portion of the transfer functions, each in a "rotary knob", ie. H. Coming back to the already mentioned oscillation equations analogy only provide one knob for the bandwidth or for the damping or for the zeros.

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.A proposed vehicle dynamics control system is quite combinable or compatible with existing methods for longitudinal dynamics compensation, d. H. a compensation of the longitudinal dynamics influences on the lateral dynamics and the yaw dynamics is simultaneously possible when controlling at least two actuators. Furthermore, a combination with conventional driving stabilization regulations or yaw rate regulations is simply possible. Advantageously, an interpretation of the proposed feedforward control with different controller structures is possible, so for example. Via inverse model feedforward or 2DOF structure (= two degrees of freedom) or P / PID controller or a controlled pilot model, each stationary and / or dynamic. It is also possible to use compensation for the actuator dynamics via inverse models (linear, nonlinear) or other structures (controlled feedforward control, 2DOF structure, PID controller), if the actuator dynamics (for example with regard to bandwidth and setting rate) are not sufficiently fast, It should also be noted that quite a variety of details may deviate from the above explanations, without departing from the content of the claims.

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 Aktuatordynamiken 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.Basically (based on the repeatedly mentioned preferred application) allows 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, attenuation, 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. In principle, any transverse dynamics and yaw dynamics (as a function of the actuator dynamics and setting rate limitations) can be impressed on 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 if there is sufficient actuator dynamics). By means of this function, a differentiation of the driving behavior can be carried out by using different parameterizations, in the simplest case in the form of a so-called driving dynamics switch. A free specification of the lateral dynamics and the yaw dynamics thereby causes a freely definable lateral and yaw behavior in the linear region and in the transition region of the tires, a forward-looking stabilization by precontrol, the avoidance of driver-induced vibrations, easier controllability of the vehicle by increasing the linear range and an increased stability reserve.

Claims (9)

Fahrdynamik-Steuerungssystem für ein zweispuriges Kraftfahrzeug, dessen dynamisches Verhalten bezüglich einer Vorgabe des Fahrers in zumindest zwei Freiheitsgraden durch eine der Zahl der Freiheitsgrade entsprechende Anzahl von modellgestützt angesteuerten Aktuatoren, welche das Verhalten des Fahrzeugs hinsichtlich dieser Freiheitsgrade bestimmen, veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ansteuerung der Aktuatoren für die unterschiedlich einstellbaren Freiheitsgrade die Übertragungsfunktionen einer modellgestützten Vorsteuerung unabhängig voneinander auf unterschiedliche Werte eingestellt werden, wobei die Übertragungsfunktionen einen das Stationärverhalten des Fahrzeugs beschreibenden Faktor und einen das dynamische Instationärverhalten beschreibenden Faktor enthalten.Driving dynamics control system for a two-track vehicle whose dynamic behavior corresponding number of model-based controlled actuators which determine the behavior of the vehicle with respect to these degrees of freedom can be changed with respect to a specification of the driver in at least two degrees of freedom by the number of degrees of freedom, characterized, in that in the activation of the actuators for the variably adjustable degrees of freedom, the transfer functions of a model-based precontrol are set independently of one another to different values, wherein the transfer functions include a factor describing the stationary behavior of the vehicle and a factor describing the dynamic transient behavior. Fahrdynamik-Steuerungssystem nach Anspruch 1, wobei unterschiedliche Übertragungsfunktionen für zumindest zwei Freiheitsgrade in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit und/oder vom vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel und/oder von der vorgegebenen Lenkwinkelgeschwindigkeit vorgegeben werden.Vehicle dynamics control system according to claim 1, wherein different transfer functions for at least two degrees of freedom as a function of the driving speed and / or predetermined by the driver steering angle and / or the predetermined steering angle speed are specified. Fahrdynamik-Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die unterschiedlichen Übertragungsfunktionen, die auf zumindest zwei Freiheitsgrade Auswirkung haben, unter Angabe des Verhältnisses zum konventionellen, nicht beeinflussbaren Fahrverhalten des Fahrzeugs vorgebbar sind.Vehicle dynamics control system according to claim 1 or 2, wherein the different transfer functions, which have an effect on at least two degrees of freedom, are specifiable by stating the ratio to the conventional, uncontrollable driving behavior of the vehicle. Fahrdynamik-Steuerungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die unterschiedlich darstellbaren Fahrzeug-Reaktionen auf eine Vorgabe des Fahrers die Querdynamik und/oder Gierdynamik und/oder Längsdynamik des Fahrzeugs betreffen. Vehicle dynamics control system according to one of the preceding claims, wherein the different representable vehicle reactions to a specification of the driver relate to the lateral dynamics and / or yaw dynamics and / or longitudinal dynamics of the vehicle. Fahrdynamik-Steuerungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die unterschiedlich darstellbaren Fahrzeug-Reaktionen auf eine Vorgabe des Fahrers die Hubdynamik und/oder die Nickdynamik und/oder die Wankdynamik des Fahrzeug-Aufbaus betreffen.Vehicle dynamics control system according to one of the preceding claims, wherein the different representable vehicle responses to a specification of the driver affect the stroke dynamics and / or the pitch dynamics and / or the roll dynamics of the vehicle body. Fahrdynamik-Steuerungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der das dynamische Instationärverhalten beschreibende 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.Vehicle dynamics control system according to one of the preceding claims, wherein the dynamic transient behavior describing factor of the transfer functions is described by a system of equations in the manner of a vibration equation, the or as sizes u. a. contains the bandwidth, a damping factor and the zero point. Fahrdynamik-Steuerungssystem nach Anspruch 6, wobei 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.Vehicle dynamics control system according to claim 6, wherein 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 function between a steering angle specification of the driver and the slip angle and / or the yaw rate and / or the lateral acceleration of the vehicle is adjustable , Fahrdynamik-Steuerungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei einer der Aktuatoren an der Vorderachse des Fahrzeugs und ein anderer an der Hinterachse des Fahrzeugs wirksam ist.Vehicle dynamics control system according to one of the preceding claims, wherein one of the actuators on the front axle of the vehicle and another on the rear axle of the vehicle is effective. Fahrdynamik-Steuerungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei 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.Vehicle dynamics control system according to one of the preceding claims, wherein actuators for adjusting wheel steering angles on the front axle and / or rear axle are provided and / or actuators for applying different longitudinal wheel forces on the two sides of an axle or the vehicle.
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