DE19704954A1 - Wheel rotation signal detection for motor vehicle - Google Patents
Wheel rotation signal detection for motor vehicleInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Raddrehzahlsignales unter Verwendung eines Sensorsignales, mit dem die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rades relativ zu einem Bezugspunkt des Radträgers ermittelt wird.The invention relates to a method for determining a wheel speed signal Use of a sensor signal with which the rotational speed of the wheel is determined relative to a reference point of the wheel carrier.
Ein derartiges Verfahren wird vielfach eingesetzt in Kraftfahrzeugen, in denen die Raddrehgeschwindigkeit bzw. der Radschlupf als Eingangsgröße verwendet wird, um mittels einer Regelung auf das Fahrzeug einzuwirken. Zu derartigen Systemen gehören beispielsweise Antiblockiersysteme, mit denen der Bremsdruck zumindest einzelner Räder abgebaut wird, wenn das jeweilige Rad bei einem Bremsvorgang zum Blockieren neigt. Ebenso gehören dazu beispielsweise auch Antriebsschlupfregelsysteme, mit denen bei einem Beschleunigungsvorgang das Durchdrehen der Antriebsräder verhindert werden soll. Es ist in diesem Zusammenhang bekannt, das Motormoment zu reduzieren, wenn die Antriebsräder beider Fahrzeugseiten zum Durchdrehen neigen oder auch das entsprechende Antriebsrad durch einen aktiven Bremseneingriff abzubremsen, wenn nur ein Antriebsrad einer Fahrzeugseite zum Durchdrehen neigt. Neuerdings gehören zu derartigen Systemen auch solche Systeme, bei denen das Fahrzeug beispielsweise durch einen aktiven Bremseneingriff an einzelnen Rädern stabilisiert wird, wenn das Fahrzeug zum Schleudern neigt. Es ist auch bekannt, eine zuschaltbare Differentialsperre und/oder einen zuschaltbaren Allradantrieb in Abhängigkeit von den Raddrehzahlen selbsttätig zu schalten. Es ist zu erwarten, daß die Bedeutung dieser Signale bei Systemen zukünftiger Entwicklung noch zunimmt.Such a method is widely used in motor vehicles in which the Wheel rotation speed or the wheel slip is used as an input variable by means of a regulation to affect the vehicle. Such systems include, for example Anti-lock braking systems with which the brake pressure is reduced at least for individual wheels, if the respective wheel tends to lock up during braking. They also belong to it for example, traction control systems with which one Accelerating the spinning of the drive wheels should be prevented. It is in In this context, it is known to reduce the engine torque when the drive wheels both sides of the vehicle tend to spin or the corresponding drive wheel to brake by an active brake intervention, if only one drive wheel one Vehicle side tends to spin. Such systems have recently also been added systems in which the vehicle is engaged, for example, by active brake intervention is stabilized on individual wheels when the vehicle tends to skid. It is also known, a switchable differential lock and / or a switchable all-wheel drive in Switch automatically depending on the wheel speeds. It is expected that the Significance of these signals in systems of future development is still increasing.
Nach dem Stand der Technik wird das Raddrehzahlsignal gewonnen aus einem Sensor, wobei an dem Radträger ein Teil des Sensors angebracht ist und an dem Rad beispielsweise ein Zahnkranz. Bei einer Drehung des Zahnkranzes gegenüber dem an dem Radträger angebrachten Teil des Sensors erfolgt eine induktive Auswertung, indem das Zeitintervall bestimmt wird zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen des an dem Sensor vorbeidrehenden Zahnkranzes.According to the prior art, the wheel speed signal is obtained from a sensor, wherein a part of the sensor is attached to the wheel carrier and, for example, a to the wheel Sprocket. When the ring gear rotates relative to that on the wheel carrier attached part of the sensor an inductive evaluation takes place by the time interval it is determined between two successive pulses of the sensor rotating sprocket.
Zur Bestimmung des Radschlupfes wird dabei die Raddrehzahl des Rades in Beziehung gebracht zu der Raddrehzahl, die sich bei der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit bei einem frei drehenden Rad einstellen würde. To determine the wheel slip, the wheel speed of the wheel is related brought to the wheel speed, which at the current vehicle speed would set a freely rotating wheel.
Es wird also üblicherweise die Differenz der (fiktiv ermittelten) Raddrehzahl des frei drehenden Rades und der ermittelten Raddrehzahl gebildet und durch die (fiktiv ermittelte) Raddrehzahl dividiert. Die Raddrehzahl des frei drehenden Rades wird dabei beispielsweise gewonnen, indem ein Rad als Bezugsrad definiert wird. Indem dieses Bezugsrad dann zumindest zeitweise ungebremst dreht, wird dessen Raddrehzahl als fiktiv ermittelte Raddrehzahl des frei drehenden Rades verwendet.So it is usually the difference between the (fictitiously determined) wheel speed of the free rotating wheel and the determined wheel speed and by the (fictitiously determined) Divided wheel speed. The wheel speed of the freely rotating wheel is, for example won by defining a wheel as the reference wheel. By this reference wheel then rotates at least temporarily without braking, its wheel speed is determined as fictitious Wheel speed of the freely rotating wheel used.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine genauere Bestimmung der Raddrehzahl sowie des Radschlupfes zu ermöglichen.It is an object of the present invention to determine the wheel speed more precisely as well as the wheel slip.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem das Raddrehzahlsignal gewonnen wird, indem bei der Auswertung des Sensorsignales eine Relativbewegung zwischen dem Radaufhängungspunkt und dem Fahrzeug berücksichtigt wird.According to the invention, this object is achieved in that the wheel speed signal is obtained, by making a relative movement between the Suspension point and the vehicle is taken into account.
Es hat sich dabei insbesondere bei einem geringeren Radschlupf gezeigt, daß die Genauigkeit bei der Bestimmung des Radschlupfes verbessert wird, wenn zur Bestimmung des Radschlupfes ein entsprechend korrigiertes Raddrehzahlsignal verwendet wird.It has been shown that the accuracy, in particular with a smaller wheel slip in determining the wheel slip is improved when determining the Wheel slip an appropriately corrected wheel speed signal is used.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung (siehe Anspruch 7) kann eine weitere Verbesserung erzielt werden, wenn zusätzlich die Relativbewegung zwischen Reifengürtel bzw dem Radaufstandspunkt und Radmittelpunkt berücksichtigt wird.In a particularly advantageous embodiment (see claim 7), another Improvement can be achieved if in addition the relative movement between tire belts or the wheel contact point and wheel center point is taken into account.
Bei der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 2 wird das Raddrehzahlsignal gewonnen, indem ein Einfedern des Fahrzeugrades berücksichtigt wird.In the embodiment of the method according to claim 2, the wheel speed signal won by taking into account the deflection of the vehicle wheel.
Dies wirkt sich hinsichtlich der Genauigkeit besonders dann vorteilhaft aus, wenn sich der Radschlupf in einem Bereich befindet, in dem die maximale Bremskraft vom Rad auf die Straße übertragen wird. Es kommt dann nämlich infolge der Fahrzeugverzögerung zu einer Nickbewegung des Fahrzeuges, die zu Verschiebungen der Radlastverteilungen führt. Infolge dieser Lastverschiebung und der sich ändernden Belastung der einzelnen Räder ändern sich die Radien der Fahrzeugräder, d. h. der Abstand des Radaufstandspunktes vom Radmittelpunkt. Wegen der dynamischen Änderung dieses Radradius ändert sich auch die Umfangsgeschwindigkeit dieses Rades.With regard to accuracy, this has a particularly advantageous effect if the Wheel slip is in an area where the maximum braking force from the wheel to the Road is transmitted. This is because of the vehicle deceleration Nodding movement of the vehicle, which leads to shifts in the wheel load distributions. As a result this load shift and the changing load on the individual wheels change the radii of the vehicle wheels, d. H. the distance of the wheel contact point from Wheel center. Because of the dynamic change in this wheel radius, the Peripheral speed of this wheel.
Bei der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 3 wird das Raddrehzahlsignal gewonnen, indem zu der durch den Sensor ermittelten Umdrehungsgeschwindigkeit des Rades relativ zum Radträger ein Term addiert wird, der proportional ist zur Geschwindigkeit des Radmittelpunktes relativ zum Fahrzeug in horizontaler Richtung und umgekehrt proportional zur Federbeinlänge.In the embodiment of the method according to claim 3, the wheel speed signal obtained by adding to the rotational speed of the wheel determined by the sensor a term is added relative to the wheel carrier which is proportional to the speed of the Wheel center point relative to the vehicle in the horizontal direction and inversely proportional to the strut length.
Dadurch zeigt sich, daß die Berücksichtigung der entsprechenden Größen in einfacher Weise durchgeführt werden kann.This shows that the consideration of the appropriate sizes in a simple manner can be carried out.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 4 wird das Raddrehzahlsignal gewonnen, indem bei der Auswertung der durch den Sensor ermittelten Umdrehungsgeschwindigkeit des Rades relativ zum Radträger als weitere Größen der Bremsdruck und der Einfederweg des Rades bzw. diesen weiteren Größen entsprechende andere Größen berücksichtigt werden.In the method according to claim 4, the wheel speed signal is obtained by the Evaluation of the rotational speed of the wheel determined by the sensor relative to the wheel carrier as further variables the brake pressure and the spring deflection of the wheel or other sizes corresponding to these further sizes are taken into account.
Dabei zeigt sich, daß die entsprechend aufwendiger meßbaren Größen mittels dieser einfachen meßbaren Größen ermittelt werden können. Es kann also aus diesen meßbaren Größen ein verbessertes Raddrehzahlsignal ermittelt werden.It shows that the correspondingly more complex measurable quantities by means of these simple measurable sizes can be determined. So it can be made from these measurable sizes improved wheel speed signal can be determined.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 5 wird aus dem Raddrehzahlsignal unter Berücksichtigung einem veränderlichen Abstandes des Radaufstandspunktes vom Radmittelpunkt ein die Umfangsgeschwindigkeit des Rades repräsentierendes Signal gewonnen bzw. aus der Umfangsgeschwindigkeit des Rades unter Berücksichtigung eines veränderlichen Abstandes des Radaufstandspunktes vom Radmittelpunkt ein die Raddrehzahl repräsentierendes Signal, wobei bei dem veränderlichen Abstand eine Vertikalbewegung des Rades und/oder Unebenheiten der Fahrbahn berücksichtigt werden.In the method according to claim 5 is taken into account from the wheel speed signal a variable distance of the wheel contact point from the wheel center Circumferential speed of the wheel signal obtained or from the Circumferential speed of the wheel taking into account a variable distance a signal representing the wheel speed of the wheel contact point from the wheel center, with the variable distance a vertical movement of the wheel and / or Bumps in the road are taken into account.
Die Vertikalbewegung des Rades kann dabei in vergleichsweise einfacher Form mittels des Einfederweges sowie verschiedener Kennlinien durch eine Differentialgleichung ermittelt werden. Unebenheiten der Fahrbahn können beispielsweise durch einen geeignet montierten Infrarot-Abstandssensor erfaßt werden.The vertical movement of the wheel can be done in a comparatively simple form by means of the Travel and various characteristic curves determined by a differential equation will. Bumps in the roadway can be caused, for example, by a suitably mounted Infrared distance sensor can be detected.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 6 wird der veränderliche Abstand berücksichtigt, indem zu einem mittleren Wert des Abstandes des Radaufstandspunktes vom Radmittelpunkt eine vertikale Auslenkung des Radmittelpunktes addiert und/oder vertikale Komponenten von Fahrbahnunebenheiten subtrahiert werden.In the method according to claim 6, the variable distance is taken into account by an average value of the distance of the wheel contact point from the center of the wheel vertical deflection of the wheel center added and / or vertical components of Uneven road surfaces are subtracted.
Dadurch können die Parameter in vergleichsweise einfacher Weise berücksichtigt werden. Es zeigt sich dabei eine Verbesserung der Signalgenauigkeit, wenn die Subtraktion der vertikalen Komponenten von Fahrbahnunebenheiten zusätzlich zur Addition der vertikalen Auslenkung des Radmittelpunktes erfolgt. As a result, the parameters can be taken into account in a comparatively simple manner. It there is an improvement in signal accuracy if the subtraction of the vertical Components of road bumps in addition to the addition of the vertical deflection the center of the wheel.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 7 wird bei der Bestimmung der Umfangsgeschwindigkeit des Rades die zeitliche Änderung der Verschiebung des Radaufstandspunktes zum Radmittelpunkt berücksichtigt.In the method according to claim 7, the peripheral speed is determined of the wheel the change in time of the shift of the wheel contact point to Wheel center taken into account.
Dabei hat sich gezeigt, daß realistischere Werte des Radschlupfes bestimmt werden können, wenn der Radschlupf größer ist als der Schlupf, bei dem die maximale Bremskraft vom Rad auf die Straße übertragen wird und wenn der Radschlupf abnimmt (einen negativen Gradienten aufweist). Insbesondere beim Übergang in den instabilen Bereich läßt sich damit also die Genauigkeit des Radschlupfsignales verbessern.It has been shown that more realistic wheel slip values can be determined, if the wheel slip is greater than the slip at which the maximum braking force from the wheel is transmitted to the road and when the wheel slip decreases (a negative Gradient). This can be used especially in the transition to the unstable area thus improve the accuracy of the wheel slip signal.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 8 wird wenigstens eine der korrigierten Größen zur Bestimmung des Radschlupfes herangezogen.In the method according to claim 8, at least one of the corrected variables is used Determination of wheel slip used.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 9 wird bei der Bestimmung des Radschlupfes das die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentierende Signal entsprechend der Relativbewegung zwischen dem Radaufhängungspunkt und dem Fahrzeug berücksichtigt.In the method according to claim 9, the wheel slip is determined by the Signal representing vehicle speed corresponding to the relative movement between the suspension point and the vehicle.
Hierbei zeigt sich eine Verbesserung des Radschlupfsignales bei einem Radschlupf, der kleiner ist als der Radschlupf, bei dem vom Rad die maximale Bremskraft auf die Straße übertragen wird.This shows an improvement in the wheel slip signal with a wheel slip that is smaller than the wheel slip at which the maximum braking force from the wheel onto the road is transmitted.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 10 wird die Relativbewegung zwischen dem Radaufhängungspunkt und dem Fahrzeug zu der Fahrzeuggeschwindigkeit addiert.In the method according to claim 10, the relative movement between the Suspension point and the vehicle added to the vehicle speed.
Dabei kann diese Größe wiederum einfach berücksichtigt werden.This size can be easily taken into account.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 11 werden die Größen gewonnen, indem neben dem Sensorsignal, mit dem die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rades relativ zum Radträger noch der Bremsdruck und der Einfederweg bzw. diesen Meßgrößen entsprechende andere Meßgrößen berücksichtigt werden.In the method according to claim 11, the sizes are obtained by in addition to the Sensor signal with which the speed of rotation of the wheel relative to the wheel carrier still the brake pressure and the spring deflection or others corresponding to these measured variables Measured variables are taken into account.
Dadurch können die entsprechenden Korrekturen mit einem vergleichsweise einfachen Meßaufwand durchgeführt werden. Insbesondere bei einem Fahrzeug mit einer elektrischen Bremsanlage, die unter dem Stichwort "brake by wire" bekannt ist, liegt das Signal des Bremsdruckes bzw. der Spannkraft bereits vor. Ebenso gilt dies beispielsweise für den Einfederweg bei einem Fahrzeug mit einer geregelten Federung oder auch einer beladungsabhängigen Verstellung der Scheinwerfer.This allows the corresponding corrections to be made with a comparatively simple Measurement effort can be carried out. Especially in a vehicle with an electrical Brake system, which is known under the keyword "brake by wire", is the signal of the Brake pressure or the clamping force before. This also applies, for example, to the Travel in a vehicle with a regulated suspension or one load-dependent adjustment of the headlights.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung näher dargestellt. Es zeigen dabei:An embodiment of the invention is shown in more detail in the drawing. Show it included:
Fig. 1 eine Darstellung der Horizontalbewegung des Rades aufgrund der Längsnachgiebigkeit der Radaufhängung, Fig. 1 is a representation of the horizontal movement of the wheel due to the longitudinal compliance of the suspension,
Fig. 2 die axiale Verschiebung des Reifengürtels relativ zur starren Felge infolge der Bremskraft Fx,b, Fig. 2, the axial displacement of the tire belt x relative to the rigid rim as a result of the braking force F b,
Fig. 3 die Vertikalbewegung des Radmittelpunktes infolge von Radlastschwankungen, Fig. 3, the vertical movement of the wheel center as a result of wheel load,
Fig. 4 eine vereinfachte Darstellung von Radial- (RKS), Lateral- (LKS) und Tangentialkraftschwankungen (TKS), Fig. 4 is a simplified representation of radial (RKS), lateral (LKS) and tangential force (TKS),
Fig. 5 eine Darstellung einer Feder-Dämpferbein-Radaufhängung unter dem Einfluß einer Bremskraft, Fig. 5 is an illustration of a spring-damper strut type suspension under the influence of a braking force,
Fig. 6 eine Darstellung einer Feder-Dämpferbein-Radaufhängung bei Einfederung der Vorderräder, Fig. 6 is an illustration of a spring-damper strut type suspension with spring deflection of the front wheels,
Fig. 7 ein vereinfachtes Modell der Feder-Dämpferbein-Radaufhängung und des Reifens, Fig. 7 shows a simplified model of the spring-damper strut type suspension, and the tire,
Fig. 8 ein freigeschnittenes Vertikalmodell zur Bestimmung der Schnittkräfte mit gemessenen Kennlinien, Fig. 8 is a vertical free-cut model for determining the cutting forces with measured characteristics,
Fig. 9 ein freigeschnittenes Horizontalmodell zur Bestimmung der Schnittkräfte, Fig. 9 is a horizontal cut-free model for determining the cutting force,
Fig. 10 den zeitlichen Verlauf der Bremskraft und des Schlupfes mit und ohne Berücksichtigung der Einflußgrößen, Fig. 10 shows the time profile of the braking force and the slip with and without consideration of the influencing variables,
Fig. 11 den µ-Schlupfverlauf mit und ohne Berücksichtigung der Einflußgrößen und Fig. 11 shows the μ-slip curve with and without taking into account influencing variables, and
Fig. 12 eine Prinzipdarstellung der modellbasierten Kompensation. Fig. 12 is a schematic representation of the model-based compensation.
Im folgenden werden die Einflüsse auf das Raddrehzahlsignal und den Schlupf im Fahrbetrieb beschrieben. Abgeleitet von den vorgestellten Störeinflüssen wird ein Verfahren zur Bestimmung eines verbesserten Schlupfwertes und eine Korrektur des Raddrehzahlsignals vorgestellt. Zur Erzeugung der benötigten Einflußgrößen erfolgt weiterhin eine Modellbildung der Radaufhängung und des Reifens anhand eines Viertelfahrzeugmodells. Die bei Versuchsfahrten bzw. statischen Messungen am Versuchsfahrzeug ermittelten, nichtlinearen Prozeßkoeffizienten sowie die Signale des Modells werden erläutert. Außerdem werden am Beispiel einer Fahrt mit Bremsmanöver der Schlupf und die µ-Schlupfkennlinie mit und ohne Korrektur durch das vorgestellte Verfahren dargestellt und diskutiert.The following are the influences on the wheel speed signal and the slip during driving described. Derived from the presented interference, a method for Determination of an improved slip value and a correction of the wheel speed signal presented. Modeling continues to generate the required influencing variables suspension and tire using a quarter vehicle model. The at Test drives or static measurements on the test vehicle determined, non-linear Process coefficients and the signals of the model are explained. In addition, on Example of a drive with braking maneuver of the slip and the µ-slip characteristic with and without Correction represented and discussed by the presented method.
Bei der Bestimmung des Schlupfes wird zwischen dem Bremsschlupf und dem Antriebsschlupf unterschieden. Da die Störeinflüsse auf diese Größen ähnlich sind, soll im folgenden zur besseren Übersichtlichkeit nur der Bremsschlupf betrachtet werden. When determining the slip between the brake slip and the Differentiated traction slip. Since the interfering influences on these sizes are similar, the only the brake slip should be considered below for better clarity.
Der absolute Bremsschlupf λx,b ist definiert als das Verhältnis der Differenzgeschwindigkeit
zwischen der Geschwindigkeit des Radaufstandspunktes va und der Umfangsgeschwindigkeit
des Reifens vr zur Geschwindigkeit im Radaufstandspunkt. Bei Geradeausbremsung folgt für
den absoluten Bremsschlupf:
The absolute brake slip λ x, b is defined as the ratio of the differential speed between the speed of the wheel contact point v a and the peripheral speed of the tire v r to the speed at the wheel contact point. When braking straight ahead, the following applies for absolute brake slip:
wobei die Umfangsgeschwindigkeit des Reifens durch die Multiplikation des dynamischen Reifenhalbmessers rdyn mit der Winkelgeschwindigkeit des Rades ωr ersetzt werden kann. Vereinfachungen bei der Schlupfberechnung stellen beispielsweise die Annahme eines konstanten Reifenhalbmessers rdyn = r0 oder das Gleichsetzen der Geschwindigkeit im Radaufstandspunkt va mit der Fahrzeuggeschwindigkeit vKfz dar. Um eine Verbesserung bei der Berechnung des Schlupfes zu erreichen, sollen demgegenüber erfindungsgemäß weitere Einflüsse bedingt durch die Radaufhängungs- und Reifendynamik berücksichtigt werden.the circumferential speed of the tire can be replaced by multiplying the dynamic tire diameter r dyn by the angular speed of the wheel ω r . Simplifications in the slip calculation are, for example, the assumption of a constant tire diameter r dyn = r 0 or the equation of the speed at the wheel contact point v a with the vehicle speed v motor vehicle the suspension and tire dynamics are taken into account.
Anhand der Fig. 1 sollen die Einflüsse der Horizontalbewegung des Rades erläutert werden.The influences of the horizontal movement of the wheel will be explained with reference to FIG. 1.
Durch Horizontal- bzw. Längsbewegungen oder Schwingungen des Rades können Drehfre quenzschwankungen entstehen, die sich auf das Raddrehzahlsignal ω auswirken. Der Freiheitsgrad des Radmittelpunktes in Längsrichtung entsteht durch eine elastische Lagerung (Gummilager) der Achsaufhängung am Fahrzeugaufbau. Diese nimmt harte Stöße auf, wie sie z. B. beim Bremsen oder Überfahren von Hindernissen auftreten, und trägt somit zum Fahrkomfort bei. Durch die Längsbewegung des Radmittelpunktes relativ zur Karosserie ändert sich aber die Geschwindigkeit der Radaufstandsfläche va, die zur Berechnung des Schlupfes benötigt wird. Um eine korrekte Berechnung des Schlupfes durchzuführen, muß die Geschwindigkeit des Radmittelpunktes dxr/dt relativ zum Aufbau berücksichtigt werden. Die Geschwindigkeit va des Radaufstandspunktes erhält man somit durch Addition der Fahrzeuggeschwindigkeit vKfz und der des Radmittelpunktes dxr/dt.Horizontal or longitudinal movements or vibrations of the wheel can cause fluctuations in the frequency of rotation, which affect the wheel speed signal ω. The degree of freedom of the wheel center in the longitudinal direction is created by an elastic mounting (rubber bearing) of the axle suspension on the vehicle body. This absorbs hard impacts such as z. B. occur when braking or driving over obstacles, and thus contributes to driving comfort. The longitudinal movement of the wheel center point relative to the body changes the speed of the wheel contact area v a , which is required to calculate the slip. In order to correctly calculate the slip, the speed of the wheel center dx r / dt relative to the body must be taken into account. The speed v a of the wheel contact point is thus obtained by adding the vehicle speed v Kfz and that of the wheel center dx r / dt.
(2) va = vKfz + dxr/dt.(2) v a = v vehicle + dx r / dt.
Der Einfluß von dxr/dt auf die Geschwindigkeit der Radaufstandsfläche va wird im wesentlichen durch den Verlauf der Bremskraft und die horizontalen Radaufhängungsparameter bestimmt.The influence of dx r / dt on the speed of the wheel contact area v a is essentially determined by the course of the braking force and the horizontal wheel suspension parameters.
Ein weiterer Einfluß, der bei der Schlupfberechnung berücksichtigt werden muß, ist die tangentiale Latsch- bzw. Gürtelgeschwindigkeit des Reifens relativ zur Felge. Diese Verhältnisse lassen sich anhand der Fig. 2 verdeutlichen. Diese Geschwindigkeit entsteht durch die Verdrehung des über die elastische Karkasse mit der Felge verbundenen, sehr steifen Reifenstahlgürtels als Folge von an der Radaufstandsfläche angreifenden Kräften. Der daraus resultierende tangentiale Geschwindigkeitsanteil im Radaufstandspunkt dxg/dt wird somit vom Raddrehzahlsensor nicht erfaßt und kann daher bei der Berechnung des Schlupfes zusätzlich zur Umfangsgeschwindigkeit vr des Reifens vorteilhaft berücksichtigt werden.Another influence that has to be taken into account in the slip calculation is the tangential contact or belt speed of the tire relative to the rim. These relationships can be illustrated with the aid of FIG. 2. This speed arises from the rotation of the very stiff tire steel belt connected to the rim via the elastic carcass as a result of forces acting on the wheel contact surface. The resulting tangential speed component at the wheel contact point dx g / dt is therefore not detected by the wheel speed sensor and can therefore advantageously be taken into account when calculating the slip in addition to the peripheral speed v r of the tire.
Unter Berücksichtigung der Reifendeformation ergibt sich mit der gemessenen Raddrehzahl ω
folgender Zusammenhang für die Raddrehgeschwindigkeit:
Taking the tire deformation into account, the following relationship for the wheel speed results with the measured wheel speed ω:
(3) vr = rdyn . ω - (dxg/dt - dxr/dt)(3) v r = r dyn . ω - (dx g / dt - dx r / dt)
Im folgenden sollen die Einflüsse der Vertikalbewegung anhand von Fig. 3 erläutert werden.The influences of the vertical movement will be explained below with reference to FIG. 3.
Für die Berechnung der Raddrehgeschwindigkeit vr aus dem Drehzahlsensorsignal ω wird der dynamische Reifenhalbmesser rdyn benötigt. Dieser Radius ändert sich während der Fahrt aufgrund von Radlastschwankungen ständig, was anhand von Fig. 3 erläutert werden soll. Radlastschwankungen können einerseits aus fahrbahnseitiger Anregung, andererseits aus fahrzeugseitiger Anregung resultieren. Fahrbahnseitige Anregungen werden durch Unebenheiten der Fahrbahn hervorgerufen. Anregungen durch das Fahrzeug entstehen bei den jeweiligen Fahrmanövern wie Bremsen, Beschleunigen, Lenken oder durch Einflüsse von Fahrzeugkomponenten, wie Radunwuchten und Reifenungleichförmigkeiten.The dynamic tire radius r dyn is required to calculate the wheel rotation speed v r from the speed sensor signal ω. This radius changes constantly while driving due to wheel load fluctuations, which will be explained with reference to FIG. 3. Wheel load fluctuations can result on the one hand from excitation on the roadway and on the other hand from excitation on the vehicle side. Roadside suggestions are caused by bumps in the roadway. Suggestions from the vehicle arise during the respective driving maneuvers such as braking, accelerating, steering or through the influence of vehicle components such as wheel imbalances and tire irregularities.
Fahrmanöver haben zunächst Kräfte an den Radaufstandspunkten in longitudinaler oder lateraler Richtung zur Folge. Diese verursachen aufgrund der Trägheit des Aufbaus eine Nick- bzw. Wankbewegung des Fahrzeuges. Solche Aufbaubewegungen, und die daraus resultierende Einfederung bewirken eine Veränderung der dynamischen Radlast und damit des dynamischen Reifenhalbmessers rdyn. Radunwuchten und Reifenungleichförmigkeiten können einerseits im Fahrbetrieb (Bremsplatten, verlorene Gewichte, Bordsteinüberfahrt etc.) oder schon bei der Reifenproduktion entstehen. Beim Zusammenfügen der vielen Einzelkomponenten eines Reifens in der Reifenfertigung treten leicht Abweichungen von der Idealgestalt auf, wodurch Dickenschwankungen, Massenschwankungen und Steifigkeits- sowie Dämpfungsschwankungen entstehen. Diese verursachen neben Unwuchten auch Längs-, Quer-, und Radialkraftschwankungen aufgrund unterschiedlicher Massen- und Steifigkeitsverteilungen am Reifenumfang, die in Fig. 4 erläutert sind. Fig. 4 zeigt eine vereinfachte Darstellung von Radial- (RKS), Lateral- (LKS) und Tangentialkraftschwankungen (TKS). Driving maneuvers initially result in forces at the wheel contact points in the longitudinal or lateral direction. These cause the vehicle to pitch or roll due to the inertia of the body. Such body movements and the resulting deflection cause a change in the dynamic wheel load and thus the dynamic tire diameter r dyn . Wheel imbalances and tire irregularities can occur on the one hand while driving (brake plates, lost weights, curb crossing etc.) or even during tire production. When assembling the many individual components of a tire in tire production, deviations from the ideal shape easily occur, which results in fluctuations in thickness, fluctuations in mass, and fluctuations in stiffness and damping. In addition to imbalance, these also cause longitudinal, transverse and radial force fluctuations due to different mass and stiffness distributions on the tire circumference, which are explained in FIG. 4. Fig. 4 shows a simplified representation of radial (RKS), lateral (LKS) and tangential force fluctuations (TKS).
Die aus Reifenungleichförmigkeiten resultierenden Störkräfte führen zu einer fahrzeugseitigen Schwingungsanregung. Fig. 4 zeigt vereinfacht für einen Umlauf eines Reifens die Entstehung und die Verläufe von Radial-, Lateral-, und Tangentialkraftschwankungen.The disturbing forces resulting from tire irregularities lead to vehicle-side vibration excitation. Fig. 4 schematically shows a circulation of a tire, the formation and the courses of the radial, lateral and tangential force variations.
Aufgrund der Elastizität des Reifens führen die genannten fahrbahnseitig und fahrzeugseitig angeregten Kraftschwankungen zu einer Änderung der dynamischen Radaufstandskraft und damit zu einer Änderung des dynamischen Reifenhalbmessers rdyn.Due to the elasticity of the tire, the mentioned fluctuations in force on the roadway and vehicle side lead to a change in the dynamic wheel contact force and thus to a change in the dynamic tire diameter r dyn .
Die Messung dieses dynamischen Reifenradius ist im Fahrbetrieb jedoch nur sehr schwer und
kostenaufwendig möglich (z. B. Infrarot-Abstandssensor). Bekannte Systeme gehen daher zur
Vereinfachung von einem konstanten Reifenradius rdyn = r0 aus. Dies führt jedoch zu einer
Verfälschung der ermittelten Raddrehgeschwindigkeit. Zur Berechnung des Schlupfes kann
vorteilhaft die Radiusänderung des Reifens aufgrund von Radlastschwankungen
berücksichtigt werden. Der dynamische Reifenhalbmesser setzt sich dann aus einem
statischen Halbmessers r0 sowie einem dynamischen Anteil durch die Vertikalbewegung des
Radmittelpunktes zr sowie den Fahrbahnunebenheiten hf zusammen, wie dies in Fig. 3
dargestellt ist.
However, the measurement of this dynamic tire radius is very difficult and costly when driving (e.g. infrared distance sensor). Known systems therefore assume a constant tire radius r dyn = r 0 for simplification. However, this leads to a falsification of the determined wheel rotation speed. To calculate the slip, the change in radius of the tire due to wheel load fluctuations can advantageously be taken into account. The dynamic tire radius is then composed of a static radius r 0 and a dynamic component due to the vertical movement of the wheel center z r and the bumps in the road h f , as shown in FIG. 3.
(4) rdyn = r0 + zr - hf (4) r dyn = r 0 + z r - h f
Es hat sich gezeigt, daß bei Geschwindigkeitsänderungen bis 150 km/h eine Änderung des statischen Halbmessers r0 aufgrund der Steifigkeitsänderung des Gürtelreifens zu vernachlässigen ist.It has been shown that with speed changes up to 150 km / h, a change in the static radius r 0 due to the change in stiffness of the belt tire is negligible.
Im folgenden sollen die Einflüsse der Verdrehung des Radträgers anhand von Fig. 5 erläutert werden.The influences of the rotation of the wheel carrier will be explained below with reference to FIG. 5.
Von entscheidender Bedeutung für die Brauchbarkeit des Raddrehzahlsignals ist der Einbauort des Sensors sowie die Radaufhängungskinematik. Der Drehzahlsensor mißt die Differenz zwischen der Absolutdrehung des Rades und der des Radträgers. Da der Sensor in der Regel am Radträger befestigt ist, muß sich dessen Lage im Raum als Bezugsgröße eignen. Dies ist nicht für alle Achskonstruktionen ausreichend gegeben. Je nach Achskinematik verdreht sich der Radträger bei der Einfederung oder dem Einfluß des Bremsmomentes. Diese Verdrehung bewirkt, daß der Sensor eine Geschwindigkeit mißt, die am Rad nicht tatsächlich auftritt. Das Drehzahlsignal und somit auch der daraus bestimmte Schlupf wird dadurch verfälscht. Eine Achskonstruktion ist somit für den Einbau des Drehzahlsensors am Radträger nur dann geeignet, wenn an diesem bei allen Fahrzuständen nur eine geringe bzw. gar keine Eigendrehbewegung, also Änderung des Nachlaufwinkels Δτ entsteht. The is of crucial importance for the usability of the wheel speed signal Location of the sensor and the wheel suspension kinematics. The speed sensor measures that Difference between the absolute rotation of the wheel and that of the wheel carrier. Since the sensor in generally attached to the wheel carrier, its position in space must be suitable as a reference variable. This is not sufficient for all axle designs. Depending on the axis kinematics the wheel carrier rotates under deflection or under the influence of the braking torque. This Twisting causes the sensor to measure a speed that is not actually on the wheel occurs. The speed signal and thus the slip determined from it is thereby adulterated. An axle construction is therefore for the installation of the speed sensor on the wheel carrier only suitable if there is little or none at all in all driving conditions Self-rotating movement, i.e. change in the caster angle Δτ occurs.
Fig. 5 zeigt das Verhalten einer Feder-Dämpferbein-Radaufhängung mit schrägstehendem Federbein unter dem Einfluß der Bremskraft Fx,b. Das radführende Feder-Dämpferbein ist im Dorf gelenkig gelagert und mit dem Achsschenkel (1) fest verbunden. Infolge des Bremsmomentes erfolgt eine Verschiebung des Achsschenkels und damit des Radmittelpunktes von (1) nach (2) um den Betrag xr. Der Radträger dreht sich dabei um den Winkel Δτe, der den ursprünglichen Nachlaufwinkel τ verkleinert. Die Winkelbewegung Δτe überlagert sich bei der Messung mit einem Differenzbewegungssensor der Raddrehung und verfälscht deren Wert. Fig. 5 shows the behavior of a spring damper strut wheel suspension with an inclined strut under the influence of the braking force F x, b . The wheel-guiding spring-damper leg is articulated in the village and firmly connected to the steering knuckle ( 1 ). As a result of the braking torque, the steering knuckle and thus the wheel center point are shifted from ( 1 ) to ( 2 ) by the amount x r . The wheel carrier rotates by the angle Δτ e , which reduces the original caster angle τ. The angular movement Δτ e is superimposed on the wheel rotation during the measurement and falsifies its value.
Zur Korrektur des Raddrehzahlsignals wird folgender formelmäßiger Zusammenhang betrachtet:The following formulaic relationship is used to correct the wheel speed signal considered:
Unter der Annahme kleiner Auslenkungen Δτe (zulässig bei üblichen Pkw, xr,max << lom) gilt:
Assuming small deflections Δτ e (permissible for standard cars, x r, max << l om ):
(5) xr ≅ lom . Δτe, mit lom = l0 + Δz
(5) x r ≅ l om . Δτ e , with l om = l 0 + Δz
wobei lom bei Vernachlässigung der Winkelstellung des Feder-Dämpferbeins die wirksame
Länge des Feder-Dämpferbeins darstellt. Durch Differentiation und Freistellen von Δτe ergibt
sich:
where l om represents the effective length of the spring damper when the angular position of the spring damper is neglected. Differentiating and exempting Δτ e results in:
(6) d(Δτe)/dt=(dxr/dt)/lom (6) d (Δτ e ) / dt = (dx r / dt) / l om
Für das korrigierte Raddrehzahlsignal ωkorr erhält man mit der gemessenen Raddrehzahl ω:
For the corrected wheel speed signal ω corr one obtains with the measured wheel speed ω:
(7) ωkorr = ω - (dxr/dt)/lom (7) ω corr = ω - (dx r / dt) / l om
Bei der Feder-Dämpferbein-Radaufhängung mit schrägstehendem Federbein nach Fig. 6 bewegt sich beim Einfedern der Punkt (1) parallel zur Drehachse nach (3) und schiebt das im Dom befestigte Federbein zusammen. Der Abstand vom Dom zum Punkt (1) wird beim Einfedern verkürzt bzw. beim Ausfedern verlängert. Hierbei erfolgt eine Drehung um den Winkel Δτk, wodurch eine Verfälschung des Raddrehzahlsignals verursacht wird.The spring-damper strut type suspension with obliquely standing strut according to Fig. 6, the point (1) moves during compression parallel to the rotation axis (3) and pushes the fastened in the dome strut together. The distance from the dome to the point ( 1 ) is shortened when compressing or extended when rebounding. Here, there is a rotation by the angle Δτ k , which causes a falsification of the wheel speed signal.
Da das Fahrzeug während des Bremsvorgangs aufgrund der dynamischen Achslastverlagerung vorne einfedert, kommt es zur Überlagerung beider Eigendrehbewegungen, wobei Δτk entgegengesetzt zu Δτe wirkt. Δτk ist gering und kann gegenüber Δτe vernachlässigt werden. Achskonstruktionen, bei denen der Radträger nur geringe Drehbewegungen ausführt, sind z. B. die doppelte Querlenkerachse bei entsprechender steifer Konstruktion und Feder- Dämpferbein-Achsen. Die Längslenkerachse und die Mehrlenkerachse dagegen sind problematisch.Since the vehicle compresses at the front during the braking process due to the dynamic axle load shift, both self-rotating movements are superimposed, with Δτ k acting opposite to Δτ e . Δτ k is low and can be neglected compared to Δτ e . Axle constructions in which the wheel carrier carries out only slight rotary movements are e.g. B. the double wishbone axle with a correspondingly rigid construction and spring-shock absorber axles. The trailing link axle and the multi-link axle, however, are problematic.
Unter Berücksichtigung aller Einflüsse sowie der daraus resultierenden Zusammenhänge nach
den vorgenannten Gl. (2) bis Gl. (7) läßt sich die erweiterte Schlupfformel nach Gl. (1)
letztendlich wie folgt aufstellen:
Taking into account all influences and the resulting relationships according to the aforementioned Eq. (2) to Eq. (7) the expanded slip formula according to Eq. ( 1 ) ultimately set up as follows:
Die Bestimmung der benötigten kinematischen Einflußgrößen zur Berechnung des Schlupfes nach Gl. (8) kann zum einen durch Messungen, zum anderen durch Simulation erfolgen.The determination of the kinematic influencing variables required for the calculation of the slip according to Eq. ( 8 ) can be done on the one hand by measurements, on the other hand by simulation.
Im folgenden soll ein Verfahren beschrieben werden, mit dem die fehlenden Größen modellgestützt aus am Fahrzeug leicht meßbaren und bereits verfügbaren Signalen berechnet werde können. Als Modelleingang werden daher die gemessene Raddrehzahl ω, der Federweg Δz und der Bremsdruck phyd gewählt (die beiden ersteren sind bei Fahrzeugen mit ABS bzw. Fahrwerkregelung oder automatische Leuchtweitenregulierung bereits vorhanden, der Bremsdruck ist leicht meßbar, bzw. steht bei brake-by-wire Systemen direkt oder bei vollelektrischen brake-by-wire Systemen als Spannkraft zur Verfügung). Um eine hohe Genauigkeit bei der Modellierung zu erreichen, ist es notwendig, die nichtlinearen Eigenschaften der einzelnen Parameter von Radaufhängung und Reifen möglichst genau abzubilden. Eine Verbesserung des Rechenmodells läßt sich außerdem durch Berücksichtigung der Geometriedaten der verwendeten Radaufhängung sowie durch die Modellierung von Reibungseffekten der Lager und Massenkoppeleffekten erzielen. Diese Geometriedaten sind aus dem Stand der Technik bekannt.In the following, a method is to be described with which the missing sizes can be calculated, based on the model, from signals that are easily measured on the vehicle and are already available. The measured wheel speed ω, the spring travel Δz and the brake pressure p hyd are therefore selected as the model input (the first two are already available in vehicles with ABS or chassis control or automatic headlight range adjustment, the brake pressure is easy to measure, or is available with brake-by- wire systems directly or as clamping force for fully electric brake-by-wire systems). In order to achieve a high level of accuracy in modeling, it is necessary to map the non-linear properties of the individual parameters of the wheel suspension and tires as precisely as possible. An improvement in the calculation model can also be achieved by taking into account the geometry data of the wheel suspension used and by modeling friction effects of the bearings and mass coupling effects. This geometry data is known from the prior art.
Bei der im folgenden modellierenden Radaufhängung handelt es sich um die Feder- Dämpferbein Vorderradaufhängung eines BMW 318i Typ E36, wobei die Modellbildung für den Fall der Geradeausbremsung auf ebener Fahrbahn erfolgt. Eine fahrbahnseitige Anregung durch Bodenwellen, Schlaglöcher o.a. wird bei der Modellierung zunächst nicht berücksichtigt (hf = 0). Fig. 7 zeigt das Gesamtmodell der Radaufhängung und des Reifens mit zwei translatorischen und einem rotatorischen Freiheitsgrad.The modeling of the wheel suspension below is the spring-shock absorber front suspension of a BMW 318i Type E36, whereby the model is formed in the event of straight braking on a level road. Excitation on the road side due to bumps, potholes or the like is initially not taken into account in the modeling (h f = 0). Fig. 7 shows the overall model of the suspension and the tire having two translational and one rotational degree of freedom.
Das vertikaldynamische Verhalten wird entscheidend durch den Stoßdämpfer, die Feder und
den Reifen bestimmt. Bei den Steifigkeiten und Dämpfungen caz, daz, crz, drz sowie der
anteiligen Aufbaumasse ma handelt es sich um zeitvariante Größen. Die reifengefederte Masse
mr kann als konstant angenommen werden. Da unterschiedliche Teilmassen bei horizontalen
bzw. vertikalen Schwingungen des Rades beschleunigt werden, wird zwischen horizontalen
mrx und vertikalen reifengefederten Massen mrz unterschieden. Das dynamische Verhalten des
Zweimassenschwingers läßt sich aus den Bilanzgleichungen der an Aufbau und Rad
angreifenden Kräfte ableiten. Bezüglich des in Bild 8 bzw. Bild 9 dargestellten
Koordinatensystems folgt für die Bilanzgleichungen des Aufbaus und des Reifens:
Aufbau:
The vertical dynamic behavior is decisively determined by the shock absorber, the spring and the tire. The stiffnesses and damping c az , d az , c rz , d rz and the proportional body mass m a are time-variant quantities. The tire sprung mass m r can be assumed to be constant. Since different partial masses are accelerated with horizontal or vertical vibrations of the wheel, a distinction is made between horizontal m rx and vertical tire-sprung masses m rz . The dynamic behavior of the dual mass transducer can be derived from the balance equations of the forces acting on the body and the wheel. With regard to the coordinate system shown in Fig. 8 and Fig. 9, the following applies to the balance equations of the structure and the tire:
Construction:
(9) ma . (d2za/dt2 + g) = Fcaz,stat + Fcaz,dyn + Fdaz - Fa,dyn, Fcaz,stat + Fcaz,dyn = Fcaz
( 9 ) m a . (d 2 z a / dt 2 + g) = F caz, stat + F caz, dyn + F daz - F a, dyn , F caz, stat + F caz, dyn = F caz
Rad:
Wheel:
(10) mrz . (d2zr/dt2 + g) = -Fcaz - Fdaz + FN,dyn + FN,stat, FN,dyn + FN,stat = FN
(10) mar . (d 2 z r / dt 2 + g) = -F caz - F daz + F N, dyn + F N, stat , F N, dyn + F N, stat = F N
(11) Fcaz,stat = ma . g, FN,stat = (ma + mrz) . g(11) F caz, stat = m a . g, F N, stat = (m a + m rz ). G
Fcaz und Fdaz stellen hierbei die Feder- bzw. Dämpferkraft des radführenden Feder- Dämpferbeins dar. Die dynamische Radaufstandskraft FN,dyn wirkt in Normalrichtung und charakterisiert die im Reifenlatsch angreifende Kraft. Hierbei wird der vertikale Anteil der Gürtel- bzw. Karkassenmasse mrg vernachlässigt, da im Gegensatz zur Horizontalrichtung nur die reifengefederten Massen mrz beschleunigt werden. Fa,dyn wird durch Fahrmanöver wie z. B. Bremsen, Lenken o. ä. verursacht und berücksichtigt die dadurch verursachte Massenänderung von ma. Insbesondere beim Bremsvorgang ist diese Kraft auf das fahrzeugseitige Nicken zurückzuführen. Durch die statischen Anteile der Federkraft Fcaz,stat und der Radaufstandskraft FN,stat wird der Arbeitspunkt festgelegt, um den die dynamischen Größen ausgelenkt werden.F caz and F daz represent the spring or damper force of the wheel-guiding spring damper strut . The dynamic wheel contact force F N, dyn acts in the normal direction and characterizes the force applied in the tire contact patch. Here, the vertical portion of the belt or carcass mass m rg is neglected, since, in contrast to the horizontal direction, only the tire-sprung masses m rz are accelerated. F a, dyn is caused by driving maneuvers such as B. Brakes, steering or similar causes and takes into account the resulting change in mass of m a . This force is due in particular to the vehicle's nod during braking. The static point of the spring force F caz, stat and the wheel contact force F N, stat determines the working point by which the dynamic variables are deflected.
Daß diese Kräfte nicht in einer vertikalen Achse, sondern um bestimmte Abstände und
Winkel versetzt wirken, kann in den Gleichungen in Form von Maßstabsfaktoren
berücksichtigt werden. Diese Vorgehensweise ist aus dem Stand der Technik bekannt. Diese
Maßstabsfaktoren sollen aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht mitgeführt werden. Die
Differentialgleichung zur Abbildung der vertikalen Radbewegung läßt sich mit Hilfe der am
Versuchsfahrzeug gemessenen nichtlinearen Kennlinien, sowie dem Federweg wie folgt für
den Arbeitspunkt angeben.
The fact that these forces do not act in a vertical axis but rather offset by certain distances and angles can be taken into account in the equations in the form of scale factors. This procedure is known from the prior art. For reasons of clarity, these scale factors should not be included here. The differential equation for mapping the vertical wheel movement can be specified for the working point using the non-linear characteristic curves measured on the test vehicle and the spring travel as follows.
(12) mrz.d2zr/dt2 + Fcrz(zr) + Fdrz(dzr/dt) = - Fcaz(Δz) - Fdaz(d(Δz)/dt) = Ffd (12) m rz .d 2 z r / dt 2 + F crz (z r ) + F drz (dz r / dt) = - F caz (Δz) - F daz (d (Δz) / dt) = F fd
Fig. 8 zeigt Kennlinien, die die Feder sowie den Reifen beschreiben. Ebenso sind in einem Modell die Kräfte im einzelnen dargestellt. Fig. 8 shows characteristics that describe the spring and the tire. The forces are also shown in detail in a model.
Ausgehend von Fig. 9 wird zur Beschreibung der Längsbewegungen des Radmittelpunktes sowie der Längsnachgiebigkeit des Reifens von einem gekoppelten Zweimassenschwingersystem ausgegangen.Starting from FIG. 9, a coupled dual mass oscillation system is used to describe the longitudinal movements of the wheel center and the longitudinal flexibility of the tire.
Die Längssteifigkeit der Radaufhängung sowie die Deformationseigenschaft des Reifens, z. B.
unter Einwirkung einer Bremskraft, in Längsrichtung werden durch nichtlineare Feder-
Dämpfer-Systeme beschrieben. Zur Bestimmung der Steifigkeiten können statische
Messungen an einem Versuchsfahrzeug durchgeführt werden. Die horizontale
Reifenauslenkung kann dabei durch den Relativweg zwischen Reifengürtel und einem Punkt
des starren Radkörpers bestimmt werden, der aus der tangentialen Deformation der Karkasse
resultiert. Die Dämpfungen können mittels Spektralschätzung auf der Basis eines
autoregressiven Modells mit gemessenen Signalen aus Versuchsfahrten ermittelt werden. Dies
ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt.
The longitudinal rigidity of the wheel suspension as well as the deformation property of the tire, e.g. B. under the influence of a braking force, in the longitudinal direction are described by non-linear spring-damper systems. To determine the stiffness, static measurements can be carried out on a test vehicle. The horizontal tire deflection can be determined by the relative path between the tire belt and a point on the rigid wheel body, which results from the tangential deformation of the carcass. The damping can be determined using spectral estimation based on an autoregressive model with measured signals from test drives. This is known from the general state of the art.
- - Der größte Teil der Radmasse (Felge und Anteile der Karkasse) ist in der reifengefederten Masse mrx zusammengefaßt und- The largest part of the wheel mass (rim and parts of the carcass) is combined in the tire-sprung mass m rx and
- - ein geringer Massenanteil mrg (Stahlgürtel und Anteile der Karkasse) wirkt im Bereich der Radaufstandsfläche und somit im unteren Bereich des Gürtels.- A small mass fraction m rg (steel belt and carcass portion) acts in the area of the wheel contact patch and thus in the lower area of the belt.
Diese Massen lassen sich beispielsweise wiegen oder aus Angaben des Fahrzeugherstellers
bzw. Komponentenherstellers entnehmen. Die bei der horizontalen Bewegung rotatorisch
beschleunigten Trägheiten des Gürtels und der Felge wurden auf die Massen mrx und mrg
umgerechnet. Zur Modellierung des dynamischen Verhaltens der Radaufhängung sowie des
Reifens in Längsrichtung werden ausgehend von Fig. 8 die Bilanzgleichungen des
Schwingungssystems aufgestellt. Durch Freischneiden des Systems erhält man für das
Kräftegleichgewicht in Richtung xr bzw. xg:
These masses can be weighed, for example, or taken from the information provided by the vehicle manufacturer or component manufacturer. The inertia of the belt and the rim, which were accelerated rotationally during the horizontal movement, were converted to the masses m rx and m rg . In order to model the dynamic behavior of the wheel suspension and the tire in the longitudinal direction, the balance equations of the vibration system are established on the basis of FIG. 8. By cutting the system free you get for the balance of forces in the direction x r or x g :
Radaufhängung:
Suspension:
(13) mrx . d2xr/dt2 = Fcrx + Fdrx - Fx,f
(13) m rx . d 2 x r / dt 2 = F crx + F drx - F x, f
Karkasse:
Carcass:
(14) mrg . d2xg/dt2 = Fcrk + Fdrk - Fx,b (14) m rg . d 2 x g / dt 2 = F crk + F drk - F x, b
Ferner gilt:
The following also applies:
(15) Fcrx + Fdrx = - crx . xr - drx . dxr/dt
(15) F crx + F drx = - c rx . x r - d rx . dx r / dt
sowie
such as
(16) Fk = Fcrk + Fdrk = crk . (xr - xg) + d . (dxr/dt - dxg/dt)
(16) F k = F crk + F drk = c rk . (x r - x g ) + d. (dx r / dt - dx g / dt)
wobei crx bzw. drx nichtlineare Größen der Radaufhängung und crk bzw. drk der Karkasse
darstellen. Die Kraft Fx,f läßt sich über die Momentenbilanz um den Befestigungspunkt des
Feder-Dämpferbeins "0" aus der am Reifenlatsch angreifenden Kraft Fk bestimmen (s. Fig. 9):
where c rx and d rx represent non-linear variables of the wheel suspension and c rk and d rk of the carcass. The force F x, f can be determined from the moment balance around the attachment point of the spring damper strut "0" from the force F k acting on the tire patch (see FIG. 9):
Die horizontalen Ausgangsgrößen lassen sich unter Verwendung der gemessenen Kennlinien
und Eingangsgrößen mit folgendem gekoppelten Differentialgleichungssystem berechnen:
The horizontal output variables can be calculated using the measured characteristic curves and input variables with the following coupled differential equation system:
Radaufhängung:
Suspension:
Karkasse:
Carcass:
(19) mrg . d2xg/dt2 = Fk(xr,dxr/dt,xg,dxg/dt) - Fx,b(dω/dt,phyd).(19) m rg . d 2 x g / dt 2 = F k (x r , dx r / dt, x g , dx g / dt) - F x, b (dω / dt, p hyd ).
Als Anregung für das Modell eignet sich die im Reifenlatsch angreifende Bremskraft Fx,b. Ist
diese bekannt, lassen sich alle Größen des Horizontalmodells simulieren. Aus der
Momentenbilanz um den Radmittelpunkt ist jedoch nur eine Rekonstruktion der
Karkassenkraft Fk möglich (vgl. Fig. 7 und Fig. 9):
As a suggestion for the model, the braking force F x, b applied in the tire flap is suitable. If this is known, all sizes of the horizontal model can be simulated. From the torque balance around the center of the wheel, however, is only a reconstruction of the Karkassenkraft F k possible (cf. Figures 7 and 9...):
(20) Θr . dω/dt = rdyn . Fk - Mb
(20) Θ r . dω / dt = r dyn . F k - M b
wobei Θr dem zusammengefaßten Trägheitsmoment der rotatorisch bewegten Massen (Reifen
und Felge), dω/dt der Winkelbeschleunigung des Rades und Mb dem Bremsmoment
entsprechen. Mit der für den Bremsvorgang zulässigen Annahme:
where Θ r corresponds to the combined moment of inertia of the rotating masses (tires and rim), dω / dt to the angular acceleration of the wheel and M b to the braking torque. With the assumption permitted for the braking process:
(21) mrg . d2xg/dt2 << Fk → Fx,b ≈ Fk
(21) m rg . d 2 x g / dt 2 << F k → F x, b ≈ F k
folgt für die gesuchte Anregung des Modells Fx,b:
follows for the suggested excitation of the model F x, b :
Die Winkelbeschleunigung dω/dt des Rades kann unmittelbar aus dem gemessenen
Raddrehzahlsignal durch einmalige Differentiation gewonnen werden. Bei rdyn = r0 + zr und Θr
handelt es sich um bekannte Größen. Mit dem gemessenen Bremsdruck phyd läßt sich
schließlich das Bremsmoment Mb nach folgendem Zusammenhang bestimmen
The angular acceleration dω / dt of the wheel can be obtained directly from the measured wheel speed signal by one-time differentiation. R dyn = r 0 + z r and Θ r are known quantities. With the measured brake pressure p hyd , the braking torque M b can finally be determined according to the following relationship
(23) Mb = rb.Fu,b = rb.2. µb.phyd.Ak,
(23) M b = r b .F u, b = r b .2. µ b .p hyd .A k ,
wobei Fu,b die Umfangskraft zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe und rb den effektiven
Bremsradius darstellen. Die Umfangskraft Fu,b erhält man durch Multiplikation des
Reibwertes µb zwischen den beiden Bremsbelägen (Faktor 2) und der Bremsscheibe, dem
Bremsdruck phyd sowie der wirksamen Kolbenfläche Ak des hydraulischen Bremszylinders (8).
Der Reibwert µb ist im allgemeinen zeitvariant. Für die Simulation wurde ein Mittelwert
gewählt. Eine Rekonstruktion der Bremskraft kann somit mit den Eingangssignalen
Raddrehzahl und Bremsdruck erfolgen. Mit Gl. 22 und Gl. 23 folgt schließlich für die
Horizontalanregung:
where F u, b represent the circumferential force between the brake pad and brake disc and r b the effective braking radius. The circumferential force F u, b is obtained by multiplying the coefficient of friction µ b between the two brake pads (factor 2) and the brake disc, the brake pressure p hyd and the effective piston area A k of the hydraulic brake cylinder ( 8 ). The coefficient of friction µ b is generally time-variant. An average was chosen for the simulation. The braking force can thus be reconstructed using the input signals wheel speed and brake pressure. With Eq. 22 and Eq. 23 finally follows for horizontal excitation:
Bei Versuchen wurden Ergebnisse dieses Modells mit Messungen der entsprechenden Größen verglichen. Dabei zeigte sich eine gute Übereinstimmung der berechneten Größen mit den jeweiligen gemessenen Größen. Im folgenden sollen dazu noch einige ergänzende Erklärungen gegeben werden. Zu diesem Zweck wird der Schlupf mit und ohne Kompensation der beschriebenen dynamischen Einflüsse dargestellt.In experiments, results of this model with measurements of the corresponding sizes were obtained compared. This showed a good agreement between the calculated quantities and the respective measured quantities. The following are some additional ones Explanations are given. For this purpose, the slip with and without Compensation of the described dynamic influences is shown.
In Fig. 10 sind die zeitlichen Verläufe der Bremskraft Fx,b sowie der korrigierte und der
unkorrigierte Schlupf λx,b aufgetragen. Die dargestellten Signalverläufe in Fig. 10 ergeben
sich aus Gl. (8), Gl. (24) und Gl. (25).
The time profiles of the braking force F x, b and the corrected and uncorrected slip λ x, b are plotted in FIG. 10. The signal curves shown in FIG. 10 result from Eq. (8), Eq. (24) and Eq. (25).
Im Bereich 1 wird die Korrektur hauptsächlich durch die Berücksichtigung der horizontalen Radmittelpunktgeschwindigkeit dxr/dt erreicht. Der Bereich 2 zeigt ebenfalls einen deutlichen Unterschied zwischen den beiden Schlupfberechnungsarten. Hier ist der Radmittelpunkt bereits wieder in Ruhe. Die Korrektur ist in diesem Bereich auf die Berücksichtigung der Veränderung des dynamischen Reifenradius rdyn durch das Einnicken des Fahrzeuges zurückzuführen. Im Bereich 3 zeigt der unkorrigierte Schlupf starke Schwingungen, die sogar in den negativen Schlupfbereich ausschlagen, obwohl noch Bremskraft vorhanden ist. Durch die Korrektur, die in diesem Bereich hauptsächlich durch die Berücksichtigung der Radmittelpunktsgeschwindigkeit dxr/dt und der Gürtelgeschwindigkeit dxg/dt erreicht wird, ist eine deutliche Glättung und eine Verschiebung der Schlupfkurve in den positiven und damit plausiblen Bereich zu erkennen.In area 1 , the correction is mainly achieved by taking the horizontal wheel center speed dx r / dt into account. Area 2 also shows a clear difference between the two types of slip calculation. Here the wheel center is already at rest. The correction in this area can be traced back to the change in the dynamic tire radius r dyn caused by the vehicle nodding off. In area 3 , the uncorrected slip shows strong vibrations, which even deflect into the negative slip area, although braking force is still available. The correction, which is mainly achieved in this area by taking into account the wheel center speed dx r / dt and the belt speed dx g / dt, shows a clear smoothing and a shift in the slip curve into the positive and thus plausible range.
Durch Auftragen des Kraftschlußbeiwertes µx,b über den Schlupfverläufen aus Fig. 10 erhält man den in Fig. 11 aufgetragenen µ-Schlupfverlauf.By applying the adhesion coefficient µ x, b over the slip courses from FIG. 10, the µ slip course plotted in FIG. 11 is obtained.
Der Kraftschlußbeiwert ergibt sich hierfür aus
The coefficient of adhesion results from this
wobei sich FN mit Hilfe von Gl. (10) bis (12) berechnen läßt. Die Bereiche deutlicher Korrektur aus Fig. 10 sind hier ebenfalls gekennzeichnet. Bereich 1 findet sich bei dieser Darstellungsform in der Verschiebung der aufsteigenden Schlupfkurve (λx,b ≦ 6%) hin zu größeren Schlupfwerten wieder. Die dargestellten Kennlinien zeigen eine wesentliche Verbesserung des Verlaufs im Sinne einer Annäherung an einen optimalen µ- Schlupfkurvenverlauf durch Berücksichtigung der in dieser Arbeit vorgestellten dynamischen Vorgänge bei der Berechnung des Schlupfes. Die Hysterese wird stark vermindert und es ist eine deutliche Glättung des Verlaufs zu erkennen.where F N with the help of Eq. (10) to (12) can be calculated. The areas of clear correction from FIG. 10 are also identified here. In this form of representation, area 1 can be found in the shift of the ascending slip curve (λ x, b ≦ 6%) towards larger slip values. The characteristic curves shown show a significant improvement of the course in the sense of an approximation to an optimal µ-slip curve course by taking into account the dynamic processes presented in this work when calculating the slip. The hysteresis is greatly reduced and a clear smoothing of the course can be seen.
Fig. 12 zeigt eine Übersichtsdarstellung des Modells. Dabei werden als Meßgrößen der Bremsdruck phyd, der Einfederweg Δz und die gemessene Raddrehzahl ω verwendet. Daraus können mittels der Gleichungen 24, 12, 18 und 19 die anderen Größen bestimmt werden, die zur Berechnung des Radschlupfes nach Gl. 8 benötigt werden. Es kann somit also ein korrigiertes Raddrehzahlsignal und ein korrigierter Schlupf des Rades gewonnen werden. Fig. 12 shows a block diagram of the model. The brake pressure p hyd , the spring deflection Δz and the measured wheel speed ω are used as measured variables . From this, the other quantities can be determined using equations 24, 12, 18 and 19, which are used to calculate the wheel slip according to Eq. 8 are needed. A corrected wheel speed signal and a corrected slip of the wheel can thus be obtained.
Durch Messung des Bremsdruckes kann unter Berücksichtigung weiterer fahrzeugabhängiger, aber konstanter Größen nach Gleichung 24 die Bremskraft bestimmt werden. Es ergibt sich dann (über den Einfluß von zr auf rdyn) ein gekoppeltes Differentialgleichungssystem aus den Gleichungen 12 und 18. Diese Gleichungen sind lösbar, da die jeweiligen Größen entweder anhand von Kennlinien bestimmt werden können (Fcrz, Fcaz, Fdaz, Fcrx) oder mittels Spektralschätzung der Parameter (Fdrz, Fdrx). Der Einfederweg Δz wird gemessen. Damit lassen sich dann also zr, dxr/dt und dxg/dt bestimmen.The braking force can be determined by measuring the brake pressure, taking into account other vehicle-dependent but constant variables according to equation 24. A coupled differential system of equations is then obtained from equations 12 and 18 (via the influence of z r on r dyn ). These equations can be solved, since the respective quantities can either be determined using characteristic curves (F crz , F caz , F daz , F crx ) or by spectral estimation of the parameters (F drz , F drx ). The spring deflection Δz is measured. This means that z r , dx r / dt and dx g / dt can be determined.
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