WO2001019653A1

WO2001019653A1 - Verfahren zur regelung eines giermoments

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Publication number: WO2001019653A1
Application number: PCT/EP2000/008799
Authority: WO
Inventors: Georg Roll; Ulrich LÜDERS; Rainer Oehler; Thomas Raste; Hubertus Raitz Von Frentz; Karl Izsak
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2001-03-22
Anticipated expiration: 2002-03-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Giermoments eines Fahrzeugs, das aus dem Vergleich einer Istgierwinkelgeschwindigkeit mit einer Sollgierwinkelgeschwindigkeit und ggf. weiteren Grössen gebildet wird. Um eine Regelung der Fahrstabilität des Fahrzeugs ohne Gierratensensor zu ermöglichen, wird die Istgierwinkelgeschwindigkeit unter Einbeziehung der am Reifen angreifenden Istkräfte und des Lenkwinkels über eine Integration der Gierwinkelbeschleunigung geschätzt.

Description

Verfahren zur Regelung eines Giermoments

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Giermoments eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekannte Giermomentenregelungen stabilisieren das Fahrverhalten des Fahrzeugs bei Kurvenfahrten durch Vergleich einer Sollgierwinkelgeschwindigkeit mit einer Istgierwinkelgeschwindigkeit, die von einem Gierratensensor gemessen wird, welcher geringste Änderungen der Istgierwinkelgeschwindigkeit erfasst. Bei Abweichung der Istgierwinkelgeschwindigkeit von der Sollgierwinkelgeschwindigkeit, die mindestens in Abhängigkeit von den Größen Lenkradwinkel, Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit und Reibwert berechnet wird, wird diese Differenz in Steuersignale für bestimmte Stellelemente umgerechnet, durch deren Betätigung dann sich die Istgierwinkelgeschwindigkeit an die Sollgierwinkelgeschwindigkeit annähert .

Ferner sind Druckschriften bekannt, die sich mit dem Erfassen und Auswerten der am Fahrzeugreifen angreifenden Kräfte und Momente befassen ( WO 96/10505, WO 97/44673) . Ein Reifensensor, insbesondere dessen Ausbildung, ist in der DE 196 20 582 AI beschrieben. Darüber hinaus ist es aus der DE 196 24 795 AI bekannt, daß anhand von Reifensensoren Kräfte und Momente in Längs-, Quer- und Vertikalrichtung errechnet werden können. Eine Giermomentenregelung auf der Basis der am Reifen angreifenden Kräfte soll so aussehen, daß ein Sollgiermoment errechnet wird. Dieses Sollgiermoment wird in Sollkräfte umgerechnet, welche an den jeweiligen Fahrzeugreifen angreifen, wenn das Sollgiermoment mit dem Istgiermoment übereinstimmt. Danach werden dann die Istkräfte, welche an den Fahrzeugreifen angreifen, auf die Sollkräfte hin geregelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung eines Giermoments eines Fahrzeugs anzugeben, bei dem eine Istgierwinkelgeschwindigkeit ohne Gierratensensor ermittelt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .

Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.

Die Erfindung sieht also vor, daß innerhalb einer Fahrdynamikregelung (ESP) eine Gierwinkelgeschwindigkeit (Gierrate) unter Einbeziehung von Reifenkraf signalen und des Lenkwinkels über eine Integration einer Gierwinkelbeschleunigung geschätzt wird. Die Gierrate wird vorzugsweise durch Integration der Gierwinkelbeschleunigung nach der Beziehung Fl.l

bestimmt .

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Gierwinkelbeschleunigung aus der Momentenbilanz um die Fahrzeughochachse nach der Beziehung Fl.2-1.3 gebildet.

F1.2

Ψ = M,

Θ

F1.3

M_z = (F_{y v}, + F_y „ )*l_v*cosδ + (F_{x vr} * b_w - F_{x vl} *b_vl)* cos δ + + (f_{x vl +} F_{x vr})*l_v *sinδ ₊ (F_{y vl} *b_vl-F_{i Vr} *b_vr)*smδ- -{F__U+F_v_kr *h-F_<u *b_hl+F_x^hr *b_hr

In die Momentenbilanz gehen neben den Reifenkraftsignalen als Signal der Lenkwinkel ein. Die Schätzung der Gierrate wird also über die direkte Integration der Momentenbilanz unter Einbeziehung eines Korrekturwertes oder einer Korrekturgröße durchgeführt .

Die diskretisierte Form der Integration nach der Beziehung Fl.l kann z.B. durch einen Euler-Ansatz

F1.4

realisiert werden. Die Bestimmung einer Schätzgröße der Gierwinkelgeschwindigkeit führt zu dem wirtschaftlichen Vorteil der Einsparung eines Gierratensensors in ESP-Systemen. Ebenso kann die Bestimmung einer Schätzgröße der Gierwinkelgeschwindigkeit zur funktionalen Verbesserung eines ESP-Systems, welches einen Gierratensensor aufweist, genutzt werden.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine Schätzgröße der Gierwinkelgeschwindigkeit als Istgröße bei einer Fahrdynamikregelung verwendet werden kann, wenn die mittels direkte Integration der Gierbeschleunigung geschätzte Gierrate durch Korrekturgrößen oder Korrekturwerte gestützt wird, um die bei dem vorgesehenen Verfahren der direkten Integration unvermeidbar auftretenden Drifteffekte durch Akkumulation von Fehlern zu reduzieren. Es erfolgt entsprechend der Erkennung des nichtlinearen Fahrverhalten des Fahrzeuges eine Korrektur der integrierten Gierrate über Referenzwerte oder Referenzgrößen. Ein Verfahren zur Erkennung des nichtlinearen Fahrverhaltens sowie der Bestimmung des Referenzwertes oder der Referenzröße verwendet unterschiedliche Referenzgierraten die einzeln oder in Kombination miteinander zur Erkennung des nichtlinearen Fahrverhaltens und/oder zur Korrektur der durch direkte Integration ermittelten Gierrate dienen.

Bei dem Verfahren zur Schätzung eines Fahrzeuggierratensi- gnals zur Stabilitätsregelung unter Einbeziehung von Rad- kraftsignalen, wird die Schätzung der Gierrate daher über eine direkte Integration der Momentenbilanz durchgeführt und zur Vermeidung von Drifteffekten die geschätzte Gierrate (integrierte Gierrate) permanent mit Hilfe von berechne- ten Referenzgierraten korrigiert . Eine Referenzgierrate wird nach dem stationären Einspurmodell aus dem Lenkradwinkel, der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit

(Referenzgeschwindigkeit) , dem Eigenlenkgradient und dem Radstand gemäß der Beziehung

F2.1

^ψ«

berechnet .

Eine weitere Referenzgierrate wird aus der Querbeschleunigung und der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit (Referenzgeschwindigkeit) nach der Beziehung

F2.2

berechnet .

Eine dritte Referenzgierrate wird aus Gierbeschleunigung nach der Beziehung

F2.3

Ψ_ref aus ψ_ref = f(δ, v_ref , ß_{rcf re/} , μ)

berechnet .

Zusätzlich zum Referenzgierratensignal können Referenz- Seitenkräfte der Vorder- und Hinterachse sowie ein Referenzmoment mit dem Einspurmodell bestimmt werden. Die Korrekturen der integrierten Gierrate auf eine Refe- renzgierrate, insbesondere bei Fahrzeugen, die sich im li-

nearen Bereich befinden, nach der Beziehung ψ_ref = oder ref

Ψ ref aus Ψref = /( ^Vr ref .' ß rrecff Ψ Y rreeff > ' ) ^θd^θr

Ψrreeff,, = S erfolgt immer dann,

wenn die Referenzgierraten nach den Beziehungen

Ψref, = 5 in einem

Band liegen, das durch

- ψ_refι \ < k bestimmt wird.

Der Schwellenwert k ist kleiner 5 Grad pro Sekunde, vorzugsweise liegt der Wert &, in einem Bereich zwischen 2 und 3 , 5 Grad pro Sekunde .

Nach einer weiteren oder zusätzlichen zweiten Ausführungsform erfolgt die Korrektur der integrierten Gierrate auf a _v eine Referenzgierrate nach der Beziehung ψ_ref = oder

"ref

Ψ ref aus Ψ_ref = fiδ,v_nf ,ß_ref ψ_ref ,μ) oder

Ψref, = δ , insbesondere bei

Fahrzeugen, die sich im linearen Bereich befinden, immer dann, wenn die Differenz zwischen dem am Fahrzeug gemessenen Moment M, und dem anhand eines dynamischen Einspurmodells berechneten Moment nach der Beziehung M, _rtf = Θ ψ_nf innerhalb eines Bandes liegen, das durch

- M, _rcf < k₂ bestimmt wird. Der Schwellenwert k₂ ist kleiner 1000 Nm, vorzugsweise liegt k₂ im Bereich zwischen 200 und 500 Nm. Zusätzlich zu oder anstatt der Bedingung, daß der Schwellenwert k₂ unterschritten werden muß, kann auch die Bedingung vorgesehen sein, daß die Referenzgierwinkelgeschwindigkeiten nach den Beziehungen

a. und ψ ₍ innerhalb eines Bandes liegen müssen, das v v r.ef ,

durch Ψ_r ^~ Ψ_ref \ ^{< r}^_\ best immt wird , mit k kleiner 5 Grad

pro Sekunde .

Nach einer weiteren oder zusätzlichen dritten Ausführungsform erfolgt die Korrektur der integrierten Gierrate auf

eine Referenzgierrate nach der Beziehung ψ_rcf = oder

"ref

Ψref aus ψ_ref = J (° > ^V ref > P ref, Ψref

Ψref, δ insbesondere bei

Fahrzeugen, die sich im linearen Bereich befinden, immer dann, wenn die Differenz der zwischen den am Fahrzeug gemessenen Seitenkräften F_v und den anhand eines dynamischen

Einspurmodells berechneten Seitenkraften F_{γ rcf} nach der Beziehung ⁷ _y,ref = C - a_ref mi t ^■ Ψ ref ^■ ψ, ref cc ref = ß, ref + δ und a ref ßref +

"ref -ref innerhalb eines Bandes liegen, das durch F„ -

<£, bestimmt wird. Der Schwellenwert £₃ ist kleiner 500 N, vorzugsweise liegt der Schwellenwert in einem Bereich zwischen 100 und 300 N. Zusätzlich zu oder anstatt der Bedingung, daß k₃ unterschritten werden muß, kann auch die Bedingung vorgesehen sein, daß die Referenzgierwinkelgeschwindigkeiten nach den Beziehungen

und ψ_ref = —— innerhalb eines Bandes liegen, das durch

"ref

Ψ_ref ~ Ψ_ref, I ^{< r}^_\ bestimmt wird, mit k_± kleiner 5 Grad pro Se¬

kunde .

Um eine unbeabsichtigte Korrektur, d.h. ein unbeabsichtigtes Zurücksetzen auf eine der Referenzgierwinkelgeschwindigkeiten bei einem Nulldurchgang der Differenzsignale

Ψref l ^~ Ψref 2 und oder

M_z - M_{z ef} und/oder

\F.. - F y..ref | zu vermeiden, muß die Bedingung

Ψ ref \ Ψ ref. < k, oder M, - M l.ref < &, oder \F. y .ref < &₃ mindestens für eine Dauer T_s erfüllt sein, bevor auf eine der Referenzgierwinkelgeschwindigkeiten zurückgesetzt werden kann.

Der Schwellenwert T_s sollte nicht kleiner als 100 ms gewählt werden, vorzugsweise ist T_s = 150 ms.

Eine weitere Korrektur der integrierten Gierrate auch während hochdynamischer Fahrzustände erfolgt derart , daß die integrierte Gierrate schrittweise in Richtung der Referenz- a, gierrate nach der Beziehung ψ , = korrigiert wird, so- v ref _r lange sie außerhalb eines Bandes liegt, das durch die beiden Referenzgierraten nach der Beziehung

^Vref m mit Λ__A a_v

^EG und ψ _{ = bestimmt

^Ψrc/' ^~~ l + EGv_rc/ ^{2 =} T ^ c v ref r wird .

Die Korrektur der integrierten Gierrate erfolgt auch während hochdynamischer Fahrzustände immer dann, wenn die integrierte Gierrate Werte angenommen hat, die außerhalb des physikalisch möglichen Bereichs liegen.

Die in der Anmeldung verwendeten Größen haben folgende Bedeutung :

ψ_est Schätzgröße der Gierrate ψ _ml Gierrate aus direkter Integration ψ_ref Referenzgierrate ψ Gierbeschleunigung

Fχ_vi_/r Längskräfte vorne links/rechts

F_x_ i_/r Längskräfte hinten links/rechts

Fy vi_/r Seitenkräfte vorne links/rechts

Fy_hi_/r Seitenkräfte hinten links/rechts

M_z Momentenbilanz um die Fahrzeughochachse

1 Radstand l_v Abstand zwischen Schwerpunkt und Vorderachse l_h Abstand zwischen Schwerpunkt und Hinterachse b_vι_/r Abstand zwischen Radaufstandspunkt und der Schwer punktlängsachse vorne links/rechts jb_hi_/r Abstand zwischen RadaufStandspunkt und der Schwer punktlängsachse hinten links/rechts m Fahrzeugmasse Θ Trägheitsmoment um die Fahrzeughochachse

Vre Fahrzeuglängsgeschwindigkeit δ Lenkwinkel am Rad

EG Eigenlenkgradient

C_v Schräglaufsteifigkeit Reifen vorne

C_h Schräglaufsteifigkeit Reifen hinten a_γ Fahrzeugquerbeschleunigung ki Schwellenwert für die Referenz- Gierwinkelgeschwindigkeit k₂ Schwellenwert für die Momentenbilanz k₃ Schwellenwert für die Kräftebilanz k Korrekturfaktor a_v Schräglaufwinkel der Vorderachse a, Schräglaufwinkel der Hinterachse T_s Schwellenwert für die Gierratenkorrektur

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig.l eine schematische Darstellung der Reifenkräfte in radfesten Koordinatensystemen

Fig.2 eine Gesamtstruktur einer Giermomentenregelung

Fig.3 eine schematische Darstellung der Regelstruktur

In Fig. 1 sind die Reifenkräfte in den radfesten Koordinatensystemen eines Fahrzeugs beispielhaft dargestellt. Die durch den Reifen-Fahrbahn-Kontakt an den Reifen auftretenden Kräfte der einzelnen Räder können Radlängskräfte, Querkräfte und/oder Radaufstandskräfte sein. In Fig. 1 sind beispielhaft Radumfangskräfte F_x (Längskräfte) und F_y (Querkräfte) in den radfesten Koordinatensystemen eines Fahrzeugs dargestellt. Die Kräfte werden mit Indices bezeichnet. Es gilt

h = Hinterachse des Fahrzeugs v = Vorderachse des Fahrzeugs r = rechts

1 = links ref = Referenzgröße

1 = Abstand der Achse vom Schwerpunkt b = halbe Spurweite des Rades.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Gesamtstruktur einer Giermo- mentenregelung, wobei das Fahrzeug mit seinen Radbremsen die Regelstrecke 204 bildet.

Auf das Fahrzeug wirken die vom Fahrer gegebenen Größen Fahrerbremsdruck (nicht dargestellt) und Lenkwinkel δ. Am Fahrzeug werden die hieraus resultierenden Größen Motor- Istmoment, Querbeschleunigung, Raddrehzahlen, Hydrauliksignale (wie Radbremsdrücke) und die Radumfangskräfte F_x und Querkräfte F_y ermittelt. Hierzu stehen als Sensorik ein Lenkwinkelsensor, ein Querbeschleunigungssensor sowie Radgeschwindigkeitssensoren und Radkraftsensoren, wie Reifensensoren, zur Verfügung. Die Ermittlung der Längs- und Querkräfte erfolgt bevorzugt mittels Reifensensoren, welche Signale aus der Verformung der Reifen, insbesondere der Reifenseitenwand, generieren, aus denen sich die Längs (F_x) - und Querkräfte (F_y) bstimmen lassen. Die ermittelten Längsund Querkräfte werden einem Giermomenten (GMR) -Regelgesetz 201 und einer Reibwert- und Zustandsschätzung 203 zugeführt .

Im GMR-Regler sind Fahrzeug-Referenzmodelle 200 abgelegt, welche anhand des Lenkwinkels δ, der Fahrzeug- Referenzgeschwindigkeit v_ref, der Querbeschleunigung a_y sowie dem in der Reibwert- und Zustandsschätzung geschätzten Reibwert μ ein Referenz-Giermoment M_z,ref oder Referenz- Querkräfte F_y,ref oder, wie in den folgenden Ausführungen beschrieben, Referenzgierwinkelgeschwindigkeiten berechnet. Weiterhin werden Referenzgierraten aus dem stationären Einspurmodell und der Fahrzeugquerbeschleunigung ermittelt. Die Reibwert- und Zustandsschätzung 203 verwendet für ihre Rechnungen die Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit v_ref/ die gemessene Fahrzeugquerbeschleunigung a_y, die aus den Rei- fensensoren bzw. Radkräftesensoren berechneten Radkräfte F_y und F_x, sowie den Lenkwinkel δ. Neben der Schätzung des Reibwertes wird in der Reibwert- und Zustandsschätzung 203 u.a. eine Zustandsschätzung vorgenommen, die Informationen über den aktuellen Fahrzustand, der z.B. durch die Gierrate gekennzeichnet ist, bestimmt. Über die Eingangsgrößen kann hierzu eine Schätzung der Gierwinkelgeschwindigkeit vorgenommen werden, die an das GMR-Regelgesetz 201 weitergegeben wird. In dem Regelgesetz 201 werden die im Fahrzeug- Referenzmodell 200 berechneten Referenzgierwinkelgeschwindigkeiten mit den aus den ermittelten Radkräften F_y, F_x , dem Lenkradwinkel δ und den Achsabständen zum Massenschwerpunkt des Fahrzeugs geschätzten Gierwinkelgeschwindigkeiten über den aktuellen Fahrzustand verglichen und das zu regelnde

Giermoment ΔM bzw. die zu regelnde Gierrate L ψ oder die Längskräfte F_x aus der Differenz der Gierwinkelgeschwindigkeiten bestimmt. Anhand dieser Gierwinkelgeschwindigkeitsdifferenz und/oder dem daraus abgeleiteten Giermoment und/oder den daraus abgeleiteten Längskräften wird eine Stellgröße so berechnet, daß das fehlende Giermoment, die fehlende Gierrate bzw. die fehlende Längskraft ergänzt wird und das Fahrzeug 204 in einem beherrschbaren Zustand hält. Die Stellgröße erzeugt ein Zusatz-Giermoment ΔM um die Fahrzeughochachse durch aktive Bremseingriffe, also Bremseingriffe ohne Bremsbetätigung des Fahrers, durch Kraft- oder Bremsdruckvorgaben und/oder Motoreingriffe. Das Zu- satzgiermoment kann hierzu in Kraftanforderungen für die einzelnen Räder umgerechnet werden.

Die Kraftanforderungen der einzelnen Räder werden dem unterlagerten Stellregelkreis 202 als Sollwerte zugeführt. Der Stellregelkreis 202 erzeugt die Stellsignale in Form von z.B. Ventilschaltzeiten, Bremsdrücken, Spannkräften, Stromgrößen oder Motor-Antriebsmomenten.

Das in dem Regelgesetz 201 ermittelte Zusatzgiermoment basiert auf einem Vergleich der berechneten Sollgierrate mit einer geschätzten Istgierrate, die unter Zugrundelegung von Figur 3 wie folgt bestimmt wird:

Das Verfahren zur Schätzung des Fahrzeuggierratensignals zur Regelung des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs erfolgt über die direkte Integration der Gierbeschleunigung. Die Gierrate wird durch Integration der Gierbeschleunigung nach der Beziehung

Fl.l

bestimmt. Die Gierbeschleunigung wird aus der Momentenbilanz um die Fahrzeughochachse gebildet, nach der Beziehung Fl.2-1.3

F1.2 ψ = — * M Θ

F1.3

M_: = (F_{l it} + F_x „)*l_i *∞sδ + (F_{X ir}*b_ιr-F_{x ll}*b_il)*cosδ + + (F_{X il} + F_{x ιr})*l_t *smδ + (F_v__ll*b_ll-F_{i ir}*b„)*smδ-

-(F_{i h}, + F_{i hr})*l_h-F_{x M}*b_{hl +}F _hr*b_hr

Neben den Reif enkraf tsignalen wird als Signal der Lenkwinkel am Rad benötigt. Die diskretisierte Form der Integrati-

on nach der Beziehung ψ_M = ψ₀ + dτ kann z.B. durch einen

Euler-Ansatz

F1.4

realisiert sein.

Bei diesem Verfahren zur Schätzung des Gierratensignals treten unvermeidbar Drifteffekte durch Akkumulation von Fehlern auf. Um diese Effekte zu begrenzen, wird die direkte Integration 300 durch folgende Referenzmodelle 200 gestützt :

Referenzmodelle

Als Referenzgierraten werden die nachfolgend aufgeführten Signale verwendet, die im fahrdynamisch linearen Bereich weitgehend der tatsächlichen Gierrate entsprechen. Diese Signale dienen einzeln oder m Kombination miteinander zur Korrektur des durch direkte Integration ermittelten Giera- tensignals nach der vorhergehenden Beschreibung. Gierrate aus stationärem Einspurmodell

Das erste Referenzgierratensignal wird gemäß der folgenden

Beziehung nach Gleichung

F2.1

^V ref ^ψ ^f = ^δ T l ^~+ E rG7v,—_ref ^{~ m it E G =} T l r_V r C gebildet .

Gierrate aus Fahrzeugquerbeschleunigung

Das zweite Referenzgierratensignal wird gemäß der folgenden Beziehung nach Gleichung F2.2

F2.2

gebildet .

Gierrate aus dynamischem Einspurmodell

Ein weiteres Referenzgierratensignal kann aus dem dynamischen Einspurmodell ermittelt werden, d.h. es wird gemäß der folgenden Beziehung nach Gleichung F2.3

F2.3 Ψ_ref aus ψ_{r f} = f(δ, v_rcf , ß _iψ_rcf , μ) bestimmt .

Zusätzlich zum Referenzgierratensignal können Referenz- Seitenkräfte der Vorder- und Hinterachse sowie ein Referenzmoment mit dem Einspurmodell bestimmt werden.

Es erfolgt entsprechend der Erkennung des nichtlinearen Verhaltens 302 des Fahrzeuges eine Korrektur 303 der integrierten Gierrate. Die Verfahren zur Erkennung des nichtlinearen Verhaltens sowie der Bestimmung des Korrekturfaktors werden im nachfolgenden Abschnitt beschrieben.

Der Ablauf zur Bestimmung eines Schätzsignals der Gierrate innerhalb eines Auswerte- oder Rechenzyklusses erfolgt in drei Schritten:

1. Bestimmung der Referenzgierraten und eines Korrekturfak- tors k 2. Korrektur der direkt integrierten Gierrate 3. Integrationsschritt

In Schritt 1 werden die Referenzgierraten (nach den Gleichungen F2.2 bis F2.3 ) bestimmt. Der Korrekturfaktor k, der den fahrdynamisch linearen Bereich k=l oder den nichtlinearen Bereich k=0 bestimmt, wird wie folgt ermittelt:

Ausfύhrungsbeispiel mit zwei Referenzgierraten

Wenn die beiden Referenzgierraten nach der Beziehung m rri ψ . = δ ^ r mit EG = — ( l ", /..

^{Ψ r}^ /+ EGv_rr_cef_f ² l { c. C„; _v und ψ _f innerhalb des Bandes liegen, das durch v ref,

Ψ_ref ~Ψ_ref I ^< ^_ι fä^r T_s ≥\50ms bestimmt wird, dann ist der

Korrekturfaktor k=l . Das betrachtete Fahrzeug befindet sich bei dem Korrekturfaktor k=l im fahrdynamisch linearen Bereich. Die integrierte Gierrate wird durch eine berechnete a_v

Referenzgierrate nach der Beziehung ψ . = oder

^Vref

Ψ_ref aus ψ_ref = f(δ, v_re/ , ß_ref ψ_ref , μ) oder

ψ _rcf = δ "TrTef. m_i,t A^Λ

EGv_ref-

C_Hj ersetzt bzw. z.B. mittels Korrekturschritten, auf eine der Referenzgierraten gesetzt. Ist k=0 , befindet sich das Fahrzeug im fahrdynamisch nichtlinearen Bereich.

Ausführungsbeispiel mit einer Momentendifferenz

Wenn der Betrag der Differenz des nach der Beziehung F1.3

M_: = (F_v__vl + F_i__vr)*l_v*cosδ + (F_x_„*b„-F_{x xi}*b_rl)*cosδ + + (F_x__vl + F_{x vr})*l_v *smδ + (F_{y vl} *b„-F_{r vr} *b_vr)*smδ- ~ (F_{v hl} + F_{y hr} )*l_h- F_{x hl} * b_M + F _hr * b_hr bestimmten Momentes und einem aus dem dynamischen Einspurmodell nach der Beziehung , =®-ψ_rcf bestimmten Referenzmomentes kleiner als der nach der Beziehung M, - M, _ref < k₂ für T_s ≥ \ 50ms bestimmte Schwellenwert k₂

und/oder der Schwellenwert k ist, dann ist der Korrekturwert k=l . Das betrachtete Fahrzeug befindet sich bei dem Korrekturfaktor k=l im fahrdynamisch linearen Bereich. Die integrierte Gierrate wird durch eine berechnete Referenz- a_v gierrate nach der Beziehung ψ , oder

Ψ_ref aus ψ_ref = f(δ, v_ref , ß_ref ψ_ref , μ) oder

ersetzt bzw. z.B. mittels Korrekturschritten, auf eine der Referenzgierraten gesetzt. Ist ic=0, befindet sich das Fahrzeug im fahrdynamisch nichtlinearen Bereich.

Ausführungsbeispiel mit einer Kraftdifferenz

Wenn der Betrag der Differenz der vorzugsweise mit Reifensensoren (Reifenseitenwandtorsions-Sensoren) gemessenen Seitenkraft (Summe der Seitenkräfte einer Achse) und einer Referenzseitenkraft nach der Beziehung F_{y ref} = C ■ a_ref mit

aus dem dynamischen Einspurmodell an der Vorderachse kleiner als der nach der Beziehung F - F _ref < k für T_s ≥ \50ms be¬

stimmte Schwellenwert &₃ und/oder &, ist, dann ist der Korrekturwert k=l . Das betrachtete Fahrzeug befindet sich bei dem Korrekturfaktor k=l im fahrdynamisch linearen Bereich. Die integrierte Gierrate wird durch eine berechnete Refe- a „ renzgierrate nach der Beziehung ψ_ref = oder ref

Ψref aus Ψref = f(δ, v_ref ,ß_ref,ψ_rcf ,μ) oder

ref

Ψ ref = δ m it ,- _^ E G = — l + E G v r,ef / * V C *- , v ^ h, ersetzt bzw. z.B. mittels Korrekturschritten, auf eine der Referenzgierraten gesetzt. Ist J=0, befindet sich das Fahrzeug im ahrdynamisch nichtlinearen Bereich.

M_z ^~ M_Zjtf und/oder

zu vermeiden, muß die Bedingung

Ψ ref \ Ψ ref. < k, oder M₇ - M Z.ref < k₂ oder F y - F v.ref , < k_} mindestens für eine Dauer T_s erfüllt sein, bevor auf eine der Referenzgierwinkelgeschwindigkeiten zurückgesetzt werden kann.

Schritt 2 erfolgt mit Hilfe der direkt integrierten Gierrate und einer Referenzgierrate (nach Gleichung F2.2 oder F2.3 ) unter Berücksichtigung des Korrekturfaktors, d.h. F2.4

ΨeΛt_n) = Ψ_ln<(tn) + k*(ψre_f{t„)-ψ„Λt„))

Im Schritt 3 wird für die Integration nach der Beziehung gemäß Gleichung F1.4

Ψ,_nl( ₊,) = ψ_wl(t_n) + ψ(t_n M das nach Gleichung F2.4 bestimmte Schätzsignal der Gierrate verwendet, d.h. F2.5

Ψ,λt_n+ ) = Ψ_eΛ ) + ψ(t„)* t

Erkennung des nichtlinearen Verhaltens

Solange sich das betrachtete Fahrzeug im fahrdynamisch linearen Bereich befindet, kann die integriete Gierrate permanent auf eine der Referenzgierraten gesetzt bzw. durch die gebildeten Signale ersetzt werden. Im fahrdynamisch nichtlinearen Bereich entsprechen die Referenzgierraten nicht mehr der tatsächlichen Gierrate, so daß dann die freie bzw. direkte Integration der Gierbeschleunigung nach Fl.l

F1.2

ψ ~ — * M Θ

F1.3 M_. = (F_x__xl+F_x. _xr)*l_x.*∞sδ + (F_x__xr*b„-F_x__xi*b_x„)*∞sδ + + (F _il + F _vr )*/,.* sin δ + (F_{v v}, * b_rl - F_{v vr} * b_vr ) * sin -

-(F_{< h},+F_{v hr})*l_h-F_{x hl}*b_hl+F _hr*b_hr

ohne Korrektur ablaufen muß. In dieser Zeit der freien Integration entfernt sich das integrierte Gierratensignal kontinuierlich vom tatsächlichen Gierratensignal, wenn die Kräfte und Hebelarme nicht exakt bekannt sind und/oder wenn externe Kräfte und/oder Momente auf das Fahrzeug wirken (z.B. durch Seitenwind) . Um diese Drift gering zu halten, wird eine Korrektur des integrierten Signals im fahrdynamisch nichtlinearen Bereich vorgesehen. Dazu werden unter Einbeziehung der Referenzgieratensignale die Korrekturfaktoren k=l oder k=0 herangezogen.

Ausführungsbeispiel mit zwei Referenzgierraten und weiteren Signalen

Es wird ein Korrekturfaktor bestimmt, der nicht nur die Werte 0 oder 1, sondern auch beliebige Zwischenwerte annehmen kann. Das Verfahren für die Korrektur arbeitet wie folgt: Die Lenkwinkelreferenzgierrate nach der Beziehung

( 1 . ^V ref . „ _ m

Ψ_ref = δ- — mit . \

_? EG = — , ^f' 1+ FGv_rcf- l _Cγ C_hj

zeigt den Fahrerwunschkurs an, während die Querbeschleuni - a_v gungsreferenzgierrate nach der Beziehung ψ _f = die Reak- ref tion des Fahrzeuges unter stabilen Fahrbedingungen wieder- gibt und verzögert auf die Vorgabe reagiert ( Massenträgheit des Fahrzeuges) .

Die tatsächliche, z.B. mittels eines hochauflösenden Sensors gemessene Gierwinkelgeschwindigkeit oder Gierrate des Fahrzeuges eilt beim Übergang vom stabilen in den instabilen Fahrzustand, der Querbeschleunigungsreferenzgierrate voraus. Unter diesen Bedingungen ist die tatsächliche Gierrate größer als die Querbeschleunigungsreferenzgierrate . Gleichzeitig hat die tatsächliche Gierrate in den meisten Fällen noch nicht die Kursvorgabe des Fahrers erreicht, sonst hätte der Fahrer zurückgelenkt und den Gierratenaufbau beendet. Die tatsächliche Gierrate ist deshalb mit hoher Wahrscheinlichkeit innerhalb des Bandes

Ψ, ref₂ < k,

zu finden, das von den beiden Referenzgierraten aufgespannt wird.

Befindet sich die integrierte Gierrate außerhalb dieses

Bandes ref, ^~ Ψ ref. so daß k, ≥ Ψre_h ^~ Ψref,_ ist, wird in jedem

Berechnungszyklus ein kleiner Korrekturschritt zur Band- ^yre_f m ( l_h /„ '

a_v oder ψ , = durchgeführt. Die Korrekturschrittweite ist

abhängig vom Abstand der integrierten Gierrate zur Bandgrenze, von den aktuellen Drehmomenten, dem Reibwert sowie der Geschwindigkeit. Sie beträgt vorzugsweise einen variablen Bruchteil der Differenz der integrierten Gierrate zur berechneten Gierrate (Bandgrenze) . Die Schrittweite ist klein, verglichen mit der vorliegenden Abweichung, um über den Mittelungseffekt vieler kleiner Einzelkorrekturen eine insgesamt genauere Korrektur zu erzielen.

Des weiteren kann der stabile Fahrbereich genutzt werden, um direkt auf eine Referenzgierrate ebenfalls in kleinen Schrittweiten in jedem Berechnungszyklus zu korrigieren. Dieser Fahrbereich wird erkannt über den Abstand der Referenzgierraten, über deren Gradienten, über die aktuellen Drehmomente, sowie über mittlere Momente. Zusätzlich werden Reibwert und Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet. Alle diese Größen werden separat oder in Kombination verwendet, um die Korrekturschrittweiten festzulegen oder zu entscheiden, die Korrektur in diesem Berechnungszyklus nicht durchzuführen. Die Korrekturschrittweite ist auch beim zweiten Verfahren proportional dem Abstand integrierte Gierrate - Referenzgierrate .

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Regelung eines Giermoments eines Fahrzeugs, das aus dem Vergleich einer Istgierwinkelgeschwindigkeit mit einer Sollgierwinkelgeschwindigkeit und ggf. weiteren Größen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Istgierwinkelgeschwindigkeit unter Einbeziehung der am Reifen angreifenden Istkräfte und dem Lenkwinkel über eine Integration der Gierwinkelbeschleunigung geschätzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gierwinkelbeschleunigung nach der Beziehung

1 ψ = — M, bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schätzung der Gierwinkelgeschwindigkeit über eine direkte Integration mit der Momentenbilanz nach der Beziehung

M_: = (F_{y vl} + F_y *l_v *cosδ + (F_{x vr} *b_vr-F _vl *b *∞sδ + + (F_X,_{I +}F _rr)*l_y *sϊnδ + (F_{y vl} *b_vl-F_{v vr} *b_xr)*sinδ-

-(F_yJll+F_{v hr})*l_h-F_{x hl} *b_hl + F_{x hr} *b_hr

durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die geschätzte Gierwinkelgeschwin- digkeit unter Einbeziehung von bestimmten, geschätzten und oder errechneten Korrekturgrößen oder Korrekturwerten in Abhängigkeit vom Fahrverhalten des Fahrzeugs korrigiert wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die geschätzte Gierwinkelgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einem linearen oder nicht linearen Fahrverhalten des Fahrzeugs nach mindestens zwei unterschiedlichen Strategien korrigiert wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Korrekturgrößen oder Korrekturwerte Referenzgierwinkelgeschwindigkeiten bestimmt, geschätzt oder berechnet werden.

Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzgierwinkelgeschwindigkeit nach der Beziehung

des stationären Einspurmodells berechnet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzgierwinkelgeschwindigkeit nach der Beziehung a_y ψ , = berechnet wird.

V ref _r Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer ersten Strategie zur Korrektur der integrierten Gierwinkelgeschwindigkeit, insbesondere bei einem Fahrzeug, das sich im fahrdynamisch linearen Bereich befindet, die integrierte Gierwinkelgeschwindigkeit auf eine Referenzgierwinkelge- _v schwindigkeit nach der Beziehung ψ_rcf = oder ref Ψ_ref US Ψ_ref

_ref , μ) θdeT

gesetzt bzw. durch die Referenzgierwinkelgeschwindigkeit ersetzt wird, wenn die Referenzgierwinkelgeschwindigkeiten nach den Beziehungen ^y ref ., _ „ m ( l_h l_v ^λ — m it E G = — —

/ + E G v_rcf - l { c_v C_h j

und ψ _f = innerhalb eines Bandes liegen, das durch

^Vref

Ψ_ref, ^~ Ψ_ref₂ \ ^{< r}^ bestimmt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert , kleiner 5 Grad pro Sekunde ist, vorzugsweise im Bereich zwischen 2 und 3,5° /s liegt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer weiteren oder zusätzlichen Strategie zur Korrektur der integrierten Gierwin- 19653

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kelgeschwindigkeit , insbesondere bei einem Fahrzeug, das sich im fahrdynamisch linearen Bereich befindet, die integrierte Gierwinkelgeschwindigkeit auf eine Referenzgierwinkelgeschwindigkeit nach der Beziehung ^ay Ψ_ref = — ^oder Ψ_ref aus Ψ _ref = f (^δ ,v _ref , ß_ref ψ _ref , μ) oder ref m

Ψ r ef = δ ref m it E G = l + E G v r.ef l * C ^ . v ^ h gesetzt bzw. durch die Referenzgierwinkelgeschwindigkeit ersetzt wird, wenn die Differenz zwischen der am Fahrzeug gemessenen Istgröße, die ein Moment wiedergibt und dem anhand eines dynamischen Einspurmodells berechneten Moment nach der Beziehung

M. -ref = Θ - ψ ref

innerhalb eines Bandes liegen, das durch , - M_{z ref} < k₂ bestimmt wird, und/oder wenn die Referenzgierwinkelgeschwindigkeiten nach den Beziehungen

und ψ_rcf = innerhalb eines Bandes liegen, das durch

"ref

Ψre - ψref₂ < k, bestimmt wird .

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert £₂<1000 Nm ist, vorzugsweise im Bereich zwischen 200 und 500 Nm liegt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer weiteren oder zusätzlichen Strategie zur Korrektur der integrierten Gierwinkelgeschwindigkeit, insbesondere bei einem Fahrzeug, das sich im fahrdynamisch linearen Bereich befindet, die integrierte Gierwinkelgeschwindigkeit auf eine Referenzgierwinkelgeschwindigkeit nach der Beziehung

Ψref = —- ^θder Ψref ^aUS ψ ref = f (δ , V ref > ßref ,Ψ ref > M) ^θder ref

*' ^' "' ^{■ • , l} ' TEa f ^m " ^{Eσ '} T , c, gesetzt bzw. durch die Referenzgierwinkelgeschwindigkeit ersetzt wird, wenn die Differenz der zwischen den am Fahrzeug gemessenen Istgrößen, die die Seitenkräfte F_v wiedergeben und den anhand eines dynamischen Einspurmodells berechneten Seitenkräften nach der Beziehung

innerhalb eines Bandes liegen, das durch r t .ref < k bestimmt wird und/oder wenn die Referenzgierwinkelge- schwindigkeiten nach den Beziehungen m Ψ _ref, = δ ^~. τri m it E G - _T h_^_ A l + E G v ref c_v c

und ψ_ref = innerhalb eines Bandes liegen, das durch

"ref

Ψre ~ Ψref₂ < k. bestimmt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert Ar₃<500 N ist, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 100 und 300 N liegt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zweiten Strategie zur Korrektur der integrierten Gierwinkelgeschwindigkeit, insbesondere bei einem Fahrzeug, das sich im fahrdynamisch nichtlinearen Bereich befindet, die integrierte Gierwinkelgeschwindigkeit schrittweise in Richtung der Referenzgierwinkelgeschwindigkeit nach Gleichung

Ψref - — korrigiert wird, solange sie außerhalb eines ref

Bandes liegt, das durch die beiden Referenzgiergeschwindigkeiten nach Gleichung

und ψ . = bestimmt wird.

"ref

6. Verfahren nach einem der Ansprüchen 1 bis 8 und

15, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer weiteren oder zusätzlichen Strategie zur Korrektur der integrierten Gierwinkelgeschwindigkeit die Korrektur auch während hochdynamischer Fahrzustände immer dann erfolgt, wenn die integrierte Gierwinkelgeschwindigkeit Werte angenommen hat, die außerhalb des physikalisch möglichen Bereichs liegen.

17. Verfahren zum Schätzen einer Gierwinkelgeschwindigkeit für eine Fahrzeugstabilitätsregelung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schätzung der Gierwinklgeschwindig- keit über eine Integration der Gierwinkelbeschleunigung durchgeführt wird und die integrierte Gierwinkelgeschwindigkeit mittels berechneter Referenzgierwinkelgeschwindigkeiten korrigiert wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Gierwinkelbeschleunigung nach der Beziehung

1 ψ = — M, bestimmt wird. ^ψ Θ -

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Schätzung der Gierwinkelgeschwindigkeit über eine direkte Integration der Momentenbilanz nach der Beziehung

M_z = (F_v__ll+F_{y xr})*I_x *cosδ + (F_x__xr*b_r-F_{x vl}*b_xl)*cosδ + + (F_x__vl+F_{x xr})*l_x *smδ + (F_i__xl*b_xl-F_{x x},*b *smδ-

-{F_v__hl+F _hr)*l_h -F_{x hl}*b_M + F _hr*b_hr durchgeführt wird.