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DE102009056674A1 - Device for influencing transverse dynamics of motor vehicle, comprises one or multiple actuators for individual wheel adjustment of drive and brake torques, and driving dynamics observer - Google Patents

Device for influencing transverse dynamics of motor vehicle, comprises one or multiple actuators for individual wheel adjustment of drive and brake torques, and driving dynamics observer Download PDF

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DE102009056674A1
DE102009056674A1 DE102009056674A DE102009056674A DE102009056674A1 DE 102009056674 A1 DE102009056674 A1 DE 102009056674A1 DE 102009056674 A DE102009056674 A DE 102009056674A DE 102009056674 A DE102009056674 A DE 102009056674A DE 102009056674 A1 DE102009056674 A1 DE 102009056674A1
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Felix Kallmeyer
Andre Kujawski
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Volkswagen AG
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Abstract

The device comprises one or multiple actuators (4) for individual wheel adjustment of drive and brake torques, and a driving dynamics observer (2), which provides a yaw rate and yaw acceleration corresponding to the reference model of the vehicle. A servo control unit is provided for production of an adjusting signal component for the actuator corresponding to the signal. An independent claim is also included for a method for influencing the transverse dynamics of a motor vehicle.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Fahrzeugquerdynamik und insbesondere auf eine aktive Beeinflussung des Gierwinkels von Kraftfahrzeugen. Letzteres wird gelegentlich auch als Active Yaw oder Torque Vectoring bezeichnet.The invention relates to the field of vehicle lateral dynamics and in particular to an active influencing of the yaw angle of motor vehicles. The latter is sometimes referred to as Active Yaw or Torque Vectoring.

Herkömmliche offene Differentiale ermöglichen eine Kurvenfahrt eines Kraftfahrzeugs, indem an den Fahrzeugrädern einer Achse unterschiedliche Drehzahlen zugelassen werden. Das Antriebsmoment wird gleichmäßig auf beide Räder übertragen. Den fahrdynamischen Eigenschaften sind hierbei jedoch dahingehend Grenzen gesetzt, dass die Traktion des Rads mit der besseren Haftung durch das Rad mit der geringeren Haftung beschränkt wird. Dies macht sich insbesondere bei glatter Fahrbahn oder bei schneller Kurvenfahrt bemerkbar.Conventional open differentials make it possible to turn a motor vehicle by permitting different speeds to be used on the vehicle wheels of an axle. The drive torque is transmitted equally to both wheels. However, the driving dynamics characteristics are limited to the extent that the traction of the wheel is limited with the better adhesion by the wheel with the lower liability. This is particularly noticeable on slippery roads or fast cornering.

Mittels eines Sperrdifferenzials, das die Antriebsräder z. B. durch Reibung zumindest teilweise miteinander koppelt, können Traktion und Fahrdynamik verbessert werden. Durch die Sperrung wird jedoch die Kurvenfahrt erschwert, so dass das Fahrzeug zum Untersteuern neigt. Regelbare Differenzialsperren kombinieren die Kurvenwilligkeit eines offenen Differenzials mit der verbesserten Traktion eines Sperrdifferenzials. Durch eine intelligente Logik, die den jeweiligen Fahrzustand berücksichtigt, wird das Differenzial nur in dem Maß geschlossen, wie es die jeweilige Fahrsituation erfordert. Gleichwohl ist auch ein geregeltes Sperrdifferenzial nur in Ausnahmesituationen in der Lage, ein Fahrzeug kurvenwilliger machen. Die vorteilhaften Eigenschaften eines Quersperrenprinzips lassen sich überwiegend nur im Grenzfahrbereich erfahren. Prinzipbedingt kann ein Sperrdifferenzial bestehende Drehzahlunterschiede nicht vergrößern bzw. ein größeres Moment auf ein schneller drehendes Rad übertragen.By means of a limited slip differential, the drive wheels z. B. coupled by friction at least partially with each other, traction and driving dynamics can be improved. However, the locking makes it difficult to turn, so that the vehicle tends to understeer. Adjustable differential locks combine the cornering ability of an open differential with the improved traction of a limited slip differential. By an intelligent logic, which takes into account the respective driving condition, the differential is closed only to the extent required by the respective driving situation. However, even a regulated limited slip differential is only in exceptional situations able to make a vehicle curving. The advantageous properties of a transverse barrier principle can be experienced predominantly only in the limit driving range. Due to the principle, a limited slip differential can not increase existing speed differences or transmit a larger torque to a faster rotating wheel.

Weiterhin ist es allgemein bekannt, durch automatische Bremseingriffe den Gierwinkel eines Kraftfahrzeugs zu beeinflussen, um Fahrzeugdynamik und Fahrsicherheit zu verbessern. Beim Bremseingriff wird jedoch Antriebsenergie in Reibungsverluste umgesetzt, was einer dynamischen Fahrweise entgegengerichtet ist.Furthermore, it is generally known to influence by automatic braking interventions the yaw angle of a motor vehicle to improve vehicle dynamics and driving safety. However, during brake intervention drive energy is converted into friction losses, which is contrary to a dynamic driving style.

Torque Vectoring Differenziale, wie sie beispielsweise aus DE 103 17 316 A1 , DE 10 2004 001 019 A1 , DE 10 2005 040 253 B3 , DE 10 2007 020 356 A1 oder US 7,267,628 B2 bekannt sind, ermöglichen es, wahlweise ein schnelleres oder langsameres Rad mit höherem Antriebsmoment zu beaufschlagen. Hierbei wird ein im Prinzip beliebig vorgebbares Antriebsmoment an einem Rad subtrahiert und am gegenüberliegenden Rad addiert. Die Summe der Antriebsmomente der Räder einer Achse bleibt gleich, wodurch die Fahrgeschwindigkeit nicht beeinflusst wird. Durch Torque Vectoring, d. h. eine Ansteuerung des Torque Vectoring Differenzials zwecks gezielter Verteilung des Antriebsmoments auf die Fahrzeugräder kann bei dynamischem Fahren die Stabilität des Fahrzeugs verbessert werden, so dass ein Eingriff eines Elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) hinausgezögert wird. Sobald allerdings das ESP einen kritischen Fahrzustand erkennt, übernimmt es die Kontrolle und deaktiviert das Torque Vectoring System.Torque Vectoring Differentials, such as those from DE 103 17 316 A1 . DE 10 2004 001 019 A1 . DE 10 2005 040 253 B3 . DE 10 2007 020 356 A1 or US 7,267,628 B2 are known, make it possible to selectively apply a faster or slower wheel with higher drive torque. In this case, a drive torque, which in principle can be predefined arbitrarily, is subtracted at one wheel and added to the opposite wheel. The sum of the drive torques of the wheels of an axle remains the same, whereby the driving speed is not affected. Torque vectoring, ie activation of the torque vectoring differential in order to distribute the drive torque to the vehicle wheels in a targeted manner, can improve the stability of the vehicle during dynamic driving, so that an intervention of an electronic stability program (ESP) is delayed. However, as soon as the ESP detects a critical driving condition, it takes control and deactivates the torque vectoring system.

Ferner ist es möglich, bei allradgetrieben Fahrzeugen das vom Fahrzeugmotor bereitgestellte Antriebsmoment zum Beispiel über ein Torque Vectoring Differenzial auch variabel auf die Fahrzeugachsen zu verteilen.Furthermore, it is possible for four-wheel drive vehicles to distribute the drive torque provided by the vehicle engine variably to the vehicle axles, for example via a torque vectoring differential.

Ein zentrales Problem bei Torque Vectoring Systemen stellt die Ermittlung der erforderlichen Radmomente, d. h. der Antriebs- und Bremsmomente an den Fahrzeugrädern dar.A central problem with torque vectoring systems is the determination of the required wheel torques, i. H. the drive and braking torques on the vehicle wheels.

Aus der DE 10 2008 032 763 A1 ist in diesem Zusammenhang bekannt, mittels eines Fahrdynamikbeobachters eine Sollgierrate für das Fahrzeug zu bestimmen und anschließend die Abweichung zu einer gemessenen Ist-Gierrate zu ermitteln. Die Gierratendifferenz ist einem Fahrdynamikregler aufgeschaltet, mit dem unter anderem ein Stellsignal generiert wird, das über ein Torque Vectoring Differenzial sowie das Fahrzeugbremssystem eine Einstellung von radindividuellen Antriebs- und Bremsmomenten ermöglicht.From the DE 10 2008 032 763 A1 In this context, it is known to determine a target yaw rate for the vehicle by means of a vehicle dynamics observer and then to determine the deviation to a measured actual yaw rate. The yaw rate difference is applied to a vehicle dynamics controller, with which among other things a control signal is generated, which enables a torque vectoring differential and the vehicle brake system to set wheel-specific drive and braking torques.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine robuste Einstellung der Radmomente eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, die sich durch ein hochdynamisches und harmonisches Ansprechen auszeichnet.Based on this, the present invention seeks to provide a robust adjustment of the wheel torques of a motor vehicle, which is characterized by a highly dynamic and harmonious response.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Querdynamik eines Kraftfahrzeugs gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen oder mehrere Aktuatoren zur radindividuellen Einstellung von Antriebs- und Bremsmomenten, einen Fahrdynamikbeobachter, der auf der Grundlage eines Referenzmodells des Fahrzeugs eine Gierrate und/oder Gierbeschleunigung bereitstellt, eine Vorsteuerung zur Erzeugung einer ersten Stellsignalkomponente für den bzw. die Aktuatoren auf der Grundlage eines ersten Signals, das einen Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrtrichtung repräsentiert sowie eines zweiten Signals, das einen Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit repräsentiert, und einen Regler, dem als Eingangsgröße eine Gierraten- und/oder Gierbeschleunigungsdifferenz aufgeschaltet ist, die aus einem Sollwert und einem Istwert gebildet wird, wobei der Sollwert durch den Fahrdynamikbeobachter ermittelt und der Istwert gemessen oder aus gemessenen Fahrzeugparametern ermittelt wird, und der als Ausgangssignal eine zweite Stellsignalkomponente für den bzw. die Aktuatoren bereitstellt.This object is achieved by a device for influencing the transverse dynamics of a motor vehicle according to claim 1. The device according to the invention comprises one or more actuators for wheel-individual adjustment of drive and braking torques, a vehicle dynamics observer, which provides a yaw rate and / or yaw acceleration based on a reference model of the vehicle, a pre-control for generating a first actuating signal component for the actuator (s) the basis of a first signal representing a driver's request with respect to the direction of travel and a second signal representing a driver's request with respect to the vehicle speed, and a controller to which a yaw rate and / or yaw acceleration difference is applied as an input variable consisting of a setpoint and an actual value is formed, wherein the setpoint determined by the vehicle dynamics observer and the actual value measured or off measured vehicle parameters is determined, and the output signal provides a second actuating signal component for the actuator (s).

Das aus den Stellsignalkomponenten gebildete Stellsignal bewirkt über den bzw. die Aktuatoren am Fahrzeug ein Giermoment durch Torque Vectoring. Der Aufbau des zusätzlichen Giermoments kann durch eine Aufteilung von Antriebsmomenten, einen Bremseingriff oder die Kombination aus beidem realisiert werden.The actuating signal formed from the actuating signal components causes a yawing moment through torque vectoring via the actuator (s) on the vehicle. The structure of the additional yaw moment can be realized by a division of drive torque, a braking intervention or the combination of both.

Der Vorsteueranteil, das heißt die erste Stellsignalkomponente, beruht auf Größen, die rauschfrei, zuverlässig und unverzögert vorliegen. Dadurch ist ein hochdynamischer, gleichwohl harmonischer Eingriff möglich.The pilot component, ie the first actuating signal component, is based on variables which are noise-free, reliable and instantaneous. This allows a highly dynamic, yet harmonious intervention possible.

Mit der zweiten Stellsignalkomponente, die parallel zu der ersten Stellsignalkomponente generiert wird, können vor allem Modellierungsungenauigkeiten und Umwelteinflüsse kompensiert werden.The second actuating signal component, which is generated parallel to the first actuating signal component, can be used to compensate for modeling inaccuracies and environmental influences.

Durch die Vorsteuerung bleibt die am Regler anliegende Regeldifferenz in den meisten Fällen wesentlich geringer als in einer Vorrichtung ohne Vorsteuerung.Due to the pre-control, the control difference applied to the controller in most cases remains much lower than in a device without feedforward control.

Hierdurch werden eine höhere Regelstabilität erzielt und höhere Reglerverstärkungen möglich.As a result, a higher control stability can be achieved and higher controller gains possible.

Die geringen Reglereingriffe tragen ferner zu einer größeren Harmonie der Regelung der Radmomente bei.The low control interventions also contribute to a greater harmony of the control of the wheel torques.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in further claims.

Der Fahrdynamikbeobachter ist vorzugsweise derart konfiguriert, um mithilfe des ersten Signals, welches den Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrtrichtung repräsentiert, und mithilfe des zweiten Signals, welches den Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit repräsentiert, eine Soll-Gierrate und/oder eine Soll-Gierbeschleunigung zu ermitteln. Entsprechende Signale werden in der Vorsteuerung genutzt, um die erste Stellsignalkomponente zu generieren. Von der Vorsteuerung sowie dem Regler benötigte Signale werden so lediglich einmal berechnet.The vehicle dynamics observer is preferably configured to determine a desired yaw rate and / or a desired yaw acceleration by means of the first signal representing the driver's intention with respect to the direction of travel and with the aid of the second signal representing the driver's intention regarding the vehicle speed. Corresponding signals are used in the feedforward control to generate the first actuating signal component. Signals required by the pilot control and the controller are thus only calculated once.

Bevorzugt ist das dem Fahrdynamikbeobachter zugrundeliegende Referenzmodell des Fahrzeugs ein Einspurmodell. Es hat sich gezeigt, dass ein solches in der Lage ist, geeignete Führungsgrößen zur Ansteuerung von Fahrdynamikregelsystemen zu liefern. Im Vergleich zu Mehrspurmodellen ist der benötigte Rechenaufwand erheblich geringer. In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind in dem Fahrdynamikbeobachter Größen rückgekoppelt, die einen Schwimmwinkel an Vorder- und Hinterachse repräsentieren.The reference model of the vehicle underlying the vehicle dynamics observer is preferably a single-track model. It has been shown that such a system is able to supply suitable reference variables for driving vehicle dynamics control systems. Compared to multi-track models, the required computational effort is considerably lower. In an advantageous embodiment, variables are fed back in the vehicle dynamics observer, which represent a slip angle at the front and rear axles.

Zur Verbesserung der Güte der Regelung kann dem Regler als weitere Eingangsgröße ein die Fahrgeschwindigkeit repräsentierendes Signal aufgeschaltet werden, so dass ein Regeleingriff durch den Regler fahrgeschwindigkeitabhängig möglich ist.To improve the quality of the control, the controller can be switched as a further input variable representing a vehicle speed signal, so that a control intervention by the controller is dependent on driving speed.

Wie oben bereits ausgeführt, kann die Regelung der Radmomente durch Torque Vectoring sowohl über eine gezielte Verteilung des Antriebsmoments auf unterschiedliche Fahrzeugräder und/oder Fahrzeugachsen und/oder durch einen Bremseingriff erzielt werden. Im erstgenannten Fall ist am Fahrzeug mindestens ein Aktuator in Form eines Torque Vectoring Differenzial vorgesehen, das in herkömmlicher Art und Weise, beispielsweise wie in den oben genannten Veröffentlichungen ausgebildet sein kann. Ein Bremseingriff kann über dem Fachmann bekannte Radbremsen realisiert werden.As already explained above, the regulation of the wheel torques can be achieved by torque vectoring both via a targeted distribution of the drive torque to different vehicle wheels and / or vehicle axles and / or by a braking intervention. In the former case, at least one actuator in the form of a torque vectoring differential is provided on the vehicle, which may be designed in a conventional manner, for example as in the above-mentioned publications. A braking intervention can be realized via the wheel brakes known to the person skilled in the art.

Die vorstehend erläuterte Vorrichtung ermöglicht ein Verfahren gemäß Patentanspruch 8. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Beeinflussung der Querdynamik eines Kraftfahrzeugs durch radindividuelle Einstellung von Antriebs- und/oder Bremsmomenten, umfasst unter anderem die nachfolgenden Schritte. Anhand eines Referenzmodells des Fahrzeugs werden aus bestimmten Eingangsgrößen, nämlich einem vom Fahrer vorgegebenen Fahrtrichtungswunsch und einem vom Fahrer vorgegebenen Fahrgeschwindigkeitswunsch, Sollwerte für die Gierrate und/oder die Gierbeschleunigung des Fahrzeugs ermittelt. Aus den genannten Eingangsgrößen und/oder mittels des Referenzmodells gewonnener Sollwerte wird eine erste Stellsignalkomponente generiert. Aus den vom Referenzmodell bereitgestellten Sollwerten sowie aus korrespondierenden, gemessenen oder aus gemessenen Fahrzeugparametern ermittelten Istwerten wird zudem eine Gierraten- und/oder Gierbeschleunigungsdifferenz gebildet. Parallel zu der Generierung der ersten Stellsignalkomponente wird aus der Gierraten- und/oder Gierbeschleunigungsdifferenz eine zweite Stellsignalkomponente generiert und der ersten Stellsignalkomponente aufaddiert, um hiermit eine radindividuelle Einstellung von Antriebs- und/oder Bremsmomenten vorzunehmen und so am Fahrzeug ein Zusatzgiermoment zu erzeugen.The above-described device allows a method according to claim 8. The inventive method for influencing the transverse dynamics of a motor vehicle by wheel individual adjustment of drive and / or braking torque includes, inter alia, the following steps. On the basis of a reference model of the vehicle, set values for the yaw rate and / or the yaw acceleration of the vehicle are determined from specific input variables, namely a direction of travel desired by the driver and a driving speed desired by the driver. A first actuating signal component is generated from the aforementioned input variables and / or setpoint values obtained by means of the reference model. In addition, a yaw rate and / or yaw acceleration difference is formed from the setpoint values provided by the reference model as well as from corresponding actual measured values measured or measured from measured vehicle parameters. Parallel to the generation of the first control signal component, a second control signal component is generated from the yaw rate and / or yaw acceleration difference and added to the first control signal component in order to carry out a wheel-individual adjustment of drive and / or braking torques and thus to generate an additional yaw moment on the vehicle.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing. The drawing shows in:

1 eine schematische Darstellung der Struktur einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beeinflussung der Querdynamik eines Kraftfahrzeugs, 1 a schematic representation of the structure of a device according to the invention for influencing the transverse dynamics of a motor vehicle,

2 eine schematische Darstellung der Struktur des Fahrdynamikreglers mit Vorsteuerung und Regler, 2 a schematic representation of the structure of the vehicle dynamics controller with pilot control and controller,

3 eine Detailansicht des Fahrdynamikbeobachters, und in 3 a detailed view of the vehicle dynamics observer, and in

4 eine Detailansicht der Vorsteuerung und des Reglers im Fahrdynamikregler. 4 a detailed view of the feedforward control and the controller in the vehicle dynamics controller.

Die in 1 schematisch dargestellte Vorrichtung zur Beeinflussung der Querdynamik eines Kraftfahrzeugs umfasst folgende Basiskomponenten, nämlich Eingabeelemente 1, mit denen der Fahrerwunsch hinsichtlich Fahrtrichtung und Fahrgeschwindigkeit erfasst wird, einen Fahrdynamikbeobachter 2, der auf der Grundlage eines Referenzmodells des Fahrzeugs bestimmte Sollwerte in Bezug auf das Gierverhalten bereitstellt, einen Fahrdynamikregler 3, sowie einen oder mehrere Aktuatoren 4 zur Beeinflussung der Radmomente bzw. der Längskräfte an den Fahrzeugrädern.In the 1 schematically illustrated device for influencing the transverse dynamics of a motor vehicle comprises the following basic components, namely input elements 1 , with which the driver's request in terms of driving direction and driving speed is detected, a driving dynamics observer 2 which provides specific yaw response setpoints based on a reference model of the vehicle, a vehicle dynamics controller 3 , as well as one or more actuators 4 for influencing the wheel torques or the longitudinal forces on the vehicle wheels.

Mit dem bzw. den Aktuatoren 4 ist es möglich, eine radindividuelle Einstellung von Antriebs- und Bremsmomenten vorzunehmen, um unabhängig von der Lenkung ein Giermoment zu erzeugen. Insbesondere kann trotz Geradeausstellung der Fahrzeugräder ein Gieren des Fahrzeugs, d. h. ein Drehen um dessen Hochachse erzielt werden. Ferner kann einem durch den Lenkeinschlag der Fahrzeugräder verursachten Giermoment ein zusätzliches Giermoment überlagert werden. Dies erfolgt vorzugsweise mittels eines oder mehrerer Torque Vectoring Differenziale, welche es gestatten, wahlweise ein schnelleres oder langsameres Rad einer Achse mit höherem Antriebsmoment zu beaufschlagen und/oder die Verteilung des Antriebsmoments die auf Vorder- und Hinterachse zu beeinflussen. Ein vermindertes Antriebsmoment oder Bremsmoment kann auch über am Fahrzeug vorhandene Radbremsen dargestellt werden.With the actuator (s) 4 It is possible to make a wheel-individual adjustment of drive and braking torques to produce a yaw moment regardless of the steering. In particular, despite straight ahead position of the vehicle wheels, a yawing of the vehicle, ie, a rotation about its vertical axis can be achieved. Furthermore, an additional yaw moment can be superimposed on a yaw moment caused by the steering angle of the vehicle wheels. This is preferably done by means of one or more torque vectoring differentials, which allow to selectively apply a faster or slower wheel of an axle with higher drive torque and / or to influence the distribution of the drive torque on the front and rear axle. A reduced drive torque or braking torque can also be displayed on existing wheel brakes on the vehicle.

Die Ermittlung der erforderlichen Antriebs- und Bremsmomente bzw. entsprechender Stellsignale zur Beeinflussung des querdynamischen Fahrverhaltens soll nachfolgend näher erläutert werden. Dabei kommt ein kombinierter Vorsteuer-Regler-Ansatz auf der Basis eines invertierten Einspurmodells zur Anwendung.The determination of the required drive and braking torques or corresponding control signals for influencing the lateral dynamic driving behavior will be explained in more detail below. In this case, a combined precontrol-controller approach based on an inverted single-track model is used.

Der Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrtrichtung lässt sich mittels eines Lenkradwinkelsensors erfassen. Hiermit ist aufgrund der mechanischen Gegebenheiten des Fahrzeugs letztlich auch der Lenkwinkel δva an der Vorderachse bekannt.The driver's request regarding the direction of travel can be detected by means of a steering wheel angle sensor. This is due to the mechanical characteristics of the vehicle ultimately also the steering angle δ va known at the front axle.

Der Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit kann beispielsweise durch Auswertung der Signale eines Fahrpedalsensors ermittelt werden, der die Fahrpedalstellung erfasst. Alternativ oder ergänzend können zur Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit auch weitere Sensoren, beispielsweise Raddrehzahlsensoren an den Fahrzeugrädern ausgewertet werden. Entsprechende Signale sind an Fahrzeugen, die mit einem Antiblockiersystem oder einem Elektronischen Stabilitätsprogramm ausgerüstet sein, in der Regel verfügbar.The driver's request regarding the driving speed can be determined, for example, by evaluating the signals of an accelerator pedal sensor, which detects the accelerator pedal position. Alternatively or additionally, other sensors, for example wheel speed sensors on the vehicle wheels, can also be evaluated to determine the driving speed. Corresponding signals are usually available on vehicles that are equipped with an antilock braking system or an electronic stability program.

Aus Lenkradwinkel und Fahrpedalstellung wird die Wunschbewegung des Fahrzeugs ermittelt.From steering wheel angle and accelerator pedal position, the desired movement of the vehicle is determined.

Wie 3 zeigt, sind dem Fahrdynamikbeobachter 2 ein erstes Signal, das einen Lenkradwinkel und damit einen Lenkwinkel δva an der Vorderachse repräsentiert, sowie ein zweites Signal xap, das die Fahrpedalstellung und damit die vom Fahrer gewünschte Fahrgeschwindigkeit repräsentiert, als Eingangsgrößen aufgeschaltet. Anhand dieser Eingangsgrößen werden in dem Fahrdynamikbeobachter 2 auf der Grundlage eines Referenzmodells des Fahrzeugs unter anderem fortlaufend eine Gierrate Ψ .ref und/oder Gierbeschleunigung Ψ ..ref berechnet und als Ausgangsgrößen bereitgestellt.As 3 shows are the driving dynamics observer 2 a first signal, which represents a steering wheel angle and thus a steering angle δ va on the front axle, and a second signal xap, which represents the accelerator pedal position and thus the desired driving speed by the driver, as input variables. Based on these input variables are in the vehicle dynamics observer 2 On the basis of a reference model of the vehicle, among other things, continuously a yaw rate Ψ. ref and / or yaw acceleration Ψ .. ref calculated and provided as outputs.

Der Fahrdynamikbeobachter 2 beinhaltet ein Reifenmodell 21, mit dem aus den Schräglaufwinkeln αv und αh der Fahrzeugräder an der Vorder- und Hinterachse die an den Achsen wirkenden Seitenkräfte Fyv und Fyh wie folgt ermittelt werden. Fyv = cav·αv Fyh = cah·αh wobei cav und cah Schräglaufsteifigkeiten an Vorder- und Hinterachse darstellen. Dabei werden die Schräglaufwinkel αv und αh an den jeweiligen Rädern einer Achse als gleich groß vorausgesetzt.The vehicle dynamics observer 2 includes a tire model 21 with which from the slip angles α v and α h of the vehicle wheels on the front and rear axles the side forces F yv and F yh acting on the axles are determined as follows. F yv = c av · α v F yh = c ah · α h where c av and c ah represent skew stiffnesses on the front and rear axles. The slip angles α v and α h at the respective wheels of an axle are assumed to be the same size.

Mittels der Seitenkräfte der Vorder- und Hinterachse Fyv und Fyh lassen sich in einem weiteren Modul 22 die im Fahrzeugschwerpunkt wirkenden Kräfte und Momente, insbesondere die Querkraft Fy und das Giermoment MZ berechnen. Es gilt insbesondere: MZ = Fyv·lv + Fyh·lh wobei lv den Abstand zwischen Vorderachse und Fahrzeugschwerpunkt und lh den Abstand zwischen Hinterachse und Fahrzeugschwerpunkt darstellt.By means of the lateral forces of the front and rear axles F yv and F yh can be in another module 22 calculate the forces and moments acting in the vehicle center of gravity, in particular the lateral force F y and the yaw moment M Z. In particular: M Z = F yv · l v + F yh · l h where l v represents the distance between the front axle and vehicle center of gravity and l h represents the distance between the rear axle and the center of gravity of the vehicle.

In Verbindung mit dem den Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit repräsentierenden Signal xap können aus der Querkraft Fy und dem Giermoment MZ durch Integration unter Berücksichtigung der geometrischen Gegebenheiten des Fahrzeugs in einem weiteren Modul 23 die Gierrate Ψ .ref und die Gierbeschleunigung Ψ ..ref berechnet werden. Ferner können die Geschwindigkeit in Fahrzeuglängsrichtung vx und die Geschwindigkeit in Fahrzeugquerrichtung vy berechnet werden. Für letztere gilt:

Figure 00070001
In conjunction with the signal xap representing the driver's intention with regard to the driving speed, the transverse force F y and the yaw moment M Z can be determined by integration taking into account the geometrical conditions of the vehicle in a further module 23 the yaw rate Ψ. ref and the yaw acceleration Ψ .. ref be calculated. Furthermore, the speed in the vehicle longitudinal direction v x and the speed in the vehicle transverse direction v y can be calculated. For the latter applies:
Figure 00070001

Mit Hilfe der so ermittelten Größen lassen sich in einem weiteren Modul 24 die Schwimmwinkel βv und βh an Vorder- und Hinterachse wie folgt berechnen:

Figure 00070002
With the help of the thus determined sizes can be in another module 24 calculate the slip angles β v and β h at front and rear axle as follows:
Figure 00070002

Die die Schwimmwinkel βv und βh an Vorder- und Hinterachse repräsentierenden Signale sind in dem Fahrdynamikbeobachter 2 rückgekoppelt und werden zur Berechnung der o. g. Schräglaufwinkel αv und αh wie folgt verwendet: αv = βv – δva αh = βh The signals representing the slip angles β v and β h at the front and rear axles are in the vehicle dynamics observer 2 are fed back and used to calculate the above slip angle α v and α h as follows: α v = β v - δ va α h = β h

Die Ausgangsgrößen des Fahrdynamikbeobachters 2, nämlich die Gierrate Ψ .ref und die Gierbeschleunigung Ψ ..ref dienen neben dem ersten, den Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrtrichtung repräsentierenden Signal und dem zweiten, den Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit repräsentierenden Signal als Eingangsgrößen für den Fahrdynamikregler 3, wie dies in 4 dargestellt ist.The output variables of the vehicle dynamics observer 2 namely the yaw rate Ψ. ref and the yaw acceleration Ψ .. ref serve in addition to the first, the driver's request regarding the direction of travel representative signal and the second, the driver's request in terms of driving speed signal representing as input to the vehicle dynamics controller 3 like this in 4 is shown.

Weiterhin werden aus am Fahrzeug verfügbaren, gemessenen Parametern die aktuelle Gierrate Ψ .ist und gegebenenfalls weiterhin die aktuelle Gierbeschleunigung Ψ ..ref ermittelt. Entsprechende Signale können beispielsweise über ein Bussystem dem Fahrdynamikregler 3 bereitgestellt werden.Furthermore, measured parameters available on the vehicle become the current yaw rate Ψ. is and optionally continue the current yaw acceleration Ψ .. ref determined. Corresponding signals can, for example via a bus system the vehicle dynamics controller 3 to be provided.

2 zeigt die Reglerstruktur des Fahrdynamikreglers 3. Dieser umfasst zum einen eine Vorsteuerung 31, in der eine erste Stellsignalkomponente s1 für den bzw. die Aktuatoren 4 zur radindividuellen Einstellung von Antriebs- und Bremsmomenten generiert wird. Weiterhin umfasst der Fahrdynamikregler 3 zusätzlich einen Regler 32, der parallel zu der Vorsteuerung 31 angeordnet ist und eine zweite Stellsignalkomponente s2 für den bzw. die Aktuatoren 4 generiert. Das kombinierte Stellsignal aus den Komponenten s1 und s2 repräsentiert das zur Realisierung der gewünschten Fahrzeugbewegung erforderliche Zusatzgiermoment durch Torque Vectoring MZ,TV. 2 shows the controller structure of the vehicle dynamics controller 3 , This includes on the one hand a feedforward control 31 in which a first actuating signal component s 1 for the actuator (s ) 4 is generated for wheel-individual adjustment of drive and braking torques. Furthermore, the driving dynamics controller includes 3 additionally a regulator 32 , which is parallel to the feedforward 31 is arranged and a second actuating signal component s 2 for the actuator (s ) 4 generated. The combined control signal from the components s 1 and s 2 represents the additional yaw moment required for realizing the desired vehicle movement by torque vectoring M Z, TV .

Sowohl die Vorsteuerung 31 als auch der Regler 32 sind mit dem Fahrdynamikbeobachter 2 verbunden. Dabei erhält die Vorsteuerung 31 als Führungsgrößen die Soll-Gierrate Ψ .ref , die Soll-Gierbeschleunigung Ψ ..ref , den Lenkradwinkel und die Fahrgeschwindigkeit, während am Regler 32 die Soll-Gierrate Ψ .ref und/oder die Soll-Gierbeschleunigung Ψ ..ref eingangsseitig genutzt werden. Wie 2 zeigt, liegt am Regler 32 ein Differenzsignal aus Soll-Gierrate Ψ .ref und Ist-Gierrate Ψ .ist und/oder Soll-Gierbeschleunigung Ψ ..ref und Ist-Gierbeschleunigung Ψ ..ist an. Der Regeleingriff im Regler 32 kann insbesondere auch fahrgeschwindigkeitsabhängig erfolgen, wozu das Signal xap auch dem Regler 32 übermittelt wird.Both the pilot control 31 as well as the regulator 32 are with the vehicle dynamics observer 2 connected. This gives the feedforward control 31 as reference variables the desired yaw rate Ψ. ref , the target yaw acceleration Ψ .. ref , the steering wheel angle and the driving speed, while on the controller 32 the target yaw rate Ψ. ref and / or the desired yaw acceleration Ψ .. ref be used on the input side. As 2 shows is due to the controller 32 a difference signal from the target yaw rate Ψ. ref and actual yaw rate Ψ. is and / or desired yaw acceleration Ψ .. ref and actual yaw acceleration Ψ .. is at. The control intervention in the controller 32 In particular, it is also possible to make travel speed-dependent, for which purpose the signal xap can also be applied to the controller 32 is transmitted.

Die Kombination von Vorsteuerung 31 und Regler 32 im Verbund mit einem Fahrdynamikbeobachter 2 gestattet eine hochdynamische Beeinflussung der Fahrzeuggierrate. In der Vorsteuerung 31 erfolgt dabei die Grundeinstellung des Stellsignals für den bzw. die Aktuatoren 4. Da als Eingangsgrößen lediglich die Fahrgeschwindigkeit und der Lenkradwinkel bzw. korrespondierende Parameter zur Berechnung der Referenzwerte und des vorzusteuernden Moments benutzt werden und diese Eingangsgrößen rauschfrei, zuverlässig und unverzögert vorliegen, können Torque Vectoring Eingriffe hochdynamisch erfolgen. Zudem kann die Vorsteuerung 31 den Regler 32 wirksam entlasten, was zu einem harmonischen Fahrverhalten führt. Die am Eingang des Reglers 32 anliegende Regeldifferenz ist wesentlich geringer als in einem Fahrdynamikregler ohne Vorsteuerung 31. Über den Regler 32 werden vor allem Modellierungsungenauigkeiten und Umwelteinflüsse kompensiert. Dadurch ergibt sich ein stabiles System, das zudem hohe Reglerverstärkungen zulässt.The combination of feedforward control 31 and regulators 32 in conjunction with a vehicle dynamics observer 2 allows a highly dynamic influence on Fahrzeuggierrate. In the feedforward control 31 In this case, the basic setting of the actuating signal for the actuator (s) takes place 4 , Since only the driving speed and the steering wheel angle or corresponding parameters for calculating the reference values and the torque to be controlled are used as input variables, and these input variables are noise-free, reliable and instantaneous, torque vectoring interventions can be performed highly dynamically. In addition, the feedforward control 31 the controller 32 effectively relieve, resulting in a harmonious driving behavior. The at the entrance of the regulator 32 applied control difference is much lower than in a vehicle dynamics controller without feedforward control 31 , About the regulator 32 In particular, modeling inaccuracies and environmental influences are compensated. This results in a stable system, which also allows high controller gains.

Von dem vorstehend erläuterten Aufbau kann insbesondere hinsichtlich der Konfiguration des Fahrdynamikbeobachters 2 und der Eingabeelemente 1 abgewichen werden, solange gewährleistet wird, dass dem Fahrdynamikregler 3 Signale übermittelt werden, die einen Fahrerwunsch hinsichtlich Fahrtrichtung und Fahrgeschwindigkeit möglichst rauschfrei und unverzögert repräsentieren.Of the structure described above, in particular with regard to the configuration of the vehicle dynamics observer 2 and the input elements 1 be deviated as long as it is ensured that the driving dynamics controller 3 Signals are transmitted that represent a driver's request in terms of direction and speed as noise-free and instantaneous.

Zur Beeinflussung der Querdynamik eines Kraftfahrzeugs durch radindividuelle Einstellung von Antriebs- und/oder Bremsmomenten wird man vorzugsweise wie folgt verfahren.To influence the transverse dynamics of a motor vehicle by wheel-individual adjustment of drive and / or braking torques, it is preferable to proceed as follows.

Mittels den Fahrerwunsch hinsichtlich Fahrtrichtung und Fahrgeschwindigkeit repräsentierender Signale, beispielsweise einem vom Fahrer vorgegebenen Lenkradwinkel und einer vom Fahrer vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit, werden anhand eines Referenzmodells des Fahrzeugs auf der Grundlage eines Einspurmodells Sollwerte für die Gierrate und/oder die Gierbeschleunigung des Fahrzeugs ermittelt.By means of the driver's request in terms of direction of travel and driving speed representing signals, for example, a predetermined steering angle by the driver and a predetermined driving speed, are based on a reference model of the vehicle on the basis of a one-track model setpoints for the yaw rate and / or the yaw acceleration of the vehicle is determined.

Aus den genannten fahrerseitigen Eingangsgrößen und/oder mittels des Referenzmodells gewonnener Sollwerte wird eine erste Stellsignalkomponente s1 für den bzw. die Aktuatoren 4 generiert. Dabei stellt die erste Stellsignalkomponente s1 in der Regel den Hauptanteil eines Zusatzgiermoments MZ,TV durch Torque Vectoring dar.From the aforementioned driver-side input variables and / or setpoint values obtained by means of the reference model, a first actuating signal component s 1 for the actuator (s ) is generated 4 generated. In this case, the first actuating signal component s 1 usually represents the main part of an additional yaw moment M Z, TV by torque vectoring.

Aus den Sollwerten des Referenzmodells sowie aus korrespondierenden, gemessenen oder aus gemessenen Fahrzeugparametern ermittelten Istwerten wird ferner eine Gierraten- und/oder Gierbeschleunigungsdifferenz gebildet.Furthermore, a yaw rate and / or yaw acceleration difference is formed from the setpoint values of the reference model and from corresponding actual measured values determined from measured vehicle parameters.

Parallel zu der Generierung der ersten Stellsignalkomponente s1 wird aus der Gierraten- und/oder Gierbeschleunigungsdifferenz eine zweite Stellsignalkomponente s2 für den bzw. die Aktuatoren 4 generiert. Diese wird der ersten Stellsignalkomponente s1 aufaddiert, um am Fahrzeug das gewünschte Zusatzgiermoment zu erzeugen.Parallel to the generation of the first actuating signal component s 1 , the yaw rate and / or yaw acceleration difference becomes a second actuating signal component s 2 for the actuator (s ) 4 generated. This is added to the first control signal component s 1 in order to generate the desired additional yaw moment on the vehicle.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.The invention has been explained above with reference to an embodiment. However, it is not limited thereto, but includes all the embodiments defined by the claims.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Eingabeelementeinput elements
22
Fahrdynamikbeobachterdriving dynamics observers
33
Fahrdynamikreglerdriving dynamics controller
44
Aktuator(en)Actuator (s)
2121
Reifenmodelltire model
2222
Modulmodule
2323
Modulmodule
2424
Modulmodule
3131
Vorsteuerungfeedforward
3232
Reglerregulator
Fyv F yv
Seitenkraft an der VorderachseLateral force on the front axle
Fyh F yh
Seitenkraft an der HinterachseSide force on the rear axle
Fy F y
Querkraftlateral force
Mz M z
Giermomentyaw moment
MZ,TV M Z, TV
Zusatzgiermoment durch Torque VectoringAdditional yaw torque through torque vectoring
s1 s 1
StellsignalkomponenteActuating signal component
s2 s 2
StellsignalkomponenteActuating signal component
xapxap
FahrgeschwindigkeitsignalRoad speed signal
αv α v
Schräglaufwinkel der VorderachseSlip angle of the front axle
αh α h
Schräglaufwinkel der HinterachseSlip angle of the rear axle
βv β v
Schwimmwinkel an der VorderachseSwim angle at the front axle
βh β h
Schwimmwinkel an der HinterachseFloat angle at the rear axle
δva δ va
Lenkwinkelsteering angle
Ψ .ist Ψ. is
Ist-GierrateActual yaw rate
Ψ ..ist Ψ .. is
Ist-GierbeschleunigungActual yaw acceleration
Ψ .ref Ψ. ref
Soll-GierrateTarget yaw rate
Ψ ..ref Ψ .. ref
Soll-GierbeschleunigungTarget yaw acceleration

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (9)

Vorrichtung zur Beeinflussung der Querdynamik eines Kraftfahrzeugs, umfassend: – einen oder mehrere Aktuatoren (4) zur radindividuellen Einstellung von Antriebs- und Bremsmomenten, – einen Fahrdynamikbeobachter (2), der auf der Grundlage eines Referenzmodells des Fahrzeugs eine Gierrate und/oder Gierbeschleunigung bereitstellt, – eine Vorsteuerung (31) zur Erzeugung einer ersten Stellsignalkomponente für den bzw. die Aktuatoren (4) auf der Grundlage eines ersten Signals, das einen Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrtrichtung repräsentiert sowie eines zweiten Signals, das einen Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit repräsentiert, – einen Regler (32), dem als Eingangsgröße eine Gierraten- und/oder Gierbeschleunigungsdifferenz aufgeschaltet ist, die aus einem Sollwert und einem Istwert gebildet wird, wobei der Sollwert durch den Fahrdynamikbeobachter (2) ermittelt und der Istwert gemessen oder aus gemessenen Fahrzeugparametern ermittelt wird, und als Ausgangssignal eine zweite Stellsignalkomponente für den bzw. die Aktuatoren (4) bereitstellt.Device for influencing the lateral dynamics of a motor vehicle, comprising: - one or more actuators ( 4 ) for wheel-individual adjustment of drive and braking torques, - a vehicle dynamics observer ( 2 ) providing a yaw rate and / or yaw acceleration based on a reference model of the vehicle, 31 ) for generating a first actuating signal component for the actuator (s) ( 4 ) on the basis of a first signal, which represents a driver's request with respect to the direction of travel and a second signal, which represents a driver's request with regard to the driving speed, - a controller ( 32 ), to which a yaw rate and / or yaw acceleration difference, which is formed from a desired value and an actual value, is applied as the input variable, the nominal value being determined by the vehicle dynamics observer ( 2 ) and the actual value is measured or determined from measured vehicle parameters, and the output signal is a second actuating signal component for the actuator or actuators ( 4 ). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrdynamikbeobachter (2) mithilfe des ersten Signals, das den Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrtrichtung repräsentiert sowie des zweiten Signals, das den Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit repräsentiert, eine Sollgierrate und/oder eine Sollgierbeschleunigung ermittelt und entsprechende Signale der Vorsteuerung als Eingangsgrößen aufgeschaltet sind.Device according to claim 1, characterized in that the vehicle dynamics observer ( 2 ) is determined by means of the first signal representing the driver's request with respect to the direction of travel and the second signal representing the driver's request in terms of driving speed, a target yaw rate and / or a desired yaw acceleration and corresponding signals of the feedforward control are connected as input variables. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Fahrdynamikbeobachter (2) zugrundeliegende Referenzmodell des Fahrzeugs ein Einspurmodell ist.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the driving dynamics observer ( 2 ) underlying reference model of the vehicle is a one-track model. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fahrdynamikbeobachter (3) den Schwimmwinkel repräsentierende Größen rückgekoppelt sind.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the vehicle dynamics observer ( 3 ) the float angle representing quantities are fed back. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Regler (32) als weitere Eingangsgröße ein die Fahrgeschwindigkeit repräsentierendes Signal aufgeschaltet ist und der Regler (32) derart konfiguriert ist, dass ein Regeleingriff fahrgeschwindigkeitabhängig erfolgt.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the controller ( 32 ) as a further input variable representing a vehicle speed signal is switched on and the controller ( 32 ) is configured such that a control intervention occurs depending on the driving speed. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein bzw. der Aktuator (4) ein Torque Vectoring Differenzial zur variablen Aufteilung eines Antriebsmoments auf unterschiedliche Fahrzeugräder und/oder Fahrzeugachsen ist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that one or the actuator ( 4 ) is a torque vectoring differential for the variable distribution of a drive torque to different vehicle wheels and / or vehicle axles. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator (4) eine Radbremse ist.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that an actuator ( 4 ) is a wheel brake. Verfahren zur Beeinflussung der Querdynamik eines Kraftfahrzeugs durch radindividuelle Einstellung von Antriebs- und/oder Bremsmomenten, bei dem – anhand eines Referenzmodell des Fahrzeugs aus erfassten Eingangsgrößen in Bezug auf eine von Fahrer vorgegebene Fahrtrichtung und Fahrgeschwindigkeit Sollwerte für die Gierrate und/oder Gierbeschleunigung des Fahrzeugs ermittelt werden, – aus den Eingangsgrößen und/oder mittels des Referenzmodells gewonnener Sollwerte eine erste Stellsignalkomponente generiert wird, – aus den vom Referenzmodell bereitgestellten Sollwerten sowie aus korrespondierenden, gemessenen oder aus gemessenen Fahrzeugparametern ermittelten Istwerten eine Gierraten- und/oder Gierbeschleunigungsdifferenz gebildet wird, und – parallel zu der Generierung der ersten Stellsignalkomponente aus der Gierraten- und/oder Gierbeschleunigungsdifferenz eine zweite Stellsignalkomponente generiert und der ersten Stellsignalkomponente aufaddiert wird, wobei das aus den Komponenten gebildete Stellsignal dazu verwendet wird, um durch radindividuelle Einstellung von Antriebs- und/oder Bremsmomenten am Fahrzeug ein Zusatzgiermoment zu erzeugen.Method for influencing the transverse dynamics of a motor vehicle by wheel-individual adjustment of drive and / or braking torques, in which Determining set values for the yaw rate and / or yaw acceleration of the vehicle based on a reference model of the vehicle from detected input variables in relation to a driver direction of travel and vehicle speed, A first actuating signal component is generated from the input variables and / or nominal values obtained by means of the reference model, A yaw rate and / or yaw acceleration difference is formed from the setpoint values provided by the reference model and from corresponding actual values determined from measured vehicle parameters, and - Generated parallel to the generation of the first actuating signal from the yaw rate and / or yaw acceleration difference, a second control signal component is added to the first control signal component, wherein the control signal formed from the components is used to by Radindividual adjustment of drive and / or braking torques on Vehicle to generate a Zusatzgiermoment. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangsgrößen ein vom Fahrer vorgegebener Lenkradwinkel und eine vom Fahrer vorgegebene Fahrpedalstellung erfasst werden.A method according to claim 8, characterized in that as input variables, a predetermined by the driver steering wheel angle and an accelerator pedal position predetermined by the driver are detected.
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