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
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Abstract
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
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
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
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:
Die in
Mit dem bzw. den Aktuatoren
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
Der Fahrdynamikbeobachter
Mittels der Seitenkräfte der Vorder- und Hinterachse Fyv und Fyh lassen sich in einem weiteren Modul
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
Mit Hilfe der so ermittelten Größen lassen sich in einem weiteren Modul
Die die Schwimmwinkel βv und βh an Vorder- und Hinterachse repräsentierenden Signale sind in dem Fahrdynamikbeobachter
Die Ausgangsgrößen des Fahrdynamikbeobachters
Weiterhin werden aus am Fahrzeug verfügbaren, gemessenen Parametern die aktuelle Gierrate
Sowohl die Vorsteuerung
Die Kombination von Vorsteuerung
Von dem vorstehend erläuterten Aufbau kann insbesondere hinsichtlich der Konfiguration des Fahrdynamikbeobachters
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
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
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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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102004001019 A1 [0005] DE 102004001019 A1 [0005]
- DE 102005040253 B3 [0005] DE 102005040253 B3 [0005]
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- US 7267628 B2 [0005] US 7267628 B2 [0005]
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