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WO2002014137A1 - Verfahren zur regelung der gier- und querdynamik bei einem strassenfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur regelung der gier- und querdynamik bei einem strassenfahrzeug Download PDF

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Publication number
WO2002014137A1
WO2002014137A1 PCT/EP2001/009411 EP0109411W WO0214137A1 WO 2002014137 A1 WO2002014137 A1 WO 2002014137A1 EP 0109411 W EP0109411 W EP 0109411W WO 0214137 A1 WO0214137 A1 WO 0214137A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vehicle
setpoint
front axle
control
rear axle
Prior art date
Application number
PCT/EP2001/009411
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Avshalom Suissa
Original Assignee
Daimlerchrysler Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimlerchrysler Ag filed Critical Daimlerchrysler Ag
Priority to EP01960665A priority Critical patent/EP1227965A1/de
Priority to JP2002519250A priority patent/JP2004505855A/ja
Priority to US10/344,283 priority patent/US6909957B2/en
Publication of WO2002014137A1 publication Critical patent/WO2002014137A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D7/00—Steering linkage; Stub axles or their mountings
    • B62D7/06—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins
    • B62D7/14—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering
    • B62D7/15—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels
    • B62D7/159—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels characterised by computing methods or stabilisation processes or systems, e.g. responding to yaw rate, lateral wind, load, road condition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the yaw and lateral dynamics in a road vehicle, each with a steering device for the front axle and for the rear axle and with these individually assigned, electrically controllable ⁇ v - and ⁇ H - steering angle actuators, each having a controller are controllable, which generate the required control signals for the steering angle actuators for the tracking of the controlled variables from target / actual value comparisons for the yaw and transverse dynamic behavior of the vehicle of characteristic quantities (for example the yaw rate ⁇ and a float angle ß), and with the others , Generic features mentioned in the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is therefore to specify a method of the type mentioned at the outset, which is activated when a steering element provided for setting a driver's request, e.g. of a steering wheel or joystick leads to a vehicle reaction which is largely analogous to that of a vehicle which only has front axle steering, but nevertheless allows improved utilization of the cornering forces which can be built up via the two steering angle adjusting members.
  • the type of determination of a setpoint of the lateral force on the front wheels corresponds to a float angle control on the front axle in the manner as generally provided for the setpoint determination of the lateral force on the rear axle, while the type of determination of a setpoint of the cornering force on the Front axle corresponds to a yaw rate control via the steering angle control circuit assigned to the front axle.
  • the approximate determination of target values of the slip angle of the front wheels and the rear wheels of the vehicle, which is provided according to claim 4, is sufficient in the vast majority of statistically significant driving situations to enable a situation-appropriate steering to be able to carry out an angle determination for the front and rear wheels of the vehicle.
  • a lateral acceleration sensor is particularly expedient which detects the lateral acceleration effective in the center of gravity of the vehicle.
  • two transverse acceleration sensors can also be provided, the distance of which from one another measured in the longitudinal direction of the vehicle should be as large as possible.
  • the vehicle is correspondingly different in its own way, both due to the fact that the control device can be changed to defined different control modes, as provided in accordance with claim 7, and through a targeted selection between different reference model variants of the vehicle, which are implemented by a computer, and are implemented by a computer
  • Response behavior to an actuation of a steering element acting as an expression of a specific driver request can be set, ie the vehicle type (sports car or heavy limousine) that corresponds to the desired driving behavior of the vehicle can be selected.
  • control modes explained so far can also be used if the rear axle steering is realized by the fact that the rear wheel brakes can be controlled individually to develop defined braking forces, so that the yaw behavior of the vehicle via the rear wheels is targeted even without a steering angle actuator of the rear axle can influence.
  • control variables preferably those whose design model corresponds to that of the controller for the observed control variable, since, in contrast to a controller with an I component, it is not the control error that is integrated, but the error between the measurements and estimation and can be used for disturbance measurement.
  • Fig. 1 is a schematically simplified block diagram of a device according to the invention for transverse dynamics control on a road vehicle with front and rear axle steering and
  • FIG. 2 shows a lateral force / slip angle diagram for a qualitative explanation of the function of the control device according to FIG. 1
  • transverse dynamics control device for a four-wheeled road vehicle, denoted overall by 11, in which both the front wheels 12 and 13 and the rear wheels 14 and 16 are steerable, with the setting of steering angles ⁇ v of Front wheels 12 and 13 and for setting steering angles ⁇ h of the rear wheels 14 and 16 each have an electrically controllable steering angle actuator 17 or 18, it is a steering behavior to achieve, which enables the driver to control the vehicle easily.
  • the front axle steering angle actuator 17 conveys a "common" setting of the steering angles ⁇ vl and ⁇ TC of both front wheels in the manner of a trapezoidal steering and that the same also applies to the rear axle steering angle actuator 18 , so that in the sense of a simplifying "single-track" model of the vehicle, the front wheel steering angles ⁇ vl and ⁇ ⁇ can be described by a single front axle steering angle ⁇ v and the rear wheel steering angles ⁇ ⁇ and ⁇ to by a common "average" rear axle steering angle ⁇ h ,
  • the steering angle actuators 17 and 18 can be implemented as electrohydraulic or as .electromechanical actuators, which by electrical signals, the target values ⁇ vsoll and ö ⁇ - ⁇ of the front axle steering angle ⁇ v and the rear axle steering angle ⁇ h , seen in the single-track model of the vehicle 11 , represent, can be controlled to set the relevant setpoints.
  • setpoint signals for the front axle steering angle ⁇ v and the rear axle steering angle ⁇ h are generated by controllers 19, 21 and 22, which operate in decoupled control loops and are more characteristic of the lateral dynamic behavior of the vehicle 11 from setpoint / actual value comparisons
  • Variables namely the yaw rate ⁇ in the center of gravity 23 of the vehicle 11, the float angle ß v in the area of the front axle 24 of the vehicle and the float angle ß h in the area of the rear axle 26 of the vehicle 11 are the control signals for the steering angle actuators 17 which are characteristic of the setpoint and generate 18.
  • a reference model 28 implemented by an electronic computer is provided, to which, at a first input 29, the "driver's request input”, an electrical output signal of a steering angle organ position transmitter 31, which is characteristic of a steering angle ⁇ F , is supplied to a corresponds to the steering behavior of the vehicle 11 desired by the driver; At a second input 32, a "speed input”, an electrical status signal is fed to the reference model 28, which is a measure of the longitudinal vehicle speed v x of the real vehicle.
  • the reference model 28 is at a first output 33 from an electrical output signal which is a measure for a desired value of ⁇ to the yaw rate of the real vehicle about its passing through the center vertical axis 23.
  • the reference model 28 outputs an electrical output signal which, when cornering, is a measure of the setpoint slip angle ⁇ vsoll of the vehicle's slip angle in the region of its front axle 24, and an electrical output signal at a third output 36. which is a measure of the target value ⁇ ⁇ o n of the float angle of the real vehicle 11 on the rear axle 26 of the vehicle.
  • the generation of these setpoints, the adjustment of the reaction behavior of the vehicle to an actuation of the steering wheel 27 - setting the steering angle ⁇ F - determines expediently such that the driver 11 understands the transverse dynamic behavior of the vehicle 11 in an "understandable" - well manageable - manner.
  • the reference model 28 can be designed so that there is a "neutral" cornering behavior, the same slip angle o ⁇ . and ⁇ ⁇ correspond to the front axle 24 and the rear axle 26; however, it is also possible that the reference model 28 is so. is designed so that there is a slightly oversteering cornering behavior of the vehicle that approximates that of a sports vehicle, or also understeering behavior is achieved, as can be characteristic of front-wheel drive vehicles.
  • Is intended for comparison with the ⁇ -, ß VSO n-, and p Hset -WertSignalen suitable actual-value signals are generated by an implemented in turn by an electronic calculator vehicle model 37, measured from a processing operating characteristic variables as well as vehicle-specific data first on a
  • Output 38 emits an electrical output signal which is a measure of the actual value ⁇ i ⁇ t of the yaw angle velocity of the vehicle 11 about its vertical axis, and also outputs an electrical output signal at a second output 39 which is a measure of the actual value ⁇ vist of the slip angle of the front axle 24 is, and outputs an electrical output signal at a third output 41, which is a measure of the actual value ⁇ h . of the float angle ß h on the rear axle 26 of the real vehicle 11.
  • Variable data suitable for generating the actual value output signals of the vehicle model 37 ie. Those that have to be recorded continuously while driving and "vehicle-specific data", ie those which are predetermined by the vehicle or can be determined by a single measurement and can then be regarded as constant for at least a longer period of time, are included in the selected one Explanatory example of the following:
  • the output signals of the vehicle wheels 12, 13, 14 and 16 of individually assigned wheel speed sensors 42 1 to 42 4 which enable a precise determination of the vehicle longitudinal speed v x
  • Front axle steering angle position transmitter 43 and a steering angle position transmitter 44 assigned to the rear axle steering angle actuator 18 the output signal of a yaw rate ( ⁇ ) sensor 46 as a measure of the yaw rate ⁇ about the vertical axis thereof passing through the center of gravity 23 of the vehicle
  • the output s signal from a lateral acceleration (a y ) sensor 47 as a measure of the focus 23
  • vehicle-specific data which in conjunction with the aforementioned variable information for determining the actual values ⁇ iBt , ß vist and ß fc i s ,. are suitable, in the vehicle model 37 the center distance L of the vehicle and, if applicable, the track widths of the front and rear axles as a fixed value (s), as well as variables which are subject to minor variations, which can be corrected if necessary by temporary measurement or estimation, the vehicle mass m, the distance l v of the center of gravity 23 from the front axle 24 or l h of the center of gravity 23 from the rear axle 26, the yaw inertia ferment J 2 of the vehicle 11 about its vertical axis, as well as tire characteristics, which show the relationship between the steering actuation on the front axle and the rear axle buildable side forces S v and S h depending on the respective slip angles o ⁇ and ⁇ ⁇ .
  • v y denotes the speed component of the vehicle resulting from cornering at right angles to the longitudinal speed component v x of the vehicle speed v F , which is the vectorial sum of these two speed components.
  • the transverse speed component v y can be at least approximately determined from an integration of the transverse acceleration a y acting in the center of gravity of the vehicle, and / or can be estimated from the wheel speeds, the set steering angles ⁇ v and ⁇ h and the geometric dimensions of the vehicle.
  • the one provided for controlling the front axle steering angle actuator 17 is designed as a yaw rate controller, which according to a governing law of the form
  • a target value S vsoll of the lateral force which is a function S ( ⁇ v ) of the slip angle o ⁇ on the front axle.
  • ⁇ vsoll "ß + + ⁇ vsoll ( 1 ').
  • the dependency of the lateral force S on the slip angle ⁇ is either stored in a tabular form or in one of the tables in the ⁇ controller 19, which in turn is implemented as a computer and which determines the desired value ⁇ vsoll for the front axle steering angle ⁇ v in accordance with the relationship (l 1 ) Computer-evaluable control algorithm implemented.
  • the setpoint value ⁇ ⁇ n of the slip angle is determined in the sense of a linear approximation according to a relationship of the shape
  • C v denotes a tire-characteristic skew stiffness.
  • Values of this slip resistance can be taken from the manufacturer's information or estimated or determined by suitable tests and / or adaptive measurement methods.
  • the approximation according to the relationship (9) represents a sufficiently precise approximation, at least for small slip angles (up to 10 °), as the S ( ⁇ ) curve 51 of the diagram can be seen directly.
  • the control deviation e is the difference of the output from the real vehicle model 37 ⁇ is -Wertsignals and ⁇ output from the reference model 28 is to -Wertsignals at the ⁇ - determined reference junction 52 and freely selectable in the controller according to the relation (6) having a principle regulator Gain k of the ⁇ controller 19 processed.
  • the inputs required by the ⁇ controller for the sizes l h • m 'a y / L, the ratio J 2 / L, the float angle ß in the center of gravity of the vehicle and for the size l v • ⁇ / v x are from the real vehicle model 37 generated and supplied to the controller 19 "directly".
  • the signal paths required in this regard are represented by a single signal flow arrow 54 in FIG. 1 for the sake of simplicity.
  • the controller 22 provided for controlling the rear axle steering angle actuator 18 is designed as a float angle ( ⁇ h ) controller, which is based on a governing law of the form
  • the starting point for the design of the controller is the plausible assumption that the temporal change in SS 11 the difference between the actual value Wegwin- kel-ß hist and the reference value h of the slip angle at the rear axle 26 of the vehicle is proportional;
  • the one required by the ⁇ h controller 22 for evaluating the relationship (10) or the relationship (10 ') -Input is generated by the reference model 28 and fed "directly" to the controller 22, as represented schematically by the ⁇ signal path 56.
  • the determination of the target value a hBoll of the slip angle o ⁇ on the rear axle 26 from the target value S bgoll of the lateral force on the rear axle 26 obtained by the float angle control on the rear axle 26 is carried out analogously to the type described with reference to the ⁇ -.- controller 19.
  • Vehicle model 37 is generated and sent to controller 22 via signal paths which, for the sake of simplicity of illustration, are only represented by a single signal arrow 60.
  • transverse dynamics control device 10 as an alternative to actuating the front axle steering angle actuator 17 with ⁇ vsoll output signals of the ⁇ controller 19, an actuation of the front axle steering angle actuator 17 with ⁇ vsoll output signals of the further controller 21 is provided, as by a selector switch 61 is shown schematically.
  • This further controller 21 is designed in a functional analogy to the ß h controller 22 provided for controlling the rear axle steering angle actuator 18 as a float angle (ß v ) controller, which is based on a governing law of the form • m • v
  • the ß VSDll input required by the ß v controller 21 is generated by the reference model 28 and, as shown schematically by the ß vsoll signal path 62, is fed "directly" to the ß v controller 21.
  • the determination of target values ⁇ ,,, ... ⁇ of the slip angle ⁇ v on the front axle 24 from the target value S vsoll of the lateral force obtained by the float angle control on the front axle is carried out as explained on the basis of the description of the ⁇ controller 19, as is the determination of the target value ⁇ vsoll for the front axle steering angle ⁇ v to be set .
  • the ⁇ controller 19 and the ß v controller 21 are designed so that the reaction behavior of the vehicle 11 is significant in that operating mode of the lateral dynamics control device 10 in which the front axle steering angle ⁇ v is set by means of the ⁇ controller 19 is different from that reaction behavior of the vehicle when the control device 10 operates in the operating mode in which the front axle steering angle ⁇ v is set by means of the ⁇ v controller 21.
  • the vehicle 11 can thus be switched over by As a result, switch 61 can be set to two desired reaction modes, for example to "sporty", ie moderately oversteering, and to neutral cornering behavior.
  • reaction - vehicle types
  • reference model 28 can be set to selectively different ways of generating its setpoint output signals.
  • individually assigned store observers are provided, the purpose of which is to record disturbance variables such as cross wind, road inclination and / or different adhesion factors on the two sides of the vehicle ( ⁇ -split ratios) and for control purposes in the sense of a disturbance variable to consider.
  • the model observers are also intended to compensate for model errors which result from the fact that the vehicle model can only take reality into account approximately.
  • the store observers 66 and 67 are, in general, designed as models of the controlled system which are implemented by electronic computers and which receive the same inputs, namely the setpoint output signals of the assigned controllers 19 and 22 as the assigned controlled systems and from them correspond to the controlled variables ⁇ and ß h Generate expenses, and from the comparison of their respective expenditures with the corresponding expenditures of the vehicle model 37 of the real vehicle, generate estimates ⁇ vh for the respective disturbance, by their
  • ⁇ h denotes a deviation from the model relationship (13), which is due, among other things, to the linearization of the side force S h .
  • ⁇ h k '• (ß hist - ß h ) (15) designed.
  • k is a gain factor with which the difference ß ⁇ ,. - ß h is fed back into the observer model represented by the relationship (13 '), and with k' the gain factor with which the said difference is attributed to the model of the disturbance represented by the relationship (13 '').
  • the actual value ß Hi6t is available as the output of the real vehicle.

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Abstract

Zum Zweck einer Regelung der Gier- und Querdynamik bei einem Straßenfahrzeug mit elektrisch gesteuerter Vierradlenkung, bei der die Einstellung des Vorderachs-Lenkwinkels δv und des Hinterachs-Lenkwinkels δh mittels voneinander entkoppelter Regelkreise erfolgt, wird in dem der Vorderachse zugeordneten Regelkreis ein Sollwert Svsoll für die an der Vorderachse aufzubauende Seitenkraft Sv ermittelt und der mit dem Sollwert Svsoll verknüpfte Wert des Schräglaufwinkels als Sollwert αvsoll ermittelt. In dem der Hinterachse zugeordneten Regelkreis wird in einem Regelungsprozeß gemäß einem regler-Gesetz der Form (I) ein Sollwert Shsoll für die an der Hinterachse aufzubauende Seitenkraft Sh ermittelt und der mit dem Sollwert Shsoll verknüpfte Wert des Schräglaufwinkels als Sollwert αhsoll ermittelt. Diese Sollwerte αvsoll und αhsoll werden unter Berücksichtigung eines Schätzwertes des Schwimmwinkels β im Schwerpunkt des Fahrzeuges, der Schwerpuntklage sowie Meß- oder Schätzwerten der Giergeschwindigkeit γ und der Längsgeschwindigkeit Vx des Fahrzeuges zur Ermittlung der Sollwerte δvsoll und δhsoll der Lenkwinkel genutzt.

Description

Verfahren zur Regelung der Gier- und Querdynamik bei einem StraSenfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Gier- und Querdynamik bei einem Straßenfahrzeug mit je einer Lenkeinrichtung für die Vorderachse und für die Hinterachse und mit diesen individuell zugeordneten, elektrisch ansteuerbaren δv- und δH- Lenkwinkel-Stellgliedern, die über je einen Regler ansteuerbar sind, die aus Soll-Istwertvergleichen für das Gier- und das querdynamische Verhalten des Fahrzeuges charakteristischer Größen (z.B. der Giergeschwindigkeit Ψ und eines Schwimmwinkels ß) für die Nachführung der Regelgrößen erforderliche Ansteuer- signale für die Lenkwinkel-Stellglieder generieren, und mit den weiteren, im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten, gattungsbestimmenden Merkmalen.
Bei Fahrzeugen, die mit unabhängig voneinander ansteuerbaren Lenkwinkelstellgliedern für die Vorderachs-Lenkung und die Hinterachs-Lenkung ausgerüstet sind, können im Prinzip "extreme" Fahrzeugbewegungen erreicht werden, die bei einem normalen Fahrzeug, das nur über die Vorderräder lenkbar ist, nicht auftreten können. Beispielsweise ist ein Schwimmen des Fahrzeuges, d.h. eine Bewegung desselben schräg zur Fahrzeuglängsachse möglich, ohne daß das Fahrzeug giert (z.B. dadurch, daß die Vorderachs-Lenkung und die Hinterachs-Lenkung auf gleiche Lenkwinkel bezüglich der Fahrzeuglängsachse eingestellt werden) . Es ist auch möglich, ein Gieren, d.h. eine Drehbewegung des Fahrzeuges um seine Hochachse zu erreichen, ohne daß diese eine Schwimmbewegung ausführt. Die Nutzung solcher nur mit einer zwei-achsigen Lenkung erreichbaren Fahrzeugbewegungen sollte aus Sicherheitsgründen solchen Fahrsituationen vorbehalten bleiben, in denen der Fahrer sich bewußt auf ein ungewohntes Fahrzeugverhalten ein- ■• stellt, z.B. beim Rangieren auf engstem Raum, nicht jedoch im "normalen", den statistisch überwiegenden Fahrsituationen entsprechenden Betrieb des Fahrzeuges, für den der Fahrer eine dem Fahrerwunsch entsprechende Reaktion des Fahrzeuges "gewohnheitsmäßig" erwartet.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das bei Betätigung eines zur Einstellung eines Fahrerwunsches vorgesehenen Lenkorgans, z.B. eines Lenkrades oder Joysticks, zu einer Fahrzeugreaktion führt, die derjenigen eines Fahrzeuges, das nur über eine Vorderachs- Lenkung verfügt, weitgehend analog ist, gleichwohl jedoch eine verbesserte Ausnutzung der über die beiden Lenkwinkel-Stell- organe aufbaubaren Seitenführungskräfte erlaubt.
Diese Aufgabe wird bei einem Verf hren der eingangs genannten Art, dem Grundgedanken nach durch die Gesamtkombination der Merkmale des Patentanspruchs 1 und in speziellen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens durch die Merkmale der Ansprüche 2 und/oder 3 gelöst .
Hierbei entspricht die gemäß Anspruch 2 vorgesehene Art der Ermittlung eines Sollwertes der Seitenkraft an den Vorderrädern einer Schwimmwinkel-Regelung an der Vorderachse in der Art wie für die Sollwertsbestimmung der Seitenkraft an der Hinterachse generell vorgesehen, während die Art der Bestimmung eines Sollwertes der Seitenführungskraft an der Vorderachse einer Gierge- schwindigkeitsregelung über den der Vorderachse zugeordneten Lenkwinkel-Regelkreis entspricht. Die gemäß Anspruch 4 vorgesehene, näherungsweise Bestimmung von Sollwerten des Schraglaufwinkels der Vorderräder und der Hinterräder des Fahrzuges ist in der weitaus überwiegenden Zahl der statistisch bedeutsamen Fahrsituationen hinreichend, um eine situations-adäquate Lenk- inkel-Bestimmung für die Vorder- und die Hinterräder des Fahrzeuges durchführen zu können.
Bei einer zur Implementierung der durch die Merkmale des Anr Spruchs 3 definierten Art der Regelung geeigneten Regelungseinrichtung gemäß Anspruch 5 ist ein Querbeschleunigungssensor besonders zweckmäßig, der unmittelbar die im Schwerpunkt des Fahrzeuges wirksame Querbeschleunigung erfaßt.
Hierzu können, unter Berücksichtigung der Fahrzeug-Geometrie auch, wie gemäß Anspruch 6 vorgesehen, zwei Querbeschleuni- gungs-Sensoren vorgesehen werden, deren in Fahrzeuglängsrichtung gemessener Abstand voneinander möglichst groß sein sollte.
Sowohl durch eine Umsehaltbarkeit der Regelungseinrichtung auf definiert verschiedene Regelungsmoden, wie gemäß Anspruch 7 vorgesehen, als auch durch eine gezielte Auswahl zwischen verschiedenen gemäß Anspruch 8 vorgesehenen Referenzmodell- Varianten des Fahrzeuges, die durch einen Rechner implementiert sind, ist das Fahrzeug auf entsprechend verschiedene Arten seines Antwort-Verhaltens auf eine als Äußerung eines bestimmten Fahrerwunsches wirkende Betätigung eines Lenkorganes einstellbar d.h. gleichsam der Fahrzeugtyp (Sportwagen oder schwere Limousine) wählbar, der dem Wunsch-Fahrverhalten des Fahrzeuges entspricht. Es versteht sich, daß die insoweit erläuterten Regelungsmoden auch dann nutzbar sind, wenn die Hinterachslenkung dadurch realisiert ist, daß die Hinterradbremsen einzeln zur Entfaltung definierter Abbremskräfte ansteuerbar sind, wodurch sich auch ohne ein Lenkwinkel-Stellorgan der Hinterachse das Gierverhalten des Fahrzeuges über die Hinterräder gezielt beeinflussen läßt .
Durch die gemäß Anspruch 9 für den Fall, daß sich das Fahrzeug im querdynamischen Grenzbereich bewegt, d. h. durch eine Vergrößerung von Schräglaufwinkeln die Seitenkräfte nicht mehr erhöht werden können, vorgesehene selbsttätige Umschaltung der Regelungseinrichtung auf einen Regelmodus mit der Giergeschwin- digkeit als Regelgröße, wird erreicht, daß das Fahrzeug auch in dem genannten Grenzbereich und/oder bei einem Ausfall der Hinterachslenkung vergleichsweise gut beherrschbar bleibt und insoweit ein hohes Maß an Sicherheit erzielt.
Mittels den Regelgrößen zugeordneter Stδrbeobachter, vorzugsweise solcher, deren Entwurfsmodell demjenigen des Reglers für die beobachtete Regelgröße entspricht, wird eine signifikante Verbesserung der Regelqualität erzielt, da, im Unterschied zu einem Regler mit I-Anteil nicht der Regelfehler integriert wird, sondern der Fehler zwischen Messung und Schätzung und zu einer StδrgrδßenaufSchaltung genutzt werden kann.
Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie einer zu seiner Durchführung geeigneten Einrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und Gestaltungsvarianten einer zu seiner Implementierung geeigneten Regelungseinrichtung anhand der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisch vereinfachtes Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Querdynamik-Regelung an einem Straßenfahrzeug mit Vorderachs- und Hinterachslenkung und
Fig. 2 ein Seitenkraft-/Schräglaufwinkel-Diagramm zur qualitativen Erläuterung der Funktion der Regelungseinrichtung gemäß Fig. 1
Zweck der in der Figur 1 insgesamt mit 10 bezeichneten Querdynamik-Regelungseinrichtung für ein insgesamt mit 11 bezeichnetes vier-rädriges Straßenfahrzeug, bei dem sowohl die Vorderräder 12 und 13 als auch die Hinterräder 14 und 16 lenkbar sind, wobei zur Einstellung von Lenkwinkeln δv der Vorderräder 12 und 13 sowie zur Einstellung von Lenkwinkeln δh der Hinterräder 14 und 16 je ein elektrisch ansteuerbares Lenkwinkelstellglied 17 beziehungsweise 18 vorgesehen sind, ist es, ein Lenkverhalten zu erzielen, das eine vom Fahrer gut kontrollierbare Führung des Fahrzeuges ermöglicht .
Für das Fahrzeug 11 sei, zum Zweck der Erläuterung, vorausgesetzt, daß das Vorderachs-Lenkwinkelstellglied 17 eine "gemeinsame" Einstellung der Lenkwinkel δvl und δTC beider Vorderräder in der Art einer Trapezlenkung vermittelt und daß dasselbe auch für das Hinterachs-Lenkwinkelstellglied 18 gilt, so daß im Sinne eines vereinfachenden "Einspur"-Modells des Fahrzeuges die Vorderradlenkwinkel δvl und δ^ durch einen einzigen Vorderachslenkwinkel δv beschreibbar sind und die Hinterrad- Lenkwinkel δω und δto durch einen gemeinsamen "mittleren" Hin- terachslenkwinkel δh.
Die Lenkwinkel-Stellglieder 17 und 18 können als elektrohydraulische oder als .elektromechanische Aktuatoren realisiert sein, die durch elektrische Signale, die Sollwerte δvsoll und ö^-^ des Vorderachslenkwinkels δv und des Hinterachs-Lenkwinkels δh, gesehen im Einspurmodell des Fahrzeuges 11, repräsentieren, zur Einstellung der diesbezüglichen Sollwerte ansteuerbar sind.
Diese Sollwert-Signale für den Vorderachs-Lenkwinkel δv und den Hinterachs-Lenkwinkel δh werden von Reglern 19, 21 und 22 erzeugt, die in voneinander entkoppelten Regelkreisen arbeiten und aus Soll-/Ist-Wertvergleichen für das querdynamische Verhalten des Fahrzeuges 11 charakteristischer Größen, nämlich der Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ im Schwerpunkt 23 des Fahrzeuges 11, des Schwimmwinkels ßv im Bereich der Vorderachse 24 des Fahrzeuges sowie des Schwimmwinkels ßh im Bereich der Hinterachse 26 des Fahrzeuges 11 die Sollwert-charakteristischen An- steuerεignale für die Lenkwinkel-Stellglieder 17 und 18 erzeugen.
Zur Umsetzung des Fahrerwunsches nach einem von ihm erwarteten querdynamischen Verhalten des Fahrzeuges 11, den der Fahrer durch Betätigung eines Lenkorgans 27, z.B., wie dargestellt, eines "konventionellen" Lenkrades oder eines Joysticks einsteu- ern kann, ist ein durch einen elektronischen Rechner implementiertes Referenzmodell 28 vorgesehen, dem an einem ersten Eingang 29, dem "Fahrerwunsch-Eingang", ein für einen Lenkwinkel δF charakteristisches elektrisches Ausgangssignal eines Lenk.- winkelorgan-Stellungsgebers 31 zugeleitet ist, das einem vom Fahrer erwünschten Lenkungsverhalten des Fahrzeuges 11 entspricht; an einem zweiten Eingang 32, einem "Geschwindigkeits- Eingang", ist dem Referenzmodell 28 ein elektrisches Zustands- signal zugeleitet, das ein Maß für die Fahrzeug-Längsgeschwindigkeit vx des realen Fahrzeuges ist.
Das Referenzmodell 28 gibt an einem ersten Ausgang 33 ein elektrisches Ausgangssignal ab, das ein Maß für einen Sollwert Ψsoll der Gierwinkelgeschwindigkeit des realen Fahrzeuges um seine durch den Schwerpunkt 23 gehende Hochachse ist.
An einen zweiten Ausgang 34 gibt das Referenzmodell 28 ein elektrisches Ausgangssignal ab, das - bei einer Kurvenfahrt - ein Maß für den Schwimmwinkel-Sollwert ßvsoll des Schwimmwinkels des Fahrzeuges im Bereich seiner Vorderachse 24 ist, und an einem dritten Ausgang 36 ein elektrisches Ausgangssignal, das ein Maß für den Sollwert ß^on des Schwimmwinkels des realen Fahrzeuges 11 an der Hinterachse 26 des Fahrzeuges ist.
Die Generierung dieser Sollwerte, deren Einregelung des Reaktionsverhalten des Fahrzeuges auf eine Betätigung des Lenkrades 27 - Einstellung des Lenkwinkels δF - bestimmt, ist zweckmäßigerweise so getroffen, daß sich ein für den Fahrer "verständliches" - gut beherrschbares - querdynamisches Verhalten des Fahrzeuges 11 ergibt. Das Referenzmodell 28 kann so ausgelegt sein, daß sich ein "neutrales" Kurvenfahrt-Verhalten ergibt, dem gleiche Schräglaufwinkel o^. und α^ an der Vorderachse 24 und der Hinterachse 26 entsprechen; es ist jedoch auch möglich, daß das Referenzmodell 28 so. ausgelegt ist, daß sich ein leicht übersteuerndes Kurvenfahrtverhalten des Fahrzeuges ergibt, das dem eines Sportfahrzeuges angenähert ist, oder auch ein untersteuerndes Verhalten erzielt wird, wie es für vorder- achs-getriebene Fahrzeuge charakteristisch sein kann.
Für den Vergleich mit den Ψsoll-, ßvson-, und ßhsoll-WertSignalen geeignete Istwert-Signale werden von einem wiederum durch einen elektronischen Rechner implementierten Fahrzeugmodell 37 generiert, das aus einer Verarbeitung gemessener, betriebscharakteristischer Meßgrößen sowie fahrzeugspezifischer Daten an einem ersten Ausgang 38 ein elektrisches Ausgangssignal abgibt, das ein Maß für den Istwert Ψiεt der Gierwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeuges 11 um seine Hochachse ist, des weiteren an einem zweiten Ausgang 39 ein elektrisches Ausgangssignal abgibt, das ein Maß für den Istwert ßvist des Schwimmwinkels der Vorderachse 24 ist, und an einem dritten Ausgang 41 ein elektrisches Aus- gangssignal abgibt, das ein Maß für den Istwert ßhist. des Schwimmwinkels ßh an der Hinterachse 26 des realen Fahrzeuges 11 ist.
Zur Generierung der genannten Istwert-Ausgangssignale des Fahrzeugmodells 37 geeignete, variable Daten, d,.h. solche, die im Fahrbetrieb fortlaufend erfaßt werden müssen, und "fahrzeugspezifische Daten", d.h. solche, die durch das Fahrzeug fest vorgegeben sind oder durch eine einmalige Messung erfaßbar sind und sodann mindestens für eine längere Zeitspanne als konstant angesehen werden können, sind bei dem gewählten Erläuterungs- beispiel die folgenden: Die Ausgangssignale den Fahrzeugrädern 12, 13, 14 und 16 einzeln zugeordneter Raddrehzahlsensoren 421 bis 424, die eine genaue Ermittelung der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vx ermöglichen, die Ausgangssignale eines dem Vorder- achs-Lenkwinkelstellgliedes 17 zugeordneten elektronischen oder elektromechanischen Vorderachs-Lenkwinkel-Stellungsgebers 43 sowie eines dem Hinterachs-Lenkwinkelstellglied 18 zugeordneten Lenkwinkelstellungsgebers 44, das Ausgangssignal eines Gierge- schwindigkeits (Ψ ) -Sensors 46 als Maß für die Giergeschwindigkeit Ψ um die durch den Schwerpunkt 23 des Fahrzeuges gehende Hochachse desselben, das Ausgangssignal eines Querbeschleuni- gungs (ay) -Sensors 47 als Maß für die im Schwerpunkt 23 des Fahrzeuges 11 rechtwinklig zur Fahrzeuglängsrichtung, der x- Richtung, angreifende Querbeschleunigung ay, sowie gegebenenfalls das Ausgangssignal eines zweckmäßigerweise in der Nähe der Vorderachse 24 angeordneten Querbeschleunigungssensors .-48 und/oder das Ausgangssignal eines mehr in der Nähe der Hinterachse 26 angeordneten Querbeschleunigung (a^) -Sensors 49 als Maß für eine in Querrichtung am Fahrzeug im Abstand von seinem Schwerpunkt 23 angreifende Querbeschleunigung.
Als "fahrzeugspezifische" Daten, die in Verbindung mit den vorgenannten variablen Angaben zur Ermittlung der Istwerte ΨiBt, ßvist und ßfcis,. geeignet sind, werden in dem Fahrzeugmodell 37 der Achsabstand L des Fahrzeuges sowie gegebenenfalls die Spurbreiten der Vorder- und der Hinterachse als Festwert (e) , sowie als allenfalls geringfügigen Variationen unterworfene Größen, die erforderlichenfalls durch zeitweise Messung oder Schätzung korrigiert werden können, die Fahrzeugmasse m, der Abstand lv des Schwerpunktes 23 von der Vorderachse 24 beziehungsweise lh des Schwerpunktes 23 von der Hinterachse 26, das Gier-Trägheitsferment J2 des Fahrzeuges 11 um seine Hochachse, sowie Reifenkennlinien abgelegt, die den Zusammenhang der durch Lenkungsbetätigung an der Vorderachse und der Hinterachse aufbaubaren Seitenkräfte Sv und Sh in Abhängigkeit von den jeweiligen Schräglaufwinkeln o^ und α^ wiedergeben.
Zur Erläuterung der Verarbeitung dieser Größen durch den Modellrechner 37 wird nachfolgend auf ein vereinfachtes lineari- siertes Einspurmodell eines Straßenfahrzeuges Bezug genommen, in dem die Lenkwinkel δv und δh an der Vorderachse 24 beziehungsweise der Hinterachse 26 durch die folgenden Beziehungen gegeben sind:
1 • Ψ δv = - ß + -= + C^ (1)
und Ψ δh = + α (2)
gegeben sind.
In dem zur Erläuterung gewählten linearisierten, d.h. für kleine Werte der Lenkwinkel δv und δh um 10° betrachteten Einspurmodell ist der Schwimmwinkel ß im Schwerpunkt des Fahrzeuges 11 in guter Näherung durch die Beziehung
V ß - - -*■ (3)
gegeben, in der mit vy die sich bei der Kurvenfahrt ergebende Geschwindigkeitskomponente des Fahrzeuges rechtwinklig zur Längsgeschwindigkeits-Komponente vx der Fahrzeuggeschwindigkeit vF bezeichnet ist, die sich als vektorielle Summe dieser beiden Geschwindigkeitskomponenten ergibt .
Die Quergeschwindigkeitskomponente vy kann aus einer Integration der im Schwerpunkt des Fahrzeuges angreifenden Querbeschleunigung ay "gemessen", zumindest annähernd ermittelt werden und/oder aus den Radgeschwindigkeiten, den eingestellten Lenkwinkeln δv und δh sowie den geometrischen Abmessungen des Fahrzeuges geschätzt werden.
Des weiteren sind die Schwimmwinkel ßv und ßh an der Vorderachse beziehungsweise der Hinterachse mit dem Schwimmwinkel ß im Schwerpunkt des Fahrzeuges durch die Beziehungen
Jz • Ψ ßv = ß - — * (4 ) lh • m • vx
sowie
J2 • Ψ p> ■ p + xxx: «> verknüpft .
Der eine zur Ansteuerung des Vorderachs-Lenkwinkelstellgliedes 17 vorgesehene Regler 19 ist als Giergeschwindigkeitsregler ausgebildet, der nach einem Reglergesetz der Form
1,. • m • a„ J r •• / • M
S ix = - ~^j " + - ■ [Ψsoll " k • (ψ - Ψsoll)] ( 6 )
einen Sollwert Svsoll der Seitenkraft ermittelt, die eine Funktion S (αv) des Schraglaufwinkels o^ an der Vorderachse ist .
Diesem Sollwert Svsoll, der durch die Giergeschwindigkeitsregelung ermittelt wird - und bei verschwindender Regelabweichung e - (e = Ψ — Ψsoll = θJ durch die Beziehung
1 • m • a j • ψ ..
gegeben ist, entspricht die für eine stabile Kurvenfahrt des Fahrzeuges geltende, allgemein durch die Beziehung
J • Ψ = S • 1 - L ■ S. (7)
ausgedrückte Forderung nach Ausgeglichenheit der Momente um die Hochachse des Fahrzeuges 11, wenn in dieser Beziehung (7) die an der Hinterachse 26 des Fahrzeuges 11 auftretende Seitenkraft Sh gemäß der Beziehung
m • ay = Sv + Sh (8)
eliminiert wird.
Wegen der qualitativ durch das Diagramm der Figur 2 wiedergegebene Abhängigkeit der gemäß der Beziehung (61), gleichsam mathematisch, ermittelbaren Seitenkräfte von den durch die Len- kungsbetätigung mit einzustellenden Schräglaufwinkeln α, ist mit jedem durch die Ψ -Regelung gemäß den Beziehungen (6) beziehungsweise (6') ein Sollwert αvsoU des Schraglaufwinkels verknüpft, der gemäß der Beziehung (1) bei der Ermittelung des . Sollwertes δvsoll für die Stellgröße δv als Sollwert αvsoll des Schraglaufwinkels α„ einzusetzen ist, gemäß der Beziehung
δvsoll = "ß + + αvsoll (1 ' ) .
Figure imgf000013_0001
Die Abhängigkeit der Seitenkraft S vom Schräglaufwinkel α ist in dem seinerseits als Rechner realisierten Ψ -Regler 19, der den Sollwert δvsoll für den Vorderachs-Lenkwinkel δv gemäß der Beziehung (l1) ermittelt, entweder in tabellarischer Form abgelegt oder durch einen vom Rechner auswertbaren Regelalgorithmus implementiert. Bei dem zur Erläuterung gewählten Ausführungs- beispiel erfolgt die Ermittelung des Sollwertes α^n des Schraglaufwinkels im Sinne einer linearen Näherung gemäß einer Beziehung der Form
SvBoll , x
"•vsoll I r
in der mit Cv eine reifencharakteristische Schräglaufsteifig- keit bezeichnet ist. Werte dieser Schräglaufsteifigkeit können Herstellerangaben entnommen werden oder geschätzt oder durch geeignete Versuche und/oder adaptive Meßmethoden ermittelt werden. Die Näherung gemäß der Beziehung (9) stellt zumindest für kleine Schräglaufwinkel (bis zu 10°) eine hinreichend genaue Näherung dar, wie der S (α) -Verlaufskurve 51 des Diagramms unmittelbar entnehmbar ist.
Der für die Auswertung der Beziehung (6) beziehungsweise (6') durch den Ψ -Regler 19 erforderliche Ψsou-Wert wird vom Referenzmodell 12 - durch zeitliche Differenzierung des Ψsoll- AusgangsSignals - generiert und wird dem Regler 19 direkt zuge- leitet, wie durch einen Ψεoll-Signalpfad 53 schematisch dargestellt.
Die Regelabweichung e wird als Differenz des vom realen Fahrzeugmodell 37 ausgegebenen Ψist-Wertsignals und des vom Referenzmodell 28 ausgegebenen Ψsoll-Wertsignals an der Ψ - Vergleichsstelle 52 ermittelt und im Regler gemäß der Beziehung (6) mit einer im Prinzip frei wählbaren, Regler-Verstärkung k des Ψ -Reglers 19 verarbeitet.
Die von dem Ψ -Regler weiter benötigten Eingaben für die Größen lh • m ' ay/L, das Verhältnis J2/L, den Schwimmwinkel ß im Schwerpunkt des Fahrzeuges sowie für die Größe lv • Ψ /vx werden von dem realen Fahrzeugmodell 37 generiert und dem Regler 19 "direkt" zugeleitet. Die diesbezüglich erforderlichen Signalpfade sind, der Einfachheit halber in der Figur 1 lediglich durch einen einzigen Signalflußpfeil 54 repräsentiert.
Der zur Ansteuerung des Hinterachs-Lenkwinkelstellgliedes 18 vorgesehene Regler 22 ist als Schwimmwinkel (ßh) -Regler ausgebildet, der nach einem Reglergesetz der Form
Figure imgf000014_0001
einen Sollwert für die an der Hinterachse 26 des Fahrzeuges 11 durch die Lenkungsbetätigung aufzubauende Seitenkraft S (o^) ermittelt. Dieser durch die ßh-Regelung ermittelbare Sollwert ist bei verschwindender Regelabweichung
Figure imgf000014_0002
~ ßhsoii = °) durch die Beziehung
1„ • m • vv r . ■ i Si-cαα = -=— * [Ψ " ßtaoii] ( 10 ' )
gegeben . Ausgangspunkt für den Entwurf des Reglers ist die plausible Annahme, daß die zeitliche Änderung ßh des Schwimmwinkels an der Hinterachse 26 des Fahrzeuges 11 der Differenz des Schwimmwin- kel-Istwertes ßhist und des Sollwertes
Figure imgf000015_0001
proportional ist-;
Aus der Beziehung (5) für den Schwimmwinkel ßh an der Hinterachse des Fahrzeuges ergibt sich durch zeitliche Differentiation die Beziehung
Ψ ßh = ß + (5') m • v.
die unter der Voraussetzung, daß die Längs-Geschwindigkeits- komponente vx des Fahrzeuges als konstant angesehen werden kann, unter Berücksichtigung der Beziehung (3) die .folgende Form annimmt:
v„ l • m • v„
Aus der Forderung nach Ausgeglichenheit der Querkräfte am Fahrzeug bei einer Kurvenfahrt, geschrieben in der Form
mvy = Sv + Sh - m ■ vx • Ψ (11)
folgt unmittelbar
Vy ^ SV "^ Sh ~ Vχ • ψ dl') y
Die Beziehung (ll1) in die Beziehung (5'') eingesetzt ergibt die Beziehung Wird aus dieser Beziehung (12) mit Hilfe der die Forderung nach Ausgeglichenheit der Momente beim Fahrzeug ausdrückenden Beziehung (7) die Vorderachs-Seitenkraft Sv eliminiert, ergibt sich für die zeitliche Änderung ßh des Schwimmwinkels an der Hinterachse 26 die Relation
ß ψ _ Shh • -L v. _ _1t„ • Sh_ = ψ. _ L • Shκ_^ (13) m • Vx • lv • m • Vx m • Vχ • lv
aus der für die Seitenkraft Sh(oh) an der Hinterachse unmittelbar die folgende Beziehung folgt:
s» = lv " ° ' v • (ψ - ßh) MO'-),
die mit dem für die Schwimmwinkelregelung an der Hinterachse vom Referenzmodell ausgegebenem Sollwert ßhsoll der Beziehung (10 ' ) entspricht .
Die von dem ßh -Regler 22 zur Auswertung der Beziehung (10) beziehungsweise der Beziehung (10') benötigte
Figure imgf000016_0001
-Eingabe wird vom Referenzmodell 28 generiert und dem Regler 22, wie durch den ßijson -Signalpfad 56 schematisch dargestellt, "direkt" zugeleitet .
Die von dem ßh-Regler 22 mit der im Prinzip frei wählbaren Reglerverstärkung kx "multiplizierend" verarbeitete Regelabweichung eh (eh = ßωεt - ßnson) wird an der ßh-Vergleichsstelle 57 ermittelt.
Die von dem ßh-Regler 22 weiter benötigten Eingaben für die Größe lv • m • vx/L sowie den Istwert Ψist der Gierwinkelgeschwindigkeit werden vom realen Fahrzeugmodell 37 generiert und dem ßh-Regler 22, wie durch die diesbezüglichen Signalpfade 58 und 59 veranschaulicht, "direkt" zugeleitet. Die Ermittlung des Sollwertes ahBoll des Schraglaufwinkels o^ an der Hinterachse 26 aus dem durch die Schwimmwinkelregelung an der Hinterachse gewonnenen Sollwert Sbgoll der Seitenkraft an der Hinterachse 26 erfolgt analog zu der mit Bezug auf den Ψ-.- Regler 19 geschilderten Art.
Die Bestimmung des Sollwertes δbsoll für den einzustellenden Hinterachslenkwinkel, d.h. die Stell-Signalbildung für diesen Winkel erfolgt gemäß der Beziehung
δhsoii = ~ß " — + c i (2 ' )
wobei die hierfür noch zusätzlich erforderlichen Eingaben für den Schwimmwinkel ß im Schwerpunkt 23 des Fahrzeuges sowie für die Größe lh • Ψist / vx vom realen. Fahrzeugmodell 37 generiert und dem Regler 22 über Signalpfade zugeleitet werden, die, der Einfachheit der Darstellung halber lediglich durch einen einzigen Signalpfeil 60 repräsentiert sind.
Aus der geschilderten Art der Ψ -Regelung sowie der ßh-Regelung ist ersichtlich, das die beiden Regelkreise "physikalisch" entkoppelt sind, was insbesondere der Robustheit der Regelung zugute kommt.
Bei der Querdynamik-Regelungseinrichtung 10 ist als Alternative zu einer Ansteuerung des Vorderachs-Lenkwinkelstellgliedes 17 mit δvsoll-Ausgangssignalen des Ψ -Reglers 19 auch eine Ansteuerung des Vorderachs-Lenkwinkelstellgliedes 17 mit δvsoll-Aus- gangssignalen des weiteren Reglers 21 vorgesehen, wie durch einen Wahlschalter 61 schematisch dargestellt.
Dieser weitere Regler 21 ist in funktioneller Analogie zu dem für die Ansteuerung des Hinterachs-Lenkwinkelstellgliedes 18 vorgesehenen ßh-Regler 22 als Schwimmwinkel (ßv) -Regler ausgebildet, der nach einem Reglergesetz der Form • m • v
S ll = " ' L ' X • [* - ßv ol! + • (ßv - ßvaoll )] ( 14 )
Sollwerte für die an der Vorderachse 24 des Fahrzeuges 11 durch die Lenkungsbetätigung aufzubauende Seitenkraft S (c ermittelt.
Die von dem ßv-Regler 21 benötigte ßVSDll -Eingabe wird von dem Referenzmodell 28 generiert und, wie durch den ßvsoll-Signalpfad 62 schematisch dargestellt, dem ßv-Regler 21 "direkt" zugeleitet. Die von dem ßv-Regler 21 mit der wiederum frei wählbaren Reglerverstärkung k2 verarbeitete Regelabweichung ev (ev = ßvist - ß^on) wird an der ßv-Vergleichsstelle 63 ermittelt.
Die von dem ßv-Regler 21 weiter benötigten Eingaben für die Größe lh • m • vx/L sowie für den Istwert Ψist der Gierwinkelgeschwindigkeit werden vom realen Fahrzeugmodell 37 generiert und dem ßv-Regler, wie durch die diesbezüglichen Signalpfade 64 und 59' veranschaulicht, "direkt" zugeleitet.
Die Ermittelung von Sollwerten α,,,..^ des Schraglaufwinkels αv an der Vorderachse 24 aus dem durch die Schwimmwinkelregelung an der Vorderachse gewonnenen Sollwert Svsoll der Seitenkraft erfolgt wie anhand der Beschreibung des Ψ -Reglers 19 erläutert, desgleichen die Bestimmung des Sollwertes δvsoll für den einzustellenden Vorderachs-Lenkwinkel δv.
Der Ψ -Regler 19 und der ßv-Regler 21 sind so ausgelegt, daß das Reaktionsverhalten des Fahrzeuges 11 in demjenigen Betriebsmodus der Querdynamik-Regelungseinrichtung 10, in dem die Einstellung des Vorderachs-Lenkwinkels δv mittels des Ψ - Reglers 19 erfolgt, signifikant verschieden von demjenigen Reaktionsverhalten des Fahrzeuges ist, wenn die Regelungseinrichtung 10 in demjenigen Betriebsmodus arbeitet, in dem die Einstellung des Vorderachs-Lenkwinkels δv mittels des ßv-Reglers 21 erfolgt. Das Fahrzeug 11 ist somit durch Umschalten des Wahl- Schalters 61 im Ergebnis auf zwei erwünschte Reaktionsweisen einstellbar, z.B. auf "sportliches", d.h. mäßig übersteuerndes, und auf neutrales Kurvenfahrtverhalten einstellbar.
Weitere Reaktionsweisen - "Fahrzeugtypen" - sind dadurch realisierbar, daß das Referenzmodell 28 auf definiert verschiedene Arten der Generierung seiner Sollwert-Ausgangssignale wählbar einstellbar ist .
Zur Verbesserung der Qualität der Regelung sind den Regelgrößen einzeln zugeordnete Storbeobachter vorgesehen, deren Zweck es ist, Störgrößen wie Seitenwind, Fahrbahnneigung und/oder unterschiedliche Kraftschlußbeiwerte an den beiden Fahrzeugseiten (μ-Split-Verhältnisse) zu erfassen und bei der Regelung im Sinne einer StδrgrδßenaufSchaltung zu berücksichtigen. Des weiteren sollen durch die Storbeobachter auch Modellfehler kompensiert werden, die daraus resultieren, daß das Fahrzeugmodell die Realität nur näherungsweise berücksichtigen kann. Entsprechend der geschilderten Entkopplung der den Vorderrädern 12 und 13, einerseits, und den Hinterrädern 14 und_ 16, andererseits, zugeordneten Regelkreise ist, der Einfachheit der Darstellung halber, nur ein Storbeobachter 66 für den Vorderachs-Regelkreis und ein Storbeobachter 67 für den ßh-Regelkreis dargestellt. Die Storbeobachter 66 und 67 sind, allgemein, als durch elektronische Rechner implementierte Modelle der Regelstrecke konzipiert, die dieselben Eingaben, nämlich die Sollwert- Ausgangssignale der zugeordneten Regler 19 bzw. 22 empfangen wie die zugeordneten Regelstrecken und hieraus den Regelgrößen ψ bzw. ßh entsprechende Ausgaben erzeugen, und aus dem Vergleich ihrer diesbezüglichen Ausgaben mit den entsprechenden Ausgaben des Fahrzeugmodells 37 des realen Fahrzeuges Schätzwerte Λvh für die jeweilige Störung generieren, durch deren
Rückführung auf den Regler 19 beziehungsweise 22 die Regelabweichung zum Verschwinden gebracht werden kann. Eine geeignete Konzeption eines solchen Stδrbeobachters, die auf die weiteren Regelkreise übertragbar ist, sei am Beispiel des ßh-Regelkreises näher erläutert:
Zum Entwurf des Beobachters 67 wird von der Beziehung
L • ch • o ß* = Ψ-Γm—• v rx—• l- rv + (i3-)
für die zeitliche Änderung der Regelgröße ßh ausgegangen, die sich ergibt, wenn in der Beziehung (13) , die auch dem Entwurfsmodell des Reglers 22 entspricht, die Seitenkraft Sh gemäß der Beziehung (9) durch die Beziehung
Sh = ch • αh (9')
ersetzt wird und mit Δh eine Abweichung von der Modell- Beziehung (13) bezeichnet wird, die u.a. durch die Linearisierung der Seitenkraft Sh bedingt ist.
Für diese Störung Δh wird hinsichtlich des Beobachtermodells angenommen, daß sie zeitlich quasi konstant ist, d.h., daß gilt :
Δh = 0 (13' ')
Von diesem Modell ausgehend wird der Störbeobachter 67 gemäß den Beziehungen
ßb = Δh + ψ - ^ ' ^ '^ + k • (ßhist - ßh) (14 )
und
Δh = k' • (ßhist - ßh) (15) entworfen. Hierbei ist in der Beziehung (14) mit k ein Verstärkungsfaktor bezeichnet, mit dem die Differenz ß^,. - ßh in das durch die Beziehung (13') repräsentierte Beobachtermodell zurückgeführt wird, und mit k' der Verstärkungsfaktor, mit der die genannte Differenz auf das durch die Beziehung (13'') repräsentierte Modell der Störung zurückgeführt wird.
Die Verstärkungsfaktoren k und k' können durch Polvorgabe nach dem bekannten Wurzelort-Verfahren bestimmt werden. Der Ist-Wert ßHi6t steht als Ausgabe des realen Fahrzeuges zur Verfügung.
Numerische Integration der Beziehungen (14) und (15) nach bekannten Verfahren, z. B. dem Euler-Verfahren oder dem Runge- Kutta-Verfahren, ergibt die gesuchte Störung Δh, die bei der Bildung des Sollwertes des Hinterachsdeckwinkels
Figure imgf000021_0001
gemäß der Beziehung
Figure imgf000021_0002
im Sinne einer StδrgrδßenaufSchaltung berücksichtigt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Regelung der Gier- und Querdynamik bei einem .Straßenfahrzeug mit je einer Lenkeinrichtung für die Vorderachse und für die Hinterachse und mit diesen individuell zugeordneten, elektrisch ansteuerbaren δv- und δh-Lenk- winkel-Stellgliedern (17 und 18) , die über je einen Regler ansteuerbar sind, die aus Soll-Istwert-Vergleichen für das gier- und das querdynamische Verhalten des Fahrzeuges charakteristischer Größen, z. B. der Giergeschwindigkeit Ψ und eines Schwimmwinkels ß, für die Nachführung der Regelgrößen erforderliche Ansteuersignale für die Lenkwinkel- Stellglieder generieren, wobei die zur Einstellung der Lenkwinkel δv und δh vorgesehenen Regelkreise voneinander entkoppelt sind, und wobei die für die beiden Regelkreise erforderlichen Sollwertvorgabe-Signale für die Regelparameter mittels eines durch einen elektronischen Rechner implementierten Referenzmodells (28) aus einer Verarbeitung mindestens eines den Fahrerwunsch repräsentierenden Aus- gangssignals eines Lenkorgan-Stellungsgebers (31) und eines für den Betriebszustand des Fahrzeuges charakteristischen Sensor-Ausgangssignals, z. B. eines Geschwindigkeitssensors, generiert werden, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: (a) in dem der Vorderachse zugeordneten Regelkreis wird in einem Regelungsprozeß ein Sollwert Svsoll für die an der Vorderachse aufzubauende Seitenkraft Sv ermittelt;
(b) für diesen Sollwert Svsoll wird aus einer Sv(cv) -Kennlinie, die die Abhängigkeit der an der Vorderachse aufbaubaren Seitenkraft Sv vom Schräglauf inkel αv an der Vorderachse repräsentiert, der mit dem Sollwert Svsoll verknüpfte Wert des Schraglaufwinkels als Sollwert αvsoX1 ermittelt, und es wird gemäß der Beziehung
δ sox = -ß + — + αvEOχx
der Betrag δvsoll des Vorderachs-Lenkwinkels bestimmt, der mittels des Vorderachs-Lenkwinkel-Stellorgans eingestellt wird;
(c) in dem der Hinterachse zugeordneten Regelkreis wird in einem Regelungsprozeß gemäß einem Regler-Gesetz der Form
Figure imgf000023_0001
= V ' L " X ■ [Ψ - l xx + K • (ßh - ß-.xx)]
ein Sollwert S^oii fü " die axι der Hinterachse aufzubauende Seitenkraft Sh ermittelt;
(d) für diesen Sollwert Shsoll der Hinterachs-Seitenkraft wird aus einer S^α^) -Kennlinie, der mit dem Sollwert Shsoll verknüpfte Wert des Schraglaufwinkels als Sollwert otusou ermittelt, und es wird gemäß der Beziehung 1 • Ψ δhsoχx = ~ß - -*- + αhsoll x der Betrag
Figure imgf000024_0001
des Hinterachs-Lenkwinkels bestimmt', der mittels des Hinterachs-Lenkwinkel-Stellorgangs eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert Sveoll der an der Vorderachse aufzubauenden Seitenkraft in einem Regelungsprozeß gemäß einem Regler-Gesetz der Form
SvsoXX = ^ " [Ψ ~ ßvsoXX + k2 • (ßv - ßvsox jj
ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert SVSoll der an der Vorderachse aufzubauenden Seitenkraft in einem Regelungsprozeß gemäß einem Regler-Gesetz der Form
^vsoXX - L + L Ψsoχχ " k3 • (Ψ " Ψsoll)]
ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert α^u des Schraglaufwinkels a^ an der Vorderachse und/oder der Sollwert α^u des Schraglaufwinkels o^ an der Hinterachse aus einer linearen Beziehung der Form q
*3vsoXX,hsoXX vsoXX.hsoXX
Figure imgf000025_0001
gewonnen wird, in der mit CVjh jeweils geschätzte oder ' durch Messung ermittelte Werte von Schräglaufsteifigkeiten der Vorderradreifen (Index "v") bzw. der Hinterradreifen (Index "h") bezeichnet sind.
Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 an einem Straßenfahrzeug (11) mit je einer Lenkeinrichtung für die Vorderachse (24) und für die Hinterachse (26) und mit diesen individuell zugeordneten, elektrisch ansteuerbaren Lenkwinkel-Stellgliedern (17 und 18) für zwei voneinander entkoppelte Regelkreise, mittels derer der Vorderachs-Lenkwinkel δv und der Hinterachs- Lenkwinkel δh einstellbar sind, dadurch gekennzeichne , daß jeweils mindestens ein Querbeschleunigungs-Sensor (47) vorgesehen ist, mittels dessen eine am Fahrzeug (11) auftretende Querbeschleunigung ay an einer definierten Stelle des Fahrzeuges, vorzugsweise in dessen Schwerpunkt, erfaßbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Querbeschleunigungs-Sensoren (48 und 49) vorgesehen sind, die, in Richtung der Fahrzeuglängsachse gesehen, in einem Abstand voneinander angeordnet sind, wobei vorzugsweise der eine Querbeschleunigungs-Sensor (48) im Bereich der Vorderachse (24) und der andere Querbeschleunigungs- Sensor (49) im Bereich der Hinterachse (26) des Fahrzeuges (11) angeordnet ist.
7. Einrichtung, insbesondere nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, gekennzeichnet durch ihre Umschaltbarkeit zwischen dem Regelmodus, in dem der Sollwert Svsoll der Seitenkraft an' der Vorderachse gemäß dem Regler-Gesetz
Svsoll
Figure imgf000026_0001
ermittelt wird, und dem Regelmodus, in dem der Sollwert der Seitenkraft an der Vorderachse gemäß dem Regler-Gesetz
SvsoXX
Figure imgf000026_0002
ermittelt wird.
8. Einrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Generierung der Sollwert-Vorgaben für die einzustellenden Vorderachs- und Hinterachs-Lenkwinkel δv und δh vorgesehenes Referenzmodell
(28) auf definiert verschiedene Algorithmen der Generierung dieser Sollwerte einstellbar ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine selbsttätige Umschaltung aus dem Regelungs- modus, in dem der Sollwert Svsoll der Seitenkraft an der Vorderachse in Abhängigkeit von der Regelabweichung
(ßv - ßvsoll) des Schwimmwinkels im Bereich der Vorderachse bestimmt wird, in den Regelungsmodus, in dem der Sollwert Svsoll der Seitenkraft an der Vorderachse in Abhängigkeit von der Regelabweichung (Ψ - Ψεoll) der Giergeschwindigkeit bestimmt wird, erfolgt, wenn im Grenzbereich die Seitenkraft-Übertragungsfähigkeit der Reifen ausgeschöpft oder nahezu ausgeschöpft ist und/oder das Hinterachse- ' Lenkwinkelstellglied (18) ausgefallen ist.
10. Einrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens einen der zur Einstellung der Vorderachs- und der Hinterachs- Lenkwinkel δv und δh vorgesehenen Regelkreise ein Storbeobachter (66 und/oder 67) vorgesehen ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler und der Storbeobachter, die derselben Regelgröße zugeordnet sind, nach demselben Entwurfsmodell konzipiert sind.
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