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    • 专利摘要:
    Ein Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem, das in der Lage ist, das Verhalten eines Motorfahrzeugs in einer Lateralrichtung, selbst für nicht-lineare Fahrsituationen, exakt zu beschreiben, schließt eine Vertikalradkraft-Arithmetikvorrichtung 105, eine Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung 110, eine Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115, eine Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120, einen Selektor 130, eine Verzögerungsvorrichtung 135 und eine Reifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung 125 ein. Vertikalkräfte F¶Zij¶ und Reifenseitenrutschwinkel alpha¶ij¶ werden unter Verwendung von Sensorinformation und geschätzten Werten bestimmt, während Lateralradkräfte F¶yij¶ in Übereinstimmung mit einer relativ einfachen nicht-linearen Approximationsgleichung bestimmt werden. Die Lateralkraft F¶yij¶ und der Reifenseitenrutschwinkel alpha¶ij¶ bilden die Grundlage zur Adaption von Kurvensteifigkeiten an individuellen Rädern. Eine Fahrzeugbewegung wird exakt beschrieben bis zu einer Grenzstabilität unter Verwendung angepasster Kurvensteifigkeiten c¶ij¶ und anderer Information.
    公开号:DE102004019320A1
    申请号:DE200410019320
    申请日:2004-04-21
    公开日:2005-08-25
    发明作者:Marcus Hiemer；Takanori Matsunaga
    申请人:Mitsubishi Electric Corp；
    IPC主号:B62D6-00
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein System zum Reproduzierendes dynamischen Verhaltens eines Automobils oder Motorfahrzeugsund insbesondere ein solches System, welches entworfen ist, zumVerbessern der Analysegenauigkeit des dynamischen Verhaltens desMotorfahrzeugs durch Berücksichtigender Fahrsituation, um hierdurch die Analysegenauigkeit eines Warnzeichensvon beispielsweise einem Verkehrsunfall zu verbessern. Insbesonderebetrifft die vorliegende Erfindung das Reproduktionssystem des dynamischenFahrzeugverhaltens, welches in der Lage ist, das dynamische Verhaltendes Motorfahrzeugs mit hoher Genauigkeit bis zu einer kritischenoder Grenz-Stabilität(Stabilitätsgrenze)zu beschreiben durch Anpassen oder Adaption der Kurvensteifigkeitan individuellen Räderndes Motorfahrzeugs an die Fahrsituationen.
    [0002] Inden letzten Jahren gab es einen zunehmenden Trend zur Verwendungeines Fahrzeugmodells in Hinblick auf die Verbesserung des Systemszum Steuern der Bewegung des Motorfahrzeugs.
    [0003] DasFahrzeugmodell ist ein System zum Beschreiben des Verhaltens desMotorfahrzeugs vom Standpunkt der Motorfahrzeugdynamik aus (d.h.kurzgesagt, des Fahrzeugdynamikverhaltens). In diesem Zusammenhangwird bemerkt, dass unter anderem Technologien auf hoher Ebene vorgeschlagenworden sind zum Einrichten eines nicht-linearen Zustandsraummodellsund eines nicht-linearen Zustandsbeobachters. Für weitere Details dieser Technologienkann Bezug genommen werden auf beispielsweise U. Kiencke und L.Nielsen: "AUTOMOTIVECONTROL SYSTEMS" bzw. "AUTOMOBILSTEUERSYSTEME", Springer-Verlag,Berlin, Heidelberg, New York, 2000. Nachstehend wird auf diese VeröffentlichungBezug genommen als Literaturangabe [1].
    [0004] Indem auf der Fahrzeugverhaltensdynamik basierenden konventionellenSystem wird das Fahrzeugverhalten primär mit einem linearen Modelleines fahrenden Fahrzeugs beschrieben unter Vernachlässigung vonSchlingerbewegung und Schwanken des Fahrzeugs. In diesem Zusammenhangkann bezug genommen werden auf M. Mitschke: "DYNAMIK DER KRAFTFAHRZEUGE", Band C von "FAHRVERHALTEN", Springer-Verlag,Berlin, Heidelberg, New York, 2. Ausgabe 1990. Nachstehend wirdauf diese VeröffentlichungBezug genommen als Literaturangabe [2].
    [0005] Fernerist auch als das vereinfachte bisher bekannte System ein solchesSystem vorgeschlagen worden, in welchem ein mit "Kurvensteifigkeit" bzw. "Cornering Stiffness" bezeichneter Proportionalitätsfaktorim Zusammenhang mit dem Zusammenhang zwischen einem Seitenrutschwinkelder Reifen (auf den nachstehend als Reifenseitenrutschwinkel bezuggenommen wird nur aus Bequemlichkeit der Beschreibung) und einerSeiten- oder Lateralkraft,die auf ein Rad einwirkt (welche nachstehend auch als Lateralradkraftbezeichnet wird). FürnähereDetails kann bezug genommen werden auf DE 198 12 237 C1 und DE 198 51 978 A1 .
    [0006] DasReproduktionssystem von dynamischem Fahrzeugverhalten für das vereinfachte,bisher bekannte, Fahrzeugbewegungssteuersystem leidet unter einemProblem, dass in der Situation, in welcher die Lateralbeschleunigungdes Motorfahrzeugs relativ hoch ist, das Verhalten der Reifen nicht-linearwird, und demnach die Annahme des linearen (proportionalen) Zusammenhangszwischen dem Reifenseitenrutschwinkel und der Lateralradkraft nichtmehr verlässlichist, was demnach zu einer signifikanten Verschlechterung der Verlässlichkeitdes Ergebnisses der Fahrzeugverhaltenreproduktion führt, alsein Ergebnis wovon die Beschreibung der Fahrzeugbewegung mit Hilfedes Fahrzeugmodells ungültigwird in der Situation, in welcher die Beschleunigung des Motorfahrzeugsin Lateralrichtung hoch ist (z.B. nicht niedriger als 4 m/s2).
    [0007] ImLichte des oben beschriebenen Standes der Technik ist es ein Zielder vorliegenden Erfindung, ein Reproduktionssystem für ein dynamischesFahrzeugverhalten bereitzustellen, welches in der Lage ist, die Fahrzeugbewegungbis zu einer kritischen oder Grenz-Stabilität zu beschreiben durch arithmetischesBestimmen der Lateralkräfteder Räderin Übereinstimmungmit einer relativ einfachen nicht-linearen Approximationsgleichungbasierend auf verschiedenen Informationen, die tatsächlich vonden Ausgangsgrößen vonFahrzeugsensoren (d.h. in dem Motorfahrzeug installierten Sensoren)hergeleitet werden, sowie auf geschätzten Werten und durch Verwendenangepasster Kurvensteifigkeit an individuellen Rädern gemeinsam mit anderer Eingabeinformation.Die adaptierten Kurvensteifigkeiten werden verfügbar gemacht durch Adaptierender Kurvensteifigkeiten an Fahrsituationen des Motorfahrzeugs basierendauf den berechneten Lateralradkräftenund den Reifenseitenrutschwinkeln.
    [0008] InHinblick auf das Obige und andere Ziele, welche aus der fortschreitendenBeschreibung ersichtlich werden, ist gemäß einem allgemeinen Aspektder vorliegenden Erfindung ein Reproduktionssystem dynamischen Fahrzeugverhaltensbereitgestellt zum Anpassen der Kurvensteifigkeit an die Fahrsituationeines Motorfahrzeugs, um die Bewegung oder das Verhalten des Motorfahrzeugsbasierend auf verschiedenen, von den Ausgangsgrößen der Fahrzeugsensoren hergeleitetenInformationen ohne Beeinflussung durch die Fahrsituation des Motorfahrzeugsexakt zu beschreiben.
    [0009] DasReproduktionssystem dynamischen Fahrzeugverhaltens, das oben erwähnt wordenist, schließt eineVertikalradkraft-Arithmetikvorrichtungein zum arithmetischen Bestimmen einer auf jedes der Räder des Motorfahrzeugseinwirkenden Last als eine Vertikalradkraft, eine Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtungzum arithmetischen Bestimmen einer auf jedes der Räder einwirkendenLateralkraft (Lateralradkraft), eine Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtungzum Ausführender Adaption der Kurvensteifigkeit an jedem der Räder in Bezugauf die Fahrsituation, eine Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit zum Bestimmen vonLösungensimultaner Differentialgleichungen in Bezug auf eine Dynamiktheoriedes Motorfahrzeugs zum Berechnen von in der Dynamiktheorie einbezogenenVariablen, einen Auswählerbzw. Selektor zum Auswähleneines spezifischen Signals, wenn erforderlich, aus die oben erwähnten Lösungen repräsentierendenSignalen, generiert durch die Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit,eine Verzögerungsvorrichtungzum Verzögerndes spezifischen Signals auf einer vorbestimmten einheitlichen Zeitbasis,und eine Reifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung zur arithmetischenBestimmung eines Reifenseitenrutschwinkels bei jedem der Räder in Hinblichauf die Fahrsituation.
    [0010] Dieoben erwähnteZustandsraummodell-/Beobachtereinheit schließt einen zum Bestimmen vonVariablen, die nicht unmittelbar messbar sind, entworfenen Zustandsraum-Beobachterein.
    [0011] Mitder Struktur des oben beschriebenen Reproduktionssystems dynamischenFahrzeugverhaltens ist es möglich,die Fahrzeugbewegung bis zu der Grenzstabilität zu beschreiben. Demnach kannder Anwendungsbereich des Reproduktionssystems des Fahrzeugdynamikverhaltensspürbarausgedehnt werden. Durch Bestimmen der Lateralkräfte der Räder in Übereinstimmung mit den relativeinfachen nicht-linearen Approximationsgleichungen, welche leichtzu lösensind, und Anpassen der Kurvensteifigkeiten an den Rädern andie Fahrsituation unter Verwendung der Lateralkräfte der Räder und der Reifenseitenrutschwinkelbei jedem Rechenschritt, um hierdurch die adaptierten Kurvensteifigkeitenverfügbarzu machen, kann die Fahrzeugbewegung in Lateralrichtung exakt selbstin der nicht-linearen Fahrsituation beschrieben werden, d.h. inder Fahrsituation, in welcher ein nicht-linearer Zusammenhang vorherrscht zwischendem Reifenseitenrutschwinkel und der Lateralradkraft.
    [0012] Dieobigen und andere Objekte, Merkmale und begleitenden Vorteile dervorliegenden Erfindung werden leichter verstanden durch Lesen dervorliegenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform davon, nur beispielshalberim Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet.
    [0013] ImZuge der folgenden Beschreibung wird bezug genommen auf die Zeichnungen,in welchen zeigt
    [0014] 1 einBlockdiagramm einer schematischen und allgemeinen Struktur einesReproduktionssystems dynamischen Fahrzeugverhaltens in Übereinstimmungmit einer ersten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung;
    [0015] 2 eineAnsicht zur graphischen Erläuterungder Charakteristik von auf Rädereinwirkenden Lateralkräften(Lateralradkräfte),welcher eine Abhängigkeitvon den Reifenseitenrutschwinkeln und den Radlasten auf erlegt ist,und welche berücksichtigtwird in dem System in Übereinstimmungmit der ersten Ausführungsformder Erfindung; und
    [0016] 3 eineAnsicht zur graphischen Erläuterungder Charakteristik der Lateralradkräfte, welcher eine Abhängigkeitvon den Reifenseitenrutschwinkeln und den Radlasten auferlegt ist,gemeinsam mit einem Prozess zum Ausführen der Adaption der Kurvensteifigkeitin dem System in Übereinstimmungmit der ersten Ausführungsformder Erfindung.
    [0017] Dievorliegende Erfindung wird detailliert im Zusammenhang damit, wasderzeit als bevorzugte oder typische Ausführungsformen davon angesehenwird, beschrieben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In der folgendenBeschreibung kennzeichnen gleiche bzw. ähnliche Bezugszeichen gleicheoder entsprechende Teile quer überdie verschiedenen Ansichten.
    [0018] Nunwird bezugnehmend auf die Zeichnungen das Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem gemäß der erstenAusführungsformder vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben. Im übrigen zeigenin der folgenden Beschreibung Indizes "ij" vonVariablen repräsentativdie Positionen der individuellen Räder von dem Motorfahrzeug an.Beispielshalber kann der Index "ij" ersetzt werden durch "FL", was das vorderelinke Rad eines Motorfahrzeugs anzeigt, "FR",was das vordere rechte Rad anzeigt, "RL",was ein hinteres linkes Rad angibt und RR'',was ein hinteres rechtes Rad angibt.
    [0019] Inden Zeichnungen ist 1 ein Blockdiagramm zum allgemeinenund schematischen Zeigen einer Struktur des Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystemsgemäß der erstenAusführungsformder vorliegenden Erfindung, 2 ist eineAnsicht zur graphischen Erläuterungder Charakteristik von LateralkräftenFYij, die auf die Räder einwirken (auch als Lateralradkräfte bezeichnet),welchen eine Abhängigkeitvon den Reifenseitenrutschwinkeln αij auferlegtist, und von VertikalkräftenFZij, die auf die Räder einwirken, d.h. Radlasten (aufdie nachstehend auch als Vertikalradkräfte bezug genommen wird), und 3 isteine Ansicht zur graphischen Darstellung von Charakteristik derLateralradkräfteFYij, welche eine Abhängigkeit von den Reifenseitenrutschwinkeln αij insich tragen und VertikalkräftenFzij gemeinsam mit einem Prozess zum Bestimmender geeigneten Kurvensteifigkeit cij.
    [0020] Eswird bezug genommen auf 1, das Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem 10,in welchem die geeignete Kurvensteifigkeit cij verwendetwird, wird realisiert in Form eines Algorithmus, welcher ausgeführt wirddurch mindestens einen Mikroprozessor zum Verbessern des Fahrzeugbewegungssteuersystems inHinblick auf die Fahrsituation davon.
    [0021] Wiein 1 gesehen werden kann, wird das Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem 10 umfasstvon einem Vertikalradkraftarithmetikmodul oder einer entsprechendenVorrichtung 105 zum jeweiligen arithmetischen Bestimmenvon auf die individuellen Räderdes Motorfahrzeugs einwirkenden Kräften als Vertikalradkräfte Fzij, einem Lateralradkraftarithmetikmoduloder einer entsprechenden Vorrichtung 110 zum jeweiligenBestimmen der LateralradkräfteFYij, die auf die individuellen Räder einwirken,einer Kurvensteifigkeitsadaptiervorrichtung 115 zum jeweiligenAdaptieren der Kurvensteifigkeit der individuellen Räder, umhierdurch die adaptierte Kurvensteifigkeit cij verfügbar zu machen,einer Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 zum arithmetischenBestimmen oder Berechnen von die Dynamiktheorie des Motorfahrzeugsbetreffenden Variablen, einem Reifenseitenrutschwinkelarithmetikmoduloder einer entsprechenden Vorrichtung 125 zum arithmetischenBestimmen von Reifenseitenrutschwinkeln (d.h. Seitenrutschwinkelvon Reifen) αij der individuellen Räder in Hinblick auf die Fahrsituation,einen Selektor 130 zum Auswählen eines erforderlichen spezifischenSignals (ein den Seitenrutschwinkel β des Fahrzeugkörpers repräsentierendesSignal von durch die Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 generiertenLösungssignalenA), und einer Verzögerungsvorrichtung 135,die entworfen ist zum Verzögernder Verarbeitung des Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels β auf einervorbestimmten einheitlichen Zeitbasis zum Eingeben des verzögerten Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels β in die Reifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung 125.
    [0022] DieZustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 setzt sich zusammenaus einem durch einen Satz von Differenzialgleichungen zum Bestimmender LösungenA simultaner Differenzialgleichungen bezüglich der Dynamiktheorie alsZustandsraumvektoren gebildeten Zustandsraummodell (jeweils dreiberechnete Werte der Fahrzeuggeschwindigkeit Vc,des Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels β und einesberechneten Kursabweichungsratenwertes ψ'M) und einemZustandsraumbeobachter zum Bestimmen der Variablen, welche nicht unmittelbarberechnet werden können.
    [0023] DasZustandsraummodell der Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 istderart entworfen, dass es das Dynamikverhalten des Motorfahrzeugsbeschreibt.
    [0024] Andererseitsdient der Zustandsraumbeobachter der Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 125 demAbstimmen der Parameter des Zustandsraummodells derart, dass eine Abweichungoder Differenz zwischen dem berechneten Kursabweichungsratenwert ψ'M unddem erfassten Kursabweichungsratensensorwert ψ's Null wird.
    [0025] Demnachbesteht das Zustandsraummodell aus den ein tatsächliches Motorfahrzeug ausdrückenden Gleichungen.Ferner kann unter den im Zustandsraummodell (Differenzialgleichung)enthaltenen Variablen die Variable (Fahrzeugkörperseitenrutschwinkel β in diesemFall), welche nicht gemessen werden kann, weil der entsprechendeSensor nicht in dem Motorfahrzeug montiert ist, auch arithmetischder exakte Wert bestimmt werden als.
    [0026] Dieindividuellen Eingabe/Ausgabesignale der Strukturkomponenten (Untersysteme),die in dem Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem 10 enthaltensind (d.h. die Vertikalradkraft-Arithmetikvorrichtung 105,die Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung 110, die Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115,die Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120, die Reifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung 125,der Selektor 130 und die Verzögerungsvorrichtung 135)sind durch Pfeile gekennzeichnet, die an den die individuellen Strukturkomponentenuntereinander verbindenden Linien angebracht sind, um die von denindividuellen Strukturkomponenten ausgeführten Verarbeitungen jeweilsklarer zu machen.
    [0027] VerschiedeneInformationen, welche hergeleitet werden können aus den Ausgangsgrößen dernicht dargestellten fahrzeugeingebauten Sensoren (d.h. Erfassungswertebezüglichder Beschleunigung ay in Lateralrichtung, der Beschleunigung axin Longitudinalrichtung, des Radlenkwinkels δW unddes erfassten Kursabweichungsratensensorwertes ψ's) werden indas Fahrzeugdynamikverhaltensreproduktionssystem 10 eingegeben,in welchem die adaptierten Kurvensteifigkeiten cij verfügbar sind.
    [0028] Aufdas Berechnen der VertikalradkräfteFZij der Räder berücksichtigt die Vertikalradkraft-Arithmetikvorrichtung 105 Änderungender individuellen Radlasten (Vertikalradkräfte) FZij inAbhängigkeitvon den Fahrsituationen durch Einholen der Beschleunigung ay inLateralrichtung und der Beschleunigung ax in Longitudinalrichtungals Eingangsinformation.
    [0029] Beispielsweisein dem Zustand, in welchem eine Notbremsung vorgenommen wird, nehmendie auf die an der Vorderachse montierten Räder wirkenden Vertikalradkräfte FZij unter dem Einfluss der Lastverschiebungzu währendbeim Lenkbetrieb die auf die auf der Außenspur laufenden Räder wirkendenVertikalradkräfte FZij unter dem Einfluss der Zentrifugalkraftgrößer werden,als jene, die auf die auf der Innenspur laufenden Räder einwirken.
    [0030] Einvon den verschiedenen Fahrzuständenentsprechend berechneter oder arithmetisch bestimmter Satz von Vertikalradkräften FZij wid von der Vertikalradkraft-Arithmetikvorrichtung 105 ausgegeben.
    [0031] Im übrigen können dieGleichungen zum arithmetischen Bestimmen der auf die Räder einwirkenden Vertikalradkräfte FZij basierend auf beispielsweise den Gleichungenbezüglichder Drehmomentbalance hergeleitet werden, wie in der oben erwähnten Literaturangabe[1] offenbart.
    [0032] DieReifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung 125 istprogrammiert oder entworfen zum Verarbeiten der Radlenkwinkel δW derRäder,der Kursabweichungsrate ψ's unddes Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels β.
    [0033] DerFahrzeugkörperseitenrutschwinkel β wird inder Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 beobachtetund daraufhin von dem Selektor 130 ausgewählt, umdurch die Verzögerungsvorrichtung 135 ausgegebenzu werden.
    [0034] Nebenbeisind fundamentale Gleichungen basierend auf einem Zwei-Räder-Modell,welche von der Reifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung 135 verwendetwerden, ebenfalls in der oben erwähnten Literaturstelle [1] beschrieben.
    [0035] DieVerzögerungsvorrichtung 135 istentworfen zum Verzögerndes beobachteten Wertes des Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels β für einenerstmaligen Schritt (auf einer vorbestimmten einheitlichen Zeitbasis).Der verzögertebeobachtete Wert wird dann in die Reifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung 125 eingegeben.
    [0036] Dader erste beobachtete Wert des Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels β nicht vonder Verzögerungsvorrichtung 135 validiertwird bis zu einem zweiten Schritt zum Messen (aufeinanderfolgendevorbestimmte einheitliche Zeit), wird ein geeigneter Anfangswertdes Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels β zu einemZeitpunkt t1 (erste vorbestimmte einheitlicheZeit) festgelegt bei der Reifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung 125.
    [0037] DieReifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung 125 istentworfen zum arithmetischen Bestimmen des Reifenseitenrutschwinkels αij derindividuellen Räderdurch Holen der Sensorinformation (d.h. des Lenkwinkels δW derRäder undder Kursabweichungsrate ψ's)als Eingangsinformation und des Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels β als Rückmeldungsinformation.Diese Reifenseitenrutschwinkel αij werden dann der Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung 110 undder Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115 als Eingangsinformationzugeführt.
    [0038] DieLateralradkraft-Arithmetikvorrichtung 110 ist geeignetprogrammiert oder entworfen, um die Lateralradkräfte FZij arithmetischbasierend auf der Eingangsinformation der Vertikalradkräfte FZij und des Reifenseitenrutschwinkels αj zu bestimmenoder zu berechnen, welche jeweils von den Belastungen der individuellen Räder abhängen.
    [0039] DieLateralradkräfteFYij werden von der Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung 110 ausgegeben,um in die Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115 eingegebenzu werden.
    [0040] Im übrigen werdendie LateralradkräfteFYij in Übereinstimmungmit nicht-linearen Approximationsgleichungen berechnet, welche später unterBezugnahme auf 2 detaillierter beschriebenwerden.
    [0041] DieKurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115 ist entworfenzum arithmetischen Bestimmen oder Berechnen der adaptierten Kurvensteifigkeitcij zu jedem Zeitpunkt tk (k=1~N) basierend auf der Eingangsinformationder mehreren LateralradkräfteFYij und der mehreren Reifenseitenrutschwinkel αij.Die adaptierten Kurvensteifigkeiten cij werdenvon der Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115 ausgegebenwie bestimmt.
    [0042] Im Übrigen werdendas Verfahren des arithmetischen Bestimmens der Kurvensteifigkeiten,sowie der Kurvensteifigkeitsadaptationsprozess später detailliertunter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
    [0043] DieZustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 ist entworfenzum Verarbeiten der Eingangsinformation in Bezug auf die adaptierteKurvensteifigkeit cij, den Radlenkwinkel δW,der von dem Ausgang des Lenksensors geholt worden ist und der Longitudinalradkräfte FLij der individuellen Räder, die basierend auf demMotorlenkmoment bestimmt worden sind (gewöhnlich in der Motorsteuereinheitermittelt), um hierdurch die LösungssignaleE auszugeben, welche jeweils den Fahrzeugkörperseitenrutschwinkel β enthalten.
    [0044] Dasin der Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 enthalteneZustandsraummodell wird hauptsächlichgebildet von einem Satz von Differenzialgleichungen zum Bestimmender LösungenA (der Fahrzeuggeschwindigkeit Vc, des Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels β und desKursabweichungsratenwertes ψ'M).
    [0045] DerFahrzeugkörperseitenrutschwinkel β ist eineSchlüsselvariable,die eine unerlässlichwichtige Rolle in der Fahrzeugdynamiktheorie bildet. Jedoch erfordertdas unmittelbare Erfassen oder Messen des Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels β ein sehrteueres Messinstrument, das nicht für ein Standardfahrzeug verwendbarist. Unter diesen Umständenwird in dem in 1 gezeigten Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystemder Fahrzeugkörperseitenrutschwinkel β arithmetischbestimmt unter Verwendung des Zustandsraumbeobachters, der in derZustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 enthalten ist,um die durch das Messen des Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels β involviertenhohen Kosten zu umgehen.
    [0046] Im übrigen istder Entwurf des Zustandsraumbeobachters Fachleuten auf dem Gebietder Steuerungstheorie oder Technologie geläufig. Ferner sind das Einrichtendes nicht-linearenZustandsraummodells und des nicht-linearen Zustandsbeobachters detailliertin der oben erwähntenLiteraturstelle [1] beschrieben.
    [0047] DieZustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 gibt die FahrzeuggeschwindigkeitVc aus, den Fahrzeugkörperseitenrutschwinkel β und dieKursabweichungsrate ψ'M alsdie LösungenA in Form von Lösungssignalen,die auch durch das Bezugszeichen "A" gekennzeichnetsind.
    [0048] Fernerwerden die Ausgangswerte der Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 an externeAusrüstungals das Ergebnis der von dem Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem 10 ausgeführten Verarbeitungausgegeben durch Ausnutzen der adaptierten Kurvensteifigkeiten cij.
    [0049] DerSelektor 130 dient zum Auswählen des Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels β aus denAusgangswerten der Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120.Der ausgewählteFahrzeugkörperseitenrutschwinkel β wird dannverzögertdurch die Verzögerungsvorrichtung 135,um letztendlich zurückgespeistzu werden zu der Fahrzeugseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung 125.
    [0050] AlsNächsteswendet sich die Beschreibung dem Prinzip des Herleitens der adaptiertenKurvensteifigkeit cij im Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystemgemäß der erstenAusführungsformder vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 2 zu,welche graphisch die Charakteristik der Lateralradkräfte FYij darstellt.
    [0051] Diein 2 gezeigte Kennlinie offenbart, dass die fundamentalenGleichungen durch die Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung 110 desin 1 gezeigten Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystemsrealisiert werden.
    [0052] Wieaus der in 2 gezeigten Kennlinie ersichtlichist, sind den individuellen Lateralradkräften FYij, dievon der Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung 110 basierendauf den Reifenseitenrutschwinkeln αij arithmetischbestimmt sind, und den Vertikalradkräften FZij jeweilsnicht-lineare Zusammenhängezu den Reifenseitenrutschwinkeln αij und den Radlasten FZij auferlegt.
    [0053] DieLateralradkraft FYij wird als Basis für die vonder Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115 ausgeführte Adaptionder Kurvensteifigkeit verwendet.
    [0054] Speziellwird die Lateralradkraft FYij in Übereinstimmungmit der nachstehend erwähntenApproximationsgleichung (1) durch Anwenden des nicht-linearen, in 2 gezeigtenZusammenhangs berechnet.
    [0055] Inder oben erwähntenGleichung sind die Parameter k1, k2 und k3 als Konstantengegeben, von denen die Werte in Abhängigkeit von den Spezifikationender an dem Motorfahrzeug montierten Reifen ausgewählt werden.
    [0056] MitHilfe der Gleichung (1) ist es möglich,approximativ die LateralradkräfteFYij selbst in einer außergewöhnlichen Fahrsituation zu bestimmen.
    [0057] DieLateralradkräfteFYij werden mit Hilfe der Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung 110 injedem Simulationsschritt arithmetisch bestimmt.
    [0058] DieLateralradkräfteFYij, die von der Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung 110 jeweilsarithmetisch basierend auf den Vertikalradkräften FZij undden Reifenseitenrutschwinkeln αij bestimmt werden, werden der Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 15 gemeinsammit den Reifenseitenrutschwinkeln αij jeweilseingegeben.
    [0059] AlsNächsteswird unter Bezugnahme auf 3 eine Beschreibungder zugrundeliegenden fundamentalen Gleichungen wiedergegeben, dievon der Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115 realisiertwerden.
    [0060] Bezugnehmendauf 3 werden gepaarte Werte aus Lateralradkraft FYij(tk) und des Reifenseitenrutschwinkels αij(tk), die zu jedem Zeitpunkt tk akquiriertworden sind, in Übereinstimmungmit der nachstehend erwähntenGleichung zum Bestimmen der adaptierten Kurvensteifigkeit cij(t) zu jedem Zeitpunkt tk bestimmt:
    [0061] Diezuvor erwähnteGleichung (2) bedeutet, dass der aktualisierte Wert der adaptiertenKurvensteifigkeit cij(tk)zu jedem Zeitpunkt tk in Abhängigkeitvon den zu diesen Zeitpunkten jeweils vorliegenden Fahrsituationenarithmetisch bestimmt wird.
    [0062] UnterVerwendung der auf diese Weise arithmetisch bestimmten adaptiertenKurvensteifigkeiten cij ist es möglich, dielinearen Approximationen der nicht-linearen Kurven in die Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 einzufügen.
    [0063] Wieaus dem Vorstehenden ersichtlich wird, umfasst das Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem 10 gemäß der Ausführungsformder vorliegenden Erfindung die Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115 zumBewirken der Anpassung der Kurvensteifigkeiten an den individuellenRädernan die vorherrschende Fahrsituation unter Verwendung der Reifenseitenrutschwinkel αij undder lateralen ReifenkräfteFYij der Räder; der Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 einschließlich desZustandsraumbeobachters zum Bestimmen der Lösungen A der simultanen Differenzialgleichungenzum Berechnen der Schlüsselvariable(Fahrzeugkörperseitenrutschwinkel β), die diewichtige Rolle in der Fahrzeugdynamiktheorie spielt; des Selektors 130 zumAuswählendes spezifischen Signals (Fahrzeugkörperseitenrutschwinkel β); der Verzögerungsvorrichtung 135 zumVerzögerndes spezifischen Signals auf einer vorbestimmten einheitlichen Zeitbasis;und der Reifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung 125 zumarithmetischen Bestimmen des Reifenseitenrutschwinkels αij jedesRades basieren auf den verschiedenen Informationen, die hergeleitetwird aus den Ausgangsgrößen deram Fahrzeug angebauten Sensoren (dem Radlenkwinkel δ und derKursabweichungsrate ψ's)und dem Fahrzeugkörperseitenrutschwinkel β, der vonder Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 ausgegebenund als Rückmeldungsinformationeingegeben wird.
    [0064] Speziellberechnet in dem Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem gemäß der Erfindungdie Vertikalradkraft-Arithmetikvorrichtung 105 die effektiveVertikalradkraft FZij(tk)zu dem Zeitpunkt tk jeweils basierend aufden Beschleunigungen ay und ax in Lateral- und Longitudinalrichtungen,welche aus den Ausgangsgrößen derjeweiligen Beschleunigungssensoren hergleitet werden in Hinblickauf das Berücksichtigender Änderungder radlastabhängigenVertikalradkraft FZij als eine Funktionder Zeit. Andererseits berechnet die Reifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung 125 denReifenseitenrutschwinkel αij(tk) zum Zeitpunkttk. Der berechnete Reifenseitenrutschwinkel αij(tk) wird in die Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung 110 gemeinsammit der berechneten Vertikalradkraft FZij(tk) eingegeben.
    [0065] Dievon der Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung 110 arithmetischbestimmte Lateralradkraft FYij wird in dieKurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115 gemeinsam mitdem Reifenseitenrutschwinkel αij(tk) eingegeben.Als Reaktion führtdie Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115 die Adaptionsverarbeitungaus zum Ausgeben der adaptierten Kurvensteifigkeit cij(tk).
    [0066] DerRadlenkwinkel δW, die Longitudinalradkraft FLij(tk) und die adaptierte Kurvensteifigkeit Cij(tk) werden indas Zustandsraummodell eingegeben, das innerhalb der Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 bereitgehaltenwird. Die von dem Zustandsraummodell generierten LösungssignaleA werden in den Selektor 130 eingegeben und gleichzeitigder externen Ausrüstungals Ausgangssignal des Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystems 10 zugeführt.
    [0067] DerSelektor 130 wähltdas den Fahrzeugkörperseitenrutschwinkel β repräsentierendeSignal aus den LösungssignalenA aus. Der ausgewählteFahrzeugkörperseitenrutschwinkel β wird zurückgespeistzu der Reifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung 125 alsEingangsgröße davon,nachdem er mit Hilfe der Verzögerungsvorrichtung 135 verzögert wordenist auf einer vorbestimmten einheitlichen Zeitbasis zum Zeitpunkt(tk).
    [0068] Indem Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem 10 werdendie LateralradkräfteFyij der Räder zuerst durch die Approximationsarithmetikbestimmt, die von der Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung 110 in Übereinstimmungmit der nicht-linearen Approximationsgleichung (1) durchgeführt wird,welche einfach und leicht zu lösenist, basierend auf den verschiedenen Sensorinformationen (d.h.,Beschleunigungen ay und ax jeweils in den Lateral- und Longitudinalrichtungen,dem Radlenkwinkel δW, der Kursabweichrate ψ's und der LongitudinalradkraftFlij wie eingegeben, sowie dem als RückmeldungsinformationzugeführtenFahrzeugkörperseitenrutschwinkel β.
    [0069] Daraufhinwird die Verarbeitung zum Adaptieren der Kurvensteifigkeiten anden individuellen Rädern durchdie Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115 in Übereinstimmungmit der Adaptionsgleichung (2) ausgeführt, jeweils basierend aufden LateralradkräftenFyij und den Reifenseitenrutschwinkeln αij injedem Rechenschritt (auf einer vorbestimmten einheitlichen Zeitbasis)in Hinblick auf die vorherrschende Fahrsituation, wodurch die adaptiertenKurvensteifigkeiten cij generiert werden.
    [0070] Demnachkann die Fahrzeugbewegung in Lateralrichtung exakt beschrieben werden,selbst fürdie nicht-lineare Fahrsituation. In diesem Zusammenhang sollte hinzugefügt werden,dass die nicht-lineare Fahrsituation als abnormaler Zustand vondem Durchschnittsfahrer erkannt wird, weil das Motorfahrzeug nichtin erwarteter Weise auf die Lenkoperation des Fahrers reagiert.
    [0071] Mitdem Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem gemäß der erstenAusführungsformder vorliegenden Erfindung kann ein typisches ungebührlichesBetriebsverhalten des Motorfahrzeugs, welches regelmäßig auftritt,als Warnhinweis auf einen Verkehrsunfall präzise beschrieben werden. Fernerkann das Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem 10 hoheExaktheit in Folge der nicht-linearen Prozedur sicherstellen, inwelcher die Funktionen des Zustandsraummodells benutzt werden. Demnachist die Beschreibung mit dem Zustandsraummodell sehr nützlich für das Anwendender Steuerung, weil die Entwurfstheorie einer perfekten Steuereinrichtungverfügbarist.
    [0072] Zudemist es mit dem Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem 10,das in 1 gezeigt wird, möglich, Fahrzeugbewegung biszu der Grenzstabilität(der Stabilitätsgrenze)zu beschreiben. Aus diesem Grund kann der Anwendungsbereich desFahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystems signifikant ausgedehntwerden, verglichen mit den zuvor bekannten herkömmlichen Systemen.
    [0073] VieleModifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind imLichte der obigen Techniken möglich.Es ist demnach zu verstehen, dass innerhalb des Schutzbereichs der beiliegendenPatentansprüche dieErfindung in anderer Weise ausgeführt werden kann, als hier speziellbeschrieben.
    权利要求:
    Claims (3)
    [1] Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem zumAdaptieren der Kurvensteifigkeit an Fahrsituationen eines Motorfahrzeugs,um das Verhalten des Motorfahrzeugs basierend auf verschiedenenvon Ausgängenvon Fahrzeugsensoren hergeleiteten Informationen durch die Fahrsituationdes Motorfahrzeugs unbeeinflusst exakt zu beschreiben, umfassend: eineVertikalradkraft-Arithmetikvorrichtung (105) zum arithmetischenBestimmen einer auf jedes der Räderdes Motorfahrzeugs als Vertikalradkraft (FZij)einwirkenden Last; eine Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung(110) zum arithmetischen Bestimmen einer auf jedes derRäder einwirkendenLateralradkraft (Fyij); eine Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung(115) zum Bewirken der Anpassung der Kurvensteifigkeitan jedem der Räderan die Fahrsituation; eine Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit(120) zum Bestimmen von Lösungen (A) von simultanen Differenzialgleichungenin Bezug auf eine Dynamiktheorie des Motorfahrzeugs zur Berechnungvon in der Dynamiktheorie einbezogenen Variablen; einen Selektor(130) zum Auswähleneines spezifischen Signals, wie erfordert aus Signalen, die dieLösungen (A)repräsentieren,welche durch die Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit (120) generiertwerden; eine Verzögerungsvorrichtung(135) zum Verzögerndes spezifischen Signals auf einer vorbestimmten einheitlichen Zeitbasis;und eine Reifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung (125)zum arithmetischen Bestimmen eines Reifenseitenrutschwinkels (αij)an jedem der Räderin Hinblick auf die Fahrsituation, wobei die Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit(120) einen Zustandsraumbeobachter einschließt, derentworfen ist zum Bestimmen von nicht-unmittelbar messbaren Variablen.
    [2] Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem nachAnspruch 1, wobei die Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung (110)entworfen ist zum Approximieren der Lateralkraft FY anjedem der Räderin Übereinstimmung mit
    [3] Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem nachAnspruch 1, wobei die Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115 entworfenist zum jeweiligen Bewirken der Anpassung der Reifensteifigkeitder individuellen Rädernan die Fahrsituation auf einer vorbestimmten einheitlichen Zeitbasisin Übereinstimmungmit einer nachstehend aufgeführtenAdaptionsgleichung: wobeic(t) jeweils die adaptierte Kurvensteifigkeit an den Rädern repräsentiertzu einem Zeitpunkt t, Fy(t) jeweilsdie Lateralkräfteder Räderzum Zeitpunkt t repräsentiert, α(t) jeweilsdie Seitenrutschwinkel der Räderrepräsentiertzum Zeitpunkt t, und wobei konst. eine Konstante repräsentiert,die verwendet wird zum Beschreiben der Kurvensteifigkeit in derlinearen Fahrzeugmodelltheorie.
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    法律状态:
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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