DE102016204550A1

DE102016204550A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102016204550A1
Application number: DE102016204550.4A
Authority: DE
Inventors: Peter Lauer; Thomas Raste; Alfred Eckert
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2016-09-22
Also published as: WO2016150869A1; US20180001891A1; EP3271222A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stabilisierung eines Fahrzeugs, insbesondere nach einem Aufprall gegen eine seitliche Fahrbahnbegrenzung, umfassend ein Fahrspurerkennungssystem (1), mit welchem eine Information bezüglich des Fahrspurverlaufs (κact) ermittelt oder erfasst wird, eine Aufprall-Erkennungseinheit, welche einen Aufprall (Tcrash) des Fahrzeugs, insbesondere gegen die seitliche Fahrbahnbegrenzung, anhand von Signalen mindestens eines Sensors oder anhand einer Fahrzustandsgröße (ay, ax, Vveh) erkennt, einen, insbesondere elektrisch ansteuerbaren, Lenk-Aktuator zur Ansteuerung einer Lenkung, und einen, insbesondere elektrisch ansteuerbaren, Brems-Aktuator zur Ansteuerung einer oder mehrerer Radbremsen, eine Soll-Bahn-Bestimmungseinheit, die eine Soll-Bahn (κref) für das Fahrzeug, anhand des vor oder zu dem Zeitpunkt des Aufpralls ermittelten oder erfassten Fahrspurverlaufs bestimmt, und einen Regler (2), der eine Führung des Fahrzeugs auf die Soll-Bahn und/oder eine Stabilisierung des Fahrzeugs bewirkt durch einen Lenkeingriff, insbesondere eine Ansteuerung des Lenk-Aktuators, und/oder durch radindividuelle Bremseingriffe, insbesondere eine Ansteuerung des Brems-Aktuators, sowie ein Verfahren zur Stabilisierung des Fahrzeugs.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs, insbesondere nach einem Aufprall gegen eine seitliche Fahrbahnbegrenzung, z. B. nach einem Aufprall gegen eine Leitplanke.
Aus der DE 10 2012 107 188 A1 ist ein Verfahren zum Aktivieren von Schutzmaßnahmen nach einem seitlichen Anprall bekannt. Die Schutzmaßnahmen umfassen beispielsweise eine automatische Bremsung, eine Stabilisierung der Fahrtrichtung durch individuelle Bremseingriffe und eine Dämpfung der Lenkbewegung.
Ein solches Verfahren hat den Nachteil, dass die Bewegung des Fahrzeugs in jedem Fall gleich, zu einer Geradeausfahrt hin, beeinflusst wird und damit den Gegebenheiten eventuell schlecht angepasst ist. Die automatische Bremsung und Dämpfung der Lenkung können zu einer schlechteren Manövrierbarkeit durch den Fahrer führen, wodurch gegebenenfalls Folgeunfälle nicht mehr vermieden werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Fahrer nach einem Aufprall gegen eine seitliche Fahrbahnbegrenzung zu unterstützen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 17 gelöst.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung zur Stabilisierung eines Fahrzeugs

• ein Fahrspurerkennungssystem, mit welchem eine Information bezüglich des Fahrspurverlaufs ermittelt oder erfasst wird,
• eine Aufprall-Erkennungseinheit, welche einen Aufprall des Fahrzeugs, insbesondere gegen die seitliche Fahrbahnbegrenzung, anhand von Signalen mindestens eines Sensors oder anhand einer Fahrzustandsgröße erkennt,
• eine Soll-Bahn-Bestimmungseinheit, die eine Soll-Bahn für das Fahrzeug bestimmt, und
• einen Regler, der eine Führung des Fahrzeugs auf die Soll-Bahn und/oder eine Stabilisierung des Fahrzeugs bewirkt durch einen Lenkeingriff und/oder durch radindividuelle Bremseingriffe.

Die Vorrichtung umfasst weiterhin einen, bevorzugt elektrisch ansteuerbaren, Lenk-Aktuator zur Ansteuerung einer Lenkung, und einen, bevorzugt elektrisch ansteuerbaren, Brems-Aktuator zur Ansteuerung einer oder mehrerer Radbremsen.
Durch die Bestimmung einer Soll-Bahn, welche verfügbare Informationen über das Fahrzeugumfeld berücksichtigen kann, wird sichergestellt, dass das Fahrzeug situationsangepasst gesteuert wird.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs, insbesondere nach einem Aufprall gegen eine seitliche Fahrbahnbegrenzung.
Bevorzugt werden in dem Verfahren

• eine Information bezüglich eines Fahrspurverlaufs, insbesondere eine Krümmung des Fahrspurverlaufs, ermittelt oder erfasst,
• ein Aufprall des Fahrzeugs, insbesondere gegen die seitliche Fahrbahnbegrenzung, anhand von Signalen mindestens eines Sensors oder anhand einer Fahrzustandsgröße erkannt,
• eine Soll-Bahn für das Fahrzeug bestimmt, insbesondere anhand des vor oder zu dem Zeitpunkt des Aufpralls ermittelten oder erfassten Fahrspurverlaufs, und
• mittels eines Reglers eine Führung des Fahrzeugs auf die Soll-Bahn und/oder eine Stabilisierung des Fahrzeugs bewirkt, indem ein Lenkeingriff und/oder durch radindividuelle Bremseingriffe durchgeführt wird/werden.

Bevorzugt wird zur Aufprall-Erkennung eine Querbeschleunigung oder eine Längsbeschleunigung bzw. das Signal eines Querbeschleunigungssensors oder das Signal eines Längsbeschleunigungssensors herangezogen.
Bevorzugt wird zur Aufprall-Erkennung eine Fahrzeuggeschwindigkeit herangezogen.
Bevorzugt ist der Regler als Zustandsregler, z. B. als LQ-Regler (linear-quadratic-Regler), ausgeführt.
Bevorzugt wird die Soll-Bahn für das Fahrzeug anhand des vor oder zu dem Zeitpunkt des Aufpralls ermittelten oder erfassten Fahrspurverlaufs bestimmt.
Bevorzugt erfasst das Fahrspurerkennungssystem laufend eine Krümmung oder eine Krümmungsverlauf des Fahrspurverlaufs. Vorteilhafterweise wird die Krümmung oder der Krümmungsverlauf über eine vorgegebene Distanz im Voraus, d. h. vor dem Fahrzeug, ermittelt.
Die Fahrbahnkrümmung ist eine Größe, welche eine möglichst einfache und schnelle Berechnung einer geeigneten Soll-Bahn ermöglicht. Eine Bestimmung des Krümmungsverlaufs im Voraus hat den Vorteil, dass die benötigten Informationen jederzeit verfügbar sind und auch beispielsweise bei eine Beschädigung der Sensorik durch den Aufprall trotzdem mit den bereits verfügbaren Informationen eine Regelung durchgeführt werden kann.
Bevorzugt regelt der Regler einen Schwimmwinkel und/oder eine Gierrate und/oder eine Abweichung eines Gierwinkels und/oder einen Querversatz des Fahrzeugs.
Bevorzugt wird anhand der Soll-Bahn und Ist-Werten von Fahrzustandsgröße eine Abweichung des Gierwinkels und/oder eine Querabweichung zwischen Ist- und Soll-Bahn bzw. Ist- und Soll-Wert bestimmt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung oder gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird für die Ist-Bahn ein aktueller Wert des Schwimmwinkels und/oder der Fahrzeug-Geschwindigkeit und/oder der Lenkwinkel und/oder die Gierrate und/oder die Querbeschleunigung bestimmt und berücksichtigt.
Vorteilhafterweise wird der Schwimmwinkel und/oder der Gierwinkel durch Integration bestimmt.
Bevorzugt wir der Schwimmwinkel und/oder der Gierwinkel anhand eines Modells bestimmt.
Bevorzugt wird der Schwimmwinkel und/oder der Gierwinkel durch Integration mit Hilfe einer gemessenen Gierrate, einer Querbeschleunigung und einer Fahrzeug-Geschwindigkeit über ein Modell bestimmt.
Bevorzugt gewichtet der Regler in Abhängigkeit von dem Ist-Wert des Schwimmwinkels die Stabilisierung des Fahrzeugs oder die Führung des Fahrzeugs auf die Soll-Bahn.
Ebenso ist es bevorzugt, dass der Regler in Abhängigkeit von dem Ist-Wert des Schwimmwinkels eine Gewichtung der Zustandsgrößen bei der Regelung vornimmt.
Besonders bevorzugt führt der Regler bei Schwimmwinkeln betragsmäßig größer als ein vorgegebener Schwimmwinkelgrenzwert eine Schwimmwinkelregelung durch. Der Schwimmwinkelgrenzwert beträgt vorteilhafterweise ca. 10°.
Bei Erkennen eines Aufpralls wird bevorzugt der ermittelte oder erfasste Fahrspurverlauf als Soll-Bahn für das Fahrzeug abgespeichert und diese Soll-Bahn dem Regler als Eingangsgröße bereitgestellt.
Bevorzugt bestimmt der Regler einen Lenkwinkel und/oder ein Giermoment anhand eines Fahrzeugmodells.
Bevorzugt erfolgt der Lenkeingriff, insbesondere die Ansteuerung des Lenk-Aktuators, nach Maßgabe des bestimmten Lenkwinkels.
Bevorzugt erfolgen der oder die radindividuellen Bremseingriffe, insbesondere die Ansteuerung des Brems-Aktuators, nach Maßgabe des bestimmten Giermoments.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird aus dem Lenkwinkel ein Lenkmoment bestimmt. Die Ansteuerung des Lenk-Aktuators erfolgt besonders bevorzugt nach Maßgabe des bestimmten Lenkmoments. Vorteilhafterweise wird das Lenkmoment mittels eines Reglers, z. B. eines PID-Reglers, aus dem Lenkwinkel ermittelt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden aus dem Giermoment Bremsdrücke für die Radbremsen ermittelt. Die Ansteuerung des Brems-Aktuators erfolgt vorzugsweise nach Maßgabe der Bremsdrücke.
Bevorzugt wird die Regelung durch den Regler beendet, wenn eine vorgegebene Zeitdauer für die Regelung abgelaufen ist. Die vorgegebene Zeitdauer beträgt vorteilhafterweise wenige Sekunden, z. B. ca. 5 sec.
Alternativ oder zusätzlich wird die Regelung durch den Regler beendet, wenn der Lenkwinkel betragsmäßig unter einen vorbestimmten Lenkwinkel-Schwellenwert absinkt.
Alternativ oder zusätzlich wird die Regelung durch den Regler beendet, wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit betragsmäßig unter einen vorbestimmten Lenkwinkelgeschwindigkeits-Schwellenwert absinkt. Besonders bevorzugt wird die Regelung durch der Regler beendet, wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit betragsmäßig für eine vorgegebene Zeitdauer unter einen vorbestimmten Lenkwinkelgeschwindigkeits-Schwellenwert fällt. Die Zeitdauer beträgt vorteilhafterweise ca. 500 msec.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die radindividuellen Bremseingriffe derart durchgeführt, dass eine vorbestimmte Gesamtverzögerung des Fahrzeugs erzielt wird. Besonders bevorzugt wird die Gesamtverzögerung durch ein anderes System oder ein andere Funktion, z. B. eine Multikollisionsbremsfunktion, vorgegeben oder vorbestimmt. Besonders bevorzugt wird eine Gesamtverzögerung von maximal ca. 0,5 g, erzielt.
Bevorzugt werden die radindividuellen Bremseingriffe derart durchgeführt, dass durch eine Umverteilung der Bremsdrücke der Summendruck gleichbleibt und ein Giermoment durch seitenweise Unterschiede erzeugt wird. Besonders bevorzugt findet eine Gesamt-Druckerhöhung nur statt, wenn der Druck auf einer Seite (des Fahrzeugs) kleiner als ein vorgegebener Wert, z. B. etwa 5 bar, ist und ein größeres Giermoment vom Regler gefordert wird.
Bevorzugt steuert der Regler ein aktives Lenksystem derart an, dass Lenkmomente aufgebracht werden, die den Fahrer bei der Stabilisierung des Fahrzeugs und/oder der Führung des Fahrzeugs auf die Soll-Bahn unterstützen.
Bevorzugt wird durch den Regler ein fahrerunabhängiger Aufbau von Bremskraft an mindestens einer Radbremse derart bewirkt, dass das Fahrzeug stabilisiert wird und/oder auf die Soll-Bahn geführt wird.
Bevorzugt ermittelt oder erfasst das Fahrspurerkennungssystem für zumindest eine vorgegebene Distanz vor dem Fahrzeug eine Information bezüglich des Fahrspurverlaufs. Besonders bevorzugt wird die Krümmung über eine Distanz von ca. 150 m im Voraus ermittelt.
Bevorzugt basiert das Fahrspurerkennungssystem auf zumindest einer Kamera oder auf zumindest einem GPS (Global Positioning System) oder auf zumindest einer Straßenkarte.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung eine elektrische Servolenkung, die insbesondere über eine Drehmomentenschnittstelle angesteuert werden kann.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung eine elektrisch steuerbare Druckquelle zum Aufbau von Bremsdruck für hydraulisch betätigbare Radbremsen.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass das Fahrzeug nach einem Aufprall gegen eine Leitplanke stabilisiert und/oder auf einen sichereren Fahrweg geleitet wird, bis der Fahrer in der Lage ist das Fahrzeug selbst zu steuern.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung an Hand von Figuren.
Es zeigen:
1 eine beispielsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung bzw. ein schematisches Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines beispielsgemäßen Verfahrens,
2 eine schematische Darstellung beispielsgemäßer Fahrzustandsgrößen für ein beispielsgemäßes Modell zur Querregelung, und
3 schematisch eine beispielsgemäße Reglerstruktur.
In 1 ist eine beispielsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung bzw. ein schematisches Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines beispielsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Beispielgemäß ist in 1 ein Fahrspurerkennungssystem 1 zu erkennen, mit welchem eine Information bezüglich des Fahrspurverlaufs, beispielsgemäß in Form der Krümmung κ_act des Fahrspurverlaufs, ermittelt oder erfasst wird.
Weiterhin ist eine Aufprall-Erkennungseinheit vorgesehen, welche einen Aufprall des Fahrzeugs, z. B. gegen die seitliche Fahrbahnbegrenzung, anhand von Signalen mindestens eines Sensors oder anhand einer Fahrzustandsgröße erkennt. Beispielsgemäß wird ein Aufprall erkannt, wenn der Querbeschleunigungssensor (a_y) oder Längsbeschleunigungssensor (a_x) einen gewissen Grenzwert überschreitet, der bei einem realen Fahrmanöver nicht auftritt (z. B. 2 g), und die Fahrzeuggeschwindigkeit V_veh über einem geeigneten Grenzwert liegt (z. B. 30 km/h).
Weiter ist eine Soll-Bahn-Bestimmungseinheit vorhanden, die eine Soll-Bahn für das Fahrzeug bestimmt, z. B. in Form einer Krümmung oder eines Krümmungsverlaufs κ_ref. Die Soll-Bahn wird beispielsgemäß anhand des vor oder zu dem Zeitpunkt T_crash des Aufpralls ermittelten oder erfassten Fahrspurverlaufs bestimmt.
Nach dem Aufprall kann das Fahrspurerkennungssystem 1 beschädigt oder funktionsunfähig sein, so dass die Regelung des Reglers 2 auf der zum Zeitpunkt des Aufpralls bestimmten und bei Aufprall abgespeicherten Krümmung basiert.
Regler 2 ist beispielsgemäß als ein Zustandsregler, z. B. ein LQR (linear-quadratischer Regler) ausgeführt. Der Regler bewirkt durch einen Lenkeingriff und/oder durch radindividuelle Bremseingriffe eine Führung des Fahrzeugs auf die Soll-Bahn und/oder eine Stabilisierung des Fahrzeugs. Regler 2 basiert auf einem Fahrzeugmodell.
Beispielsgemäß besitzt das Fahrzeug 6 einen elektrisch ansteuerbaren Lenk-Aktuator zur Ansteuerung einer Lenkung und einen elektrisch ansteuerbaren Brems-Aktuator zur Ansteuerung einer oder mehrerer Radbremsen.
Beispielsgemäß ist eine Vergleichseinheit 3 vorgesehen. Dieser wird von dem Fahrspurerkennungssystem 1 die aktuelle Krümmung κ_act zugeführt. Nach dem Aufprall werden keine weiteren Daten übermittelt. Die Soll-Bahn ergibt sich dann aus der gespeicherten Krümmung. Weiterhin werden der Vergleichseinheit 3 beispielsgemäß Ist-Werte der Fahrzustandsgrößen Schwimmwinkel β, Fahrzeug-Geschwindigkeit V_veh (oder kurz V oder ν), Lenkwinkel δ, Gierrate ψ ._act und Querbeschleunigung a_y zugeführt. Anhand der Informationen bestimmt die Vergleichseinheit 3 eine Abweichung des Gierwinkels Δψ und eine Querabweichung Δy zwischen Ist- und Soll-Bahn bzw. Ist- und Soll-Wert. Die Abweichung des Gierwinkels Δψ und die Querabweichung Δy werden zusammen mit der Soll-Bahn (Krümmung κ_ref) dem Regler 2 zugeführt.
Regler 2 basiert auf einem Einspurmodell des Fahrzeugs, in welchem das Giermoment M_z, welches durch unterschiedliche, durch die Radbremsen angelegte, Bremsmomente entsteht, berücksichtigt wird. Weiterhin wird im Modell die vorgegebene Krümmung κ_ref (Soll-Bahn) als Störung (Z) berücksichtigt. Das Modell wird durch folgende Zustandsgleichungen beschrieben:
was X . = A·X + B·U + W·Z entspricht.
Die Aufgabe des Reglers 2 ist es, das Fahrzeug zu stabilisieren, hierzu werden die Zustandsgrößen (X) durch Lenk- und/oder Bremseingriffe gegen Null geführt, d. h. Schwimmwinkel β → 0, Abweichung des Gierwinkels Δψ → 0 und Querabweichung Δy → 0.
Regler 2 bestimmt anhand des Fahrzeugmodells beispielsgemäß einen Lenkwinkel δ_req und ein Giermoment M_z (Stellgrößen U).
Beispielsgemäß ist ein Lenkregler 4 vorgesehen, welcher aus dem Lenkwinkel δ_req ein Lenkmoment δ_trq bestimmt. Lenkregler 4 ist beispielsgemäß als ein PID-Regler (proportional-integral-derivative controller) ausgeführt.
Weiterhin ist beispielsgemäß ein Bremsregler 5 vorhanden, der aus dem Giermoment M_z Bremsdrücke P_ij für die Radbremsen ermittelt, so dass durch die entsprechende Bremsansteuerung das Giermoment M_z erzeugt werden soll.
Nach Maßgabe von Lenkmoment δ_trq und Bremsdrücke P_ij werden die Lenkung und die Radbremsen im Fahrzeug 6 angesteuert.
2 erläutert anhand einer schematischen Darstellung Fahrzustandsgrößen für das verwendete Einspurmodell zur Querregelung.
Dabei sind auf der linken Seite am Hinterrad die Querkraft hinten F_ry, sowie die Geschwindigkeit hinten ν_r und der Schräglaufwinkel hinten α_r dargestellt und auf der rechten Seite am Vorderrad die Querkraft vorne F_fy, sowie die Geschwindigkeit vorne ν_f der Schräglaufwinkel vorne α_f und der Lenkwinkel δ_f. Um den Schwerpunkt CG, welcher eine Distanz l_f von der Vorderachse und eine Distanz l_r von der Hinterachse entfernt ist, sind der Schwimmwinkel β sowie die Gierrate ψ . und die Gierbeschleunigung ψ .. aufgetragen.
Bevorzugt betrifft die Erfindung ein Verfahren, durch welches ein Fahrzeug nach einem seitlichen Crash, z. B. gegen eine Leitplanke, stabilisiert wird, bis der Fahrer in der Lage ist, das Fahrzeug zu steuern. Das bedeutet, dass das Fahrzeug in einem instabilen Fahrzustand sein kann, wenn der automatische Stabilisierungs-Regler (2, 4, 5) eingreift.
Eine Crasherkennung findet bevorzugt statt, indem der Quer- oder Längsbeschleunigungssensor einen gewissen Wert überschreitet, der bei einem realen Fahrmanöver nicht auftritt (z. B. 2 g) und die Mindestfahrgeschwindigkeit über einem geeigneten Wert liegt (z. B. 30 km/h).
Bevorzugte Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens sind:
Erstens eine Trajektorien-Planung, bei der vor Zeitpunkt des Crashes die Krümmung über eine Distanz (ca. 100 m) im Voraus ermittelt wird (z. B. durch Kamera oder GPS und Straßenkarte).
Zum Zeitpunkt des Crashes wird diese Krümmung gespeichert und anschließend abgefahren bzw. ausgeregelt, bis das Fahrzeug stabil ist (z. B. der Schwimmwinkel klein ist).
Der Gierwinkel wird aus der Integration der Gierrate berechnet.
Zweitens einen umschaltbaren Zustandsregler 2:
Ein großer Schwimmwinkel β erzeugt eine andere Bewertung der Zustandsgrößen des Zustandsreglers. Bei großen Schwimmwinkeln β wird die Fahrstabilisierung priorisiert, insbesondere, wenn der Schwimmwinkel einen Grenzwert überschreitet.
Dies hat den Vorteil, dass bei besonders instabilen Fahrzuständen vorrangig eine Stabilisierung herbeigeführt wird, während bei relativ stabilen Fahrzuständen mit einem Schwimmwinkel β unterhalb eines Grenzwerts die Führung des Fahrzeugs innerhalb der Fahrbahngrenzen priorisiert werden kann.
Bei einem großen Schwimmwinkel wird vorteilhaft eine Schwimmwinkelregelung eingesetzt.
Drittens eine Regelung:
Nach einem Crash wird das Fahrzeug nur für die Zeit stabilisiert, solange der Fahrer die Situation nicht überschaut bzw. zu verwirrt ist, um das Fahrzeug geeignet zu steuern (Ca. 5 sec oder bis Lenkwinkel und Lenkwinkelgeschwindigkeit klein sind).
Eingriff mit radindividuellem Bremseneingriff und Lenkmomenteneingriff, aufgeteilt wird mit Hilfe von Control Allocation zur Aktorpotentialbestimmung. Wenn der Fahrer das Lenkmoment nicht zulässt, wird es über die Bremse gestellt.
Viertens erfolgt bevorzugt eine Überlagerung mit einer an sich bekannten Multikollisionsbremse (MKB):
Die MKB funktioniert mit globalem Bremsdruck, so dass für dieses System der Druck bevorzugt seitenweise variiert werden kann, ohne die von MKB geforderte Verzögerung wesentlich zu ändern. MKB verzögert mit maximal 0.5 g, so dass bei Hochreibwert für dieses System genügend Potential zu Stabilisierung mit Lenkung und Bremse bleibt.
Eine beispielsgemäße Umschaltbarkeit des Zustandsreglers wird in 3 dargestellt. Der Regler 2 basiert auf den oben bereits genannten Zustandsgleichungen in der Form X . = A·X + B·U + W·Z.
Die Zustandsgrößen X werden bei dem LQ-Regler über eine Rückkopplungsmatrix K (bzw. K1) als Eingangsgrößen rückgekoppelt (U = –K·X). Beispielsgemäß sind zwei Rückkopplungsmatritzen K und K1 vorgesehen, wobei für die Regelung in Abhängigkeit von der Größe des Schwimmwinkels β die Rückkopplungsmatrix K oder die Rückkopplungsmatrix K1 verwendet wird.
Die Rückkopplungsmatrix K ist abhängig von einer Gewichtungsmatrix Q für die Zustandsgrößen X und einer Gewichtungsmatrix R für die Stellgrößen U, d. h. K(Q, R). Entsprechend ist die Rückkopplungsmatrix K1 abhängig von einer Gewichtungsmatrix Q1 für die Zustandsgrößen X und einer Gewichtungsmatrix R1 für die Stellgrößen, d. h. K1(Q1, R1).
Entsprechend nimmt der Regler 2 in Abhängigkeit von dem Wert des Schwimmwinkels β eine unterschiedliche Gewichtung der Zustandsgrößen bei der Regelung vor, entweder mittels Rückkopplungsmatrix K oder Rückkopplungsmatrix K1.
Vorteilhafterweise wird der Schwimmwinkel β entsprechend den folgenden Überlegungen bestimmt. Ausgehend von der Formel a_y = ν ._y + ν_xψ . ergibt sich durch Division
Wobei ν_x und ν_y die Komponenten der Fahrzeuggeschwindigkeit in x- bzw. y-Richtung in Fahrzeugkoordinaten sind und die Ableitung des Schwimmwinkels sich als
darstellen lässt,
so dass folgt:
Durch Integration wird der Schwimmwinkel β bestimmt.
Erläuterung von Zeichen:

δ, δ_req

Lenkwinkel [rad]

F_R, F_L

Normalkraft auf der rechten bzw. linken Seite [N]

δ_trq

Lenkmoment

a_y

Querbeschleunigung des Fahrzeugs [m/s2]

ν, ν_act, V_veh, V

Geschwindigkeit des Fahrzeugs [m/s]

ψ

Gierwinkel [rad]

ψ .

Gierrate [rad/s]

ψ ..

Gierbeschleunigung [rad/s2]

β

Schwimmwinkel [rad]

β .

Schwimmwinkelgeschwindigkeit [rad/s]

F_fy

Querkraft vorne [N]

F_ry

Querkraft hinten [N]

δ_f

Lenkwinkel vorne [rad]

α_f, α_r

Schräglaufwinkel vorne, hinten [rad]

C_f, C_r

Reifenschräglaufsteifigkeit vorne und hinten [N/rad]

M_z

Giermoment [Nm]

l

Radstand des Fahrzeugs [m]

l_r,l_f

Abstand der Hinter- bzw. Vorderachse vom Schwerpunkt [m]

ν_r

Geschwindigkeit hinten

ν_f

Geschwindigkeit vorne

m

Masse des Fahrzeugs im Einspurmodell [kg]

CG

Schwerpunkt (center of gravity)

J_z

Trägheitsmoment des Fahrzeugs [kgm²]

Δy

Querabweichung (in y-Richtung)

Δψ

Abweichung des Gierwinkels

κ

Krümmung der Bahn

P_ij

radindividuelle Bremsdrücke

T_crash

Zeitpunkt des Aufpralls

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012107188 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung zur Stabilisierung eines Fahrzeugs, insbesondere nach einem Aufprall gegen eine seitliche Fahrbahnbegrenzung, umfassend • ein Fahrspurerkennungssystem (1), mit welchem eine Information bezüglich des Fahrspurverlaufs (κ_act) ermittelt oder erfasst wird, • eine Aufprall-Erkennungseinheit, welche einen Aufprall (T_crash) des Fahrzeugs, insbesondere gegen die seitliche Fahrbahnbegrenzung, anhand von Signalen mindestens eines Sensors oder anhand einer Fahrzustandsgröße (a_y, a_x, V_veh) erkennt, • einen, insbesondere elektrisch ansteuerbaren, Lenk-Aktuator zur Ansteuerung einer Lenkung, und • einen, insbesondere elektrisch ansteuerbaren, Brems-Aktuator zur Ansteuerung einer oder mehrerer Radbremsen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung auch • eine Soll-Bahn-Bestimmungseinheit, die eine Soll-Bahn (κ_ref) für das Fahrzeug anhand des vor oder zu dem Zeitpunkt des Aufpralls ermittelten oder erfassten Fahrspurverlaufs bestimmt, und • einen Regler (2), der eine Führung des Fahrzeugs auf die Soll-Bahn und/oder eine Stabilisierung des Fahrzeugs bewirkt durch einen Lenkeingriff, insbesondere eine Ansteuerung des Lenk-Aktuators, und/oder durch radindividuelle Bremseingriffe, insbesondere eine Ansteuerung des Brems-Aktuators umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Information bezüglich des Fahrspurverlaufs eine Krümmung des Fahrspurverlaufs ermittelt oder erfasst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, in einer Vergleichseinheit (3), anhand der Soll-Bahn (κ_ref) und Ist-Werten von Fahrzustandsgrößen eine Abweichung eines Gierwinkels (Δψ) und/oder eine Querabweichung (Δy) zwischen Ist- und Soll-Bahn bzw. Ist- und Soll-Wert bestimmt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (2) einen Schwimmwinkel (β) und/oder eine Gierrate (ψ .) und/oder die Abweichung des Gierwinkels (Δψ) und/oder die Querabweichung (Δy) zwischen Ist- und Soll-Bahn des Fahrzeugs regelt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestimmung der Ist-Bahn der aktuelle Wert des Schwimmwinkels (β) und/oder eine Fahrzeug-Geschwindigkeit (ν, V_veh) und/oder einen Lenkwinkel (δ) und/oder die Gierrate (ψ .) und/oder eine Querbeschleunigung (a_y) berücksichtigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Wert des Schwimmwinkels (β) und/oder des Gierwinkels (ψ) durch Integration bestimmt wird, mit Hilfe einer gemessenen Gierrate (ψ ._act), einer gemessenen Querbeschleunigung (a_y) und/oder einer Fahrzeug-Geschwindigkeit (ν, V_veh) bestimmt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (2) in Abhängigkeit von dem aktuellen Wert des Schwimmwinkels (β) die Stabilisierung des Fahrzeugs oder die Führung des Fahrzeugs auf die Soll-Bahn stärker gewichtet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (2) in Abhängigkeit von dem Ist-Wert des Schwimmwinkels (β) eine Gewichtung der Zustandsgrößen bei der Regelung vornimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler für Schwimmwinkel (β) betragsmäßig größer als ein vorgegebener Schwimmwinkelgrenzwert, insbesondere für Schwimmwinkel (β) betragsmäßig größer als ca. 10°, eine Schwimmwinkelregelung durchführt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen eines Aufpralls (T_crash) des Fahrzeugs, insbesondere gegen die seitliche Fahrbahnbegrenzung, der ermittelten oder erfassten Fahrspurverlauf als Soll-Bahn (κ_ref) für das Fahrzeug abgespeichert wird und diese Soll-Bahn dem Regler (2) als Eingangsgröße bereitgestellt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (2) einen Lenkwinkel (δ) und/oder ein Giermoment (M_z) anhand eines Fahrzeugmodells bestimmt und der Lenkeingriff, insbesondere die Ansteuerung des Lenk-Aktuators, und/oder die radindividuellen Bremseingriffe, insbesondere die Ansteuerung des Brems-Aktuators, nach Maßgabe des Lenkwinkels (δ) und/oder des Giermoments (M_z) erfolgt/erfolgen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Lenkregler (4) aus dem Lenkwinkel (δ) ein Lenkmoment (δ_trq) bestimmt wird, und dass die Ansteuerung des Lenk-Aktuators nach Maßgabe des Lenkmoments (δ_trq) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bremsregler (5) aus dem Giermoment (M_z) Bremsdrücke (P_ij) für eine oder mehrere Radbremsen ermittelt werden, und dass die Ansteuerung des Brems-Aktuators nach Maßgabe der Bremsdrücke (P_ij) erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung durch der Regler (2) beendet wird, wenn der Lenkwinkel (δ) betragsmäßig, insbesondere für eine vorgegebene Zeitdauer, unter einen vorbestimmten Lenkwinkel-Schwellenwert fällt und/oder wenn eine Lenkwinkelgeschwindigkeit betragsmäßig, insbesondere für eine vorgegebene Zeitdauer, unter einen vorbestimmten Lenkwinkelgeschwindigkeits-Schwellenwert fällt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung durch den Regler (2) beendet wird, wenn eine vorgegebene Zeitdauer für die Regelung, insbesondere ca. 5 sec, verstrichen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radindividuellen Bremseingriffe derart durchgeführt werden, dass eine vorbestimmte Gesamtverzögerung des Fahrzeugs, insbesondere eine Gesamtverzögerung von maximal ca. 0,5 g, erzielt wird.
Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs, insbesondere nach einem Aufprall gegen eine seitliche Fahrbahnbegrenzung, in welchem • eine Information bezüglich eines Fahrspurverlaufs (κ_act), insbesondere eine Krümmung des Fahrspurverlaufs, ermittelt oder erfasst wird, • ein Aufprall (T_crash) des Fahrzeugs, insbesondere gegen die seitliche Fahrbahnbegrenzung, anhand von Signalen mindestens eines Sensors oder anhand einer Fahrzustandsgröße (a_y, a_x, V_veh) erkannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass • eine Soll-Bahn (κ_ref) für das Fahrzeug, anhand des vor oder zu dem Zeitpunkt des Aufpralls ermittelten oder erfassten Fahrspurverlaufs bestimmt wird, und • mittels eines Reglers (2) eine Führung des Fahrzeugs auf die Soll-Bahn (κ_ref) und/oder eine Stabilisierung des Fahrzeugs bewirkt wird, indem ein Lenkeingriff und/oder radindividuelle Bremseingriffe durchgeführt wird/werden.