DE10348738A1

DE10348738A1 - Verfahren und System zum Steuern eines Kraftfahrzeuges mit Lenkaktuator

Info

Publication number: DE10348738A1
Application number: DE10348738A
Authority: DE
Inventors: Keith Glenn Livonia Mattson; Todd Allen Dearborn Brown
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2003-10-16
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2023-10-17
Also published as: US6662898B1; DE10348738B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zum Steuern eines Fahrzeuges, das einen Lenkaktuator hat und ausgestattet ist mit einer Vielzahl von Sensoren, die eine Vielzahl von Signalen erzeugen, die gemessenen dynamischen Bedingungen des Fahrzeuges entsprechen, und einer mit der Vielzahl von Sensoren verbundenen Reglereinheit, wobei die Reglereinheit geeignet ist, einen Reibungskoeffizienten der Straßenoberfläche zu ermitteln, einen maximal zulässigen, auf dem Reibungskoeffizienten der Straßenoberfläche basierenden Schlupfwinkel zu berechnen, einen berechneten Schlupfwinkel in Abhängigkeit von den gemessenen dynamischen Bedingungen des Fahrzeuges zu ermitteln und den Winkel eines Lenkrad-Aktuators zu vermindern, wenn der berechnete Seitenschlupfwinkel größer als der maximale Schlupfwinkel ist. Ein Verfahren zum Steuern des Fahrzeuges umfasst die Schritte: Ermitteln eines Reibungskoeffizienten für die Straßenoberfläche; Berechnen eines maximal zulässigen Schlupfwinkels auf der Basis des Reibungskoeffizienten für die Straßenoberfläche; Ermitteln eines berechneten Seitenschlupfwinkels in Abhängigkeit von den gemessenen dynamischen Bedingungen für das Fahrzeug und Reduzieren eines Winkels des Lenkrad-Aktuators, wenn der berechnete Seitenschlupfwinkel größer als der maximal zulässige Schlupfwinkel ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Steuern eines Fahrzeuges, das einen Lenkaktuator hat.
Dynamische Steuersysteme für Kraftfahrzeuge werden seit kurzer Zeit für verschiedene Produkte angeboten. Antiblockier-Bremssysteme (ABS) und Traktionskontrolle (TC) regeln das Reifenschlupfverhältnis. Andere dynamische Steuersysteme steuern den Seitenschlupfwinkel und das Gierverhalten des Fahrzeugs durch Steuerung der Traktionskräfte und/oder des Bremsmoments an den verschiedenen Rädern des Fahrzeugs. Seitenschlupf- und Giersteuerungssysteme vergleichen typischerweise die gewünschte Richtung, die Gierempfindlichkeit und die Seitenbeschleunigung des Fahrzeugs auf der Basis des Lenkradwinkels, der Geschwindigkeit und der Bewegungsrichtung mit einem idealen (stabilen) Fahrzeugmodell. Durch Regelung der Größe des Bremsmoments und der Rollreibung an jeder Seite des Fahrzeugs können der gewünschte Bewegungsverlauf und die Gierrate aufrechterhalten werden.
Beim Betrieb des Fahrzeugs kann ein großer Seitenschlupfwinkel an den Vorderrädern im Fall eines starken Untersteuerns oder Übersteuerns auftreten. Die von einem Reifen typischerweise erzeugte Seitenkraft erreicht einen maximalen Wert F_latmax im Falle desjenigen Schlupfwinkels, der als bei Spitzenwerten der Seitenkraft auftretender Schlupfwinkel bezeichnet wird. Die maximale Seitenkraft nimmt ab oder normalisiert sich, wenn der Schlupfwinkel sich weiter erhöht. Das Normalisieren wird gewöhnlich als Sättigungsbereich bezeichnet. Ein Problem bei der Verwendung der Bremskraft zum Steuern der Seitendynamik und der Seitenempfindlichkeit des Fahrzeugs besteht darin, dass das Giermoment ohne direkte Steuerung der Seitenkräfte gesteuert wird. Diese direkte Steuerung kann unter Verwendung eines Bremssystems nicht verwirklicht werden. Die Seitenkräfte können jedoch gesteuert werden, indem das Lenkungssystem des Fahrzeugs verwendet wird.
Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein Verfahren und ein System zu schaffen, das es erlaubt, die Seitendynamik und das davon abhängige Gieren des Fahrzeugs nahe der maximalen Seitenkraft zu steuern, um eine maximale Kontrolle über das Fahrzeug zu erhalten.
Das Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 7. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die vorliegende Erfindung verwendet ein Lenksystem, wie beispielsweise ein Steer-by-Wire-Lenksystem, das das Verhältnis zwischen dem Winkel der Straßenräder zum Winkel des Lenkrades verändern kann. Ein Ziel ist es, mit nahezu maximaler Seitenkraft F_latmax zu arbeiten, wenn das Fahrzeug sich in der Nähe des Grenzbereichs seiner Seitendynamik befindet.
Bei einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Steuersystem für die Stabilität eines Kraftfahrzeugs eine Vielzahl von Sensoren, die die dynamischen Bedingungen des Fahrzeugs ermitteln. Mit den Sensoren ist eine Reglereinheit verbunden. Die Reglereinheit ermittelt einen ungefähren Reibungskoeffizienten für die Oberfläche der Straße, berechnet den maximalen Seitenkraft-Schlupfwinkel des Reifens α_mp auf der Basis des geschätzten Reibungskoeffizienten der Oberfläche der Straße und der Konfiguration des Fahrzeugs, ermittelt einen berechneten Seitenschlupfwinkel α in Abhängigkeit von den gemessenen dynamischen Bedingungen für das Fahrzeug und vermindert den Winkel eines Lenkrad-Aktuators, wenn der berechnete Seitenschlupfwinkel größer als der maximale Reifenschlupfwinkel α_mp ist.
Bei einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein Steuersystem für die Stabilität eines Kraftfahrzeugs eine Vielzahl von Sensoren, die die dyna mischen Bedingungen des Fahrzeugs ermitteln. Mit den Sensoren ist eine Reglereinheit verbunden. Die Reglereinheit ermittelt eine Seitenkraft in Abhängigkeit von den gemessenen Bedingungen für das Fahrzeug, ermittelt einen Schlupfwinkel in Abhängigkeit von den gemessenen Bedingungen für das Fahrzeug, ermittelt eine erste Änderung des Winkels des Lenkaktuators und vermindert im Fall einer seitlichen Sättigung (α > α_p) den Schlupfwinkel solange, bis die Seitenkraft sich vergrößert. Dieses Spitzenwerte suchende Verfahren ermittelt den optimalen Schlupf und bestimmt eine zweite Änderung des Winkels des Lenkaktuators, um den Schlupfwinkel solange zu erhöhen, bis die Seitenkraft sich vermindert, was wiederholt wird, bis F_l _a _tmax und damit α_p erreicht ist.
Bei einem dritten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs mit einem Lenkaktuator das Ermitteln eines Reibungskoeffizienten für die Oberfläche der Straße, Berechnen eines maximal zulässigen Schlupfwinkels auf der Basis des Reibungskoeffizienten der Oberfläche der Straße, Ermitteln eines berechneten Seitenschlupfwinkels in Abhängigkeit von den gemessenen dynamischen Bedingungen für das Fahrzeug und Vermindern des Winkels eines Lenkrad-Aktuators, wenn der berechnete Seitenschlupfwinkel größer als der maximal zulässige Schlupfwinkel ist.
Bei einem vierten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs mit einem Lenkaktuator das Ermitteln einer Seitenkraft in Abhängigkeit von den gemessenen Bedingungen für das Fahrzeug, Ermitteln eines Schlupfwinkels in Abhängigkeit von den gemessenen Bedingungen für das Fahrzeug, Ermitteln einer ersten Änderung des Winkels eines Lenkaktuators, um den Schlupfwinkel solange zu verringern, bis die Seitenkraft sich vergrößert, Steuern des Lenkaktuators in Abhängigkeit von der ersten Änderung des Winkels des Lenkaktuators, danach, Ermitteln einer zweiten Änderung des Winkels des Lenkaktuators, um den Schlupfwinkel solange zu erhöhen, bis die Seitenkraft abnimmt und Steuern des Lenkaktuators in Abhängigkeit von der zweiten Änderung des Winkels des Lenkaktuators.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass derartige Systeme in einfacher Weise in einem Steer-by-Wire-System eingesetzt werden können. Ein anderer Vorteil besteht darin, dass der Schlupfwinkel, der dem Spitzenwert der Seitenkraft entspricht, unabhängig von Bereifung, Beladung und, in einigen Fällen, des Reibungskoeffizienten der Oberfläche ist.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert bzw. offenbart.
Es zeigen:
1 eine Vorderansicht eines Kraftfahrzeugs und verschiedene Betriebsparameter eines Fahrzeugs, das versucht, ein Wendemanöver durchzuführen.
2A eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug und verschiedene Betriebsparameter eines Fahrzeugs, das versucht, ein Wendemanöver durchzuführen.
2B eine Draufsicht auf einen Reifen, die die darauf einwirkenden Kräfte.
3 ein Blockdiagramm, das einen Teil eines Mikroprozessors zeigt, der mit Sensoren und gesteuerten Geräten verbunden ist, die in einem System gemäß der vorliegenden Erfindung vorhanden sein können.
4 eine Darstellung der gegen den Schlupfwinkel wirkenden Seitenkräfte für drei verschiedene Werte des Reibungskoeffizienten.
5 ein logisches Arbeitsablauf-Blockdiagramm gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ein logisches Arbeitsablauf-Blockdiagramm gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung ist für die Verwendung bei Giersteuerungssystemen vorgesehen, die mit elektronisch gesteuerten und/oder elektrisch betätigten Lenksystemen von Kraftfahrzeugen ausgestattet sind. Die Erfindung kann jedoch leicht für die Verwendung bei anderen Kraftfahrzeugsystemen angepasst werden, wie beispielsweise aktiven Kippsteuerungen, Überrollsteuerungen oder aktiven Aufhängungssteuerungen. Die Erfindung wird anhand eines frontgelenkten Fahrzeugs erläutert, jedoch können die darin enthaltenen Lehren auch auf Hinterradlenkungssysteme oder Allradlenkungssysteme angewandt werden.
Unter Bezugnahme auf die 1, 2A und 2B sind verschiedene Betriebsparameter und Variablen, die von der vorliegenden Erfindung verwendet werden, dargestellt, die sich auf die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf ein bodengebundenes Motorfahrzeug 10 beziehen. Ein Fachmann wird sofort die physikalischen Grundlagen, die von diesen Illustrationen dargestellt werden, erkennen, wodurch die Anpassung an verschiedene Arten von Fahrzeugen leicht erreicht werden kann. Die Seitenbeschleunigung wird mit a_y bezeichnet, die Längsbeschleunigung wird mit a_x bezeichnet, die Gierrate wird mit r bezeichnet und der Winkel des Lenkrades zur Fahrzeuglängsachse A ist δ.
Unter Bezugnahme auf 3 besitzt ein Stabilitätssteuerungssystem 24 eine Reglereinheit 26, die zum Empfangen von Informationen von einer Vielzahl von Sensoren verwendet wird, die einen Gierraten-Sensor 28, einen Geschwindigkeits-Sensor 30, einen Seitenbeschleunigungs-Sensor 32, einen Rollraten-Sensor 34, einen Lenkwinkel-Sensor 35, einen Längsbeschleunigungs-Sensor 36, einen Nickraten-Sensor 37 einschließen können. Ein Sensor 39 für die Lenkwinkelposition kann auch vorgesehen sein. Der Sensor 39 liefert Informationen bezüglich der angesteuerten Stellung des Straßenrades. Die Seitenbeschleunigung, die Längsbeschleunigung, die Gierrate, der Rollverlauf und die Geschwindigkeit können unter Verwendung eines Global- Positioning-Systems (GPS) ermittelt werden. Auf der Grundlage der Eingaben von den Sensoren regelt die Reglereinheit 26 den Lenkwinkel des Straßenrades. Es ist zu beachten, dass dies möglich ist, ohne den Lenkwinkel des Fahrers zu beeinflussen. In Abhängigkeit von der gewünschten Empfindlichkeit des Systems und verschiedenen anderen Faktoren kann es möglich sein, dass nicht alle der Sensoren 28-37 in einer handelsüblichen Ausführungsform verwendet werden. Von den Sensoren können auch andere Faktoren ermittelt werden, so wie der Reibungskoeffizient (oder Obergflächenkoeffizient my, μ), die Seitenkräfte an den Reifen F_l _at und der Seitenschlupfwinkel.
Der Rollraten-Sensor 34 und der Nickraten-Senso 37 können die Rollbedingungen für ein Überrollsystem des Fahrzeugs ermitteln, indem die Höhe eines Punktes oder mehrerer Punkte des Fahrzeugs relativ zu Oberfläche der Straße erfasst wird. Das Überrollsystem kann die hier vorliegenden Erkenntnisse verwenden, um ein Überrollen des Fahrzeugs zu verhindern. Sensoren, die verwendet werden können, um dies durchzuführen, umfassen einen lidar- oder radargestützten Abstandssensor, einen asergestützten Abstandssensor und einen sonargestützten Abstandssenso.
Der Rollraten-Sensor 34 und der Nickraten-Sensor 37 können die Rollbedingungen ebenfalls ermitteln, indem die relative Linear- oder Rotationsverlagerung oder die Verlagerungsgeschwindigkeit von einem oder mehreren Bestandteilen des Chassis ermittelt werden, wobei ein linearer Höhen- oder Streckensensor, ein Rotations-Höhen- oder Streckensensor, ein Radgeschwindigkeits-Sensor, ein Lenkradpositions-Sensor, ein Lenkradgeschwindigkeits-Sensor und eine Steuerkurseingabevorrichtung einer elektronischen Komponente für den Fahrer, die eine Steer-by-Wire-Steuerung unter Verwendung eines Handrades oder eines Joysticks aufweisen kann, vorgesehen sein können.
Die Rollbedingungen können ebenfalls ermittelt werden, indem die Kraft oder das Drehmoment, die den Belastungsbedingungen von einem oder mehreren Teilen der Aufhängung oder des Chassis entsprechen, erfasst werden, wobei im Fall einer aktiven Aufhängung ein Druckmesswertwandler, ein Stoßdämpfer-Sensor, wie beispielsweise eine Kraftmessdose, ein Belastungsmesser, die absolute oder relative Motorbelastung des Lenksystems, der Druck der Hydraulikleitungen des Lenksystems, ein Reifenseitenkraft-Sensor oder -Sensoren, ein Reifenlängskraft-Sensor, ein Reifenvertikalkraft-Sensor oder ein Reifenseitenwandtorsions-Sensor, vorhanden sein können.
Der Geschwindigkeits-Sensor 30 kann ein Exemplar aus der Vielzahl von Geschwindigkeits-Sensoren, die einem Fachmann bekannt sind, sein. Beispielsweise kann ein geeigneter Geschwindigkeits-Sensor einen Sensor an jedem Rad aufweisen, wobei von der Reglereinheit 26 ein Mittelwert ermittelt wird. Vorzugsweise rechnet die Reglereinheit die Radgeschwindigkeit in die Geschwindigkeit des Fahrzeugs um. Die Gierrate, der Lenkwinkel, die Radgeschwindigkeit und eventuell ein Schlupfwinkel, die an jedem Rad berechnet werden, können in die Geschwindigkeit des Fahrzeugs an seinem Schwerpunkt (V_CG) umgerechnet werden. Dem Fachmann sind verschiedene andere Algorithmen bekannt. Die Geschwindigkeit kann man auch über einen Transmissions-Sensor erhalten. Wenn beispielsweise die Geschwindigkeit ermittelt wird, während das Fahrzeug beschleunigt oder an einer Ecke abbremst, werden die niedrigste bzw. die höchste Radgeschwindigkeit nicht verwendet, da dies zu fehlerhaften Ergebnissen führt. So kann auch ein Transmissions-Sensor benutzt werden, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu ermitteln.
Das Ermitteln des Rollverhaltens des Fahrzeugs kann auch durch folgende translatorische oder drehbewegungsabhängige Positionen, Geschwindigkeiten oder Beschleunigungen des Fahrzeugs erfolgen, die von einem Überrollkreisel, dem Rollraten-Sensor 34, dem Gierraten-Sensor 28, dem Seitenbeschleunigungs-Sensor 32, einem Vertikalbeschleunigungs-Sensor, einem Fahrzeug-Längsbeschleunigungs-Sensor, einem Seiten- oder Vertikal-Geschwindigkeits-Sensor einschließlich einem auf der Radgeschwindigkeit basierenden Sensor, einem radargestützten Geschwindigkeits-Sensor, einem sonargestützten Geschwindigkeits-Sensor, einem laserge stützten Geschwindigkeits-Sensor oder einem optischen Geschwindigkeits-Sensor erfasst werden.
Die Lenksteuerung 38 kann die Stellung eines Aktuators 40A des rechten Vorderrads, eines Aktuators 40B des linken Vorderrads, eines Aktuators 40C des linken Hinterrads und eines Aktuators 40D des rechten Hinterrads steuern. Wie bereits weiter oben beschrieben wurde, können jedoch zwei oder mehr der Aktuatoren gleichzeitig wie ein Aktuator gesteuert werden. Zum Beispiel können bei einem konventionellen Zahnstangensystem die beiden damit verbundenen Vorderräder gleichzeitig gesteuert werden. Eine Hecksteuerung kann ebenfalls mit einem Zahnstangensystem verwirklicht werden. Basierend auf den Eingaben von den Sensoren 28 bis 39 ermittelt die Reglereinheit 26 eine Rollbedingung und steuert die Lenkposition der Räder. Dies erlaubt einen zusätzlichen Unabhängigkeitsfaktor zwischen dem Lenkrad und den Aktuatoren der Straßenräder.
Die Reglereinheit 26 kann ebenfalls die Bremsensteuerung 42 verwenden, die mit den vorderen rechten Bremsen 44A, den vorderen linken Bremsen 44B, den hinteren linken Bremsen 44C und den hinteren rechten Bremsen 44D verbunden ist. Bei der Verwendung der Bremsen zusätzlich zu der Lenkungssteuerung können einige Vorteile bezüglich der Steuerung erzielt werden. Beispielsweise können eine Giersteuerung und eine Überrollsteuerung verwirklicht werden. Das bedeutet, dass die Reglereinheit 26 verwendet werden kann, um eine Bremskraftverteilung auf die Brems-Aktuatoren zu erzielen, wie dies in dem US-Patent 6,263,261 beschrieben wurde, und das hiermit durch die Bezugnahme darauf in diese Beschreibung eingegliedert wird.
Unter Bezugnahme auf die 4 ist eine grafische Darstellung der Seitenkraft F_lat als Funktion des Schlupfwinkels α für drei Oberflächenkoeffizienten μ₁, μ₂ und μ₃ gezeigt. In jedem der Fälle steigt die von einem Reifen erzeugte Seitenkraft linear in dem linearen Bereich 50 an und erreicht dann einen Spitzenwert a_p1. Danach, wenn α weiterhin ansteigt, verringert sich die Seitenkraft in dem Sättigungsbereich 52. Wie ersichtlich ist, entspricht die maximale Seitenkraft F_latmax einem Spitzenwert des Schlupfwinkels α_p1, um die maximale Seitenkraft zu erzeugen. Um daher die höchste Seitenkraft für ein gesteuertes Rad für den Fall μ zu erzeugen, ist es am besten, so nahe wie möglich an α_p1 zu arbeiten. Die vorliegende Erfindung schafft vorteilhafte Bedingungen bei einer Situation mit Untersteuerung, in der die Bodenhaftung der Vorderreifen gesättigt ist, d.h. die Handhabung beschränkt ist. Wenn das Fahrzeug zum Beispiel untersteuert, ist der Radius der Kurve größer als vom Fahrer beabsichtigt. Im Fall einer beschränkten Handhabung, d.h. wenn α > α_p ist, kann eine Reduzierung des Vorderrad-Schlupfwinkels auf α_p1, erzielt werden, indem der vordere Lenkwinkel um einen vorbestimmten Betrag verändert wird, wodurch die Erzeugung der Seitenkraft des Vorderreifens erhöht wird, wodurch wiederum die Untersteuerungsrate und damit der Radius der Kurve vermindert wird, was zu einer Verringerung der Untersteuerung führt.
Wie aus der Darstellung der 4 ersichtlich ist, ändern verschiedene Oberflächenkoeffizienten μ die Stelle der Spitzenwerte α_p1, α_p2 und α_p3.
Ein anderer Punkt in der graphischen Darstellung des Wertes μ ist ein maximal zulässiger Winkel α_mp1. Der maximal zulässige Winkel α_mp1 entspricht dem maximalen Winkel, der in der ersten Ausführungsform der Erfindung erwünscht ist (d.h. wenn die Bodenhaftung des Reifens gesättigt ist und α verringert werden soll). Der maximal zulässige Winkel α_mp1 hat einen Seitenschlupfwinkel der größer als der Spitzenwert ist und damit eine entsprechend geringere Seitenkraft aufweist. Bei der ersten Ausführungsform wird der Seitenschlupfwinkel auf einem Wert zwischen dem maximal zulässigen Winkel α_mp1 und dem Spitzenwertwinkel α_p1 gehalten. Wie weiter unten näher ausgeführt werden wird, wird der maximal zulässige Winkel α_mp1 während des Betriebs näher an den Spitzenwert herangeführt.
Der Seitenschlupfwinkel α des Reifens kann während des Betriebs des Fahrzeugs von verschiedenen Sensoren berechnet werden. Der Seitenschlupfwinkel α des Reifens wird als der Winkel zwischen dem angesteuer ten Kurs des Rades und dem tatsächlichen Weg des Rades definiert. Dies ist am besten aus der 2B ersichtlich. Das heißt:

wobei
= ν_tire Seitengeschwindigkeit des Reifens
= u_tire (U_x)Längsgeschwindigkeit des Reifens entlang der Längsachse (Steuerkurs des Rades (.)
= α_tire Schlupfwinkel des Rades
Versuchsweise werden v_y und u_x wie folgt berechnet: um allgemeingültig zu sein, hat die untenstehende Gleichung ein Plus- oder Minus-Vorzeichen in Abhängigkeit davon, ob der linke oder der rechte Reifen berechnet werden soll.

δ = Lenkwinkel des Rades u_x = Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs an seinem Schwerpunkt v_y = Seitengeschwindigkeit des Fahrzeugs an seinem Schwerpunkt
Γ = Gierrate des Fahrzeugs (Rotationsrate um die vertikale Achse)
t = Spurweite des Fahrzeugs (seitlicher Abstand zwischen den Rädern)
a = Längsabstand vom Schwerpunkt des Fahrzeugs zur Achse des Rades (entlang der Achse des Fahrzeugs)
wobei v_x und v_y die Längs- und die Seitengeschwindigkeit des Fahrzeugs an seinem Schwerpunkt sind, gemessen in den in der Karosserie feststehenden x- und y-Richtungen.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 5 dargestellt. In dieser Ausführungsform werden die Sensoren in Schritt 60 gelesen. Diese Sensoren können entweder alle Sensoren oder nur einige der in der 3 dargestellten Sensoren sein. Von diesen Sensoren wird ein Reibungskoeffizient für die Oberfläche der Straße in Schritt 62 ermittelt. Ein Beispiel für eine Formel zum Ermitteln des Reibungskoeffizienten der Oberfläche der Straße ist die folgende Formel:
für das Bremsen.
Durch das Ermitteln des Reibungskoeffizienten wird ein maximal zulässiger Reifenschlupfwinkel α_mp1 in Schritt 64 berechnet. In Schritt 66 wird ein Seitenschlupfwinkel a anhand der Berechnungen der Sensoren aus Schritt 60 bestimmt.
Die Reglereinheit 26 ändert die Stellung des Aktuators zum Lenken der Straßenräder als direkte Reaktion auf den Winkel des Handlenkrades. In der vorliegenden Anmeldung ist der Lenkaktuator vorzugsweise ein Steer-by-Wire-Lenksystem, das zusätzlich zu den per Hand über das Lenkrad erfolgenden Eingaben weitere Eingaben hinzufügt, um das Überschreiten eines vorbestimmten Schlupfwinkels zu verhindern und damit die Kontrollmöglichkeiten über das Fahrzeug zu maximieren.
Eine Änderung δ_Δ des Lenkrad-Aktuators ist ein Winkel, der in Schritt 68 berechnet wird und auf dem berechneten Seitenschlupfwinkel sowie dem in Schritt 64 berechneten maximal zulässigen Schlupfwinkel basiert. Das heißt, wenn der berechnete Seitenschlupfwinkel größer als der maximal zulässige Seitenschlupfwinkel ist, wird die Position des Lenkrad-Aktuators in Schritt 70 um den Betrag 60 verändert. Da es sich hierum ein Iterationsverfahren handelt, wird der Schritt 60 erneut wiederholt. Das heißt, da die Straßenbedingungen sich ständig ändern, müssen die neuen Reibungskoeffizienten, die maximal zulässigen Seitenschlupfwinkel und die Änderungen im Lenkwinkel ständig aktualisiert werden, damit der maximal zulässige Seitenschlupfwinkel sich dem Spitzenwert α_p nähern kann. Dieses Verfahren wird fortgeführt, bis der berechnete Seitenschlupfwinkel ungefähr dem maximal zulässigen Seitenschlupfwinkel α_mp entspricht oder der Fahrer einen verminderten Lenkwinkel befiehlt, wodurch der berechnete Seitenschlupfwinkel kleiner als der maximal zulässige Seitenschlupfwinkel α_mp wird.
Es sollte beachtet werden, dass die Änderung δ_Δ der Position des Lenkaktuators unabhängig von der Änderung der Stellung des Handlenkrades des Fahrzeugs ist, solange die Eingaben des Fahrers zu α > α_p _m führen würden. Das heißt, die in den Schritten 60-70 berechneten Änderungen sind zusätzlich zu den Änderungen, die über das Lenkrad bewirkt werden. Durch eine ständige Überwachung des Lenkwinkels, kann die Änderung δ_Δ der Stellung des Lenkaktuators extrem umfangreich sein, um alle Änderungen der Lenkradstellung zu kompensieren, die vom Fahrer des Fahrzeugs vorgenommen werden. Es ist ebenfalls zu beachten, dass dieses Verfahren sowohl für frontlenkende als auch für hecklenkende oder auch für unabhängig gesteuerte Lenkaktuatoren eines Fahrzeugs durchgeführt werden kann.
Unter Bezugnahme auf die 6 kann das Verfahren ebenfalls die Seitenkraft F_lat überwachen und eine dadurch hervorgerufene Lenkänderung feststellen. In Schritt 80 werden die Sensoren in einer ähnlichen Weise wie in Schritt 60 gelesen. Die verschiedenen Sensoren können alle oder einige der in der 3 dargestellten Sensoren umfassen. In Schritt 82 werden die auf die Räder wirkende Seitenkraft und der Seitenschlupfwinkel anhand der in Schritt 80 gelesenen Sensoren berechnet. Die Seitenkraft kann berechnet werden, indem ein gefiltertes Seitenbeschleunigungs-Signal a_y verwendet wird. Das heißt, F = may.
In Schritt 84 wird eine Änderung des Winkels des Lenkaktuators berechnet, um den Schlupfwinkel des Reifens zu verringern. In Schritt 86 wird die Seitenkraft erneut berechnet, um zu bestimmen, ob sie sich erhöht hat. Wenn die Seitenkraft sich nicht erhöht hat (N), wird der Schritt 84 erneut wiederholt. Falls die Seitenkraft sich erhöht hat (Y), wird in Schritt 86 der Schritt 88 ausgeführt. Im Schritt 88 wird die Änderung der Stellung des Aktu ators für die Lenkung bestimmt, um den Schlupfwinkel zu erhöhen. In Schritt 90 wird die Seitenkraft überprüft, um festzustellen, ob sie sich verringert hat. Wenn die Seitenkraft sich nicht verringert hat (N), wird der Schritt 88 erneut ausgeführt. Wenn die Seitenkraft sich in Schritt 90 verringert hat (Y), wird das Verfahren beginnend mit Schritt 80 wiederholt.
Wie ersichtlich ist, überwacht das in der 6 dargestellte Verfahren kontinuierlich die auf das Fahrzeug wirkende Seitenkraft. Damit kann gesagt werden, dass die 6 ein Spitzenwert suchendes Verfahren ist, so dass der Spitzenwert α_p, der der maximalen Seitenkraft F_latmax entspricht, erhalten wird. Es sollte auch bemerkt werden, dass dieses zweite Verfahren nicht von Änderungen in den Parametern bezüglich Reifen und Fahrzeug, radialen Belastungen, Änderungen im Radsturz, Reifendruck und Verschleiß sowie Änderungen im Schlupfwinkel abhängig ist. Durch die ständige Überwachung der Seitenkraft wird der Schlupfwinkel somit ständig annähernd auf den Wert des Spitzenschlupfwinkels α_p ausgerichtet. Es ist zu beachten, dass dies solange durchgeführt wird, wie das Kommando a (ohne Steuerung) des Fahrers größer als α_p ist. Die Stabilität des Fahrzeugs (Gieren und Seitenschlupf des Fahrzeugs) werden ständig überwacht, um die Stabilität aufrecht zu erhalten.
Bei der Durchführung der beiden Verfahren können verschiedene Arten der Lenkkontrolle durch verschiedene Steuersignale ausgeführt werden, was von den Eigenschaften des Fahrzeugs und des Lenksystems abhängig ist. Beispielsweise kann, wie oben beschrieben wurde, ein Zahnstangensystem gesteuert werden, um eine erwünschte Änderung am hinteren Lenkwinkel zu erzielen, indem ein temporäres Heck-Steuersignal verwendet wird, während die vorderen Räder nicht geändert werden. Natürlich kann die Richtung der Vorderräder durch Verwendung eines Vorderseiten-Steuersignals ebenfalls geändert werden, wenn die hintere Richtung geändert wird.
Bei einem System mit unabhängig betätigbaren Vorderrädern kann der relative Lenkwinkel zwischen den Vorderrädern durch die Lenksteuerung 38 geändert werden, ohne dass die Stellung des Hinterrades geändert oder überprüft wird. Dies kann durch eine unabhängige Steuerung der Vorderräder oder durch gleichzeitige Steuerung der Vorderräder erfolgen. Jedes Rad in einem unabhängigen System kann auf ein entsprechendes vorderes rechtes, vorderes linkes, hinteres rechtes oder hinteres linkes Steuersignal reagieren.
In einem System mit unabhängig betätigbaren Hinterrädern kann der relative Lenkwinkel zwischen den Vorderrädern in Abhängigkeit von dem ermittelten Rollverhalten durch die Lenksteuerung 38 geändert werden, ohne dass die Stellung der Vorderräder geändert oder überprüft wird. Dies kann durch eine unabhängige Steuerung der Hinterräder oder eine gleichzeitige Steuerung der Hinterräder erfolgen.
Während hier die speziellen Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, sind zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen für einen Fachmann offensichtlich.

Claims

Steuerungssystem für ein Kraftfahrzeug, das einen Lenkaktuator aufweist, mit: einer Vielzahl von Sensoren, die eine Vielzahl von Signalen erzeugen, die gemessenen dynamischen Bedingungen des Fahrzeugs entsprechen, und einer mit der Vielzahl von Sensoren verbundenen Reglereinheit, wobei die Reglereinheit geeignet ist, einen Reibungskoeffizienten der Straßenoberfläche zu ermitteln, einen maximal zulässigen, auf dem Reibungskoeffizienten der Straßenoberfläche basierenden Schlupfwinkel zu berechnen, einen berechneten Schlupfwinkel in Abhängigkeit von den gemessenen dynamischen Bedingungen des Fahrzeugs zu ermitteln und den Winkel eines Lenkrad-Aktuators zu vermindern, wenn der berechnete Seitenschlupfwinkel größer als der maximale Schlupfwinkel ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkaktuator einen Aktuator für das rechte Vorderrad und einen Aktuator für das linke Vorderrad umfasst.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkaktuator des rechten Vorderrades und der Lenkaktuator des linken Vorderrades unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dgd die Reglereinheit unter Verminderung des Winkels des Lenkrad-Aktuators ein vorderes rechtes Steuersignal und ein vorderes linkes Steuersignal erzeugt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkaktuator einen hinteren Lenkaktuator und einen vorderen Lenkaktuator aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglereinheit geeignet ist, ein hinteres Lenkungssteuerungssignal unter Verminderung des Winkels des Lenkrad-Aktuators zu ermitteln.
Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs mit einem Lenkaktuator, umfassend die Schritte: Ermitteln eines Reibungskoeffizienten für die Straßenoberfläche; Berechnen eines maximal zulässigen Schlupfwinkels auf der Basis des Reibungskoeffizienten für die Straßenoberfläche; Ermitteln eines berechneten Seitenschlupfwinkels in Abhängigkeit von den gemessenen dynamischen Bedingungen für das Fahrzeug, und Reduzieren eines Winkels des Lenkrad-Aktuators, wenn der berechnete Seitenschlupfwinkel größer als der maximal zulässige Schlupfwinkel ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduzieren das Reduzieren des Winkels des Lenkrad-Aktuators umfasst, wenn der berechnete Seitenschlupfwinkel größer als der maximale Schlupfwinkel ist, bis der berechnete Seitenschlupfwinkel im wesentlichen gleich dem maximalen Schlupfwinkel ist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduzieren das Reduzieren des Winkels des Lenkrad-Aktuators unabhängig von einem handbetätigten Lenkrad umfasst, wenn der berechnete Seitenschlupfwinkel größer als der maximal zulässige Schlupfwinkel ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln eines berechneten Seitenschlupfwinkels in Abhängigkeit von den gemessenen dynamischen Bedingungen für das Fahrzeug das Messen einer Seitenbeschleunigung, einer Radgeschwindigkeit, einer Gierrate und eines Lenkradwinkels umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Schlupfwinkel größer als ein Spitzenwert des Schlupfwinkels ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduzieren des Winkels eines Lenkrad-Aktuators unabhängig von der Stellung des handbetätigten Lenkrades ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduzieren des Winkels eines Lenkrad-Aktuators zusätzlich zum Einstellen des Handlenkrades vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduzieren des Winkels eines Lenkrad-Aktuators das Ansteuern eines vorderen Lenkaktuators umfasst, wenn der berechnete Seitenschlupfwinkel größer als der maximale Schlupfwinkel ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduzieren des Winkels eines Lenkrad-Aktuators das Ansteuern eines hinteren Lenkaktuators umfasst, wenn der berechnete Seitenschlupfwinkel größer als der maximale Schlupfwinkel ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduzieren des Winkels eines Lenkrad-Aktuators das Ansteuern eines vorderen rechten Lenkaktuators umfasst, wenn der berechnete Seitenschlupfwinkel größer als der maximale Schlupfwinkel ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduzieren des Winkels eines Lenkrad-Aktuators das Ansteuern eines vorderen linken Lenkaktuators umfasst, wenn der berechnete Seitenschlupfwinkel größer als der maximale Schlupfwinkel ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximal zulässiger Schlupfwinkel und eines Spit zenwert für den Schlupfwinkel auf der Basis des Reibungskoeffizienten für die Straßenoberfläche berechnet wird und ein Winkel des Lenkrad-Aktuators, um den berechneten Seitenschlupfwinkel zwischen dem Spitzenwert des Seitenschlupfwinkels und dem maximal zulässigen Schlupfwinkel zu halten, geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regeln eines Winkels des Lenkrad-Aktuators das Reduzieren des Winkels des Lenkrad-Aktuators umfasst, wenn der Lenkwinkel kleiner als der Spitzenwert des Schlupfwinkels ist.