DE19846352A1 - Verhaltenssteuersystem für ein Fahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verhaltenssteuersystem für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Wenn eine übermäßige Antriebskraft auf Antriebsräder eines Fahrzeugs auf einer schlüpfrigen Straßenoberfläche einwirkt, unterliegen die Antriebsräder einem Schlupf. Wenn dies geschieht, kann sich das Fahrzeug drehen. Eine ähnliche Situation kann ebenfalls beim Bremsen auftreten. Wenn eine übermäßige Bremskraft auf Fahrzeugräder auf einer schlüpfrigen Straßenoberfläche einwirken, beginnen die Räder durchzudrehen und Bremsen ist nicht länger möglich. Auf einer schlüpfrigen Straße kann das Lenken zusätzlich manchmal zu einem seitlichen Nach-außen-Schieben des Fahrzeugs führen. Der Verlust der Steuerbarkeit und Stabilität des Fahrzeugs steht somit häufig damit im Zusammenhang, daß die Antriebs- oder Bremsräder Schlupf unterliegen oder ein abruptes Steuern erfolgt. Eine Kontrolle, die sicherstellt, daß eine aufgebrachte Antriebskraft unterhalb der Schlupfschwelle ist, so daß die Antriebsräder nicht durchdrehen, daß irgendeine aufgebrachte Bremskraft unterhalb der Schlupfschwelle ist, so daß die bremsenden Räder packen, und ein abruptes Steuern vermieden wird, ist daher wünschenswert. Elektronische Steuer­ systeme für Bremsen und Fahrzeugstabilitätssteuersysteme (VSC) sind bekannt. ABS ist ein typisches elektronisches Steuersystem für Bremsen. Beim ABS sind die Fahrzeugräder mit Rotationssensoren versehen, wobei dann, wenn festgestellt wird, daß die Raddrehung bei hohem Bremsdruck aufhört, angenommen wird, daß zwischen dem Rad und der Straßenoberfläche Schlupf aufgetreten ist, woraufhin der Bremsdruck intermittierend aufgebracht wird. ABS wird weitgehend in Personen- und Lastkraftwagen verwendet und ermöglicht es, daß ein Fahrzeug während des Bremsens wirksam gesteuert werden kann. Ein Anti-Skid-System ist ein typisches Fahrzeugstabilitätssteuersystem, bei dem der beabsichtigte Fahrkurs aus dem vom Fahrer vorgegebenen Steuerungswinkel abgelesen wird und dann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit für diesen Kurs zu groß ist, automatisch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs verringert wird, selbst wenn der Fahrer das Bremspedal noch nicht betätigt hat. Unter solchen Umständen wird ein Anti-Skid- System auch andere Steuerungsarten wie das Verteilen des rechten und linken Bremsdruckes in solcher Weise vornehmen, daß das Fahrzeug nicht vom Kurs abgelangt.

Aus JP 63-279976 A und JP 2-112755 A sind Verhaltenssteuersysteme für Fahrzeuge bekannt. Wenn ein Fahrer ein fahrendes Fahrzeug steuert, ändert sich die Orientierung des Fahrzeugs und das Fahrzeug schlingert. Wenn dies geschieht, wird in dem Fall, in dem der Reifen eines innen befindlichen Rades, das durch das Steuern gedreht wird, seine Greifgrenze auf der Straßenoberfläche erreicht, dieses innenseitige Rad angehoben und das Fahrzeug beginnt auszubrechen. Wenn bei­ spielsweise das Fahrzeug geradeaus fährt und der Fahrer nach links steuert, wird das Fahrzeug nach rechts kippen. Unter normalen Bedingungen wird das Fahrzeug entsprechend dem Steuerungseingang gedreht, wenn jedoch der Steuerungsgrad zu groß für die Fahrgeschwindigkeit ist, neigt das linke Rad zum Abheben, während das Fahrzeug nach rechts kippt mit dem Ergebnis, daß das Fahrzeug nach rechts in bezug auf die vom Fahrer beabsichtigte Richtung fährt. Fahrzeugverhalten dieser Art verursacht ein Verlassen der Spur und in Extremfällen ein Überschlagen.

Es ist bekannt, eine Einrichtung zum Vorhersagen des Punktes vorzusehen, an dem das Anheben des innerseitigen Rades beginnt, und den auf die Räder einwirkenden Bremsdruck zu kontrollieren, bevor ein derartiges Abheben des Rades beginnt. Hierbei wird unter gewöhnlichen Fahrbedingungen die Größe und Geschwindigkeit der Steuerungseingabe, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Ge­ schwindigkeit der seitlichen Bewegung des Fahrzeugs und die Änderungsrate der Fahrzeugorientierung (d. h. die Gierungsrate, die die Winkelbeschleunigung um eine senkrechte Achse am Schwerpunkt des Fahrzeugs ist) festgestellt, wobei diese Daten dann verarbeitet werden. Die Kontrolle des Bremsdruckes, der auf die Räder angewandt wird, verhindert ein Nach-außen-Schieben des Fahrzeugs durch Anlegen eines größeren oder kleineren Bremsdruckes an ein bestimmtes Rad, anstatt immer den gleichen Bremsdruck auf alle Räder anzuwenden. Detaillierte Studien wurden hinsichtlich derartiger Systeme durchgeführt, die nicht nur ihre theoretischen und Auslegungsaspekte, sondern auch ihre ökonomischen Aspekte und Lebensdauer abdeckten, so daß kommerzielle Systeme für Automobile nunmehr erhältlich sind.

Ein bekanntes System dieser Art umfaßt das Berechnen der Gierungsrate aus Parametern, die sich auf laufende Fahroperationen einschließlich des Steuerns und Bremsens beziehen, sowie aus Parametern, die sich auf das laufende Fahrzeugverhalten beziehen (d. h. aus Realzeitparametern), wobei automatisch der auf die Räder ausgeübte Bremsdruck gesteuert wird, wenn diese kalkulierte Gierungsrate beurteilt wird, daß sie eine Größe annimmt, bei der die Wahrscheinlichkeit eines seitlichen Ausbrechens besteht, wobei eine derartige Größe vorher im Fahrzeug eingegeben und gespeichert worden ist. Dementsprechend wird die Wahrscheinlichkeit eines Ausbrechens durch Realzeitberechnung aus Fahrbetriebseingaben und aus Fahrzeugverhaltensdaten beurteilt, wobei letztere die Ausgänge von verschiedenen Sensoren sind.

Wenn man beispielsweise voraussetzt, daß ein Fahrer nach rechts steuert, um eine leichte Rechtskurve mit hoher Geschwindigkeit zu nehmen, und daß das Fahrzeug nach außen zu schieben beginnt, aus der vorgesehenen Spur herausdriftet und in die linke Spur eindringt, wird der Fahrer die Bremsen betätigen, woraufhin eine Bremskraft auf die Räder einwirkt. Gleichzeitig steuert das Verhaltenssteuersystem automatisch diese Bremskraft, so daß anstatt gleichmäßig auf jedes Rad verteilt zu werden, eine größere Bremskraft auf die rechten Räder ausgeübt wird. Dies erzeugt eine Kraft, die auf das Fahrzeug wirkt, so daß dieses nach rechts zurückgezogen wird.

Die vorstehenden Erläuterungen betreffen den Fall, in dem der Fahrer die Bremsen betätigt. Wenn jedoch ein Fahrzeug noch nicht aus der Spur gedriftet ist, wenn der Ausgang der an dem Fahrzeug installierten Sensoren anzeigt, daß eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür besteht, daß das Fahrzeug beginnt, nach außen zu schieben, stellt dies das Verhaltenssteuersystem automatisch fest und bringt eine Bremskraft auf einige der Räder auf, um so das Fahrzeugverhalten zu stabilisieren.

Wenn jedoch die Räder auf der Straßenoberfläche in der Richtung, in der das Fahrzeug fährt, schlüpfen, wird sich eine kleinere Änderung in der Fahr­ zeugorientierung relativ zur Größe der Steuerungseingabe ergeben und die Kraft, die bewirkt, daß das Fahrzeug nach außen schiebt, wird dann viel schwächer sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verhaltenssteuersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, das es ermöglicht, ein eventuelles Schlüpfen der Räder auf der Straßenoberfläche bei der Verhaltenssteuerung zu berücksichtigen.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Beziehung zwischen der Längsbeschleunigung Gx und dem Schlupfverhältnis s eines Fahrzeugs (nachstehend als "Radcharakteristik" bezeich­ net) variiert entsprechend dem Reibungskoeffizienten zwischen den Rädern und der Straßenoberfläche. Es ist daher zweckmäßig, im voraus die Radcharakteristika jeweils für eine Vielzahl von Reibungskoeffizienten aufzuzeichnen und eine Radcharakteristik entsprechend dem Zustand der Straßenoberfläche auszuwählen und zu verwenden. In der Praxis ist es ausreichend, die Radcharakteristiken für drei Reibungskoeffizienten, nämlich für hohe, mittlere und niedrige Reibung, vorab aufzuzeichnen. Die Lehre der JP 4-135923 A kann verwendet werden, um den aktuellen Zustand einer Straßenoberfläche zu bewerten. Wenn ein Rad relativ zu einer Straßenoberfläche Schlupf hat, wird der Zustand der Straßenoberfläche automatisch und in Realzeit aus der Brems- oder Antriebskraft, die auf das Rad angewendet wird, festgestellt. Es ist auch möglich, hierzu das nachstehend be­ schriebene Prinzip anzuwenden.

Die seitliche Beschleunigung Gy eines fahrenden Fahrzeugs ist gegeben durch:

Gy = V((dβ/dt) + ω)

wobei V die Fahrzeuggeschwindigkeit, β der Fahrzeugschlupfwinkel, dω/dt die Ableitung des Schlupfwinkels β zur Zeit und ω die Gierungsrate ist.

Die seitliche Beschleunigung Gy, die Fahrzeuggeschwindigkeit V und die Gierungsrate ω werden als elektrische Signale durch Sensoren für die seitliche Beschleunigung, die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Gierungsrate gelesen und die Ableitung des Fahrzeugschlupfwinkels β in bezug zur Zeit durch folgende Formel erhalten:

dβ/dt = (Gy/V)-ω

wobei der Schlupfwinkel β durch Integrieren der Ableitung dβ/dt des Schlupfwinkels β über die Zeit integriert wird. In dieser Stufe handelt es sich tatsächlich um die Fahrzeuggeschwindigkeit V', die von der Drehgeschwindigkeit eines Rades erhalten wird, die als Fahrzeuggeschwindigkeit V verwendet wird. Der Schlupfwinkel βf des Vorderrades wird aus dem berechneten Schlupfwinkel β und dem Abstand Lf des Fahrzeugschwerpunktes von der Vorderachse erhalten durch:

βf = β + (Lf/V)ω-δ

wobei δ der Steuerwinkel der Vorderräder ist.

Wenn Ff die auf ein Vorderrad wirkende Seitenkraft und Fr die auf ein Hinterrad wirkende Seitenkraft ist, ergibt sich für die Drehung um den Fahrzeug­ schwerpunkt:

I(dω/dt) = 2Ff.Lf-2Fr.Lr

und für die seitliche Richtung des Fahrzeugs:

M.Gy = 2Ff + 2Fr.

Die Seitenkraft Ff auf ein Vorderrad kann daher aus diesen beiden Gleichungen und gespeicherten numerischen Werten berechnet werden:

Ff = (I(dω/dt) + M.Gy.Lr)/2(Lf + Lr).

Der Reibungskoeffizient µ zwischen den Vorderrädern und der Straßen­ oberfläche wird erhalten aus βf und Ff unter Verwendung der Formel:

µ = Ff/Kf.βf)

wobei Kf die Kurvenkraft, eine Konstante, ist, die aus der Reifenauslegungs­ spezifikation erhalten wird. Diese Art der Abschätzung des Reibungskoeffizienten ist bevorzugt, jedoch können auch andere Abschätzungsmethoden verwendet werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbil­ dungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Verhaltenssteuersystems für ein Fahrzeug.

Fig. 2 zeigt perspektivisch die Anordnung des Verhaltenssteuersystems von Fig. 1 in einem Fahrzeug.

Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Ablaufs der Verhal­ tenssteuerung.

Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm zur Erläuterung, wie Parameter eines Fahr­ zeugmodells auf den neusten Stand gebracht werden.

Fig. 5a, b und c zeigen Eingangsdaten von Steuerungswinkel, Gierungsrate und Schlupfwinkel für das Verhaltenssteuersystem.

Fig. 6a und b zeigen ein Beispiel einer Übertragungsfunktion im Verhaltenssteuersystem.

Fig. 7a und b zeigen ein anderes Beispiel einer Übertragungsfunktion im Verhaltenssteuersystem.

Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm bezüglich der Steuerung der Brems- oder Antriebskraft im Verhaltenssteuersystem.

Fig. 9a und b zeigen charakteristische Diagramme der Beziehung zwischen Schlupfverhältnis und Längsbeschleunigung Gx.

Fig. 10a zeigt ein charakteristisches Diagramm der Beziehung zwischen Schlupfwinkel und Seitenkraft und Fig. 10b ein charakteristisches Diagramm der Beziehung zwischen Beschleunigung und Seitenkraft.

Fig. 11 zeigt ein Flußdiagramm zur Abschätzung des Reibungs­ koeffizienten auf der Straßenoberfläche.

Fig. 12 dient zur Erläuterung der Verwendung des Schlupfwinkels bei der Abschätzung des Reibungskoeffizienten auf der Straßenoberfläche gemäß einer Ausführungsform.

Das dargestellte Verhaltenssteuersystem 1 umfaßt Mittel zum Speichern von Konstanten für ein Fahrzeugmodell, umfassend die Fahrzeugmasse M, den Abstand des Fahrzeugschwerpunktes von der Vorderachse Lf, den Abstand des Fahrzeugschwerpunktes von der Hinterachse Lr und das Trägheitsmoment I um den Fahrzeugschwerpunkt, Mittel zum Aufnehmen der Ausgänge eines Längsbeschleuni­ gungssensors 18, eines Seitenbeschleunigungssensors 4, eines Fahrzeuggeschwin­ digkeitssensors 5 und eines Gierungsratensensors 6 und zum Messen der Fahrzeuglängsbeschleunigung Gx und der Seitenbeschleunigung Gy, der Fahr­ zeuggeschwindigkeit V', wie sie von einem Raddrehzahlsensor erhalten wird, und der Fahrzeuggierungsrate ω als elektrische Signale, Mittel zum Berechnen des Fahrzeug­ verhaltens aus dem Fahrzeugmodell und diesen elektrischen Signalen sowie Mittel zum individuellen und automatischen Steuern der auf ein Rad wirkenden Brems- oder Antriebskraft auf der Basis der durch die Mittel zum Berechnen berechneten Ergebnisse. Als Mittel zum Berechnen der Radkraft ist ein Mittel 2 zum Berechnen der Reifenkraft vorgesehen und die Beziehung zwischen der Längsbeschleunigung Gx des Fahrzeugs und dem Schlupfverhältnis s des Rades, an dem die Fahrzeuggeschwindigkeit V' gemessen wird, ist bekannt. Die Mittel zum Berechnen der Radkraft umfassen Mittel, die das Schlupfverhältnis s dieses Rades aus der gemessenen Längsbeschleunigung Gx, die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit V durch Verwendung des Schlupfverhältnisses s zum Korrigieren der Fahrzeugge­ schwindigkeit V' sowie die Längskraft Fx erhalten, die auf jedes Rad wirkt, indem das Schlupfverhältnis jedes Rades aus der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit V und der Drehzahl jedes Rades berechnet wird. Die Mittel zum Berechnen der Radkraft umfassen Mittel zum Erhalten des Vorderrad- und des Hinterradschlupfwinkels βf und βr aus der tatsächlichen Geschwindigkeit V, der seitlichen Beschleunigung Gy und der Gierungsrate ω des Fahrzeugs, den Abständen Lf und Lr des Fahrzeugschwer­ punktes von seiner Vorder- bzw. Hinterachse und dem Steuerwinkel δ und zum Erhalten der Seitenkraft, die tatsächlich auf jedes Rad wirkt, aus den Schlupfwinkeln βf und βr und der Brems- und Antriebskraft, die tatsächlich auf jedes Rad wirkt.

Das Verhaltenssteuersystem 1 umfaßt auch ein automatisches Brems­ steuersystem 3 (ABS) als Teil seines Steuerausgangssystems. ABS 3 sammelt die Ausgänge der Raddrehzahlsensoren 10, die an Vorderrädern 8 und Hinterrädern 9 vorgesehen sind, und die Ausgänge von Bremsdrucksensoren 12, die an Brems­ verstärkern 11 vorgesehen sind, und bringt Bremsdruck intermittierend auf, wenn Schlupf auftritt.

Die Ausgänge von verschiedenen Sensoren sind mit dem Verhal­ tenssteuersystem 1 zum Liefern von zusätzlicher Steuerinformation verbunden, die zur Verhaltensstabilitätssteuerung erforderlich ist. Diese Sensoren umfassen einen Steuerwinkelsensor 14, der den Steuerwinkel eines Steuerrades 13 erfaßt, einen Reglersensor 16, der an einem elektronischen Regler 15 vorgesehen ist, und einen Schlingergeschwindigkeitssensor 17, der die Fahrzeugschlingergeschwindigkeit feststellt. Vom Verhaltenssteuersystem 1 werden Steuersignale an die Bremsver­ stärker 11 zum Bremsen und an den elektronischen Regler 15 geschickt.

Zwar beziehen sich Fig. 1 und 2 auf ein zweiachsiges Fahrzeug, jedoch kann das Verhaltenssteuersystem auch bei drei- oder vierachsigen Nutzfahrzeugen Verwendung finden.

Das Verhaltenssteuersystem 1 ist ein elektronisches Gerät mit einem programmgesteuerten Computerschaltkreis. Es empfängt eingangsseitig Daten zum Fahrbetrieb und Fahrzeugverhalten, berechnet den dynamischen Zustand des Fahrzeugs und führt eine Verhaltenssteuerung durch, indem dem Fahrzeug modifizierte Eingänge zugeführt werden, die durch Modifizieren der Fahrbetriebs- und der Störungseingänge entsprechend dem berechneten dynamischen Zustand zu sichereren Werten hin modifiziert werden. Das Verhaltenssteuersystem 1 umfaßt ein numerisches Modell, das die physikalischen Eigenschaften des Fahrzeugs als numerische Werte enthält, und einen "Beobachter", der als Daten die Fahr­ betriebseingänge des Fahrzeugs sammelt und von dem numerischen Modell Gebrauch macht, um die Fahrzeugansprache in Form von Übergangsfunktionen abzuschätzen. Übergangsfunktionen werden unter Verwendung eines Autoregres­ sionsmodell berechnet, indem die Daten X(k) zur Zeit k durch Werte ausgedrückt werden, die durch Multiplizieren vergangener Daten zu einer Zeit m durch ent­ sprechende Gewichtungskoeffizienten A(m) für jede Datumsabgriffszeit erhalten werden.

Wenn sich beispielsweise das aufgenommene Gewicht ändert oder wenn sich die Anordnung der Ladung ändert oder wenn sich die Anzahl der Passagiere ändert, wird das Verhalten des numerischen Fahrzeugmodells nicht länger dem tatsächlichen Verhalten gerecht. Wenn dies geschieht, werden die Parameter, die vorab in dem numerischen Modell des Fahrzeugs gehalten werden, automatisch geändert, so daß sie das Fahrzeugverhalten treffen. Dieses Auf-den-neusten-Stand­ bringen wird durchgeführt, wenn das Fahrzeug sicher fährt, d. h. wenn das Fahrzeugverhalten relativ zu den Fahrbetriebs- und Störungseingängen sich in sicheren Grenzen befindet.

Ein Beispiel eines Kontrollablaufs des Verhaltenssteuersystems 1 im Falle einer normalen Steuerung ist in Fig. 3 gegeben.

Wenn sich die Lastbedingungen oder die Anzahl der Passagiere ändern, wird die Steuerung, wie sie beispielhaft in Fig. 4 dargestellt ist, erfolgen und die Parameter des Fahrzeugmodells auf den neusten Stand gebracht. Dies wird automatisch durch konstantes Überwachen, ob eine Anpassung erforderlich ist oder nicht, vorgenommen. Die Fahrzeugübertragungsfunktion wird durch ein Auto­ regressionsmodell berechnet. Das Auf-den-neusten-Stand-bringen gemäß Fig. 4 wird im Schritt S4 von Fig. 3 durchgeführt. Unter Verwendung eines Autoregres­ sionsmodells wird in dieser Weise sichergestellt, daß die durchgeführte Steuerung an die derzeitigen Bedingungen angepaßt ist.

Fig. 5 zeigt Beispiele von Eingangsdaten mit dem Steuerungswinkel in Fig. 5a, der Gierungsrate in Fig. 5b und der Seitenbeschleunigung in Fig. 5c. Die Horizontalachse zeigt die Zeit (in sec) und ist die gleiche in allen drei Fällen. Wenn das Steuerrad 13 betätigt wird, detektiert der Steuerwinkelsensor 14 dies und sendet das Fahrbetriebsdatum, das in Fig. 5a gezeigt ist, zum Verhaltenssteuersystem 1. Der Gierungsratensensor 6 detektiert die dieser Steuerungsoperation zugeordnete Gierungsrate und sendet das Ansprechdatum, das in Fig. 5b gezeigt ist, zum Verhaltenssteuersystem 1. Gleichzeitig detektiert der Seitenbeschleunigungssensor 4 die Seitenbeschleunigung und sendet das Ansprechdatum, das in Fig. 5c gezeigt ist, an das Verhaltenssteuersystem 1. Anders ausgedrückt, zeigt Fig. 5a die Fahrbetriebseingabe und Fig. 5b und c die Ansprache hierauf, die das Verhalten des Fahrzeugs anzeigen.

Das Verhaltenssteuersystem 1 berechnet die Übertragungsfunktionen für dieses Fahrzeug auf der Basis dieser Daten. Eine Übertragungsfunktion ist eine komplexe Funktion und kann, um ein spezifisches Beispiel zu nehmen, dargestellt werden, indem die Frequenz auf der horizontalen Achse und Amplitude und Phase auf vertikalen Achsen aufgetragen werden. Verwendet man ein vergleichsweise einfaches Beispiel, bilden die Amplitudencharakteristika eine sanfte Kurve, die zu sich vergrößernder Frequenz abwärtsgeneigt verläuft, während die Phasencharakteristika eine entsprechende Kurve bilden, die ebenfalls nach rechts geneigt verläuft. Fig. 6a bzw. b illustrieren die Frequenzabhängigkeit von Amplitude und Phase der Gierungsrate. Fig. 7a bzw. b illustrieren die Frequenzabhängigkeit von Amplitude und Phase für die Seitenbeschleunigung. Diese Graphen zeigen Übergangsfunk­ tionen, die auf der Basis von aktuellen Daten berechnet wurden.

Wenn Übergangsfunktionen auf diese Weise bestimmt werden, wird die Verhaltenssteuerung wie folgt durchgeführt: die dynamischen Charakteristika des Fahrzeugs werden unter Verwendung dieser Übergangsfunktionen berechnet und dann, wenn eine abnorme Bewegung über ein vorbestimmtes festes Kriterium hinausgehend vorhergesagt wird, wird ein unterschiedlicher Bremsdruck auf jedes Rad ausgeübt, wodurch eine anormale Bewegung des Fahrzeugs unterdrückt wird. Da es sich hierbei um die gleiche Technik handelt, wie sie in bekannter Weise bei Kraftfahrzeugen verwendet wird, wird hierzu keine detaillierte Erläuterung gegeben. Jedoch wird erfindungsgemäß diese Technik in ein konventionelles Fahrzeug (Lastfahrzeug oder Bus) derart implementiert, daß die Übertragungsfunktionen (welche die Fahrzeugansprachen ausdrücken) ihrerseits Änderungen entsprechend den Parametern wie den Ladebedingungen und der Anzahl und Anordnung von Passagieren unterliegen. Hierdurch werden die Übertragungsfunktionen auf den neusten Stand gebracht.

Dies wird anhand von Fig. 6 erläutert, wobei gestrichelt eine Übertragungsfunktion gespeichert ist, die vorher in dem numerischen Modell gespeichert war. Dieses Modell setzt eine Standardbelastung von etwa einem Drittel der maximalen Ladekapazität voraus. Wenn zusätzliche Ladung hinzugefügt wird, ändert sich sowohl das Gesamtgewicht als auch der Schwerpunkt. Als Ergebnis hiervon ist natürlich die Ansprache des Fahrzeugs auf den gleichen Steuereingang unterschiedlich. Anders ausgedrückt, wurde die vorher gespeicherte Übertragungs­ funktion geändert. Wenn die Übertragungsfunktion in Übereinstimmung mit dem Fahrzeugverhalten, wie es durch die Sensoren detektiert wird, erneut berechnet wird, ergibt sich die durchgezogene Kurve, die unterschiedlich von der vorher gespeicherten Übertragungsfunktion ist. Diese Berechnung wird automatisch durchgeführt, wie im Zusammenhang mit Fig. 4 erläutert. Wenn dieser Unterschied, d. h. der gestrichelte Bereich in Fig. 6a, größer als eine vorbestimmte Grenze ist, wird das gespeicherte Modell selbst auf den neusten Stand gebracht, wie durch die durchgezogene Linie angedeutet ist, und zwar auf die neu berechneten Werte, die den derzeitigen Fahrzeugzustand reflektieren. Dies wird wiederum automatisch durchgeführt, so daß eine geeignete Verhaltenssteuerung durchgeführt werden kann, selbst wenn sich die Last oder die Anzahl der Passagiere geändert hat.

Eine Steuerung der Brems- bzw. Antriebskraft wird im Schritt S4 von Fig. 3 entsprechend dem Flußdiagramm von Fig. 8 durchgeführt. Wenn das Verhal­ tenssteuersystem 1 vom Ausgang der Bremsdrucksensoren 12 feststellt, daß die Bremsen betätigt wurden, sammelt es die Ausgänge des Gierungsratensensors 6 und des Steuerwinkelsensors 14 sowie ebenfalls die Detektionsausgänge der Rad­ drehzahlsensoren 10 des linken und rechten Vorderrades 8 und des linken und rechten Hinterrades 9. Es erhält ferner die Fahrzeuggeschwindigkeit V' aus der größeren der Raddrehzahlen der Vorderräder 8. Das heißt, es nimmt die Fahr­ zeuggeschwindigkeit V' entsprechend dem Rad mit der größeren Raddrehzahl als derjenigen, die der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit V näher ist.

Als nächstes sammelt das Verhaltenssteuersystem 1 den Detek­ tionsausgang Gx vom Längsbeschleunigungssensor 18 und die Reifenkraft­ berechnungseinheit 2 berechnet das Schlupfverhältnis sf. Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen der Längsbeschleunigung Gx, die durch das Bremsen erzeugt wird, und dem Schlupfverhältnis sf bei einem gegebenen Straßenoberflächenreibungs­ koeffizienten. Fig. 9a zeigt die Schlupfverhältnisse sf bei einem 1 g-Bremsen, während Fig. 9b die Schlupfverhältnisse sf bei 0,6 g-Bremsen zeigen. Reifeneigen­ schaften werden als Karten für unterschiedliche Straßenoberflächenreibungskoeffi­ zienten gespeichert und das Schlupfverhältnis sf wird aus der gemessenen Beschleunigung Gx erhalten.

Die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit V wird dann unter Verwendung dieses Wertes des Schlupfverhältnisses s mittels folgender Formel berechnet:

V = V'/(1-sf)

wobei 0 < sf < 1 mit 0 das Schlingern und mit 1 das Rutschen bezeichnet ist.

Als nächstes wird der wahre Schlupfwinkel β des Fahrzeugs mittels folgender Formel berechnet:

β = ∫((Gr/V-ω)dt

wozu die berechnete tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit V und die festgestellte Seitenbeschleunigung Gy sowie die Gierungsrate ω verwendet wird. Zusätzlich werden der Schlupfwinkel βf des Vorderrades und der Schlupfwinkel βr des Hinterrades mittels folgender Formeln berechnet:

βf= β + (Lf/V)ω-δ

βr = β-(Lr/V)ω

wobei der geprüfte Steuerwinkel δ der Vorderräder, der gespeicherte Abstand Lf der Vorderachse vom Fahrzeugschwerpunkt und der gespeicherte Abstand Lr der Hinterachse vom Fahrzeugschwerpunkt verwendet werden Gleichzeitig wird das Schlupfverhältnis jedes Rades aus der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit V und der Drehzahl jedes Rades berechnet, wobei die tatsächliche Bremskraft auf jedes Rad erhalten wird. Dies ist die Eingabe zum Fahrzeugmodell als Längskraft Fx.

Fig. 10a zeigt charakteristische Kurven der Beziehung zwischen der Seitenkraft Fy und dem Schlupfwinkel β bei Beschleunigungen von 0 g, 0,6 g und 1 g, die durch Bremsen erzeugt werden. Fig. 10b ist eine charakteristische Kurve, die die Beziehung zwischen der Seitenkraft Fy und der Beschleunigung Gx während des Bremsens bei einem vorgegebenen Schlupfwinkel zeigt.

Fy, die Seitenkraft, die abwärts eingestellt wird, um der Schlupfwirkung Rechnung zu tragen, wird aus der Beschleunigung aufgrund des Bremsens gefunden, das aus dem berechneten Schlupfwinkel βf und βr der Vorder- und Hinterräder berechnet wird, sowie aus der Längskraft Fx. Diese angepaßte Seitenkraft Fy wird dann in das Fahrzeugmodell eingegeben.

Um das Schlupfverhältnis s aus der gemessenen Längsbeschleunigung Gx zu bestimmen ist es notwendig, den Reibungskoeffizienten µ auf der Straßenoberfläche zu kennen. Ein Verfahren zum Bestimmen von diesem in Realzeit wird nun anhand von Fig. 11 beschrieben.

Um den Reibungskoeffizienten µ auf der Straßenoberfläche zu bestimmen, werden die Fahrzeugmasse M, die Abstände Lf und Lr und das Trägheitsmoment I um den Fahrzeugschwerpunkt vorab als physikalische Konstanten, die sich auf das Fahrzeug beziehen, gespeichert. Zusätzlich werden die Detektorausgänge vom Sensor 4 für die seitliche Beschleunigung, dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 4 und dem Gierungsratensensor 6 als elektrische Signale gesammelt und die Seiten­ beschleunigung Gy des Fahrzeugs, die Fahrzeuggeschwindigkeit V und die Gierungsrate ω gemessen. In diesem Fall ist es ausreichend, als Fahrzeugge­ schwindigkeit V den Wert zu verwenden, der von der Raddrehzahl erhalten wird.

Setzt man β für den Fahrzeugschlupfwinkel und dβ/dt für die Ableitung des Schlupfwinkels β zur Zeit, wird die seitliche Beschleunigung gegeben durch:

Gy = V((dβ/dt) + ω).

Die Ableitung des Schlupfwinkels β in bezug zur Zeit kann daher aus dieser Gleichung unter Verwendung der gemessenen Werte berechnet werden, d. h.:

dβ/dt = (Gy/V)-ω.

Der Schlupfwinkel β kann dann durch Integrieren dieser zeitlichen Ableitung des Schlupfwinkels β über der Zeit berechnet werden.

Für die Drehrichtung des Fahrzeugs stehen das Trägheitsmoment I um den Fahrzeugschwerpunkt, die zeitliche Ableitung dω/dt) der Gierungsrate ω, die Seitenkraft auf die Vorderräder Ff, der Abstand Lf des Schwerpunkts von der Vorderachse, die Seitenkraft Fr auf die Hinterräder und der Abstand Lr der Hinterachse vom Schwerpunkt folgendermaßen in bezug zueinander:

I(dω/dt) = 2Ff.Lf-2Fr.Lr.

Für die Fahrrichtung des Fahrzeugs stehen die Fahrzeugmasse M, ihre seitliche Beschleunigung Gy, die Seitenkraft Ff auf die Vorderräder und die Seitenkraft Fr auf die Hinterräder wie folgt zueinander in Beziehung:

M.Gy = 2Ff + 2Fr.

Die Seitenkraft Ff, die auf die Vorderräder 8 einwirkt, kann aus diesen beiden Relationen erhalten werden:

Ff = (I(dω/dt) + M.Gy.Lr)/2(Ff + Lr).

Zusätzlich wird der Gesamtschlupfwinkel βf der Vorderräder 8 folgender­ maßen erhalten: Wie in Fig. 12 dargestellt, wird dann, wenn die Gierungsrate um den Schwerpunkt eines Fahrzeugs, das mit einer Geschwindigkeit V fährt, ω ist, der Schlupfwinkel an den Vorderrädern 8, ohne daß eine Steuerung ausgeübt wird, da der Abstand des Fahrzeugschwerpunkts von der Vorderachse Lf ist, gegeben durch:

β + (Lf/V)ω,

während dann, wenn ein Steuerungswinkel δ vorliegt, der Schlupfwinkel durch Subtrahieren des Steuerungswinkels δ vom Schlupfwinkel, bei dem keine Steuerung ausgeführt wird, erhalten. Dieser Netto-Schlupfwinkel ist daher gegeben durch folgende Beziehung:

βf = β + (Lf/V)ω-δ.

Mit einer Seitenführungskraft Kf und einer aus der reifen Gestal­ tungsspezifikation erhaltenen Konstante erhält man den Reibungskoeffizienten µ zwischen der Straßenoberfläche und den Vorderrädern 8 aus der Formel:

µ = Ff/(Kf.βf).

Durch Inbetrachtziehen des Radschlupfes in Fahrtrichtung des Fahrzeugs ist es dementsprechend möglich, recht genau die Kraft abzuschätzen, die auf das Fahrzeug einwirkt, um dieses nach außen zu schieben, so daß dies durch Steuerung der Brems- oder Antriebskraft verhindert werden kann, so daß sich eine Verhaltenssteuerung des Fahrzeugs mit hoher Präzision ergibt.

Claims (3)

1. Verhaltenssteuersystem für ein Fahrzeug mit Mitteln zum Speichern von Konstanten für ein Fahrzeugmodell, umfassend die Fahrzeugmasse, den Abstand Lf des Fahrzeugschwerpunkts von der Vorderachse, den Abstand Lr des Fahrzeugschwerpunkts von der Hinterachse und das Trägheitsmoment I um den Fahrzeugschwerpunkt, Mitteln (4, 5, 6, 18) zum Messen der Längs- und Seitenbeschleunigungen Gx und Gy des Fahrzeugs, der Fahrzeuggeschwindigkeit V', erhalten aus der Drehzahl eines Rades (8, 9) und der Gierungsrate ω des Fahrzeugs und zum Liefern der Meßwerte als elektrische Signale, Mitteln zum Berechnen des Fahrzeugverhaltens aus dem Fahrzeugmodell und den Meßwerten sowie Mitteln zum individuellen und automatischen Steuern der auf ein Rad (8, 9) wirkenden Brems- oder Antriebskraft, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Berechnen Mittel zum Berechnen der Rad kraft umfassen, die das Schlupfverhältnis zwischen den Rädern (8, 9) und der Straßenoberfläche in Fahrtrichtung des Fahrzeugs abschätzen, und die Längs- und Seitenkräfte Fx und Fy, die auf jedes Rad (8, 9) des Fahrzeugs unter diesen Schlupfverhältnissen wirken, erhalten.

2. Verhaltenssteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung zwischen der Längsbeschleunigung Gx und dem Schlupf­ verhältnis s des Rades (8), über das die Fahrzeuggeschwindigkeit gemessen wird, bekannt ist und die Mittel (2) zum Berechnen der Radkraft Mittel umfassen, die das Schlupfverhältnis s dieses Rades aus der gemessenen Längsbeschleunigung Gx, die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit V unter Verwendung des Schlupfverhältnisses s zum Korrigieren der Fahrzeuggeschwindigkeit V' sowie die Längskraft Fx erhalten, die auf jedes Rad (8, 9) wirkt, indem das Schlupfverhältnis jedes Rades (8, 9) aus der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit V und der Drehzahl jedes Rades (8, 9) berechnet wird.

3. Verhaltenssteuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Berechnen der Rad kraft Mittel zum Erhalten des Vorderrad- und Hinterradschlupfwinkels βf und βr aus der tatsächlichen Geschwindigkeit V, der Seitenbeschleunigung Gy und der Gierungsrate ω des Fahrzeugs, den Abständen Lf und Lr und dem Steuerwinkel δ und zum Erhalten der Seitenkraft, die tatsächlich auf jedes Rad (8, 9) wirkt, aus den Schlupfwinkeln βf und βr und der Brems- oder Antriebskraft, die tatsächlich auf jedes Rad (8, 9) wirkt, umfassen.