DE4123053C2 - Verfahren zur Bestimmung wenigstens einer Bewegungsgröße eines Fahrzeugs - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Giergeschwindigkeit ω und/oder die Quergeschwindigkeit v_y im Fahrzeug sowie die Schräglaufwinkel α und die Querkräfte F_y sind schwer bzw. nur mit teueren Sensoren meßbar. In der älteren Patentanmeldung gemäß der 40 30 653 ist die Ermittlung kleiner Schräglaufwinkel mit Hilfe eines teueren Gier­ sensors bekannt.

Solche Größen spielen aber bei der Fahrwerksregelung eine wichtige Rolle.

Vorteile der Erfindung

Bei der Erfindung werden mit preiswerten Sensoren die Querbeschleunigungen des Fahrzeugs vor und hinter dem Schwerpunkt sowie die Lenkwinkel der bei­ den Achsen gemessen, wobei der Hinterachslenkwinkel auch 0 sein kann (keine Hinterachslenkung). Es ergeben sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zuerst einmal die Quergeschwindigkeit und die Giergeschwindig­ keit. Hieraus lassen sich dann in einfacher Weise die Schräglaufwinkel α, die Reifenkräfte F_y und die Schwimmwinkel β ableiten.

Figurenbeschreibung

Wie in Fig. 1 dargestellt, wird die Reifendynamik bei bisherigen Betrach­ tungen durch eine lineare Gleichung mit konstantem Parameter C_α angenähert:

f_y = C_α . α (1)

Dieser Ansatz gilt nur für sehr kleine Schräglaufwinkel. Mit wachsendem Schräglaufwinkel stimmen die tatsächliche und die durch (1) modellierte Seitenkraft nicht mehr überein.

Es war daher die Aufgabe der Erfindung, zuerst einmal einen Ansatz für die Seitenkraft F_y zu liefern, der den ganzen Schräglaufbereich abdeckt. Mit Hilfe dieses Ansatzes wird dann ein technisch realisierbares Verfahren gefunden, das online aus den Meßgrößen δ_v, δ_h, a_yv, a_yh durch eine Kombi­ nation von adaptiven äquivalenten Kalman-Filtern zuerst die Giergeschwin­ digkeit ω und die Quergeschwindigkeit v_y und schließlich die Schräglauf­ winkel α und die Seitenkräfte F_y bestimmt.

Der erste Teil dieser Aufgabe wird durch den in Fig. 2 skizzierten Ansatz gelöst, der besagt, daß die Reifendynamik durch einen linearen Ansatz

F_y(α) = k_y(α) . α + h_y(α) (2)

mit veränderlichen Parametern k_y(α) und h_y(α) beschrieben werden kann.

Ein Vergleich zu dem Ansatz in (1) zeigt, daß

• - der Schräglaufbereich vollständig beschreibbar ist und
• - das Reifenverhalten durch unterschiedliche Parameter k_y(α) und h_y(α) in Abhängigkeit von α realitätsnäher beschrieben wird.

Die Schwierigkeit liegt darin, diese Parameter mit einfachen Mitteln zu bestimmen. Dies gelingt durch die in Fig. 3 gezeigte Anordnung. Liegen die Werte von α, k_y(α) und h_y(α) vor, dann läßt sich F_y einfach aus (2) bere­ chnen. Die Anordnung der Fig. 3 ist technisch realisierbar, es wird eine Schätzung von k_y, h_y und α wie folgt vorgenommen.

Eingangsgrößen des Schätzers sind die gemessene Querbeschleunigung a_yv vor dem Schwerpunkt, die gemessene Querbeschleunigung a_yh hinter dem Schwer­ punkt, der Lenkwinkel vorne δ_v und der Lenkwinkel hinten δ_h, die später benötigt werden.

Die Querbeschleunigungen werden einmal als Summe (Fig. 3, oberer Strang) und ein anderes Mal als Differenz (Fig. 3, unterer Strang) zusammengefaßt (Blöcke 1 und 2) und so weiterverarbeitet. So gliedert sich die Gesamt­ struktur des Schätzers in zwei Subsysteme, wobei die Subsysteme identische Strukturen beinhaltet und sich nur durch die Eingangsgrößen unterscheiden. Im weiteren soll daher nur noch ein Subsystem betrachtet werden.

Das Subsystem besteht aus zwei adaptiven äquivalenten Kalman-Filtern 3 und 4, wobei das Filter 3 die Seitenkraft nach Gleichung (1) annähert und das zweite erweiterte Filter 4 (E-) die Seitenkraft mit Hilfe der Gleichung (2) beschreibt. Jeder Filter liefert einen "Schätzwert der Eingangsgröße". Durch die Differenzbildung beider Schätzwerte (Differenzbildner 5) werden eine Funktion g(h_yv, h_yh) im oberen Subsystem und eine Funktion h(h_yv, h_yh) im unteren Subsystem von h_yv und h_yh gewonnen. Damit liegt ein lös­ bares Gleichungssystem mit zwei Gleichungen und zwei Unbekannten vor (Block 6). Zudem liefert die Schätzung mit dem Filter 4 die Parameter k_yv(α) und k_yh(α) aus den Beziehungen

Mit der Erfindung können also die Parameter k_yv, k_yh, h_yv und h_yh explizit bestimmt werden. Aus dem Parametervektor des Filters 4 können die Zustands­ größen Quergeschwindigkeit v_y und Giergeschwindigkeit ω rekonstruiert wer­ den (Ableitung siehe später). Aus diesen beiden Bewegungsgrößen läßt sich gemäß der folgenden Beziehung

der Schräglaufwinkel α berechenen, so daß nun alle Größen zur Berechnung der Querkräfte nach Gleichung (2) zur Verfügung stehen.

Im Filter 3 wird von der Basisgleichung für AkF ausgegangen:

wobei

y(k) = ay(k) = a_yv(k) ± a_yh(k)

u₁(k) = δ_v(k)

u₂(k) = δ_h(k)

sind.

Der Parametervektor

p = [p_y1 p_y2|p_u11 p_u12 P_u13|P_u21 P_u22 p_u23]^T

kann aus dem Datenvektor m(k - 1)

m(k - 1) = [y(k - 2) y(k - 3) u₁(k - 1) u₁(k - 2) u₁(k - 3) u₂(k - 1) u₂(k - 2) u₂(k - 3)]^T

und einem Fehler

mit Hilfe eines Schätzalgorithmus rekursiv berechnet werden:

wobei r(k) bei "stochastischer Approximation" z. B. wie folgt gewählt wird:

Der Zustandsrektor

x = [ω v_y]^T

kann dann wie folgt gewonnen werden:

wobei die Matrizen M . (k - 1) aus dem Datenvektor m ^T(k - 1) und der Paramter­ vektor .(k) aus dem Schätzvektor (k) abgelesen werden können:

In Filter 4 wird von der Basisgleichung für E-AkF ausgegangen:

wobei

y(k) = a_y(k) = a_yv(k) ± a_yh(k),

u₁(k) = δ_v(k),

u₂(k) = δ_h(k) und

u₃(k) = γ(k)

(γ(k) ist eine frei wählbare Funktion) sind.

Der Parametervektor

p = [p_y1 p_y2|p_u11 p_u12 p_u13|p_u21 p_u22 p_u23|p_u31 p_u32 p_u33]^T kann

aus dem Datenvektor m(k - 1)

m(k - 1) = [y(k - 2) y(k - 3)|u₁(k - 1) u₁(k - 2) u₁(k - 3)|

u₂(k - 1) u₂(k - 2) u₂(k - 3)|u₃(k - 1) u₃(k - 2) u₃(k - 3)]

und dem Fehler

mit Hilfe eines Schätzalgorithmus rekursiv berechnet werden:

wobei z. B. r(k) bei "stochastischer Approximation" wie folgt gewählt wird:

Der Zustandsrektor

x = [ω v_y]^T

kann dann wie folgt gewonnen werden

wobei die Matrizen M . (k - 1) aus dem Datenvektor m ^T(k - 1) und der Parameter­ vektor .(k) aus dem Schätzvaktor (k) abgelesen werden können:

Daraus können neben ω und v_y die anderen Bewegungsgrößen abgeleitet werden

Claims (1)

1. Verfahren zur Bestimmung wenigstens einer Bewegungsgröße (wie z. B. die Quer­ geschwindigkeit v_y, die Giergeschwindigkeit ω, der Schwimmwinkel β, die Schräglaufwinkel α_v, α_h und die Seitenkräfte F_yv, F_yh) eines Kraftfahr­ zeuges, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgrößen Querbeschleunigung a_yv vor und die Querbeschleunigung a_yh hinter dem Schwerpunkt bestimmt werden, daß diese Querbeschleunigungen in Form einer Summe (a_yv + a_yh) parallel zwei ersten adaptiven äquivalenten Kalman-Filtern (1. Filterpaar) und in Form einer Differenz (a_yv - a_yh) parallel zwei weiteren adaptiven äquiva­ lenten, gleich aufgebauten Kalman-Filtern (2. Filterpaar) zugeführt werden, daß ein Filter jedes Filterpaars (AkF) so ausgestaltet ist, daß es die Seitenkräfte F_y der Reifen nach Maßgabe der Beziehung
   F_y = C_α . α
   annähert, wobei α der Schräglaufwinkel und C_α eine Konstante ist, daß das andere erweiterte Filter (E-AkF) jedes Filterpaars so ausgestaltet ist, daß es die Seitenkräfte F_y der Reifen nach Maßgabe der Beziehung F_y = k_y(α) . α + h_y(α) annähert, wobei k_y(α) und h_y(α) von α abhängig veränderlich sind, daß aus den von den Filtern jedes Filterpaars abgegebenen Schätzwerten der Eingangs­ größen die Differenz gebildet wird, wodurch zwei Funktionen g(h_yv; h_yh) bzw. h(h_yv; h_yh) gewonnen werden, daß aus dem damit vorliegenden Gleichungssy­ stem mit zwei Unbekannten h_yv und h_yh diese bestimmt werden und zudem wenigs­ tens eine Größe der folgenden Größen k_yv, k_yh und ω, v_y als Schätzwert aus dem zuletzt genannten Filter (E-AkF) entnommen werden und daß gegebenen­ falls aus diesen Werten schließlich die anderen Bewegungsgrößen (wie z. B. der Schwimmwinkel β, die Schräglaufwinkeln α_v, α_h und die Seitenkräfte F_yv, F_yh) rekonstruiert werden.