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Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein System zum Reproduzieren des dynamischen Verhaltens eines Automobils oder Motorfahrzeugs und insbesondere ein solches System, welches entworfen ist, zum Verbessern der Analysegenauigkeit des dynamischen Verhaltens des Motorfahrzeugs durch Berücksichtigen der Fahrsituation, um hierdurch die Analysegenauigkeit eines Warnzeichens von beispielsweise einem Verkehrsunfall zu verbessern. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung das Reproduktionssystem des dynamischen Fahrzeugverhaltens, welches in der Lage ist, das dynamische Verhalten des Motorfahrzeugs mit hoher Genauigkeit bis zu einer kritischen oder Grenz-Stabilität (Stabilitätsgrenze) zu beschreiben durch Anpassen oder Adaption der Kurvensteifigkeit an individuellen Rädern des Motorfahrzeugs an die Fahrsituationen.

In den letzten Jahren gab es einen zunehmenden Trend zur Verwendung eines Fahrzeugmodells in Hinblick auf die Verbesserung des Systems zum Steuern der Bewegung des Motorfahrzeugs.

Das Fahrzeugmodell ist ein System zum Beschreiben des Verhaltens des Motorfahrzeugs vom Standpunkt der Motorfahrzeugdynamik aus (d.h. kurzgesagt, des Fahrzeugdynamikverhaltens). In diesem Zusammenhang wird bemerkt, dass unter anderem Technologien auf hoher Ebene vorgeschlagen worden sind zum Einrichten eines nicht-linearen Zustandsraummodells und eines nicht-linearen Zustandsbeobachters. Für weitere Details dieser Technologien kann Bezug genommen werden auf beispielsweise U. Kiencke und L. Nielsen: "AUTOMOTIVE CONTROL SYSTEMS" bzw. "AUTOMOBILSTEUERSYSTEME", Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2000. Nachstehend wird auf diese Veröffentlichung Bezug genommen als Literaturangabe [1].

In dem auf der Fahrzeugverhaltensdynamik basierenden konventionellen System wird das Fahrzeugverhalten primär mit einem linearen Modell eines fahrenden Fahrzeugs beschrieben unter Vernachlässigung von Schlingerbewegung und Schwanken des Fahrzeugs. In diesem Zusammenhang kann bezug genommen werden auf M. Mitschke: "DYNAMIK DER KRAFTFAHRZEUGE", Band C von "FAHRVERHALTEN", Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2. Ausgabe 1990. Nachstehend wird auf diese Veröffentlichung Bezug genommen als Literaturangabe [2].

Ferner ist auch als das vereinfachte bisher bekannte System ein solches System vorgeschlagen worden, in welchem ein mit "Kurvensteifigkeit" bzw. "Cornering Stiffness" bezeichneter Proportionalitätsfaktor im Zusammenhang mit dem Zusammenhang zwischen einem Seitenrutschwinkel der Reifen (auf den nachstehend als Reifenseitenrutschwinkel bezug genommen wird nur aus Bequemlichkeit der Beschreibung) und einer Seiten- oder Lateralkraft, die auf ein Rad einwirkt (welche nachstehend auch als Lateralradkraft bezeichnet wird). Für nähere Details kann bezug genommen werden auf DE 198 12 237 C1 und DE 198 51 978 A1.

Das Reproduktionssystem von dynamischem Fahrzeugverhalten für das vereinfachte, bisher bekannte, Fahrzeugbewegungssteuersystem leidet unter einem Problem, dass in der Situation, in welcher die Lateralbeschleunigung des Motorfahrzeugs relativ hoch ist, das Verhalten der Reifen nicht-linear wird, und demnach die Annahme des linearen (proportionalen) Zusammenhangs zwischen dem Reifenseitenrutschwinkel und der Lateralradkraft nicht mehr verlässlich ist, was demnach zu einer signifikanten Verschlechterung der Verlässlichkeit des Ergebnisses der Fahrzeugverhaltenreproduktion führt, als ein Ergebnis wovon die Beschreibung der Fahrzeugbewegung mit Hilfe des Fahrzeugmodells ungültig wird in der Situation, in welcher die Beschleunigung des Motorfahrzeugs in Lateralrichtung hoch ist (z.B. nicht niedriger als 4 m/s2).

RESÜMEE DER ERFINDUNG

Im Lichte des oben beschriebenen Standes der Technik ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Reproduktionssystem für ein dynamisches Fahrzeugverhalten bereitzustellen, welches in der Lage ist, die Fahrzeugbewegung bis zu einer kritischen oder Grenz-Stabilität zu beschreiben durch arithmetisches Bestimmen der Lateralkräfte der Räder in Übereinstimmung mit einer relativ einfachen nicht-linearen Approximationsgleichung basierend auf verschiedenen Informationen, die tatsächlich von den Ausgangsgrößen von Fahrzeugsensoren (d.h. in dem Motorfahrzeug installierten Sensoren) hergeleitet werden, sowie auf geschätzten Werten und durch Verwenden angepasster Kurvensteifigkeit an individuellen Rädern gemeinsam mit anderer Eingabeinformation. Die adaptierten Kurvensteifigkeiten werden verfügbar gemacht durch Adaptieren der Kurvensteifigkeiten an Fahrsituationen des Motorfahrzeugs basierend auf den berechneten Lateralradkräften und den Reifenseitenrutschwinkeln.

In Hinblick auf das Obige und andere Ziele, welche aus der fortschreitenden Beschreibung ersichtlich werden, ist gemäß einem allgemeinen Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Reproduktionssystem dynamischen Fahrzeugverhaltens bereitgestellt zum Anpassen der Kurvensteifigkeit an die Fahrsituation eines Motorfahrzeugs, um die Bewegung oder das Verhalten des Motorfahrzeugs basierend auf verschiedenen, von den Ausgangsgrößen der Fahrzeugsensoren hergeleiteten Informationen ohne Beeinflussung durch die Fahrsituation des Motorfahrzeugs exakt zu beschreiben.

Das Reproduktionssystem dynamischen Fahrzeugverhaltens, das oben erwähnt worden ist, schließt eine Vertikalradkraft-Arithmetikvorrichtung ein zum arithmetischen Bestimmen einer auf jedes der Räder des Motorfahrzeugs einwirkenden Last als eine Vertikalradkraft, eine Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung zum arithmetischen Bestimmen einer auf jedes der Räder einwirkenden Lateralkraft (Lateralradkraft), eine Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung zum Ausführen der Adaption der Kurvensteifigkeit an jedem der Räder in Bezug auf die Fahrsituation, eine Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit zum Bestimmen von Lösungen simultaner Differentialgleichungen in Bezug auf eine Dynamiktheorie des Motorfahrzeugs zum Berechnen von in der Dynamiktheorie einbezogenen Variablen, einen Auswähler bzw. Selektor zum Auswählen eines spezifischen Signals, wenn erforderlich, aus die oben erwähnten Lösungen repräsentierenden Signalen, generiert durch die Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit, eine Verzögerungsvorrichtung zum Verzögern des spezifischen Signals auf einer vorbestimmten einheitlichen Zeitbasis, und eine Reifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung zur arithmetischen Bestimmung eines Reifenseitenrutschwinkels bei jedem der Räder in Hinblich auf die Fahrsituation.

Die oben erwähnte Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit schließt einen zum Bestimmen von Variablen, die nicht unmittelbar messbar sind, entworfenen Zustandsraum-Beobachter ein.

Mit der Struktur des oben beschriebenen Reproduktionssystems dynamischen Fahrzeugverhaltens ist es möglich, die Fahrzeugbewegung bis zu der Grenzstabilität zu beschreiben. Demnach kann der Anwendungsbereich des Reproduktionssystems des Fahrzeugdynamikverhaltens spürbar ausgedehnt werden. Durch Bestimmen der Lateralkräfte der Räder in Übereinstimmung mit den relativ einfachen nicht-linearen Approximationsgleichungen, welche leicht zu lösen sind, und Anpassen der Kurvensteifigkeiten an den Rädern an die Fahrsituation unter Verwendung der Lateralkräfte der Räder und der Reifenseitenrutschwinkel bei jedem Rechenschritt, um hierdurch die adaptierten Kurvensteifigkeiten verfügbar zu machen, kann die Fahrzeugbewegung in Lateralrichtung exakt selbst in der nicht-linearen Fahrsituation beschrieben werden, d.h. in der Fahrsituation, in welcher ein nicht-linearer Zusammenhang vorherrscht zwischen dem Reifenseitenrutschwinkel und der Lateralradkraft.

Die obigen und andere Objekte, Merkmale und begleitenden Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leichter verstanden durch Lesen der vorliegenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform davon, nur beispielshalber im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Im Zuge der folgenden Beschreibung wird bezug genommen auf die Zeichnungen, in welchen zeigt

1 ein Blockdiagramm einer schematischen und allgemeinen Struktur eines Reproduktionssystems dynamischen Fahrzeugverhaltens in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

2 eine Ansicht zur graphischen Erläuterung der Charakteristik von auf Räder einwirkenden Lateralkräften (Lateralradkräfte), welcher eine Abhängigkeit von den Reifenseitenrutschwinkeln und den Radlasten auf erlegt ist, und welche berücksichtigt wird in dem System in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der Erfindung; und

3 eine Ansicht zur graphischen Erläuterung der Charakteristik der Lateralradkräfte, welcher eine Abhängigkeit von den Reifenseitenrutschwinkeln und den Radlasten auferlegt ist, gemeinsam mit einem Prozess zum Ausführen der Adaption der Kurvensteifigkeit in dem System in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegende Erfindung wird detailliert im Zusammenhang damit, was derzeit als bevorzugte oder typische Ausführungsformen davon angesehen wird, beschrieben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In der folgenden Beschreibung kennzeichnen gleiche bzw. ähnliche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile quer über die verschiedenen Ansichten.

Ausführungsform 1

Nun wird bezugnehmend auf die Zeichnungen das Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben. Im übrigen zeigen in der folgenden Beschreibung Indizes "ij" von Variablen repräsentativ die Positionen der individuellen Räder von dem Motorfahrzeug an. Beispielshalber kann der Index "ij" ersetzt werden durch "FL", was das vordere linke Rad eines Motorfahrzeugs anzeigt, "FR", was das vordere rechte Rad anzeigt, "RL", was ein hinteres linkes Rad angibt und RR'', was ein hinteres rechtes Rad angibt.

In den Zeichnungen ist 1 ein Blockdiagramm zum allgemeinen und schematischen Zeigen einer Struktur des Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 2 ist eine Ansicht zur graphischen Erläuterung der Charakteristik von Lateralkräften FYij, die auf die Räder einwirken (auch als Lateralradkräfte bezeichnet), welchen eine Abhängigkeit von den Reifenseitenrutschwinkeln &agr;ij auferlegt ist, und von Vertikalkräften FZij, die auf die Räder einwirken, d.h. Radlasten (auf die nachstehend auch als Vertikalradkräfte bezug genommen wird), und 3 ist eine Ansicht zur graphischen Darstellung von Charakteristik der Lateralradkräfte FYij, welche eine Abhängigkeit von den Reifenseitenrutschwinkeln &agr;ij in sich tragen und Vertikalkräften Fzij gemeinsam mit einem Prozess zum Bestimmen der geeigneten Kurvensteifigkeit cij.

Es wird bezug genommen auf 1, das Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem 10, in welchem die geeignete Kurvensteifigkeit cij verwendet wird, wird realisiert in Form eines Algorithmus, welcher ausgeführt wird durch mindestens einen Mikroprozessor zum Verbessern des Fahrzeugbewegungssteuersystems in Hinblick auf die Fahrsituation davon.

Wie in 1 gesehen werden kann, wird das Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem 10 umfasst von einem Vertikalradkraftarithmetikmodul oder einer entsprechenden Vorrichtung 105 zum jeweiligen arithmetischen Bestimmen von auf die individuellen Räder des Motorfahrzeugs einwirkenden Kräften als Vertikalradkräfte Fzij, einem Lateralradkraftarithmetikmodul oder einer entsprechenden Vorrichtung 110 zum jeweiligen Bestimmen der Lateralradkräfte FYij, die auf die individuellen Räder einwirken, einer Kurvensteifigkeitsadaptiervorrichtung 115 zum jeweiligen Adaptieren der Kurvensteifigkeit der individuellen Räder, um hierdurch die adaptierte Kurvensteifigkeit cij verfügbar zu machen, einer Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 zum arithmetischen Bestimmen oder Berechnen von die Dynamiktheorie des Motorfahrzeugs betreffenden Variablen, einem Reifenseitenrutschwinkelarithmetikmodul oder einer entsprechenden Vorrichtung 125 zum arithmetischen Bestimmen von Reifenseitenrutschwinkeln (d.h. Seitenrutschwinkel von Reifen) &agr;ij der individuellen Räder in Hinblick auf die Fahrsituation, einen Selektor 130 zum Auswählen eines erforderlichen spezifischen Signals (ein den Seitenrutschwinkel &bgr; des Fahrzeugkörpers repräsentierendes Signal von durch die Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 generierten Lösungssignalen A), und einer Verzögerungsvorrichtung 135, die entworfen ist zum Verzögern der Verarbeitung des Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels &bgr; auf einer vorbestimmten einheitlichen Zeitbasis zum Eingeben des verzögerten Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels &bgr; in die Reifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung 125.

Die Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 setzt sich zusammen aus einem durch einen Satz von Differenzialgleichungen zum Bestimmen der Lösungen A simultaner Differenzialgleichungen bezüglich der Dynamiktheorie als Zustandsraumvektoren gebildeten Zustandsraummodell (jeweils drei berechnete Werte der Fahrzeuggeschwindigkeit Vc, des Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels &bgr; und eines berechneten Kursabweichungsratenwertes &psgr;'M) und einem Zustandsraumbeobachter zum Bestimmen der Variablen, welche nicht unmittelbar berechnet werden können.

Das Zustandsraummodell der Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 ist derart entworfen, dass es das Dynamikverhalten des Motorfahrzeugs beschreibt.

Andererseits dient der Zustandsraumbeobachter der Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 125 dem Abstimmen der Parameter des Zustandsraummodells derart, dass eine Abweichung oder Differenz zwischen dem berechneten Kursabweichungsratenwert &psgr;'M und dem erfassten Kursabweichungsratensensorwert &psgr;'s Null wird.

Demnach besteht das Zustandsraummodell aus den ein tatsächliches Motorfahrzeug ausdrückenden Gleichungen. Ferner kann unter den im Zustandsraummodell (Differenzialgleichung) enthaltenen Variablen die Variable (Fahrzeugkörperseitenrutschwinkel &bgr; in diesem Fall), welche nicht gemessen werden kann, weil der entsprechende Sensor nicht in dem Motorfahrzeug montiert ist, auch arithmetisch der exakte Wert bestimmt werden als.

Die individuellen Eingabe/Ausgabesignale der Strukturkomponenten (Untersysteme), die in dem Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem 10 enthalten sind (d.h. die Vertikalradkraft-Arithmetikvorrichtung 105, die Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung 110, die Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115, die Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120, die Reifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung 125, der Selektor 130 und die Verzögerungsvorrichtung 135) sind durch Pfeile gekennzeichnet, die an den die individuellen Strukturkomponenten untereinander verbindenden Linien angebracht sind, um die von den individuellen Strukturkomponenten ausgeführten Verarbeitungen jeweils klarer zu machen.

Verschiedene Informationen, welche hergeleitet werden können aus den Ausgangsgrößen der nicht dargestellten fahrzeugeingebauten Sensoren (d.h. Erfassungswerte bezüglich der Beschleunigung ay in Lateralrichtung, der Beschleunigung ax in Longitudinalrichtung, des Radlenkwinkels &dgr;W und des erfassten Kursabweichungsratensensorwertes &psgr;'s) werden in das Fahrzeugdynamikverhaltensreproduktionssystem 10 eingegeben, in welchem die adaptierten Kurvensteifigkeiten cij verfügbar sind.

Auf das Berechnen der Vertikalradkräfte FZij der Räder berücksichtigt die Vertikalradkraft-Arithmetikvorrichtung 105 Änderungen der individuellen Radlasten (Vertikalradkräfte) FZij in Abhängigkeit von den Fahrsituationen durch Einholen der Beschleunigung ay in Lateralrichtung und der Beschleunigung ax in Longitudinalrichtung als Eingangsinformation.

Beispielsweise in dem Zustand, in welchem eine Notbremsung vorgenommen wird, nehmen die auf die an der Vorderachse montierten Räder wirkenden Vertikalradkräfte FZij unter dem Einfluss der Lastverschiebung zu während beim Lenkbetrieb die auf die auf der Außenspur laufenden Räder wirkenden Vertikalradkräfte FZij unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft größer werden, als jene, die auf die auf der Innenspur laufenden Räder einwirken.

Ein von den verschiedenen Fahrzuständen entsprechend berechneter oder arithmetisch bestimmter Satz von Vertikalradkräften FZij wid von der Vertikalradkraft-Arithmetikvorrichtung 105 ausgegeben.

Im übrigen können die Gleichungen zum arithmetischen Bestimmen der auf die Räder einwirkenden Vertikalradkräfte FZij basierend auf beispielsweise den Gleichungen bezüglich der Drehmomentbalance hergeleitet werden, wie in der oben erwähnten Literaturangabe [1] offenbart.

Die Reifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung 125 ist programmiert oder entworfen zum Verarbeiten der Radlenkwinkel &dgr;W der Räder, der Kursabweichungsrate &psgr;'s und des Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels &bgr;.

Der Fahrzeugkörperseitenrutschwinkel &bgr; wird in der Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 beobachtet und daraufhin von dem Selektor 130 ausgewählt, um durch die Verzögerungsvorrichtung 135 ausgegeben zu werden.

Nebenbei sind fundamentale Gleichungen basierend auf einem Zwei-Räder-Modell, welche von der Reifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung 135 verwendet werden, ebenfalls in der oben erwähnten Literaturstelle [1] beschrieben.

Die Verzögerungsvorrichtung 135 ist entworfen zum Verzögern des beobachteten Wertes des Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels &bgr; für einen erstmaligen Schritt (auf einer vorbestimmten einheitlichen Zeitbasis). Der verzögerte beobachtete Wert wird dann in die Reifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung 125 eingegeben.

Da der erste beobachtete Wert des Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels &bgr; nicht von der Verzögerungsvorrichtung 135 validiert wird bis zu einem zweiten Schritt zum Messen (aufeinanderfolgende vorbestimmte einheitliche Zeit), wird ein geeigneter Anfangswert des Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels &bgr; zu einem Zeitpunkt t1 (erste vorbestimmte einheitliche Zeit) festgelegt bei der Reifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung 125.

Die Reifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung 125 ist entworfen zum arithmetischen Bestimmen des Reifenseitenrutschwinkels &agr;ij der individuellen Räder durch Holen der Sensorinformation (d.h. des Lenkwinkels &dgr;W der Räder und der Kursabweichungsrate &psgr;'s) als Eingangsinformation und des Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels &bgr; als Rückmeldungsinformation. Diese Reifenseitenrutschwinkel &agr;ij werden dann der Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung 110 und der Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115 als Eingangsinformation zugeführt.

Die Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung 110 ist geeignet programmiert oder entworfen, um die Lateralradkräfte FZij arithmetisch basierend auf der Eingangsinformation der Vertikalradkräfte FZij und des Reifenseitenrutschwinkels &agr;j zu bestimmen oder zu berechnen, welche jeweils von den Belastungen der individuellen Räder abhängen.

Die Lateralradkräfte FYij werden von der Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung 110 ausgegeben, um in die Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115 eingegeben zu werden.

Im übrigen werden die Lateralradkräfte FYij in Übereinstimmung mit nicht-linearen Approximationsgleichungen berechnet, welche später unter Bezugnahme auf 2 detaillierter beschrieben werden.

Die Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115 ist entworfen zum arithmetischen Bestimmen oder Berechnen der adaptierten Kurvensteifigkeit cij zu jedem Zeitpunkt tk (k=1~N) basierend auf der Eingangsinformation der mehreren Lateralradkräfte FYij und der mehreren Reifenseitenrutschwinkel &agr;ij. Die adaptierten Kurvensteifigkeiten cij werden von der Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115 ausgegeben wie bestimmt.

Im Übrigen werden das Verfahren des arithmetischen Bestimmens der Kurvensteifigkeiten, sowie der Kurvensteifigkeitsadaptationsprozess später detailliert unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.

Die Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 ist entworfen zum Verarbeiten der Eingangsinformation in Bezug auf die adaptierte Kurvensteifigkeit cij, den Radlenkwinkel &dgr;W, der von dem Ausgang des Lenksensors geholt worden ist und der Longitudinalradkräfte FLij der individuellen Räder, die basierend auf dem Motorlenkmoment bestimmt worden sind (gewöhnlich in der Motorsteuereinheit ermittelt), um hierdurch die Lösungssignale E auszugeben, welche jeweils den Fahrzeugkörperseitenrutschwinkel &bgr; enthalten.

Das in der Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 enthaltene Zustandsraummodell wird hauptsächlich gebildet von einem Satz von Differenzialgleichungen zum Bestimmen der Lösungen A (der Fahrzeuggeschwindigkeit Vc, des Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels &bgr; und des Kursabweichungsratenwertes &psgr;'M).

Der Fahrzeugkörperseitenrutschwinkel &bgr; ist eine Schlüsselvariable, die eine unerlässlich wichtige Rolle in der Fahrzeugdynamiktheorie bildet. Jedoch erfordert das unmittelbare Erfassen oder Messen des Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels &bgr; ein sehr teueres Messinstrument, das nicht für ein Standardfahrzeug verwendbar ist. Unter diesen Umständen wird in dem in 1 gezeigten Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem der Fahrzeugkörperseitenrutschwinkel &bgr; arithmetisch bestimmt unter Verwendung des Zustandsraumbeobachters, der in der Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 enthalten ist, um die durch das Messen des Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels &bgr; involvierten hohen Kosten zu umgehen.

Im übrigen ist der Entwurf des Zustandsraumbeobachters Fachleuten auf dem Gebiet der Steuerungstheorie oder Technologie geläufig. Ferner sind das Einrichten des nicht-linearen Zustandsraummodells und des nicht-linearen Zustandsbeobachters detailliert in der oben erwähnten Literaturstelle [1] beschrieben.

Die Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 gibt die Fahrzeuggeschwindigkeit Vc aus, den Fahrzeugkörperseitenrutschwinkel &bgr; und die Kursabweichungsrate &psgr;'M als die Lösungen A in Form von Lösungssignalen, die auch durch das Bezugszeichen "A" gekennzeichnet sind.

Ferner werden die Ausgangswerte der Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 an externe Ausrüstung als das Ergebnis der von dem Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem 10 ausgeführten Verarbeitung ausgegeben durch Ausnutzen der adaptierten Kurvensteifigkeiten cij.

Der Selektor 130 dient zum Auswählen des Fahrzeugkörperseitenrutschwinkels &bgr; aus den Ausgangswerten der Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120. Der ausgewählte Fahrzeugkörperseitenrutschwinkel &bgr; wird dann verzögert durch die Verzögerungsvorrichtung 135, um letztendlich zurückgespeist zu werden zu der Fahrzeugseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung 125.

Als Nächstes wendet sich die Beschreibung dem Prinzip des Herleitens der adaptierten Kurvensteifigkeit cij im Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 2 zu, welche graphisch die Charakteristik der Lateralradkräfte FYij darstellt.

Die in 2 gezeigte Kennlinie offenbart, dass die fundamentalen Gleichungen durch die Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung 110 des in 1 gezeigten Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystems realisiert werden.

Wie aus der in 2 gezeigten Kennlinie ersichtlich ist, sind den individuellen Lateralradkräften FYij, die von der Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung 110 basierend auf den Reifenseitenrutschwinkeln &agr;ij arithmetisch bestimmt sind, und den Vertikalradkräften FZij jeweils nicht-lineare Zusammenhänge zu den Reifenseitenrutschwinkeln &agr;ij und den Radlasten FZij auferlegt.

Die Lateralradkraft FYij wird als Basis für die von der Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115 ausgeführte Adaption der Kurvensteifigkeit verwendet.

Speziell wird die Lateralradkraft FYij in Übereinstimmung mit der nachstehend erwähnten Approximationsgleichung (1) durch Anwenden des nicht-linearen, in 2 gezeigten Zusammenhangs berechnet.

In der oben erwähnten Gleichung sind die Parameter k1, k2 und k3 als Konstanten gegeben, von denen die Werte in Abhängigkeit von den Spezifikationen der an dem Motorfahrzeug montierten Reifen ausgewählt werden.

Mit Hilfe der Gleichung (1) ist es möglich, approximativ die Lateralradkräfte FYij selbst in einer außergewöhnlichen Fahrsituation zu bestimmen.

Die Lateralradkräfte FYij werden mit Hilfe der Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung 110 in jedem Simulationsschritt arithmetisch bestimmt.

Die Lateralradkräfte FYij, die von der Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung 110 jeweils arithmetisch basierend auf den Vertikalradkräften FZij und den Reifenseitenrutschwinkeln &agr;ij bestimmt werden, werden der Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 15 gemeinsam mit den Reifenseitenrutschwinkeln &agr;ij jeweils eingegeben.

Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 3 eine Beschreibung der zugrundeliegenden fundamentalen Gleichungen wiedergegeben, die von der Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115 realisiert werden.

Bezugnehmend auf 3 werden gepaarte Werte aus Lateralradkraft FYij(tk) und des Reifenseitenrutschwinkels &agr;ij(tk), die zu jedem Zeitpunkt tk akquiriert worden sind, in Übereinstimmung mit der nachstehend erwähnten Gleichung zum Bestimmen der adaptierten Kurvensteifigkeit cij(t) zu jedem Zeitpunkt tk bestimmt:

Die zuvor erwähnte Gleichung (2) bedeutet, dass der aktualisierte Wert der adaptierten Kurvensteifigkeit cij(tk) zu jedem Zeitpunkt tk in Abhängigkeit von den zu diesen Zeitpunkten jeweils vorliegenden Fahrsituationen arithmetisch bestimmt wird.

Unter Verwendung der auf diese Weise arithmetisch bestimmten adaptierten Kurvensteifigkeiten cij ist es möglich, die linearen Approximationen der nicht-linearen Kurven in die Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 einzufügen.

Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich wird, umfasst das Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115 zum Bewirken der Anpassung der Kurvensteifigkeiten an den individuellen Rädern an die vorherrschende Fahrsituation unter Verwendung der Reifenseitenrutschwinkel &agr;ij und der lateralen Reifenkräfte FYij der Räder; der Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 einschließlich des Zustandsraumbeobachters zum Bestimmen der Lösungen A der simultanen Differenzialgleichungen zum Berechnen der Schlüsselvariable (Fahrzeugkörperseitenrutschwinkel &bgr;), die die wichtige Rolle in der Fahrzeugdynamiktheorie spielt; des Selektors 130 zum Auswählen des spezifischen Signals (Fahrzeugkörperseitenrutschwinkel &bgr;); der Verzögerungsvorrichtung 135 zum Verzögern des spezifischen Signals auf einer vorbestimmten einheitlichen Zeitbasis; und der Reifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung 125 zum arithmetischen Bestimmen des Reifenseitenrutschwinkels &agr;ij jedes Rades basieren auf den verschiedenen Informationen, die hergeleitet wird aus den Ausgangsgrößen der am Fahrzeug angebauten Sensoren (dem Radlenkwinkel &dgr; und der Kursabweichungsrate &psgr;'s) und dem Fahrzeugkörperseitenrutschwinkel &bgr;, der von der Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 ausgegeben und als Rückmeldungsinformation eingegeben wird.

Speziell berechnet in dem Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem gemäß der Erfindung die Vertikalradkraft-Arithmetikvorrichtung 105 die effektive Vertikalradkraft FZij(tk) zu dem Zeitpunkt tk jeweils basierend auf den Beschleunigungen ay und ax in Lateral- und Longitudinalrichtungen, welche aus den Ausgangsgrößen der jeweiligen Beschleunigungssensoren hergleitet werden in Hinblick auf das Berücksichtigen der Änderung der radlastabhängigen Vertikalradkraft FZij als eine Funktion der Zeit. Andererseits berechnet die Reifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung 125 den Reifenseitenrutschwinkel &agr;ij(tk) zum Zeitpunkt tk. Der berechnete Reifenseitenrutschwinkel &agr;ij(tk) wird in die Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung 110 gemeinsam mit der berechneten Vertikalradkraft FZij(tk) eingegeben.

Die von der Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung 110 arithmetisch bestimmte Lateralradkraft FYij wird in die Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115 gemeinsam mit dem Reifenseitenrutschwinkel &agr;ij(tk) eingegeben. Als Reaktion führt die Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115 die Adaptionsverarbeitung aus zum Ausgeben der adaptierten Kurvensteifigkeit cij(tk).

Der Radlenkwinkel &dgr;W, die Longitudinalradkraft FLij(tk) und die adaptierte Kurvensteifigkeit Cij(tk) werden in das Zustandsraummodell eingegeben, das innerhalb der Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit 120 bereitgehalten wird. Die von dem Zustandsraummodell generierten Lösungssignale A werden in den Selektor 130 eingegeben und gleichzeitig der externen Ausrüstung als Ausgangssignal des Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystems 10 zugeführt.

Der Selektor 130 wählt das den Fahrzeugkörperseitenrutschwinkel &bgr; repräsentierende Signal aus den Lösungssignalen A aus. Der ausgewählte Fahrzeugkörperseitenrutschwinkel &bgr; wird zurückgespeist zu der Reifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung 125 als Eingangsgröße davon, nachdem er mit Hilfe der Verzögerungsvorrichtung 135 verzögert worden ist auf einer vorbestimmten einheitlichen Zeitbasis zum Zeitpunkt (tk).

In dem Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem 10 werden die Lateralradkräfte Fyij der Räder zuerst durch die Approximationsarithmetik bestimmt, die von der Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung 110 in Übereinstimmung mit der nicht-linearen Approximationsgleichung (1) durchgeführt wird, welche einfach und leicht zu lösen ist, basierend auf den verschiedenen Sensorinformationen (d.h., Beschleunigungen ay und ax jeweils in den Lateral- und Longitudinalrichtungen, dem Radlenkwinkel &dgr;W, der Kursabweichrate &psgr;'s und der Longitudinalradkraft Flij wie eingegeben, sowie dem als Rückmeldungsinformation zugeführten Fahrzeugkörperseitenrutschwinkel &bgr;.

Daraufhin wird die Verarbeitung zum Adaptieren der Kurvensteifigkeiten an den individuellen Rädern durch die Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115 in Übereinstimmung mit der Adaptionsgleichung (2) ausgeführt, jeweils basierend auf den Lateralradkräften Fyij und den Reifenseitenrutschwinkeln &agr;ij in jedem Rechenschritt (auf einer vorbestimmten einheitlichen Zeitbasis) in Hinblick auf die vorherrschende Fahrsituation, wodurch die adaptierten Kurvensteifigkeiten cij generiert werden.

Demnach kann die Fahrzeugbewegung in Lateralrichtung exakt beschrieben werden, selbst für die nicht-lineare Fahrsituation. In diesem Zusammenhang sollte hinzugefügt werden, dass die nicht-lineare Fahrsituation als abnormaler Zustand von dem Durchschnittsfahrer erkannt wird, weil das Motorfahrzeug nicht in erwarteter Weise auf die Lenkoperation des Fahrers reagiert.

Mit dem Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein typisches ungebührliches Betriebsverhalten des Motorfahrzeugs, welches regelmäßig auftritt, als Warnhinweis auf einen Verkehrsunfall präzise beschrieben werden. Ferner kann das Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem 10 hohe Exaktheit in Folge der nicht-linearen Prozedur sicherstellen, in welcher die Funktionen des Zustandsraummodells benutzt werden. Demnach ist die Beschreibung mit dem Zustandsraummodell sehr nützlich für das Anwenden der Steuerung, weil die Entwurfstheorie einer perfekten Steuereinrichtung verfügbar ist.

Zudem ist es mit dem Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem 10, das in 1 gezeigt wird, möglich, Fahrzeugbewegung bis zu der Grenzstabilität (der Stabilitätsgrenze) zu beschreiben. Aus diesem Grund kann der Anwendungsbereich des Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystems signifikant ausgedehnt werden, verglichen mit den zuvor bekannten herkömmlichen Systemen.

Viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind im Lichte der obigen Techniken möglich. Es ist demnach zu verstehen, dass innerhalb des Schutzbereichs der beiliegenden Patentansprüche die Erfindung in anderer Weise ausgeführt werden kann, als hier speziell beschrieben.


Anspruch[de]
  1. Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem zum Adaptieren der Kurvensteifigkeit an Fahrsituationen eines Motorfahrzeugs, um das Verhalten des Motorfahrzeugs basierend auf verschiedenen von Ausgängen von Fahrzeugsensoren hergeleiteten Informationen durch die Fahrsituation des Motorfahrzeugs unbeeinflusst exakt zu beschreiben, umfassend:

    eine Vertikalradkraft-Arithmetikvorrichtung (105) zum arithmetischen Bestimmen einer auf jedes der Räder des Motorfahrzeugs als Vertikalradkraft (FZij) einwirkenden Last;

    eine Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung (110) zum arithmetischen Bestimmen einer auf jedes der Räder einwirkenden Lateralradkraft (Fyij);

    eine Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung (115) zum Bewirken der Anpassung der Kurvensteifigkeit an jedem der Räder an die Fahrsituation;

    eine Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit (120) zum Bestimmen von Lösungen (A) von simultanen Differenzialgleichungen in Bezug auf eine Dynamiktheorie des Motorfahrzeugs zur Berechnung von in der Dynamiktheorie einbezogenen Variablen;

    einen Selektor (130) zum Auswählen eines spezifischen Signals, wie erfordert aus Signalen, die die Lösungen (A) repräsentieren, welche durch die Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit (120) generiert werden;

    eine Verzögerungsvorrichtung (135) zum Verzögern des spezifischen Signals auf einer vorbestimmten einheitlichen Zeitbasis; und

    eine Reifenseitenrutschwinkel-Arithmetikvorrichtung (125) zum arithmetischen Bestimmen eines Reifenseitenrutschwinkels (&agr;ij) an jedem der Räder in Hinblick auf die Fahrsituation,

    wobei die Zustandsraummodell-/Beobachtereinheit (120) einen Zustandsraumbeobachter einschließt, der entworfen ist zum Bestimmen von nicht-unmittelbar messbaren Variablen.
  2. Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem nach Anspruch 1, wobei die Lateralradkraft-Arithmetikvorrichtung (110) entworfen ist zum Approximieren der Lateralkraft FY an jedem der Räder in Übereinstimmung mit
    wobei FZ die Vertikalradkraft repräsentiert,

    &agr; den Reifenseitenrutschwinkel repräsentiert, und

    k1, k2 und k3 konstante reifenspezifische Parameter repräsentieren.
  3. Fahrzeugdynamikverhaltenreproduktionssystem nach Anspruch 1, wobei die Kurvensteifigkeits-Adaptionsvorrichtung 115 entworfen ist zum jeweiligen Bewirken der Anpassung der Reifensteifigkeit der individuellen Rädern an die Fahrsituation auf einer vorbestimmten einheitlichen Zeitbasis in Übereinstimmung mit einer nachstehend aufgeführten Adaptionsgleichung:
    wobei c(t) jeweils die adaptierte Kurvensteifigkeit an den Rädern repräsentiert zu einem Zeitpunkt t,

    Fy(t) jeweils die Lateralkräfte der Räder zum Zeitpunkt t repräsentiert,

    &agr;(t) jeweils die Seitenrutschwinkel der Räder repräsentiert zum Zeitpunkt t, und wobei

    konst. eine Konstante repräsentiert, die verwendet wird zum Beschreiben der Kurvensteifigkeit in der linearen Fahrzeugmodelltheorie.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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