DE102005056329A1

DE102005056329A1 - Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugsystems

Info

Publication number: DE102005056329A1
Application number: DE102005056329A
Authority: DE
Inventors: Jianbo Livonia Lu; Keith Livonia Mattson; Joseph C. Farmington Hills Meyers
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2004-12-13
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2006-06-14
Also published as: US20120239250A1; US20100106358A1; US20100094510A1; US8005596B2; GB2421088B; US20060129291A1; GB2421088A; GB0524719D0; US8346433B2; US7660654B2; US8219282B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem (18) und ein Steuerverfahren für Kraftfahrzeuge (10) mit einem Nickratensensor (37), der ein Nickratensignal generiert, einem Longitudinalbeschleunigungssensor (36), der ein Longitudinalbeschleunigungssignal generiert, und einem Gierratensensor (28), der ein Gierratensignal generiert, wobei ein Sicherheitssystem (44) und die Sensoren mit einer Steuerung verbunden sind. Die Steuerung (26) bestimmt von den Sensoren eine zugefügte Masse und die Position der zugefügten Masse, einen Nickgradienten und/oder Nickbeschleunigungskoeffizienten, der die zugefügte Masse und Position berücksichtigt und steuert das Fahrzeug entsprechend der zugefügten Masse und der Position der zugefügten Masse, dem Nickgradienten und/oder der Nickbeschleunigungskoeffizientenvariablen.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugsystems entsprechend einem gemessenen dynamischen Verhalten. Sie bezieht sich auf ein Verfahren, um eine hintere Fahrzeuglast und/oder den Einfluß der Fahrzeuglast auf die Steuervorrichtung des Fahrzeugs zu bestimmen.

Kürzlich wurden Fahrzeug Rollstabilitätssteuerungs (RSC) Schemata im US-Patent 6,324,446 vorgeschlagen, um reibungsinduzierte Überschläge zu bearbeiten. RSC-Systeme umfassen viele Sensoren, die Fahrzeugzustände messen und eine Steuerung, die einen verteilten Bremsdruck steuert, um die Reifenkraft so zu reduzieren, dass das Nettomoment des Fahrzeugs der Rollrichtung entgegenwirkt.

Während eines Ereignisses, welches ein Rollen des Fahrzeugs veranlasst, ist die Fahrzeugkarosserie einem Rollmoment aufgrund der Kopplung der lateralen Reifenkraft und der Lateralbeschleunigung, die auf das Gravitationszentrum der Fahrzeugkarosserie einwirkt, unterworfen. Dieses Rollmoment bewirkt eine Aufhängungshöhenvariation, welche wiederum zu einem relativen Fahrzeugrollwinkel führt (auch als Chassis-Rollwinkel oder Federungsrollwinkel bezeichnet). Der relative Rollwinkel ist eine wichtige Variable, die als Eingabe für Aktivierungskriterien eingesetzt wird, und um den Rückmeldungsdruckbefehl zu konstruieren, da er das relative Rollen zwischen der Fahrzeugkarosserie und der Achse aufnimmt. Die Summe des Chassis-Rollwinkels und des Rollwinkels zwischen der Fahrzeugachse und der Straßenoberfläche (Radabhebewinkel genannt) liefert den Rollwinkel zwischen der Fahrzeugkarosserie und der mittleren Straßenoberfläche, der eine der wichtigen Variablen ist, die dem Rollstabilitätssteuermodul rückmeldet. Laster, Geländefahrzeuge und Personenwagen werden manchmal zur Beförderung schwerer Lasten verwendet. Beispielsweise wird ein voll beladener Lastwagen, hinten beladen, ein Kofferraum eines Personenwagens kann beladen werden und ein Geländefahrzeug oder Van kann im Heck beladen werden. Die Heckladung kann das Fahrzeug dazu bringen, aufgrund der erhöhten Last zu nicken.

Eine große hintere/Kofferraumlast (zusätzliche Masse) kann die Lateralkräfte auf die Hinterachse des Fahrzeugs absättigen, wodurch das Fahrzeug eher dazu neigt, zu übersteuern. In Stabilitätskriterien kann ein GWAR (großes Gewicht an der Hinterachse), das Fahrzeug dazu veranlassen, sich während einiger aggressiver Manöver mit einem großen Seitenrutschwinkel zu bewegen. Falls das Fahrzeug mit einem sehr großen seitlichem Rutschwinkel gleitet, gerät es in den nicht linearen Bereich der Fahrzeugdynamik; das Fahrzeug könnte kippen und überschlagen. Es ist für einen normalen Fahrer außerordentlich schwierig, zu steuern und die Fahrzeugdynamiksteuerungen müssen aktiviert werden. Demzufolge wäre es erwünscht, die Steuerautorität in Stabilitätssteuerungen so einzustellen, dass ein verbessertes Verhalten eines Fahrzeugs mit großer Kofferraumzuladung oder hinterer Last erreicht wird.

Eine große Fahrzeugkofferraumzuladung kann auch einen negativen Effekt auf die Fahrzeugsensorablesungen haben. Beispielsweise könnte die Kofferraumlast Fahrzeugnicken nach unten in Richtung der Hinterachse veranlassen. Ein derartiges lastinduziertes Nicken kann fehlerhafte Ablesungen eines Nickratensensors, eines Gierratensensors und eines Longitundinal- beschleunigungssensors bewirken. Demzufolge ist es erwünscht, eine derartige lastinduzierte Nickfehlausrichtung auf Basis der detektierten Kofferraumzuladung oder hinteren Last zu bestimmen und diese Informationen dazu zu verwenden, die Sensorsignalausgaben zu kompensieren. Eine derartige Kofferraumlast induzierte Nickfehlausrichtung kann auch dazu verwendet werden, die Fahrzeugkarosserieniveauregelung zu leiten und die Orientierung der Frontlampen einzustellen.

Es ist demzufolge ein Ziel der Erfindung, ein System zur Charakterisierung des Chassisnickens zu schaffen, das gemeinsam mit dem verschiedenen Fahrzeugsystemen eingesetzt werden kann, eingeschlossen, aber nicht begrenzt auf ein Roll-Stabilitätssteuersystem, eine Gier-Stabilitätssteuerung, eine Frontlichtniveausteuerung und eine Fahrzeugniveausteuerung. In den Stabilitätssteuerungen, kann die Kofferraumzuladung zur Bestimmung der exakten Trends des Fahrzeugnickens für Fahrzeuge eingesetzt werden und adaptiv die Berechnung des Nickwinkels und/oder adaptiv die Aktivierungskriterien für das Stabilitätssteuersystem einstellen. Insbesondere kann die Erfindung eine zusätzliche Masse und die Position der Masse oder die Wirkung der zusätzlichen Masse und deren Position bestimmen. Dies bedeutet, dass eine relativ kleine Massenänderung signifikant die Richtungs dynamik des Fahrzeuges beeinflussen kann. Eine Heck- oder Kofferraumlast kann die Fahrzeugnickdynamik und Lateraldynamik unter Erhöhung der Fahrzeugübersteuerungscharakteristika beeinflussen. Das Steuersystem kann sodann bestimmen, wie die verschiedenen Betätiger im steigenden Steuersinn beeinflußt werden, um aggressiver die potentiell instabile Kondition zu korrigieren oder in einem abschwächenden Sinne, um den Betätigereinfluß zur Korrektur potentiell falscher Aktivierungen abzuschwächen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Fahrzeugdynamiksteuerung zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 2, und 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Ein Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeuges, mit Bestimmung eines Nickgradienten und/oder eines Nickbeschleunigungskoeffizienten. Dies bedeutet, dass der Nickgradient und der Nickbeschleunigungskoeffizient individuell oder in Kombination eingesetzt werden können, ein Fahrzeugsystem, wie ein Sicherheitssystem, zu steuern.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Steuerung einer Fahrzeugsicherheitsvorrichtung die Bestimmung eines zusammengesetzten Parameters, als Nickgradient bezeichnet, Bestimmung eines weiteren zusammengesetzten Parameters, als Nickbeschleunigungskoeffizient bezeichnet, Bestimmend einer zugeladenen Masse, der Position der zugeladenen Masse aus dem Nickgradienten und dem Nickbeschleunigungskoeffizienten, und Steuern des Fahrzeugsystems entsprechend der zugeladenen Masse und deren Position.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt ein Kraftfahrzeugsteuersystem, einen Nickratensensor, der ein Nickratensignal generiert, einen Longitudinalbeschleunigungssensor, der ein Longitudinalbeschleunigungssignal generiert und einen Gierratensensor, der ein Gierratensignal generiert. Ein Sicherheitssystem und die Sensoren sind mit einer Steuerung gekoppelt. Die Steuerung bestimmt eine zugeladene Masse und die Position der zugeladenen Masse aus der Rollrate, der Longitudinalbeschleunigung und der Gierrate und steuert das Sicherheitssystem entsprechend der zugeladenen Masse und deren Position.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Fahrzeugkofferraumbeladungszustand detektiert und sehr genau bestimmt werden kann. Derartige Beladungskonditionen können durch die Fahrzeuglongitudinaldynamik nicht genau bestimmt werden, wie in einigen bestehenden Verfahren, welche das Fahrzeugdrehmoment und die Fahrzeug Longitudinalbeschleunigung zur Berechnung der Fahrzeugmasse verwenden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, insbesondere gemeinsam mit der anliegenden Zeichnung und den Ansprüchen.
Es zeigt
1 eine diagrammatische Ansicht eines Fahrzeugs mit Koordinatenrahmen;
2 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Stabilitätssystems;
3 eine Frontansicht eines Kraftfahrzeugs mit verschiedenen Winkeln;
4 eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs im Nickzustand mit verschiedenen Variablen;
5 eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit Variablen, die in den nachfolgenden Berechnungen verwendet werden;
6 ein detailliertes Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Steuerung; und
7 ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens.
In den nachfolgenden Figuren werden gleiche Bezugszeichen zur Identifizierung gleicher Komponenten verwendet. Die Erfindung kann gemeinsam mit einem Rollsteuersystem für ein Fahrzeug eingesetzt werden. Die Erfindung kann auch mit einer Auslösevorrichtung, wie einem Airbag, einem aktiven Überrollbügel oder straffende Gurten eingesetzt werden. Die Erfindung könnte Informationen an ein adaptives Fahrsteuersystem oder an ein Kollisionsverhinderungssystem auf Basis von Bremsen liefern, um die Bremsanforderungsniveaus des Systems zu ändern. Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen, die sich auf ein Fahrzeug beziehen, das sich in einem dreidimensionalem Straßenterrain bewegt, diskutiert. Die Erfindung wird hinsichtlich der Bestimmung einer zugeladenen Masse und der Position der zugeladenen Masse beschrieben. Nichtsdestoweniger kann, wie unten beschrieben, die zugefügte Masse und deren Position nicht direkt bestimmt werden, stattdessen durch adaptives Aktualisieren eines Nickzustandsparameters, wie einem Nickgradientenwert und/oder einem Nickbeschleunigungskoeffizienten, den Auswirkungen der zugeladenen Masse und der Position der zugeladenen Masse, die in diesen Werten enthalten sein können. Derartige Werte können auch als „adaptiver" Nickgradient und „adaptiver" Nickbeschleunigungskoeffizient bezeichnet werden. Die verschiedenen Nickparameter können als adaptiv bestimmte Werte bezeichnet werden, was bedeutet, dass diese Werte sich aufgrund von Änderungen der Masse oder der Zuladung mit der Zeit ändern können. Dies bedeutet, dass diese Werte nicht fest sind und die Werte dann, wenn das Fahrzeug sich bewegt oder gefahren wird, aktualisiert werden können. Die Werte können sodann gemittelt werden.
Bemerkenswerterweise können, obwohl der Nickgradient oder der Nickbeschleunigungskoeffizient adaptiv bestimmt werden können, die jeweils anderen Werte nicht adaptiv sein.
In 1 ist ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Sicherheitssystem gemäß der Erfindung mit den darauf wirkenden verschiedenen Kräften und Momenten während eines dynamischen Zustands dargestellt. Das Fahrzeug 10 besitzt vordere rechte (FR) und vordere linke (FL) Räder/Reifen 12A und 12B und hintere rechte (RR) Räder/Reifen und hintere linke (RL) Räder/Reifen 13B. Das Fahrzeug kann auch mehrere verschiedene Typen Frontlenksysteme 14A und Hecklenksysteme 14B aufweisen, eingeschlossen denen, bei denen jedes Vorder- und Hinterrad mit einem entsprechenden steuerbaren Aktuator konfiguriert ist; denen, bei denen Vorder- und Hinterräder ein konventionelles System besitzen, wobei beide Fronträder gemeinsam gesteuert werden und beide Hinterräder gemeinsam gesteuert werden, bei einem System mit konventionellen Frontlenkung und unabhängig steuerbarer Hecksteuerungen für jedes Rad oder umgekehrt. Allgemein ist das Gewicht des Fahrzeugs als Mg am Schwerpunkt des Fahrzeugs repräsentiert, wobei g = 9,8 m/s² und M die Gesamtmasse des Fahrzeugs ist.
Wie oben erläutert, kann das System auch mit Sicherheitssystemen, eingeschlossen aktive/semiaktive Federungssysteme, Überrollbügel, Airbags und anderen Sicherheitsvorrichtungen, die beim Messen vorherbestimmter dynamischer Zustände des Fahrzeuges ausgelöst oder aktiviert werden, eingesetzt werden.
Das Meßsystem 16 ist mit einem Steuersystem 18 verbunden. Das Meßsystem 16 kann viele verschiedene Sensoren, eingeschlossen den typischerweise in einer Fahrzeugstabilitätssteuerung oder einem Rollsteuersystem vorliegenden Sensor-Satz (eingeschlossen lateral Beschleunigungsmesser, Gierstabilitätssensor; Lenkwinkelsensor und Radgeschwindigkeitssensor, die für ein traditionelles Stabilitätssteuersystem ausgerüstet sind) gemeinsam mit einem Rollratensensor und einem Longitudinalbeschleunigungsmesser umfassen. Die verschiedenen Sensoren werden nachfolgend näher erläutert. Sensoren können auch durch das Steuersystem in verschiedenen Bestimmungen, wie bei der Bestimmung des Abhebens, Bestimmen der Position einer Masse usw. eingesetzt werden. Die Radgeschwindigkeitssensoren sind in jeder Ecke des Fahrzeugs befestigt und generieren Signale entsprechend der Rotationsgeschwindigkeit jeden Rades. Der Rest der Sensoren des Meßsystems 16 kann direkt am Schwerpunkt der Fahrzeugkarosserie entlang der Richtungen x, y und z, wie in 1 gezeigt, befestigt sein. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass der Rahmen von b₁, b₂ und b₃ Karosserierahmen 22 genannt wird, dessen Ursprung am Schwerpunkt des Fahrzeugkörpers liegt, wobei b₁ der nach vorne zeigenden x-Achse, b₂ in von der Fahrrichtung weg gerichteten y-Achse (nach links) und b₃ in z-Achse, die nach oben zeigt, entspricht. Die Winkelgeschwindigkeiten des Fahrzeugkörpers werden um ihre entsprechenden Achsen als ω_x für die Rollrate, ω_y für die Nickrate und ω_z für die Gier- Rate bezeichnet. Berechnungen können in einem Inertialrahmen 24 stattfinden, der vom Karosserierahmen 22, wie weiter unten erläutert, abgeleitet werden kann.
Die Winkelgeschwindigkeitssensoren und die Beschleunigungsmesser können auf dem Kraftfahrzeugkörper entlang der Karosserierahmenrichtungen b₁, b₂ und b₃ angeordnet werden, welche die x-, y- und z-Achsen der gefederten Masse des Fahrzeugs sind.
Der Longitudinalbeschleunigungssensor ist an der Fahrzeugkarosserie am Schwerpunkt befestigt, wobei seine Meßrichtung entlang der b₁-Achse verläuft und dessen Ausgabe als a_x bezeichnet wird. Der Lateralbeschleunigungssensor ist auf der Fahrzeugkarosserie am Schwerpunkt befestigt, wobei seine Meßrichtung entlang der b₂-Achse verläuft, dessen Ausgabe als a_y bezeichnet wird.
Der in der nachfolgenden Diskussion verwendete andere Rahmen umfaßt den Straßenrahmen, wie in 1 dargestellt. Das Straßenrahmensystem r₁, r₂, r₃ ist auf der befahrenen Straßenoberfläche fest, wobei die r₃-Achse entlang der mittleren normalen Straßenrichtung verläuft, berechnet aus den Normalrichtungen der vier Reifen/Straßenberührungsflächen.
In der nachfolgenden Diskussion sind die Eulerwinkel des Karosserierahmens b₁, b₂, b₃ und des Straßenrahmens r₁, r₂, r₃ als θ_xbr und θ_ybr bezeichnet, auch als relative Eulerwinkel (nämlich relative Roll- und Nickwinkel) genannt.
In 2 ist das Rollstabilitätssystem detaillierter dargestellt, mit einer Steuerung 26 zum Empfang von Informationen von Sensoren, eingeschlossen einen Gierratensensor 28, einen Geschwindigkeitssensor 20, einen Lateralbeschleunigungssensor 32, einen Vertikalbeschleunigungssensor 33, einen Rollwinkelratensensor 34, einen Lenkrad(Handrad)-winkelsensor 35, einen Winkelbeschleunigungssensor 36, einen Nickratensensor 37, Lenkwinkel (der Räder oder des Betätigers) Positionssensor 38, Federungslastsensor 40 und einen Federungspositionssensor 42. Selbstverständlich sind verschiedene Kombinationen und Unterkombinationen von Sensoren einsetzbar.
Der Geschwindigkeitssensor 20 kann aus einer Vielzahl von im Fachgebiet bekannter Geschwindigkeitssensoren sein. Beispielsweise kann ein geeigneter Geschwindigkeitssensor einen Sensor an jedem Rad aufweisen, der durch die Steuerung 26 gemittelt wird. Die Steuerung kann die Radgeschwindigkeiten in die Fahrzeuggeschwindigkeit übersetzen. Gierrate, Steuerwinkel, Radgeschwindigkeit und möglicherweise eine Rutschwinkelabschätzung an jedem Rad kann in die Geschwindigkeit des Fahrzeugschwerpunkts rückgerechnet werden. Verschiedene andere Algorithmen sind dem Fachmann bekannt. Die Geschwindigkeit kann auch aus einem Transmissionssensor erhalten werden. Beispielsweise können, falls die Geschwindigkeit während des Beschleunigens oder Bremsens um eine Ecke bestimmt wird, die niedrigsten und höchsten Radgeschwindigkeiten aufgrund ihrer Fehlerbehaftetheit nicht verwendet werden. Es kann auch ein Transmissionssensor zur Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit eingesetzt werden.
Der Rollwinkelratensensor 34 und der Nickratensensor 37 können den Rollzustand oder das Abheben eines Fahrzeugs auf Basis der Messung der Höhe eines oder mehrerer Punkte auf dem Fahrzeug relativ zur Straßenoberfläche ermitteln. Sensoren, die dazu verwendet werden können, umfassen, sind aber nicht begrenzt auf Radar-Näherungssensoren, Laser-Näherungssensoren und Sonar-Näherungssensoren. Der Rollratensensor 34 kann auch eine Kombination von Sensoren, wie Näherungssensoren einsetzen, um eine Rollratenbestimmung durchzuführen.
Der Rollratensensor 34 und der Nickratensensor 37 können auch den Rollzustand oder das Abheben auf Basis des Messens einer linearen oder relativen Rotationsverschiebung oder Verschiebungsgeschwindigkeit eines oder mehrerer Federungs-Chassis-Komponenten messen. Dies kann zusätzlich zu oder in Kombination mit dem Federungspositionssensor 42 erfolgen. Der Positionssensor 42, der Rollratensensor 34 und/oder der Nickratensensor 37 können einen Sensor für lineare Höhe und Fortbewegung, einen Rotationshöhen- oder Fortbewegungssensor, einen Radgeschwindigkeitssensor, um eine Geschwindigkeitsänderung zu bestimmen, einen Lenkradpositionssensor, einen Lenkradgeschwindigkeitssensor und einen Fahrerleitsteuereingabe einer elektronischen Komponente, die ein Lenken über einen Draht zur Verwendung eines Handrades oder einen Joystick umfassen kann, beinhalten.
Der Rollzustand oder das Abheben kann auch durch direktes Messen oder Abschätzen der Kraft oder des Drehmoments, der mit dem Beladungszustand der Federungs- oder Chassis-Komponenten einhergeht, umfassend einen Druckwandler in einer Luftfederung, einen Stoßdämpfungssensor, wie einen Lastsensor 40, einen Spannungsmesser, der absoluten oder relativen Motorlast des Steuersystems, des Steuersystemsdrucks der Hydraulikleitungen, eines Reifenlateralkraftsensors oder -Sensoren, eines Longitunitalreifenkraftsensors, eines Vertikalreifenkraftsensors oder eines Reifenseitenwandtorsionssensors gemessen werden. Der Gier-Ratensensor 28, der Rollratensensor 34, der Lateralbeschleunigungssensor 32 und der Longitudinalbeschleunigungssensor 36 können gemeinsam dazu eingesetzt werden, um zu bestimmen, dass ein Rad abgehoben hat. Derartige Sensoren können dazu verwendet werden, das Abheben eines Rades zu bestimmen oder die Normallast, die mit dem Radabheben assoziiert ist, abzuschätzen. Dies sind ebenfalls passive Verfahren.
Der Rollzustand des Fahrzeugs kann auch anhand einer oder mehrerer der nachfolgenden; Translations- oder Rotationspositionen, Geschwindigkeiten oder Beschleunigung des Fahrzeugs, eingeschlossen ein Rollgyro, den Rollratensensor 34, den Gier-Ratensensor 38, den Lateralbeschleunigungssensor 32, dem Vertikalbeschleunigungssensor 33, einem Fahrzeuglongitudinalbeschleunigungssensor 36, Lateral- oder Vertikalgeschwindigkeitssensoren, eingeschlossen einen Geschwindigkeitssensor 20 auf Radbasis, einen Geschwindigkeitssensor auf Radarbasis, einen Geschwindigkeitssensor auf Sonarbasis, einen Geschwindigkeitssensor auf Laserbasis oder einen Geschwindigkeitssensor auf optischer Basis.
Bei der bevorzugten Ausführungsform befinden sich die Sensoren am Fahrzeugschwerpunkt. Dem Fachmann ist offensichtlich, das der Sensor auch gegenüber dem Schwerkraftzentrum verschoben und äquivalent dazu versetzt sein kann.
Lateralbeschleunigung, Rollorientierung und Geschwindigkeit können unter Verwendung eines Global Positioning Systems (GPS) erhalten werden. Auf Basis der Eingaben der Sensoren kann die Steuerung 26 eine Sicherheitsvorrichtung 44 steuern. Abhängig von der erwünschten Empfindlichkeit des Systems und verschiedenen anderen Faktoren müssen nicht alle Sensoren 28–42 in einer kommerziellen Ausführungsform eingesetzt werden.
Der Lastsensor 40 kann eine Lastzelle, gekoppelt mit einer oder mehreren Federungskomponenten, sein. Durch Messen der Belastung, der Spannung oder des Gewichts auf den Lastsensor kann eine Verschiebung der Last bestimmt werden.
Die Steuerung 26 kann einen Signalmultiplexer 50 umfassen, der dazu verwendet wird, die Signale von den Sensoren 28–42 zu empfangen. Der Signalmultiplexer 50 liefert die Signale an einen Radabhebedetektor 52, einen Fahrzeugrollwinkelrechner 54 und an eine Rollstabilitätssteuerungs (RSC) Rückmeldungssteuereinheit 56. Der Radabhebedetektor 52 kann auch mit dem Fahrzeug Rollwinkelrechner 54 verbunden sein. Der Fahrzeug Rollwinkelrechner 54 kann auch mit der RSC-Rückmeldungssteuereinheit 56 verbunden sein. Die RSC-Rückmeldungssteuereinheit 56 kann eine Drehmomentsteuerung 57 umfassen. Der Fahrzeugrollwinkelrechner 54 ist in den US-Provisional-Anmeldungen 60/400,376 und 60/400,172 und in der US-Patentanmeldung 10/459,697 beschrieben, auf deren Inhalt voll inhaltlich Bezug genommen wird.
Ein Lastdetektor 58 kann auch in der Steuerung 26 umfaßt sein. Der Lastdetektor 58 kann dazu verwendet werden, eine zusätzliche Masse des Fahrzeuges und eine Position oder longitudinalen Abstand der Masse zu bestimmen, wie weiter unten beschrieben werden wird.
Die Sicherheitsvorrichtung 44 kann einen Airbag 45 oder eine Steuerbetätigungseinrichtung 46A bis 46D an einem oder mehreren der Räder 12A, 12B, 13A, 13B des Fahrzeuges steuern. Es können auch andere Fahrzeugkomponenten, wie eine Federungssteuerung 48, dazu verwendet werden, die Federung einzustellen, um Überschlag zu verhindern.
Die Sicherheitsvorrichtung 44 kann die Position des vorderen rechten Radbetätigers 46, des vorderen linken Radbetätigers 46B, des hinteren linken Radbetätigers 46C und den hinteren rechten Radbetätigers 46D steuern. Wie oben beschrieben, können zwei oder mehr Betätiger gleichzeitig gesteuert werden. Beispielsweise werden in einem Zahnstangenritzelsystem die beiden mit diesem verbundenen Räder gleichzeitig gesteuert. Auf Basis der Eingaben der Sensoren 28–42 bestimmt die Steuerung 46 einen Rollzustand und/oder Radabheben und steuert die Lenkposition und/oder das Bremsen der Räder.
Die Sicherheitsvorrichtung 44 kann mit einer Bremssteuerung 60 verbunden sein. Die Bremssteuerung 60 steuert die Größe des Bremsdrehmoments an einer rechten Frontbremse 62A, einer linken Frontbremse 62b, einer linken hinteren Bremse 62c und einer rechten hinteren Bremse 62d. Andere Sicherheitssysteme, wie ein ABS 64, ein Gier-Stabilitätssteuersystem 66 und ein Traktionssteuersystem 68 können auch von den Kenntnissen über den Nickgradienten, den Nickbeschleunigungsquotienten, zusätzliche Masse und Position der Masse profitieren. Diese Information kann die Steuerstrategie beeinflussen, beispielsweise kann das Bremsen modifiziert werden.
Die Ausgabe der Steuerung kann mit einem Fahrzeugkarosserieniveausystem 70, einem Frontlicht Einstellsystem 72 und einem Sensorsignalkompensations-block 74 verbunden werden. Das Karosserieniveausystem 70 kann mit einer Federungssteuerung 48 verbunden sein, welche die Federung steuert, um die Änderungen im Nickwinkel auf Grund der zusätzlichen Masse zu kompensieren. Die Frontlichtzielrichtung kann auch in einem Frontlichtsteuerblock 72 geändert werden. Verschiedene Sensorsignale können auf Grund der reduzierten Nickverschiebung um einen Faktor geändert werden.
Der Rollzustand kann auf Grund der zusätzlichen Last gemessen und modifiziert werden. Der Rollzustand eines Fahrzeugs kann durch den relativen Rollwinkel zwischen der Fahrzeugkarosserie und der Radachse und dem Radabhebewinkel (zwischen der Radachse und der durchschnittlichen Straßenoberfläche) charakterisiert sein. Sowohl der relative Rollwinkel als auch der Radabhebewinkel können im relativen Rollwinkel- Bestimmungsmodul unter der Verwendung der Rollrate und der Lateralbeschleunigungssensorsignale berechnet werden. Wenn sowohl der relative Rollwinkel und die Radabhebewinkel groß genug sind, kann sich das Fahrzeug entweder in einem Einzelradabheben oder im Doppelradabheben befinden. Andererseits haben, wenn beide Winkel klein genug sind, die Räder wahrscheinlich nicht alle Bodenkontakt. Falls beide nicht klein sind und ein Doppelradabhebezustand detektiert oder bestimmt wird, wird die Summe dieser beiden Winkel durch das Rückmeldungssteuermodul dazu verwendet, den erwünschten Betätigungsbefehl zum Erreichen einer Rollsteuerung zu berechnen.
Der Rollzustand eines Fahrzeugs kann durch den Radabheberollwinkel auf Basis des Rollradius charakterisiert werden, welcher den Winkel zwischen der Radachse und der durchschnittlichen Straßenoberfläche durch die dynamischen Rollradien der rechten und linken Räder aufnimmt, wenn beide Räder sich auf dem Boden befinden. Da die Berechnung des Rollradius mit der Radgeschwindigkeit und der Lineargeschwindigkeit des Rades in Beziehung steht, wird ein derartiger auf dem Rollradius basierender Radabhebewinkel abnormale Werte annehmen, wenn viel Radrutschen stattfindet. Dies tritt auf, falls ein Rad abgehoben und Drehmoment auf das Rad aufgebracht wird. Demzufolge wird, falls dieser Rollradiusabhebewinkel schnell wächst, das Fahrzeug abgehobene Räder besitzen. Ein kleiner derartiger Winkel zeigt an, dass alle Räder Bodenkontakt haben.
Der Rollzustand des Fahrzeugs ist indirekt aus dem Radlongitudinalrutschen ersichtlich. Falls während eines normalen Bremsens oder Antriebsdrehmoments rutschen die Räder auf einer Seite des Fahrzeugs mehr, die Räder verlieren auf dieser Seite Longitudinalstraßendrehmoment. Dies induziert, dass die Räder entweder auf einer Oberfläche mit niedrigem mu angetrieben oder angehoben sind. Der Zustand einer Oberfläche mit niedrigem mu und einem abgehobenen Rad kann ferner auf Basis der Chassisrollwinkelberechnung differenziert werden, d. h. bei einer Oberfläche mit niedrigem mu ist der Chassisrollwinkel üblicherweise sehr klein. Demzufolge ist eine exakte Bestimmung des Chassis-Rollens erwünscht.
Der Rollzustand des Fahrzeugs kann durch die an jedem Rad aufrecht erhaltene Normallast charakterisiert werden. Theoretisch ist dann, wenn eine Normallast am Rad auf 0 abnimmt, das Rad nicht mehr in Kontakt mit der Straßenoberfläche. In diesem Fall ist ein potentieller Überschlag unterwegs. Eine besondere Größe der Last zeigt an, dass das Rad Bodenkontakt hat. Normallast ist eine Funktion der be rechneten Chassisroll- und Nickwinkel. Demzufolge ist eine exakte Bestimmung der Chassisroll- und Nickwinkel erwünscht.
Der Rollzustand kann identifiziert werden, indem die tatsächlichen Straßendrehmomente, die auf die Räder aufgebracht werden und die Straßenmomente, die dazu benötigt werden, die Räder im Bodenkontakt halten, überprüft werden. Die tatsächlichen Raddrehmomente können aus dem Drehmomentabgleich für jedes Rad unter Verwendung der Radbeschleunigung, des Antriebsdrehmoments und des Bremsdrehmoments erhalten werden. Falls das Rad die Straßenoberfläche kontaktiert, müssen die berechneten tatsächlichen Raddrehmomente gleich oder größer als die aus den nicht linearen Drehmomenten, die aus der Normallast und dem Longitudinalrutschen an jedem Rad berechnet werden, sein.
Der Rollzustand eines Fahrzeugs kann durch den Fahrzeugrollwinkel selbst charakterisiert werden, nämlich den relativen Rollwinkel θ_xr zwischen der Fahrzeugkarosserie und der Radachse. Falls dieser Chassisrollwinkel schnell wächst, kann sich das Fahrzeug am Rande eines Radabhebens oder Überschlags befinden. Ein kleiner Winkel zeigt an, dass die Räder nicht abgehoben sind oder alle Bodenkontakt haben. Demzufolge ist eine genaue Bestimmung des Chassisrollwinkels zur Bestimmung, ob das Fahrzeug sich im NichtRollzustand befindet, sinnvoll.
Der Rollzustand eines Fahrzeugs kann auch durch den Rollwinkel zwischen der Radachse und der durchschnittlichen Straßenoberfläche bestimmt werden, dies wird als Radabhebewinkel bezeichnet. Falls der Rollwinkel schnell wächst, hat das Fahrzeug ein abgehobenes Rad oder Räder und es muss eine aggressive Steueraktion durchgeführt werden, um das Fahrzeug am Überschlag zu hindern. Ein kleiner derartiger Winkel zeigt an, dass die Räder nicht angehoben sind.
Der Schwerpunkt C ist mit einer nominalen Masse M dargestellt. Eine Rollachse wird auch in einem Abstand D vom Schwerpunkt dargestellt.
a_y ist die Lateralbeschleunigung.
In 3 ist die Beziehung der verschiedenen Winkel des Fahrzeugs 10 relativ zur Straßenoberfläche 11 dargestellt. Nachfolgend wird ein Referenzstraßenbankett winkel θ_bank relativ zum Fahrzeug 10 auf einer Straßenoberfläche gezeigt. Das Fahrzeug besitzt eine Fahrzeugkarosserie 10a und eine Radachse 10b. Der Radabhebewinkel θ_wda ist der Winkel zwischen der Radachse und der Straße. Der relative Rollwinkel θ_xr ist der Winkel zwischen der Radachse 10b und der Karosserie 10a. Der globale Rollwinkel θ_x ist der Winkel zwischen der Horizontalebene (d. h. auf Meeresniveau) und der Fahrzeugkarosserie 10a.
Ein weiterer wichtiger Winkel ist der lineare Bankettwinkel. Der lineare Bankettwinkel ist ein Bankettwinkel, der häufiger berechnet wird (möglicherweise in jeder Schleife), in dem der aus der linearen Rolldynamik eines Fahrzeugs berechnete relative Rollwinkel (siehe U.S. Patent 6,556,908, auf das voll inhaltlich Bezug genommen wird), vom berechneten globalen Roll- und Nickwinkel (wie in der U.S. Anmeldung 09/789,656 beschrieben, auf welche hiermit vorinhaltlich Bezug genommen wird), subtrahiert wird. Falls sich alles langsam ohne Drift, Fehler oder dergleichen ändert, wären der lineare Bankettwinkel und der Referenzstraßenbankettwinkel-Terminus äquivalent.
In den 4 und 5 ist ein Fahrzeug 10 mit verschiedenen Parametern darauf dargestellt. Eine Änderung der Masse ΔM ist relativ zum nominalen Schwerpunkt C₀ dargestellt. Der Schwerpunkt bewegt sich nach C, wenn die zugeladene Masse ΔM zugefügt wird. Die Massenänderung oder Last ΔM wird in einem Abstand H über dem Lastboden 80 positioniert. Der nominale Schwerpunkt C₀ befindet sich im Abstand L von der zugeladenen Masse in Längsrichtung. Der Longitudinalabstand zwischen dem neuen Schwerpunkt und dem nominellen Schwerpunkt C₀ ist ΔL.
In 5 ist die Longitudinalbeschleunigung mit a_x bezeichnet, während die Longitudinalgeschwindigkeit mit v_x bezeichnet wird. Die Lateralbeschleunigung und die Lateralgeschwindigkeit werden entsprechend mit a_y, v_y bezeichnet. Der Lenkradwinkel wird mit δ_w bezeichnet. Die Radbasis des Fahrzeugs wird mit dem Symbol b bezeichnet.
In der 6 wird eine Steuerung 26 detaillierter dargestellt. Die Steuerung 26 empfängt die verschiedenen Sensorsignale, beispielsweise die Nickrate, Longitudinalbeschleunigung und Gierrate der entsprechenden Sensorsignale. Weitere Ein gabesignale, wie der relative Rollwinkel, Plattfußindex und Fahrzeugbewegungscharakteristka können aus verschiedenen anderen Sensorsignalen oder aus einem Stabilitätssteuersystem, wie einem Rollstabilitätssteuersystem, bestimmt werden. Der Ebenheitsindex liefert eine Angabe über die Ebenheit (Neigung/Bankett) der Straße. Eine Möglichkeit, den Ebenheitsindex zu bestimmen, wird im U.S. Patent 6,178,248 beschrieben, auf welches hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird. Die Fahrzeugsbewegungscharakteristika können beispielsweise eine Anzeige der Bewegungen des Fahrzeuges, wie Beschleunigung oder Abbremsen, liefern. Aus den Sensorsignalen können die Lastposition in Längsrichtung und die Größe der Last, der Nickgradient und der Nickbeschleunigungskoeffizient bestimmt werden. Diese Werte können ultimativ einen Fahrzeugnickwinkelkompensationsterm generieren, der zur Korrektur sämtlicher Sensorsignale und für ein Rollstabilitätssteuersystem verwendet werden kann, um Steuerverstärkungen und Schwellen einzustellen. Anstelle der direkten Bestimmung der Last und Position der Last kann zunächst ein adaptiver Nickbeschleunigungskoeffizient und eine adaptiver Nickgradient bestimmt werden. Derartige Parameter beziehen sich inhärent auf die Last und die Position der darin enthaltenen Last. Sie können daher dazu verwendet werden, die Last und der Beladungsposition zu bestimmen. Wie weiter unter genauer beschrieben werden wird, verwendet die Steuerung 26 das Nickratensignal und führt eine Ableitung in Box 84 durch, um das Nickbeschleunigungssignal ω ._y zu erhalten, welches sodann durch den ersten Filter 86 zur Generation der Variablen X gefiltert wird. Der X Wert wird an den Nickgradienten- und den Nickbeschleunigungskoeffizientenbestimmungsmodul 88 geliefert. Das Longitudinalbeschleunigungssignal wird im zweiten Filter 90 gefiltert und an den Nickgradienten- und Nickbeschleunigungskoeffizientenmodul, als Y dargestellt, geliefert. Nickrate, Gierrate und der relative Rollwinkel werden einem Z-Bestimmungsmodul 92 zugeführt, um die Zwischenvariable Z zu bestimmen. Die Zwischenvariable Z wird im dritten Filter 94 gefiltert und dem Nickgradienten und Nickbeschleunigungskoeffizientenbestimmungsmodul 88 übermittelt. Wie weiter unten genauer beschreiben, ist die Ausgabe des Nickgradienten und Nickbeschleunigungskoeffizientenbestimmungsmoduls 88 der Nickgradient und der Nickbeschleunigungskoeffizient, die einem Beladungs-/Ladepositionsdetektionsblock 96 übermittelt werden. Der Ladungs-/Beladungspositionsdetektionsblock 96 generiert eine Massenänderung, ein Positionssignal und eine Änderung des Position-Signals, entsprechend der Änderung des Fahrzeugschwerpunkts. Ein Fahrzeugbeladungskompensationsterm wird im Ladecharakterisierungsblock 98 generiert. Die Ausgabe des Ladungscharakterisierungsblocks 98 kann einem Stabilitätssteuermodul und/oder einem ladungsinduzierten Nickfehlausrichtung übermittelt werden. Die durch Ladung induzierte Nickfehlausrichtung kann im Karosserieniveausteuersystem 70, dem Frontlichteinstellsystem 72 und den Sensorsignalkompensationsblock 74 verwendet werden.
In 7 ist der Betrieb der Steuerung 96 detaillierter beschrieben. In Schritt 102 werden die verschiedenen Sensoren, wie der Nickratensensor, der Longitudinalbeschleunigungssensor, und der Nickratensensor abgelesen. In Schritt 103 werden der Nickgradient und der Nickbeschleunigungskoeffizient bestimmt.
Es bestehen zwei Nickwinkelberechnungen, wie unten aufgeführt. Schließlich wird ein Nickgradient und ein Nickbeschleunigungskoeffizient aus dem relativen Nickwinkel und dem anderen, dem globalen Nickwinkel abgeleitet. Der relative Nickwinkel φ_relative ist eine Funktion der Longitudinalbeschleunigung a_x, der Nickbeschleunigung ω ._y, des Nickgradienten ρ und des Nickbeschleunigungskoeffizienten σ. φrelative = f(ax, ω .y; ρ, σ) (1)
In der z-Transformation: φrelative = ρTpitch(z)ax – σTpitch(z)ω .y (2)wobei
ein Filter ist, welcher das lineare Nickmodell des Fahrzeugs reflektiert. Bemerkenswerterweise benimmt sich die Fahrzeugnickbewegung während des Abbremsens und der Beschleunigung unterschiedlich. In diesem Fall sollte
unterschiedlich für Abbremsen und Beschleunigung eingestellt werden. Man beachte die Nicktransferfunktion als T_{pitch_acc}(z) während des Fahrzeugbeschleunigens und als T_{pitch_dec}(z) während des Fahrzeugbremsens. In ähnlicher Weise unterscheiden sich der Nickgradient und der Nickbeschleunigungskoeffizient von der Fahrzeugbeschleunigung und dem Abbremsen und werden als ρ^acc und σ^acc für das Beschleunigen und ρ^dec und σ^dec für das Abbremsen bezeichnet.
Auf dem ebenen Boden ist der globale Nickwinkel φ_global eine Funktion der Nickrate ω ._y, der Gierrate ω_z, des relativen Rollwinkels θ_relativ und des relativen Nickwinkels φ_relativ φglobal = g(ωy + ωz + θrelative + φrelative) (3)
In z-Transformation φglobal = Tadi(z)[ωy – ωzθrelative] + Tssc(z)φrelative (4)wobei T_adi(z) und T_ssc(z) zwei Filter sind, um eine Antidriftintegration und Dauerzustandskompensation durchzuführen. Bemerkenswerterweise sind auf dem Grundniveau der relativen Nickwinkel und der globale Nickwinkel gleich. Demzufolge ergeben sich aus (1) und (3) oder (2) und (4) Beziehungen zwischen dem Nickgradienten ρ und dem Nickbeschleunigungskoeffizienten σ. Unter Einsetzen von (2) in (4) während des Beschleunigens ergibt sich: φglobal = Tadi(z)[ωy – ωzθrelative] + ρaccTssc(z)Tpitch_acc(z)ax – σaccTssc(z)Tpitch_acc(z)ω .z (5) oder die nachfolgende für das Abbremsen φglobal = Tadi(z)[ωy – ωzθrelative] + ρdecTssc(z)Tpitch_dec(z)ax – σdecTssc(z)Tpitch_dec(z)ω .z (6)
Durch Gleichsetzen von (2) und (5) für die Fahrzeugbeschleunigung kann die nachfolgende Gleichung erhalten werden. ρaccXacc – σaccYacc = U (7)wobei Xacc = Tssc(z)[Tpitch_acc(z) – 1]ax Yacc = Tssc(z)[Tpitch_acc(z) – 1]ω .y (8)
U wird wie nachfolgend berechnet: U = Tadi(z)[ωy – ωzθrelative] (9)
In ähnlicher Weise kann durch Gleichsetzen von (2) und (6) für das Abbremsen des Fahrzeugs die nachfolgende Gleichung erhalten werden: ρdecXdec – σdecYdec = U (10)wobei Xdec = Tssc(z)[Tpitch_dec(z) – 1]ax Ydec = Tssc(z)[Tpitch_dec(z) – 1]ω .y (11)
Nachfolgendes ist eine Zusammenfassung des Berechnungsalgorithmus.
In Schritt 104 wird die gefilterte Longitudinalbeschleunigung X in der nachfolgenden iterativen Gleichung bestimmt:
wobei d_xi, n_xi die betroffenen Filterkoeffizienten sind. Man achte, dass die obige Berechnung sowohl für das Beschleunigen als auch für das Abbremsen geeignet ist und dass der Abbremswert als X^dec und der Beschleunigungswert als X^acc mit unterschiedlichen Sets Filterkoeffizienten bezeichnet ist. Wenn sich das Longitudinalbeschleunigungssignal a_x von einem positiven Wert in einen negativen Wert wandelt und den Nullwert zum Zeitpunkt k kreuzt, wird das nachfolgende Rücksetzen verwendet, um die Berechnung von X^dec zu beginnen. Xdeck–1 = Xacck–1 Xdeck–2 = Xacck–2 Xdeck–3 = Xacck–3 (13)und die Berechnung für X^acc angehalten. In ähnlicher Weise, wird, wenn das Longitudinalbeschleunigungssignal a_x sich von einem negativen Wert in einen positiven Wert ändert und den Nullwert zum Zeitpunkt t kreuzt, das nachfolgenden Rücksetzen zum Start der Berechnung von X^acc eingesetzt: Xacct–1 = Xdect–1 Xacct–2 = Xdect–2 Xacct–3 = Xdect–3 (14)und die Berechnung für X^dec angehalten.
In Schritt 106 wird die gefilterte Nickbeschleunigung Y durch die nachfolgende interative Gleichung bestimmt:
Man beachte, dass obige Berechnung sich sowohl für die Beschleunigung als auch für das Abbremsen eignet und die entsprechenden Werte als Y^dec und Y^acc mit unterschiedlichen Filterkoeffizientsätzen bezeichnet werden. Ähnliche Rücksetzschemata, wie in (13) und (14) für X^dec und X^acc werden auch hier verwendet.
In Schritt 108 wird der gefilterte Wert U in (9) bestimmt zu:
wobei
wobei d_ui, n_ui für l = 1, 2, 3, 4 der betroffene zweite Satz Filterkoeffizienten sind.
Unter Verwendung der berechneten Wertevariablen X_k ^acc, Y_k ^acc an jedem Probenahmezeitpunkt k (während der Fahrzeugbeschleunigung) oder der berechneten Werfe X_t ^dec, Y_t ^dec an jedem Meßzeitpunkt t (während des Bremsens) können U_k und U_t, Gleichung (7) und (10) dazu verwendet werden, potentiell die unbekannten Parameter des Nickgradienten ρ^acc und ρ^dec, des Nickbeschleunigungskoeffizienten σ^acc und σ^dec, zu berechnen.
Da die Gleichungen (7) und (10) dann wahr sind, wenn das Fahrzeug auf ebenem Grund gefahren wird und kein Rad sich in der Luft befindet (vier Räder die Straße kontaktieren) kann eine konditionelle Methode der kleinsten Fehlerquadrate (CLS) eingesetzt werden. Zwei verschiedene CLS können eingesetzt werden. Das erste CLS-Verfahren führt Aktualisierung der Parameter ρ^acc oder ρ^dec und σ^acc oder σ^dec nach einer vorbestimmten Anzahl von Koditionsproben durch, während das zweite Verfahren ρ^acc oder ρ^dec und σ^acc oder σ^dec aktualisiert und die Co-Varianzmatrix bei jeder Konditionsprobe rücksetzt.
Da ρ^acc oder ρ^dec und σ^acc oder σ^dec mit den Intertialparametern der Nickbewegung der Fahrzeugkarosserie in Beziehung stehen, können diese nur dann, wenn der Fahrzeugnickmodus vollständig angeregt ist, korrekt durch Verfahren nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate bestimmt werden. Die Bremsaktionen entweder aufgrund einer Anforderung des Fahrers oder einer gesteuerten Bremsanforderung durch ein Stabilitätssteuersystem – können als eine derartige Anregungsquelle eingesetzt werden. Letzteres gilt für das Fahrzeugdrosseln. Unter Dauerzustandsfahrbedingungen (Coasting) oder wenn die Fahrzeugbeschleunigung beim Abbremsen unter einer Schwelle liegt, wird die Identifizierung nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate nicht durchgeführt. Berücksichtigung der Lenkeingabe des Fahrers könnte sowohl die Roll- als auch die Nickdynamik anregen (eine scharfe Kurve schiebt das Fahrzeuggewicht in Frontrichtung), demzufolge könnte die Lenkradwin kelgeschwindigkeit auch zur Identifizierung von Bedingungen für die Anregung des Nickmodus eingesetzt werden: δwvmin ≤ |δw| ≤ δwvmax and |δw| ≥ δwmin (18)wo δ_w der gemessene Lenkradwinkel, δ_wvmin und δ_wvmax zwei Schwellen sind, die Größe der Lenkradwinkelgeschwindigkeit zu begrenzen, δ_wmin eine Schwelle ist um die Größe des Lenkradwinkels zu begrenzen. Die tatsächliche Begrenzung der oberen Grenze der Lenkradwinkelgeschwindigkeit wird aufgrund der Überlegung durchgeführt, dass eine sehr schnelle Lenkeingabe unrealistische Dynamik generieren könnten.
In Schritt 110, wird die konditionelle Summe der Produkte oder Kreuzprodukte der obigen gefilterten Variablen über eine signifikant große Anzahl N konditioneller Proben bestimmt. Dies wurde unter Verwendung des nachfolgenden iterativen Algorithmus durchgeführt, falls die erste CLS-Methode eingesetzt wird.
wenn das Fahrzeug abgebremst wird
Man beachte, dass der Zeitpunkt der mit k und t bezeichnete Zeitpunkt, sich vom CLS-Aktualisierungszeitpunkt, der mit s bezeichnet wird, unterscheidet. Nur dann, falls die Bedingungen immer erfüllt werden, ist s = k und t. N in (19) und (20) ist die Gesamtzahl der konditionellen Proben, die für das CLS verwendet werden, welche einen Wert zwischen 1000 bis 80 000 haben könnten.
Schritt 110 wird für die konditionelle Probe durchgeführt, wenn die Straße ein ebenes Terrain ist. Ebenes Terrain kann dann identifiziert werden, falls eine Anzeige dafür besteht, dass das Fahrzeug sich nicht auf einer signifikant mit Bankett versehenen Straße befindet. Demzufolge kann das Überprüfen des Straßenbankettwinkels dazu verwendet werden, indem beispielsweise das im US-Patent 6,718,248 beschriebene Verfahren eingesetzt wird. Das Terrainniveau kann auch über einen Ebenheitsindex (wie im US-Patent 6,718,248 berechnet) überprüft werden oder eine Straßenprofildetektion (siehe US-Patent 6,718,248) oder einen groben Vergleich zwischen dem globalen Rollwinkel und dem nominellen Chassisrollwinkel.
In Schritt 112 werden der Nickgradient und der Nickbeschleunigungskoeffizient berechnet. ρ^acc und σ^acc werden wie nachfolgend berechnet:
wobei a_min eine kleine Zahl (beispielsweise 0,0001) ist, welche eingesetzt wird, ein Teilen durch 0 in der durchgeführten Berechnung zu vermeiden; ρ ^acc und ρ ^acc sind die entsprechenden oberen und unteren Grenzen des Nickgradienten, die zu ρ acc = ρacc0 – Δρ ρ acc = ρacc0 + Δρ (22)berechnet werden können und ρ acc / 0 ist der nominale Wert des Nickgradienten (erhalten durch Testen des Fahrzeugs für ein Fahrzeug mit nomineller Beladung); Δρ ist die erlaubte Variation des Nickgradienten; σ ^acc und σ ^acc sind die entsprechenden oberen und unteren Grenzen des Nickbeschleunigungskoeffizienten, der erhalten werden kann als: σ acc = σacc0 – Δσ σ acc = σacc0 + Δσ (23)und σ acc / 0 ist der nominelle Wert des Nickbeschleunigungskoeffizienten (für ein Fahrzeug mit normaler Beladung) Δσ ist die erlaubte Variation des Nickbeschleunigungskoeffizienten. In ähnlicher Weise kann eine Bremsberechnung durchgeführt werden.
Falls das zweite CLS-Verfahren eingesetzt wird, können der Nickgradient ρ und der Nickbeschleunigungskoeffizient σ durch den nachfolgenden iterativen Algorithmus berechnet werden. Zuerst wird während des Fahrzeugbeschleunigens eine 2 × 2 Matrixvariable V_x+1 beim (s+1)ten konditionellen Zeitpunkt aus ihrem letzen Wert V_s berechnet und so dann die berechneten gefilterten Werte von X_k ^acc und Y_k ^acc, wie nachfolgend:
wobei g, γ und v₀ drei positive Zahlen sind, der Zeitpunkt k der reguläre Zeitpunkt und der Zeitpunkt s der konditionelle Zeitpunkt ist. Gleichung (24) wird auch als Covarianzrücksetzen im normalisierten Algorithmus der kleinsten Fehlerquadrate bezeichnet. Während des Abbremsens wird eine ähnliche Rechnung wie (22) durchgeführt.
Der Nickgradient und der Nickbeschleunigungskoeffizient werden unter Verwendung der 2 × 2 Matrix V_s berechnet und die berechneten gefilterten Werte X_k, X_k und U_k, wie nachfolgend für den Beschleunigungsfall:
Eine ähnliche Berechnung kann für das Abbremsen durchgeführt werden.
Die berechneten Werte sind auch auf ihre Machbarkeitssätze begrenzt, wie im folgenden Beschleunigungsfall: ρaccs+1 = sat(ρaccs+1 , ρacc0 – Δρ, ρacc0 + Δρ) σaccs+1 = sat(σaccs+1 , σacc0 – Δσ, σacc0 + Δσ) (26)und den folgenden Bremsfall ρdect+1 = sat(ρdecs+1 , ρdec0 – Δρ, ρdec0 + Δρ) σdecs+1 = sat(σdecs+1 , σdec0 – Δσ, σdec0 + Δσ)
Während des Zeitpunkt, an dem die Bedingungen für (24) und (25) nicht gelten, werden die Berechnungen auf die letzten Werte eingefroren.
Aus dem berechneten Nickgradienten und dem Nickbeschleunigungskoeffizienten in Schritt 112, kann der Fahrzeugbeladung und ihrem Abstand zum Schwerpunkt des Fahrkörpers in vertikaler Richtung kann in Schritt 114 bestimmt werden.
Die Variable M_s ist die nominelle Fahrzeugkörpermasse und der Abstand des ursprünglichen Schwerpunkts C₀ des Fahrzeugköpers von der Hinterachse wird mit L bezeichnet, der in Längsrichtung parallel zum Fahrzeugboden gemessen wird (siehe 4). Falls eine Last mit zusätzlicher Masse ΔM in den Kofferraum oder den hinteren Abschnitt des Fahrzeugs zugeladen wird und der Abstand zwischen dem Schwerpunkt C_Δ dieser Masse und der Hinterachse zu 0 angenommen wird, wird sich der Schwerpunkt des Fahrzeugkörpers mit der zusätzlichen Masse wahrscheinlich ändern. Der Longitudinalabstand zwischen C₀ und C beträgt ΔL.
Das Gesamtnickträgheitsmoment des Fahrzeugkörpers gegenüber dem End- (mit zugefügter Masse) Schwerpunkt C kann ausgedrückt werden als Iyc = IMyc + IΔMyc (28) wobei IMyc = Iyc0 + MsΔL2 IΔMyc = ΔM(L – ΔL)2 (29)
Indem (27) in (29) eingesetzt wird, kann (28) wie folgt ausgedrückt werden:
unter der Annahme, dass der nominelle Nickgradient und der Nickbeschleunigungskoeffizient ρ₀ und σ₀ ist, wird:
wobei K_pich die Nicksteifigkeit aufgrund der Federung bezeichnet und dieser Wert beim Fahrzeugabbremsen und Beschleunigen unterschiedlich ist. Man bezeichnet diese als K_{pich_acc} für das Beschleunigen und K_{pich_dec} für das Abbremsen. Dann gilt für das Beschleunigen des Fahrzeugs
und für das Abbremsen des Fahrzeugs
Unter Verwendung dieser nominalen Werte und der berechneten Werte ρ^dec, σ^dec und ρ^acc, σ^acc erfüllen die Beladungsmasse und die Lastdistanz das Nachfolgende für das Beschleunigen:
und für das Abbremsen
Theoretisch sollten (34) und (35) gleich sein, aufgrund von numerischen Fehlern ist eine geringe Differenz möglich. Aufgrund dieser Tatsache werden gemittelte Werfe verwendet:
Aus der Beziehung in (34) oder (35) und den durchschnittlichen Werten in (36) können die nachfolgenden Abschätzungen der zugeladenen Masse und die Position der zugeladenen Masse bestimmt werden.
In Schritt 116 wird eines der Fahrzeugsysteme gesteuert. Dies ist ein Sicherheitssystem, wie oben beschrieben, wie ein Nick- oder Rollstabilitätssystem, oder ein Fahrzeugkarosserieniveausystem 70, ein Frontlichteinstellsystem 72 und der Sensorsignalkompensationsblock 74.
In Schritt 100 der 6 wird ein Stabilitätssteuersystem, wie ein Rollstabilitätssteuersystem oder ein Gier-Stabilitätssteuersystem entsprechend der zugefügten Masse und der Höhe der zugeladenen Massen gesteuert. Das Sicherheitssystem kann auch direkt vom Nickgradienten und dem Nickbeschleunigungskoeffizienten gesteuert werden, wobei beide adaptiv sein können. Ein Stabilitätssteuerverstärkungs-/Schwellenkompensationsterm kann auch auf Basis des Nickgradienten, des Nickbeschleunigungskoeffizienten oder der zugeladenen Kofferraummasse generiert werden. Die Schwelle kann geändert werden, um früheres Auslösen zu ermöglichen, falls eine zusätzliche Masse an einem vorherbestimmten Ort in Schritt 114 festgestellt wird. Die Kompensationsgröße wird wahrscheinlich experimentell auf Basis der Fahrzeugkonfiguration bestimmt.
Falls das Fahrzeug eine signifikante Beladung aufweist, nämlich die berechnete Beladung eine Schwelle P_max überschreitet ΔM ≥ Pmax (38)und gleichzeitig der Longitudinalabstand der Masse eine weitere Schwelle L_max überschreitet L ≥ Lmax (39)neigt das Fahrzeug mehr zum Übersteuern. In diesem Fall müssen die Gier-Stabilitätssteuerverstärkungen und die Seitenrutschwinkelsteuerverstärkungen erhöht werden, um frühe Aktivierung zu erzielen, um das Fahrzeug daran zu hindern, in eine unkontrollierbare und instabile Dynamik zu geraten. Steuerverstärkungen setzen den Wert G_TLMAX auf die Spitze, die für große Kofferraumzuladungen eingestellt ist.
Falls das Fahrzeug eine signifikante Zuladung hat, nämlich ΔM ≥ P_max, diese Zuladung sich aber nicht im Fahrzeugkofferraum befindet, d.h., dass der Longitudinalabstand der Zulandung geringer als die kleinste Schwelle L_min ist L ≤ Lmin (40) werden alle Verstärkungen für die Rückmeldungssteuerung, die zum Befehl der Betätiger eingesetzt werden, auf einen Wertesatz G_NTLMAX gesetzt, der für große Zuladungen, nicht im Kofferraum, eingestellt ist.
Falls das Fahrzeug eine signifikante Zuladung besitzt, nämlich ΔM ≥ P_max, aber der Zuladungsabstand zwischen dem Kofferraumabstand und 0 liegt, d.h. L liegt zwischen einer unteren Schwelle L_min (möglicherweise 0) und einer oberen Schwelle Lmax Lmin ≤ L ≤ Lmax (41)werden alle Verstärkungen für die Rückmeldungssteuerung, die zum Befehl der Betätiger eingesetzt werden, auf die nachfolgenden Werte gesetzt, die entsprechend der detektierten Zuladungshöhe eingestellt werden, wie nachfolgend:
Falls das Fahrzeug eine Zuladung unter der erlaubten Zuladung P_max aber über der unteren Grenze einer zulässigen Kofferraumbeladung P_min aufweist, nämlich Pmin ≤ ΔM ≤ Pmax (43)
Es wird angenommen, das alle nominellen Verstärkungen für die Rückmeldung (für ein Fahrzeug mit nomineller Last) al G_nom bezeichnet werden, danach werden die Steuerverstärkungen auf Basis der detektierten Zuladung, wie nachfolgend, eingestellt:
Der Nickgradient selbst kann auch direkt dazu verwendet werden, Steuerverstärkungen einzustellen. Falls das Fahrzeug eine signifikante Steigerung des Nickgradienten hat, nämlich ρ ≥ ρ_min, werden alle Verstärkungen für die Rückmeldungssteuerung, die zur Befehligung der Betätiger eingesetzt wird, auf die nachfolgenden Werte auf Basis des detektierten Nickgradienten, wie nachfolgend eingestellt:
wobei ρ_min dem einem Fahrzeug ohne Kofferraumzuladung entsprechende Nickgradient ρ_max der dem Fahrzeug mit maximal erlaubter Kofferraumzuladung entsprechende Nickgradient und ρ_max der dem Fahrzeug mit einer maximal erlaubten Kofferraumzuladung entsprechenden Nickgradienten entspricht.
Man beachte, dass andere Steuerverstärkungseinstellungen, außer den oben aufgeführten linearen Interpolationsverfahren, möglich sind. Man beachte auch, dass die toten Zonen und Schwellen, die in einer Stabilitätsrückmeldungssteuerung eingesetzt werden, auch in ähnlicher Weise auf Basis des Lastabstands L und/oder der Last ΔM oder des Nickgradienten oder des Nickträgheitsmoments, wie in (32) berechnet, eingestellt werden können.
Mit der zusätzlichen Kofferraumlast können die Front- und Hecknormallasten berechnet werden zu:
wobei b die Fahrzeugbasis ist, N_f0, N_r0 nominelle Normallasten auf der Front- und Hinterachse, wenn das Fahrzeug keine Kofferraumzuladung besitzt, L₀ der Abstand vom nominalen Schwerpunkt des Fahrzeugs zur Hinterachse. Die durch die nominelle Last generierte Nickabweichung des Fahrzeugs kann berechnet werden zu:
wobei K_f, K_r die vertikalen Federungsraten für die Front- und Hinterachsen sind.
Für ein gut eingestelltes Fahrzeug ist eine derartige nominelle durch Zuladung induzierte Nickabweichung üblicherweise 0, d. h φ_LPM0 = 0.
Die zuladungsinduzierte Nickabweichung, die durch eine Kofferraumzuladung bewirkt wird, kann in ähnlicher Weise berechnet werden zu:
In 74 kann die Abweichung Δφ_LPM zwischen φ_LPM0 und φ_LPM dazu verwendet werden, die Sensorablesungen zu korrigieren, wie nachfolgend: ωxcorrected = ωxcos(ΔφLPM) – ωzsin(ΔφLPM) ωzcorrected = ωxsin(ΔφLPM) + ωzcos(ΔφLPM) axcorrected = axcos(ΔφLPM) – azsin(ΔφLPM) azcorrected = axsin(ΔφLPM) + azcos(ΔφLPM) (49)wobei ω_xcorrected, ω_zcorrected, a_xcorrected, a_zcorrected die korrigierte Rollrate, Gierrate, Longitudinalbeschleunigung und Vertikalbeschleunigung sind. Man beachte, dass sich aus (49) ergibt, falls das Fahrzeug lediglich giert, ohne zu rollen, der Rollratensensor, der auf dem Fahrzeug befestigt ist, immer noch eine Rollratenausgabe haben kann.
Die oben berechnete zuladungsinduzierte Nickabweichung kann in 70, 72 eingesetzt werden, um die erwünschten Steuerfunktionen zu erhalten.
Während die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben und erläutert wurde, sind verschiedenste Abweichungen und alternative Ausführungen dem Fachmann offensichtlich. Demzufolge soll die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der Ansprüche begrenzt sein.

10: Kraftfahrzeug
10A: Fahrzeugkarosserie
10B: Radachse
11: Straßenoberfläche
12A: vorderer rechter Reifen
12B: vorderer linker Reifen
13A: hinterer rechter Reifen
13B: hinterer linker Reifen
14A: Steuersysteme
14B: Hecklenksystem
16: Meßsystem
18: Steuersystem
20: Geschwindigkeitssensor
22: Fahrzeugrahmen
24: Inertialrahmen
26: Steuerung
28: Gier-Ratensensor
32: Lateralbeschleunigungssensor
33: Vertikalbeschleunigungssensor
34: Rollwinkelratensensor
35: Lenkrad(Handrad)-winkelsensor
36: Winkelbeschleunigungssensor
37: Nickratensensor
38: Positionssensor
40: Federlastsensor
42: Federungspositionssensor
44: Sicherheitsvorrichtung
45: Airbag
46A: Steuerbetätigungseinrichtung
46B: Steuerbetätigungseinrichtung
46C: Steuerbetätigungseinrichtung
46D: Steuerbetätigungseinrichtung
48: Federungssteuerung
50: Signalmultiplexer
52: Radabhebedetektor
54: Fahrzeugrollwinkelrechner
56: Rollstabilitätssteuerung (RSC) Rückmeldungssteuerbefehl
57: Drehmomentsteuerung
58: Lastdetektor
60: Bremssteuerung
62A: rechte Frontbremse
62B: linke Frontbremse
62C: linke hintere Bremse
62D: rechte hintere Bremse
66: Gier-Stabilitätssteuersystem
68: Traktionssteuersystem
70: Karosserieniveausystem
72: Frontlichteinstellsystem
74: Sensorsignalkompensationsblock
80: Lastboden
84: Box
86: erster Filter
88: Nickbeschleunigungskoeffizientenbestimmungsmodul
90: zweiter Filter
92: Z-Bestimmungsmodul
94: dritter Filter
96: Beladungsladepositionsdetektionsblock
98: Ladecharakterisierungsblock
100: Schritt
102: Schritt
103: Schritt
104: Schritt
106: Schritt
108: Schritt
110: Schritt
112: Schritt
114: Schritt
116: Schritt

Claims

Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugsystems mit: – Bestimmen eines adaptiven Nickbeschleunigungskoeffizienten; und – Steuern des Fahrzeugsystems entsprechend dem adaptiven Nickbeschleunigungskoeffizienten
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung eines adaptiven Nickbeschleunigungskoeffizienten die Bestimmung eines adaptiven Nickbeschleunigungskoeffizienten entsprechend einer Longitudinalbeschleunigung, einer Nickrate, einer Nickbeschleunigung, einer Gierrate und eines reaktiven Rollwinkels umfasst.
Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugsystems mit: – Generieren eines Nickratensignals, das für die Nickrate des Fahrzeugs indikativ ist; – Bestimmen einer zugefügten Masse entsprechend dem Nickratensignal; – Klassifizieren des longitudinalen Ortes der zugefügten Masse in Kofferraumlast oder Nicht-Kofferraumlast; und – Steuern des Fahrzeugsystems entsprechend der zugeladenen Masse und dem Longitudinalort und/oder der Kofferraumlast.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner gekennzeichnet durch Bestimmen einer Longitudinalbeschleunigung, eines relativen Rollwinkels und einer Gierrate, wobei die Bestimmung der zugefügten Masse das Bestimmen der zugefügten Masse entsprechend dem Nickratensignal, der Longitudinalbeschleunigung, dem relativen Rollwinkel und einer Gierrate umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner gekennzeichnet durch Bestimmen der Position der zugefügten Masse, wobei das Steuern, das Steuern des Sicherheitssystems entsprechend der zugefügten Masse und des Longitudinalabstandes der zugefügten Masse umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Position der zugefügten Masse die Position des Schwerpunktes des Fahrzeuges mit zugefügter Masse umfasst.
Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugsystems mit: – Bestimmen eines Nickgradienten; – Bestimmen eines Nickbeschleunigungskoeffizienten; – Bestimmen einer zugefügten Masse und der Position der zugefügten Masse aus dem Nickgradienten und dem Nickbeschleunigungskoeffizienten; und – Steuern des Fahrzeugsystems entsprechend der zugefügten Masse und Position der zugefügten Masse.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Steuern des Fahrzeugsystems das Steuern eines Sicherheitssystems umfasst, eingeschlossen Steuern eines Rollstabilitätssteuersystems.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuern des Sicherheitssystems das Steuern eines Gierstabilitätssteuersystems umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Steuern des Fahrzeugsystems das Steuern eines Frontlichteinstellsystems umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Steuern des Fahrzeugsystems das Steuern des Fahrzeugkarosserieniveausystems umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Bestimmung eines Nickbeschleunigungskoeffizienten das Bestimmen des Nickbeschleunigungskoeffizienten entsprechend einem longitudinalen Beschleunigungssignal, einem Gierratensignal und einer Nickgeschwindigkeit umfasst.