DE60317451T2 - Verfahren und Vorrichtung für ein Fahrzeugstabilitäts- Verbesserungssystem - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung für ein Fahrzeugstabilitäts- Verbesserungssystem Download PDF

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Youssef Ahmed Macomb Township Macomb County Ghoneim
Christian Bielaczek
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    • B60T2260/00—Interaction of vehicle brake system with other systems
    • B60T2260/02—Active Steering, Steer-by-Wire

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystem (vehicle stability enhancement system, VSE-System) und ein Verfahren zum Betreiben desselben, und insbesondere auf die Aufnahme von VSE-Informationen in die Lenkungssystemdynamik.
  • HINTERGRUND
  • Herkömmliche Fahrzeugfahrwerkuntersysteme, wie etwa Lenkungs-, Brems- und Aufhängungsuntersysteme, sind passiv, was bedeutet, dass ihre Ansprechempfindlichkeit unter Betriebsbedingungen ermittelt wird, bevor das Fahrzeug den Herstellungsort verlässt. Bei solchen herkömmlichen Anordnungen muss der Entwurf des bestimmten Fahrwerkuntersystems im Voraus ermittelt werden, wobei der Zweck des Fahrzeugs, wie beispielsweise, ob das Fahrzeug hauptsächlich als Reisefahrzeug verwendet wird oder ob es hauptsächlich als sportliches Hochleistungsfahrzeug verwendet wird, berücksichtigt werden muss. Lenkungsuntersysteme mit Servolenkungsunterstützung können für Reisefahrzeuge mit einem höheren Unterstützungsgrad und für Hochleistungsfahrzeuge mit einem niedrigeren Unterstützungsgrad entworfen werden. Entwurfsbedingt können solche herkömmlichen Fahrwerkuntersysteme auf eine Veränderung der Fahrzustände, wie sie von dem Fahrer befohlen werden, nicht in Echtzeit reagieren oder sich nicht in Echtzeit an eine solche anpassen.
  • US 6,062,336 und US 6,085,860 offenbaren Lenkungssteuerungssysteme und Lenkungssteuerungsverfahren in Übereinstimmung mit den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystem und ein Fahrzeugstabilitätsverbesserungsverfahren zu schaffen, die einem Bediener eine taktile Rückkopplung liefern, um das Verhalten des Bedieners zu beeinflussen.
  • Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Bei einer Ausführungsform wird ein Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystem (VSE-System) für ein Fahrzeug mit wenigstens einem Fahrzeuguntersystem geschaffen, das umfasst: mindestens einen Sensor zur Erfassung mindestens eines Fahrzeugparameters, mindestens ein Fahrzeugsteuerungssystem zur Nachstellung des mindestens einen Fahrzeuguntersystems, mindestens einen Speicher, der mindestens einen Satz von Verstärkungsfaktoren umfasst, und einen Controller, der auf den mindestens einen Sensor und den mindestens einen Satz von Verstärkungsfaktoren anspricht, um das mindestens eine Fahrzeugsteuerungssystem zu steuern.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur aktiven Steuerung eines Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystems in einem Fahrzeug mit mindestens einem Fahrzeuguntersystem geschaffen, das umfasst: ein Erfassen mindestens eines Fahrzeugparameters, ein Ermitteln mindestens eines Steuerungsverstärkungsfaktors in Ansprechen auf den mindestens einen Fahrzeugparameter, ein Ermitteln des Zustands mindestens eines Steuerungsflags in Ansprechen auf die Betätigung mindestens eines Steuerungssystems, ein Berechnen mindestens eines Steuerungsbefehls in Ansprechen auf den mindestens einen Steuerungsverstärkungsfaktor und das mindestens eine Steuerungsflag und ein Bereitstellen einer taktilen Betätigung des mindestens einen Fahrzeuguntersystems in Ansprechen auf den mindestens einen Steuerungsbefehl.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Unter den Figuren, die beispielhafte Ausführungsformen sind und in denen gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen aufweisen, zeigen:
  • 1 ein allgemeines Schema eines Fahrzeugs, das für das Implementieren der vorliegenden Erfindung bereit ist;
  • 2 ein allgemeines Schema eines Fahrzeuguntersystems, das für das Implementieren der vorliegenden Erfindung bereit ist;
  • 3 einen allgemeinen Ablaufplan für das Implementieren der vorliegenden Erfindung;
  • 4 einen Blockschaltplan eines Steuerungssystems für das Implementieren der vorliegenden Erfindung;
  • 5 einen Blockschaltplan eines Rückkopplungs-Steuerungssystems bzw. Regelungssystems für das Implementieren der vorliegenden Erfindung;
  • 6 ein graphisches Beispiel der Beziehung zwischen einem Steuerungsbefehl und Fahrzeugparametern in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung; und
  • 7 eine allgemeine Darstellung eines Fahrzeugs, das auf die vorliegende Erfindung anspricht.
  • GENAUE BESCHREIBUNG
  • Mit Bezug auf 1–7 wird hier zur Erläuterung anhand von Beispielen und nicht zur Einschränkung eine genaue Beschreibung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben.
  • Fahrzeug
  • 1 zeigt ein allgemeines Schema eines Fahrzeugs 10 mit einem Fahrwerk bzw. Fahrgestell 20, einer auf dem Fahrgestell 20 angeordneten Karosserie 30, einem Satz von Rädern ("W") 40, die mit dem Fahrwerk 20 rotatorisch gekoppelt sind, einem zum Lenken der Räder 40 angeordneten Lenkmechanismus 50, einem Bremsmechanismus ("B") 60, der angeordnet ist, um die Räder 40 auf einen Befehl hin zu verzögern, einem Aufhängungsmechanismus ("S") 70, der zwischen den Rädern 40 und dem Fahrwerk 20 angeordnet ist, um eine Vibration an den Rädern 40 zu dämpfen, einem Lenkrad 80, um ein vom Fahrer befohlenes Lenkungsdrehmoment an den Lenkmechanismus 50 zu übertragen und um den Fahrer mit einer taktilen Rückkopplung hinsichtlich des Lenkmechanismus 50 zu versorgen, und einem integrierten Fahrwerksteuerungssystem (integrated chassis control system, ICCS) 100. Der Lenkmechanismus 50, der Bremsmechanismus 60 und der Aufhängungsmechanismus 70 werden alternativ als Fahrzeuguntersysteme bezeichnet. Das ICCS 100 umfasst: einen Gier ratensensor ("Yaw") 110 zum Erfassen der Ist-Fahrzeuggierrate in Grad pro Sekunde; Radgeschwindigkeitssensoren ("VS") 120; einen Querbeschleunigungssensor ("Lat") 130 wie beispielsweise einen Beschleunigungsmesser zum Erfassen des Absolutwerts der Fahrzeugquerbeschleunigung in Vielfachen der Erdbeschleunigung (g-force); einen Längsbeschleunigungssensor 140 ("Long") (z. B. einen Beschleunigungsmesser) zum Erfassen des Absolutwerts der Fahrzeuglängsbeschleunigung in Vielfachen der Erdbeschleunigung (g-force); einen Lenkwinkelsensor ("SS") 150 zum Erfassen des Lenkwinkels für die Lenkräder; einen Lenkungsdrehmomentsensor ("TS") 152 zum Erfassen des Drehmoments in dem Lenkmechanismus 50; und einen Bremsdrucksensor ("BS") 155 zum Erfassen des Bremsfluiddrucks. Die erfassten Parameter werden hier als Fahrzeugparameter bezeichnet. Das ICCS 100 umfasst außerdem die folgenden Fahrzeugsteuerungssysteme: ein Lenkmechanismus-Steuerungssystem ("WCS") 160 wie beispielsweise elektronisch gesteuerte Aktuatoren, Elektromotoren und Dämpfer zum Einstellen der Steifigkeit und der Dämpfungseigenschaften des Lenkmechanismus 50 und des Grads der diesem zugeordneten Lenkungsunterstützung; ein Bremsmechanismus-Steuerungssystem ("BCS") 170 (z. B. elektronisch gesteuerte Aktuatoren, Elektromotoren und Dämpfer) zum Einstellen der Steifigkeit und der Dämpfungseigenschaften des Bremsmechanismus 60 und des Grads der diesem zugeordneten Druckbeaufschlagungsrate; und ein Aufhängungsmechanismus-Steuerungssystem ("SCS") 180 (z. B. elektronisch gesteuerte Aktuatoren, Elektromotoren und Dämpfer) zum Einstellen der Steifigkeit und der Dämpfungseigenschaften des Aufhängungsmechanismus 70. Das ICCS 100 umfasst ferner: einen Fahrbetriebsartenschalter ("Drvg Mode") 190, um einem Fahrer zu ermöglichen, wahlweise zwischen mehreren Fahrbetriebsarten wie beispielsweise den Betriebsarten "normal" und "sportlich" zu wählen, wobei die Betriebsart "normal" für das Fahren auf Schnellstraßen sein kann und die Betriebsart "sportlich" für den Hochleistungsgebrauch sein kann; und einen zentralen Controller 200, der in wirksamer Kommunikation mit den Sensoren 110, 120, 130, 140, 150, 152, 155 und den Mechanismussteuerungssystemen 160, 170, 180 steht. Der Einfachheit halber sind Steuerleitungen 162, 172, 182 als einzelne Leitungen gezeigt, jedoch repräsentieren sie sowohl Signalkommunikationsleitungen als auch wirksame Übertragungswege zum Kommunizieren mit den Mechanismussteuerungssystemen 160, 170, 180 bzw. zum Betätigen derselben. Der Fahrbetriebsartenschalter 190 kann einen Schalter 192 des Tastschaltertyps oder irgendeinen anderen Schaltertyp, der geeignet ist, ein Fahrbetriebsarten-Anforderungssignal zu erzeugen, und eine Anzeigeeinrichtung 194 umfassen, um dem Fahrer eine Rückkopplung hinsichtlich der Fahrbetriebsarteneinstellung zu liefern. Das BCS 170 steht über einen Bremsenhauptzylinder ("Mstr Cyl") 210 in wirksamer Kommunikation mit dem Controller 200. "Mstr Cyl" 210 steht außerdem mit einem Bremspedal ("Brk") 220 in wirksamer Kommunikation. Der Bremsmechanismus 60 kann von dem Fahrer über das Bremspedal 220 und den Hauptzylinder 210 oder von dem Controller 200 über das ICCS 100, den Hauptzylinder 210 und das Bremsmechanismus-Steuerungssystem 170 betätigt werden. Der Bremsdrucksensor 155 erfasst den Bremsfluiddruck in dem Bremsenhauptzylinder 210. Es sei angemerkt, dass, obwohl in dem Schema von 1 das BCS 170 zwischen dem Hauptzylinder 210 und jedem Bremsmechanismus 60 angeordnet gezeigt ist, es auch in Abhängigkeit davon, ob ein individuelles oder ein gleichzeitiges Radbremsen erwünscht ist, zwischen dem Controller 200 und dem Hauptzylinder 210 angeordnet sein kann. Der Controller 200 umfasst einen Speicher 230 zum Speichern von Sensorinformationen, Registerinformationen und Einstellungen, die weiter unten besprochen werden, sowie Nachschlagetabellen von Verstärkungsfaktoren, die ebenfalls weiter unten besprochen werden. Das elektrische System 90 des Fahrzeugs liefert elektrische Leistung an alle elektrisch betriebenen Systeme des Fahrzeugs einschließlich des Controllers 200 und der Mechanismussteuerungssysteme 160, 170, 180.
  • Es sei außerdem angemerkt, dass, obwohl die offenbarte Ausführungsform nur auf ein Lenkmechanismus-Steuerungssystem 160 verweist, das offenbarte "WCS" 160 sowohl eine Lenkungsdrehmomentunterstützungsanordnung ("STA"-Anordnung), wie sie hier offenbart ist, in Kombination mit einer herkömmlichen Nicht-Servolenkungsanordnung, als auch eine "STA"-Anordnung in Kombination mit einer herkömmlichen Servolenkungsanordnung umfassen soll. Es sei ferner angemerkt, dass, obwohl die offenbarte Ausführungsform auf ein Fahrzeug wie etwa ein Kraftfahrzeug mit vier Rädern verweist, die hier beschriebene Erfindung auf jedes Fahrzeug mit irgendeiner Anzahl von Rädern anwendbar ist.
  • Alternative Fahrzeuge zu der offenbarten Ausführungsform können beispielsweise, jedoch ohne darauf begrenzt zu sein, ein Dreirad- oder Sechsrad-Geländefahrzeug sein, das mit den Fahrbetriebsarten "normal", "sportlich" und "steigfähig" und mit oder ohne Servolenkung entworfen ist.
  • Nun auf 2 Bezug nehmend ist ein allgemeines Schema des Lenkmechanismus 50 und des Lenkmechanismus-Steuerungssystems 160 mit einem STA-Aktuator 240 gezeigt. Das Lenkmechanismus-Steuerungssystem 160 kann gleichfalls, wie oben besprochen worden ist, eine herkömmliche Servolenkungsanordnung umfassen. Jedoch ist der Einfachheit halber keine solche Anordnung gezeigt. Das elektrische System 90 liefert elektrische Leistung an den STA-Aktuator 240, der beispielsweise ein Elektromotor sein kann, und an den Controller 200. Der Lenkungsdrehmomentsensor 152 erfasst das Drehmoment in dem Lenkmechanismus 50, wobei das Drehmoment von einem Bediener, der ein Drehmoment auf das Lenkrad 80 ausübt, an den Lenkmechanismus 50 geliefert wird, und sendet ein Drehmomentsignal an den Controller 200. Der Controller 200 berechnet einen Steuerungsbefehl, der weiter unten besprochen wird, für den STA-Aktuator 240, was zu einer Betätigung des STA-Aktuators 240 führt und dem Bediener eine taktile Rückkopplung hinsichtlich des Lenkverhaltens liefert. Das durch den STA-Aktuator 240 bereitgestellte Drehmoment wird als "Lenkungsdrehmomentunterstützung" ("STA") bezeichnet und soll das Lenkverhalten des Bedieners des Fahrzeugs beeinflussen.
  • Nomenklatur
  • Die hier verwendete Nomenklatur zum Implementieren der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Variablen:
    • Vx
    = Fahrzeuggeschwindigkeit (Kilometer pro Stunde, km/h);
    δ
    = Lenkwinkel;
    L
    = Fahrzeugradstand;
    Ku
    = Untersteuerungskoeffizient;
    fn
    = Frequenzkoeffizient, beispielsweise 2 Hertz;
    ξ
    = Dämpfungskoeffizient, beispielsweise 0,707;
    P_term
    = Proportionalausdruck, der in der Proportional-Differential-Steuerungstheorie verwendet wird;
    D_term
    = Differentialausdruck, der in der Proportional-Differential-Steuerungstheorie verwendet wird;
    Kp
    = proportionaler Verstärkungsfaktor, beispielsweise aus der Nachschlagetabelle 1 (Newtonmeter/Grad/s);
    Kd
    = differentieller Verstärkungsfaktor bzw. Ableitungsverstärkungsfaktor, beispielsweise aus der Nachschlagetabelle 1 (Newtonmeter/Grad/s2);
    Ycommand
    = Gierratenbefehl, der auf einer Fahrereingabe basiert, (Grad/s);
    Yaw
    = Fahrzeug-Ist-Gierrate (Grad pro Sekunde, Grad/s);
    T
    = Steuerungsabtastzeitintervall, beispielsweise 10 Millisekunden (ms);
    k
    = Steuerungsabtastzeitpunkt;
    Ye
    = Fahrzeuggierratenfehler bzw. Fahrzeuggierratenabweichung (Grad/s);
    Ye(k)
    = Fahrzeuggierratenfehler zum Zeitschritt k;
    Ye_est
    = geschätzter Fahrzeuggierratenfehler;
    Ye_est(k)
    = geschätzter Fahrzeuggierratenfehler zum Zeitschritt k;
    Ye_est(k – 1)
    = geschätzter Fahrzeuggierratenfehler zum vorhergehenden Zeitschritt (k – 1);
    VSE_WFlag
    = VSE-Radflag (Steuerungsflag), wobei VSE_WFlag für das rechte Vorderrad und das rechte Hinterrad, die einen Bremszustand unter der VSE-Systemsteuerung erfahren, (+1) ist, und für das linke Vorderrad und das linke Hinterrad, die einen Bremszustand unter der VSE-Systemsteuerung erfahren, (–1) ist;
    STA_FB
    = Lenkungsdrehmomentunterstützungs-Rückkopplungsdrehmoment, (Newtonmeter), (Nm);
    STA_FF
    = Lenkungsdrehmomentunterstützungs-Vorwärtskopplungsdrehmoment, beispielsweise aus dem Graphen von 6, (Nm); und
    STorque
    = Lenkungsdrehmoment von dem Lenkungsdrehmomentsensor, (Nm).
  • Der Gierratenbefehl (Ycommand) kann berechnet werden, wie in dem US-Patent Nr. 5,746,486 mit dem Titel "Brake Control System", das am 29. August 1997 eingereicht wurde und dem gleichen Rechtsinhaber gehört, beschrieben ist; er kann gemäß der folgenden Gleichung berechnet werden: Ycommand = Vx·δ/(L + Ku·Vx 2). Gl.1.
  • Die folgenden Variablen sind berechnete Ausdrücke: Ye = Ycommand – Yaw; Gl.2. Ye(k) = Ycommand(k) – Yaw(k); Gl.3. g1 = 2·ξ·(2·π·fn); Gl.4. g2 = (2·π·fn)2; Gl.5. Ye_est(k) = (1 – T·g1)·Ye_est(k – 1) + T·g1·Ye(k) + T·Ye_est'(k – 1); Gl.6. Ye_est(k) = Ye_est'(k – 1) + T·g2·(Ye(k) – Ye_est(k)); Gl.7. P_term = Ye(k)·Kp; Gl.8. D_term = Ye_est'(k)·Kd; Gl.9. STA_FB = VSE_WFlag·|P_term + D_term|; und Gl.10. Tassist = STA_FF + STA_FB. Gl.11.
  • Die Anführungsstriche (" "), die eine Variablenbezeichnung umgeben und hier verwendet werden, repräsentieren ein Register in dem Speicher 230, das den Wert der jeweiligen Variablen enthält, "| |" bezeichnet einen "Absolutwert"-Operator, und ein einzelner Anführungsstrich ('), der auf eine Variable folgt, bezeichnet einen "Differential"-Operator. Ein Variablenname, der in einer Gleichung dargestellt ist, repräsentiert einen Wert, der der jeweiligen Variablen zugeordnet ist, während ein Variablenname, der in einem Prozess dargestellt ist, einen Befehl mit einem Befehlssignal, das einem damit verbundenen Wert zugeordnet ist, der in einem Register in dem Speicher 230 gespeichert ist, repräsentiert.
  • Controller
  • Der Controller 200 ist ein Mikroprozessor-gestütztes Steuerungssystem, das für ein aktives Steuern eines integrierten Satzes von Fahrwerkunter systemen und insbesondere für das aktive Bereitstellen einer Lenkungsdrehmomentunterstützung an den Lenkmechanismus 50 in Übereinstimmung mit der hier beschriebenen Steuerungslogik angepasst ist. Der Controller 200 umfasst typischerweise einen Mikroprozessor, ROM und RAM und geeignete Eingabe- und Ausgabeschaltungen eines bekannten Typs, um die verschiedenen Eingangssignale zu empfangen und die verschiedenen Steuerungsbefehle an die verschiedenen Aktuatoren und Steuerungssysteme auszugeben. Die durch den Controller 200 implementierte Steuerungslogik wird mit einer Steuerungsabtastrate von T zyklisch durchlaufen und ist durch Bezugnahme auf die 3–6 am besten zu erkennen.
  • Auf 3 Bezug nehmend beginnt ein allgemeiner Ablaufplan 300 zum Implementieren der vorliegenden Erfindung mit dem Beginn 310, der eine Initialisierungsprozedur umfasst, die sämtliche Flags, Register und Zeitgeber des Systems zurücksetzt. Die Steuerungslogik tritt danach in eine Steuerungsschleife 320 ein, die die folgenden Schritte umfasst: Erfassen 330 von Fahrzeugparametern von den oben besprochenen verschiedenen Sensoren (und insbesondere das Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit, des Lenkwinkels, der Gierrate, des Lenkungsdrehmoments und des Radflags), Ermitteln 340 von Steuerungsverstärkungsfaktoren aus der Nachschlagetabelle 1 (nachfolgend besprochen), Ermitteln 345 des Zustands des VSE-Radflags (nachfolgend besprochen), Berechnen 350 eines Steuerungsbefehls für das Lenkmechanismus-Steuerungssystem 160 und Betätigen 360 des STA-Aktuators 240 in dem Lenkmechanismus-Steuerungssystem 160, um dem Bediener über den Lenkmechanismus 50 und das Lenkrad 80 eine taktile Rückkopplung hinsichtlich des Lenkverhaltens zu liefern. In jedem Abtastintervall T wird ein Durchgang durch die Steuerungsschleife 320 vollendet. Der Prozess 300 endet 370, wenn der Controller 200 den Prozess unterbricht oder das elektrische System 90 abschaltet.
  • Der Schritt 340 beinhaltet die Ermittlung der Steuerungsverstärkungsfaktoren Kp und Kd aus der nachstehend gezeigten Nachschlagetabelle 1, welche die Fahrzeuggeschwindigkeit als Eingabe verwendet. Die in der Tabelle 1 bereitgestellten Werte sind nur zu Beispielzwecken bestimmt und können aus Entwurfsgründen wie beispielsweise zugunsten des Entwurfs des Fahrzeugs, der beabsichtigten Verwendung des Fahrzeugs und der gewünschten Betriebseigenschaften des Fahrzeugs verändert werden. Fahrzeuggeschwindigkeiten zwischen jenen oder jenseits von jenen, die in der Tabelle 1 bereitgestellt sind, können von den bereitgestellten Werten ausgehend interpoliert oder extrapoliert werden. Tabelle 1
    Fahrzeuggeschwindigkeit (km/h) 0 50 100 150 200
    Kp 0,09 0,09 0,06 0,045 0,03
    Kd 0,0036 0,0036 0,0036 0,0018 0,0018
  • Der Schritt 350 beinhaltet die Berechnung eines Steuerungsbefehls, der im Folgenden als ein Lenkungsdrehmoment-Unterstützungsbefehl (STA-Befehl) bezeichnet wird und durch die Variable (Tassist) repräsentiert ist, was nun durch Bezugnahme auf 4 am besten zu erkennen ist.
  • In 4 ist ein Blockschaltplan 400 eines Steuerungssystems zum Steuern der Lenkungsdrehmomentunterstützung dargestellt, der die folgenden Eingangsgrößen zeigt: Fahrzeuggeschwindigkeit 410, Lenkwinkel 412, Gierrate 414, Lenkungsdrehmoment 416 und VSE-Radflag 418 (VSE_WFlag). Die ersten vier Eingangsgrößen werden von dem Geschwin digkeitssensor 120, dem Lenkwinkelsensor 150, dem Gierratensensor 110 und dem Lenkungsdrehmomentsensor 152 geliefert. Die letzte Eingangsgröße, das VSE-Radflag 418, wird von dem Controller 200 in Ansprechen auf einen Betrieb des Fahrzeugs 10 in einer VSE-Betriebsart bereitgestellt.
  • Es wird angenommen, dass das Fahrzeug der vorliegenden Erfindung in einer VSE-Betriebsart arbeitet, wenn das Bremsmechanismus-Steuerungssystem 170 auf das VSE-System anspricht. Ein Bremsensteuerungssystem, das dem WCS 170 gleicht, ist in dem US-Patent Nr. 5,746,486 mit dem Titel "Brake Control System" beschrieben, das am 29. August 1997 eingereicht wurde und dem gleichen Rechtsinhaber gehört (das '486-Patent). Es wird angenommen, dass das Bremsmechanismus-Steuerungssystem 170 auf das VSE-System anspricht, wenn es in einer Weise arbeitet, die ähnlich ist zu einem aktiven Bremsensteuerungssystem, wie es in dem '486-Patent beschrieben ist, was hier allgemein als Ansprechen des Bremsmechanismus 60 auf den Controller 200 beschrieben wird. Da der Controller 200 die Tätigkeit des Bremsmechanismus 60 steuert, besitzt der Controller 200 Informationen hinsichtlich eines bestimmten Rads 40 unter einem VSE-System-Bremsbefehl. Bei der vorliegenden Erfindung und wie oben besprochen ist das Vorzeichen des VSE_WFlag positiv für Räder auf der rechten Seite unter einem VSE-Bremsbefehl und negativ für Räder auf der linken Seite unter einem VSE-Bremsbefehl, was durch den Controller 200 und den Betrieb des BCS 170 ermittelt werden kann.
  • Um wieder auf 4 Bezug zu nehmen, spricht der Block 420 auf die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx), Block 410, und den Lenkwinkel (δ), Block 412, an, um gemäß Gleichung 1 oben einen Gierbefehl (Ycommand) zu berechnen. Die Ausgangsgröße des Blocks 420 ist der Gierbefehl (Ycommand). Der Block 430 spricht auf die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx), Block 410, und das Lenkungsdrehmoment (STorque), Block 416, an, um gemäß dem Graphen von 6 eine Vorwärtskopplungs-Lenkungsdrehmomentunterstützung (STA_FF), Block 435, zu berechnen.
  • Nun auf 6 Bezug nehmend ist ein Graph 600 der Vorwärtskopplungs-Lenkungsdrehmomentunterstützung (STA_FF), Block 610, als Funktion des Lenkungsdrehmoments (STorque), Block 620, und der Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx), Block 630, bereitgestellt. Obwohl 6 in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung besprochen wird, ist sie nur zu Beispielzwecken bereitgestellt, und es ist zu verstehen, dass die graphische Darstellung von Ausgangsgröße zu Eingangsgröße entsprechend alternativen Entwurfsüberlegungen verändert werden kann. Bei der vorliegenden Erfindung ist das Vorzeichen der Vorwärtskopplungs-Lenkungsunterstützung (STA_FF) positiv für eine Drehung nach rechts und negativ für eine Drehung nach links, was durch den Lenkwinkelsensor 150 erfasst werden kann. Die Steuerungslogik des Controllers 200 tritt mit Informationen, die sich auf das Lenkungsdrehmoment, Block 620, und die Fahrzeuggeschwindigkeit, Block 630, beziehen, in den Graphen von 6 ein, und verlässt den Graphen von 6 mit Informationen, die sich auf die Vorwärtskopplungs-Lenkungsdrehmomentunterstützung, Block 610, beziehen. Die in dem Graphen von 6 enthaltenen Informationen können in einer Nachschlagetabelle im Speicher 230 gespeichert sein oder anhand einer Gleichung berechnet werden. Wenn wie bei der vorliegenden Erfindung ein Nachschlagetabellenschema verwendet wird, kann der Controller 200 zwischen tabellarisch erfassten diskreten Datenpunkten interpolieren oder über solche hinaus extrapolieren. Wie aus dem Graphen von 6 hervorgeht, nimmt die Vorwärtskopplungs-Lenkungsdrehmomentunterstützung, Block 610, in der Größe zu, wenn das Lenkungsdrehmoment, Block 620, zunimmt, während es in der Größe abnimmt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit, Block 630, zunimmt. Jede Linie der mehreren graphisch dargestellten Linien 640 repräsentiert eine grafische Beziehung zwischen dem Lenkungsdrehmoment, Block 620, und der Vorwärtskopplungs-Lenkungsdrehmomentunterstützung, Block 610, bei einer gegebenen Geschwindigkeit, Block 630.
  • Nun zurück auf 4 Bezug nehmend ist die Ausgangsgröße des Blocks 430 die Vorwärtskopplungs-Lenkungsdrehmomentunterstützung (STA_FF), Block 435. Der Block 440 spricht auf den Gierratenfehler (Ye), Block 425 (der die Ausgangsgröße (Ycommand) des Blocks 420 abzüglich der Gierrate (Yaw), Block 414, ist), die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx), Block 410, und das (oben besprochene) VSE_WFlag, Block 418, an. Die Ausgangsgröße des Blocks 440 ist die Rückkopplungs-Lenkungsdrehmomentunterstützung (STA_FB), Block 445, die gemäß der voranstehenden Gleichung 10 berechnet wird. Die Ausgangsgröße (STA_FF) des Blocks 430 wird gemäß der voranstehenden Gleichung 11 zu der Ausgangsgröße (STA_FB) des Blocks 440 addiert, um eine Ausgangsgröße (Tassist) des Ablaufplans 400, die durch den Block 450 bezeichnet wird, zu ergeben. Das Lenkungsdrehmomentunterstützungssignal (Tassist), Block 450, stellt das Steuerungssignal (command) für den STA-Aktuator 240 bereit, um dem Bediener eine taktile Rückkopplung hinsichtlich des Lenkverhaltens zu liefern.
  • 5 zeigt einen erweiterten Blockschaltplan 500 des durch den Block 440 in dem Blockschaltplan 400 repräsentierten Prozesses. In 5 spricht der Block 520 auf die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx), Block 410, und den Gierratenfehler (Ye), Block 512, an, um die Proportional- und Differentialausdrücke (P_term) und (D_term) gemäß den Gleichungen 8 und 9 sowie der voranstehenden Tabelle 1 zu berechnen. Der Absolutwert des zu dem (D_term) addierten (P_term) führt zu einer durch den Block 525 repräsentierten integrierten Ausgangsgröße. Der Block 530 spricht auf die durch den Block 418 repräsentierte Eingangsgröße VSE_WFlag an. Der Zustand des VSE_WFlag wird durch den Controller 200 ermittelt, der die Aktivität des VSE-Systems überwacht, wie voranstehend im Zusammenhang mit dem '486-Patent besprochen worden ist. Die Ausgangsgröße des Blocks 530 bestimmt die Richtung der Rückkopplung, positiv oder negativ, für die Rückkopplungs-Lenkungsdrehmomentunterstützung (STA_FB). Die Ausgangsgröße des Blocks 530 und die durch den Block 525 repräsentierte integrierte Ausgangsgröße werden dann im Block 540 gemäß der voranstehenden Gleichung 10 miteinander multipliziert, um die durch den Block 545 repräsentierte Rückkopplungs-Lenkungsdrehmomentunterstützung (STA_FB) zu ergeben.
  • Es ist festzustellen, dass die Blockschaltpläne aus 4 und 5 sowohl die Berechnung verschiedener Steuerungsbefehle, wie durch die beschrifteten Blöcke dargestellt ist, als auch die Kommunikation verschiedener Steuerungsbefehlssignale, wie durch die einzelnen Verbindungslinien dargestellt ist, repräsentieren.
  • VSE_WFlag und Fahrzeugverhalten allgemein
  • Das positive und das negative Vorzeichen von VSE_WFlag und STA_FF werden nun durch Bezugnahme auf 7, die eine allgemeine Darstellung 700 des Fahrzeugs 10 zeigt, das bei aktivem VSE-System, Block 730, und inaktivem VSE-System, Block 740, auf einen Untersteuerungszustand, Block 710, und einen Übersteuerungszustand, Block 720, anspricht, am besten verständlich.
  • Den Untersteuerungszustand, Block 710, betreffend und gemäß der obigen Besprechung ist das Vorzeichen von STA_FF positiv (Drehung nach rechts), und das Vorzeichen von VSE_WFlag ist positiv (bremsendes Rad auf der rechten Seite aktiv). Bei einem Untersteuerungszustand unter Drehung nach rechts aktiviert das VSE-System die rechte Hinterbremse, Block 750, womit das VSE_WFlag auf (+1) gesetzt wird.
  • Den Untersteuerungszustand, Block 720, betreffend und gemäß der obigen Besprechung ist das Vorzeichen von STA_FF positiv (Drehung nach rechts) und das Vorzeichen von VSE_WFlag ist negativ (bremsendes Rad auf der linken Seite aktiv). Bei einem Übersteuerungszustand unter Drehung nach rechts aktiviert das VSE-System die linke Vorderbremse, Block 750, womit das VSE_WFlag auf (–1) gesetzt wird.
  • Durch aktives Eingreifen des VSE-Systems und gemäß der hier beschriebenen Erfindung stellt der Controller 200 nicht nur eine Bremsunterstützung, um den Weg des Fahrzeugs zu korrigieren, sondern auch eine Lenkungsunterstützung durch eine taktile Rückkopplung an den Fahrer bereit, um diesen zu beeinflussen, damit er das Lenken so abgleicht, dass der Weg des Fahrzeugs korrigiert wird.
  • Auch wenn die Erfindung mit Bezug auf eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben worden ist, ist Fachleuten klar, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und die Elemente der Ausführungsform durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Zudem können zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne vom wesentlichen Umfang der Erfindung abzuweichen. Daher soll die Erfindung nicht auf die besondere Ausführungsform, die als beste Art und Weise der Ausführung dieser Erfindung betrachtet wird, begrenzt sein, sondern alle Ausführungsformen umfassen, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims (21)

  1. Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystem für ein Fahrzeug (10) mit mindestens einem Fahrzeuguntersystem (50, 60, 70), umfassend: mindestens einen Sensor (110, 120, 130, 140, 150, 152, 155) zur Erfassung mindestens eines Fahrzeugparameters; mindestens ein Fahrzeugsteuerungssystem (160, 170, 180) zur Nachstellung des mindestens einen Fahrzeuguntersystems (50, 60, 70), wobei das mindestens eine Fahrzeugsteuerungssystem (160, 170, 180) ein Lenkungssteuerungssystem (160) umfasst, wobei das Lenkungssteuerungssystem (160) einen Aktuator (240) umfasst; mindestens einen Speicher (230), der mindestens einen Satz von Verstärkungsfaktoren umfasst; und einen Controller (200), der auf den mindestens einen Sensor (110, 120, 130, 140, 150, 152, 155) und den mindestens einen Satz von Verstärkungsfaktoren anspricht, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (200) einen Drehmomentunterstützungsbefehl (450), der einen Lenkungsdrehmomentunterstützungsbefehl (445) mit einer positiven oder negativen Rückkopplung umfasst, zur Steuerung des mindestens einen Fahrzeugsteuerungssystems (160, 170, 180), welches das Lenkungssteuerungssystem (160) umfasst, erzeugt; wobei das Vorzeichen des Rückkopplungslenkungsunterstützungsbefehls von dem Zustand eines Radbremszustandsflags abhängt; wobei der Aktuator (240) auf den Drehmomentunterstützungsbefehl (450) anspricht und eine taktile Rückkopplung an einen Fahrzeugbediener auf der Grundlage des Rückkopplungs-Lenkungsdrehmomentunterstützungsbefehls (445) erzeugt, wodurch das Lenkverhalten des Bedieners beeinflusst wird.
  2. Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystem nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Sensor (110, 120, 130, 140, 150, 152, 155) umfasst: einen Giersensor (110) zur Erfassung der Fahrzeuggierrate; mindestens einen Geschwindigkeitssensor (120) zur Erfassung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10); einen Lenkwinkelsensor (150) zur Erfassung des Fahrzeuglenkwinkels; einen Lenkungsdrehmomentsensor (152) zur Erfassung des Drehmoments in dem Fahrzeuglenkmechanismus; und mindestens ein Sensorsignal; wobei das mindestens eine Sensorsignal an dem Controller (200) empfangen wird.
  3. Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystem nach Anspruch 2, wobei das mindestens eine Fahrzeugsteuerungssystem (160, 170, 180) mindestens ein Bremsensteuerungssystem (170) umfasst; und ferner umfassend: ein Radsteuerungsflag (418), um den Zustand des mindestens einen Bremsensteuerungssystems in Ansprechen auf einen gesteuerten Bremszustand anzuzeigen.
  4. Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystem nach Anspruch 3, wobei: das Radsteuerungsflag (418) für Räder an der rechten Seite positiv ist und für Räder an der linken Seite negativ ist.
  5. Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystem nach Anspruch 4, wobei der Aktuator (240) auf das mindestens eine Sensorsignal und das Radsteuerungsflag (418) anspricht.
  6. Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystem nach Anspruch 1, wobei der Aktuator (240) umfasst: einen Elektromotor.
  7. Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystem nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Satz von Verstärkungsfaktoren umfasst: einen proportionalen Verstärkungsfaktor und einen Ableitungsverstärkungsfaktor, der auf die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) anspricht.
  8. Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystem nach Anspruch 1, wobei der Drehmomentunterstützungsbefehl (450) umfasst: einen Vorwärtskopplungs-Lenkungsdrehmomentunterstützungsbefehl (435), der auf mindestens einen Fahrzeugparameter anspricht; und den Rückkopplungs-Lenkungsdrehmomentunterstützungsbefehl (445), der auf mindestens zwei Fahrzeugparameter und das Radsteuerungsflag (418) anspricht.
  9. Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystem nach Anspruch 8, wobei: der Vorwärtskopplungs-Lenkungsdrehmomentunterstützungsbefehl (435) auf die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) und das Drehmoment in dem Fahrzeuglenkmechanismus (50) anspricht; der Rückkopplungs-Lenkungsdrehmomentunterstützungsbefehl (445) auf die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10), den Fahrzeuglenkwinkel, die Fahrzeuggierrrate und das Radsteuerungsflag (418) anspricht; und der resultierende Drehmomentunterstützungsbefehl (450) dazu dient, einen Fahrer des Fahrzeugs (10) zu beeinflussen, um die Fahrzeuglenkung zur Korrektur des Fahrzeugpfads nachzustellen.
  10. Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystem nach Anspruch 1, wobei der Wert des Drehmomentunterstützungsbefehls (450) für ein Betätigen des Aktuators (240) in eine erste Richtung positiv ist und für ein Betätigen des Aktuators (240) in eine zweite Richtung negativ ist.
  11. Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystem nach Anspruch 1, wobei: der Wert des Drehmomentunterstützungsbefehls (450) ansteigt, wenn das Drehmoment in dem Lenkmechanismus (50) ansteigt, und wobei; der Wert des Drehmomentunterstützungsbefehls (450) abnimmt, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) zunimmt.
  12. Verfahren zur aktiven Steuerung eines Fahrzeugstabilitätsverbesserungssystems in einem Fahrzeug (10) mit mindestens einem Fahrzeuguntersystem (50, 60, 70), umfassend: ein Erfassen mindestens eines Fahrzeugparameters; ein Ermitteln mindestens eines Steuerungsverstärkungsfaktors in Ansprechen auf den mindestens einen Fahrzeugparameter; ein Ermitteln des Zustands mindestens eines Steuerungsflags in Ansprechen auf die Betätigung mindestens eines Steuerungssystems (160, 170, 180); ein Berechnen mindestens eines Steuerungsbefehls (450) in Ansprechen auf den mindestens einen Steuerungsverstärkungsfaktor und das mindestens eine Steuerungsflag; gekennzeichnet durch ein Ermitteln eines positiven oder negativen Rückkopplungs-Lenkungsdrehmomentunterstützungsbefehls (445), wobei das Vorzeichen des Rückkopplungslenkungsunterstützungsbefehls von dem Zustand eines Radbremszustandsflags abhängt, wobei der mindestens eine Steuerungsbefehl (450) den Rückkopplungs-Lenkungsdrehmomentunterstützungsbefehl (445) umfasst; und ein Betätigen eines Lenkungsdrehmoment-Unterstützungsaktuators (240) in Ansprechen auf den mindestens einen Steuerungsbefehl (450), wobei der Rückkopplungs-Lenkungsdrehmomentunterstützungsbefehl (445) eine taktile Betätigung des mindestens einen Fahrzeuguntersystems (50, 60, 70) in Ansprechen auf den mindestens einen Steuerungsbefehl bereitstellt, wobei die taktile Betätigung das Lenkverhalten eines Bedieners des Fahrzeugs (10) beeinflusst.
  13. Steuerungsverfahren nach Anspruch 12, wobei das Bereitstellen einer taktilen Betätigung des mindestens einen Fahrzeuguntersystems (50, 60, 70) ferner umfasst: ein Bereitstellen einer taktilen Betätigung eines Fahrzeuglenkmechanismus (50).
  14. Steuerungsverfahren nach Anspruch 12, wobei das Erfassen mindestens eines Fahrzeugparameters ferner umfasst: ein Erfassen der Fahrzeuggierrate; ein Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit; ein Erfassen des Fahrzeuglenkwinkels; und ein Erfassen des Drehmoments in dem Fahrzeuglenkmechanismus (50).
  15. Steuerungsverfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend: ein Ermitteln des Zustands eines Fahrzeugstabilitätsverbesserungs-Radflags (418), das auf einen Fahrzeugstabilitätsverbesserungs-Radbremszustand anspricht.
  16. Steuerungsverfahren nach Anspruch 12, wobei das Ermitteln mindestens eines Steuerungsverstärkungsfaktors ferner umfasst: ein Ermitteln eines proportionalen Verstärkungsfaktors und eines Ableitungsverstärkungsfaktors, der auf den mindestens einen Fahrzeugparameter anspricht.
  17. Steuerungsverfahren nach Anspruch 16, wobei das Ermitteln eines proportionalen Verstärkungsfaktors und eines Ableitungsverstärkungsfaktors ferner umfasst: ein Zugreifen auf eine Nachschlagetabelle zur Ermittlung des proportionalen Verstärkungsfaktors und des Ableitungsverstärkungsfaktors, wobei der proportionale Verstärkungsfaktor und der Ableitungsverstärkungsfaktor auf die Fahrzeuggeschwindigkeit ansprechen.
  18. Steuerungsverfahren nach Anspruch 12, wobei das Berechnen mindestens eines Steuerungsbefehls (450) ferner umfasst: ein Berechnen eines Vorwärtskopplungs-Lenkungsdrehmomentunterstützungsbefehls (435), der auf mindestens einen Fahrzeugparameter anspricht; ein Berechnen des Rückkopplungs-Lenkungsdrehmomentunterstützungsbefehls (445), der auf mindestens zwei Fahrzeugparameter und den Zustand eines Fahrzeugstabilitätsverbesserungs-Radflags (418) anspricht; und ein Berechnen eines Drehmomentunterstützungsbefehls, der auf die Vorwärtskopplung- und Rückkopplungs-Lenkungsdrehmomentunterstützungsbefehle (435, 445) anspricht, wobei der resultierende Drehmomentunterstützungsbefehl (450) dazu dient, einen Fahrer des Fahrzeugs (10) zu beeinflussen, um die Fahrzeuglenkung zur Korrektur des Fahrzeugpfads nachzustellen.
  19. Steuerungsverfahren nach Anspruch 18, wobei: der Vorwärtskopplungs-Lenkungsdrehmomentunterstützungsbefehl (435) auf die Fahrzeuggeschwindigkeit und das Drehmoment in dem Fahrzeuglenkmechanismus (50) anspricht; und der Rückkopplungs-Lenkungsdrehmomentunterstützungsbefehl (445) auf die Fahrzeuggeschwindigkeit, den Fahrzeuglenkwinkel, die Fahrzeuggierrate und den Zustand des Fahrzeugstabilitätsverbesserungs-Radflags (418) anspricht.
  20. Steuerungsverfahren nach Anspruch 12, wobei das Bereitstellen einer taktilen Betätigung eines Fahrzeuglenkmechanismus (50) ferner umfasst: ein Betätigen des Aktuators (240) in eine erste Richtung in Ansprechen auf einen positiven Drehmomentunterstützungsbefehl und in eine zweite Richtung in Ansprechen auf einen negativen Drehmomentunterstützungsbefehl.
  21. Steuerungsverfahren nach Anspruch 20, wobei das Betätigen des Aktuators (240) ferner umfasst: ein Betätigen eines Elektromotors.
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