DE19607050A1 - Method for determining variables that describe the driving behavior of a vehicle - Google Patents

Abstract

Ensuring stability and good yawing moment adjustment even in case of road surface cross slope and/or if the vehicle rolls requires cross slope detection. This is done by calculating the cross slope alpha q. At a certain cross slope angle, the vehicle computer can be set to counteract the cross slope vigorously. Calculation of the cross slope angle alpha q is based on a co-ordinate transformation. The value aqm measured by the lateral acceleration gauge fixed relative to the vehicle is related to a value aq (the lateral ground acceleration determined by signals from other sensors) by the equation aqm = aq cos alpha q - g sin alpha q. The solution to this equation gives the cross slope angle alpha q.

Description

Translated fromGerman

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestim­mung von Größen, die das Fahrverhalten eines vierrädrigen Fahrzeugs beschreiben, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a method for determiningof sizes that determine the driving behavior of a four-wheelerDescribe vehicle, according to the preamble of claim 1.

Ein solches Verfahren ist in der DE 42 26 749 A1 beschrieben. Es werden einer Recheneinrichtung Signale zugeführt, die die Längsbeschleunigung a_x, die Fahrzeuggeschwindigkeit in Längs­richtung v_x, die Querbeschleunigung a_y und die Gierwinkel­geschwindigkeit repräsentieren, wobei aufgrund dieser gemessenen Größen in der Recheneinrichtung unter Verwendung eines Fahrzeugsmodells zumindest der Schwimmwinkel β abgelei­tet wird. Im Verlauf der Rechnung werden Nick- und Wankbewe­gungen des Fahrzeugs als vernachlässigbar klein angenommen, um die Drehgeschwindigkeiten um die Fahrzeuglängs- und -querachse gleich Null setzen zu können und somit ein komplexes Gleichungssystem zu vereinfachen. Auch die Fahrzeugquerbeschleunigung wird als die angenommen, welche von fahrzeugfesten Querbeschleunigungsmessern erfaßt wird, so daß auch seitliche Fahrbahnneigungen als Querbeschleunigungen angenommen werden. Dies führt zwangsläufig zu Fehlern bei der Berechnung des Schwimmwinkels. Deshalb kann nicht gewähr­leistet werden, daß die Regelung ohne Berücksichtigung der Querneigung auch bei Fahrten mit Querneigung zum gewünschten Fahrverhalten führt.Such a method is described in DE 42 26 749 A1. Signals are supplied to a computing device which represent the longitudinal acceleration a_x , the vehicle speed in the longitudinal direction v_x , the lateral acceleration a_y and the yaw rate, with at least the float angle β being derived on the basis of these measured variables in the computing device using a vehicle model . In the course of the calculation, pitch and roll movements of the vehicle are assumed to be negligible in order to be able to set the rotational speeds around the vehicle's longitudinal and transverse axes to zero and thus to simplify a complex system of equations. The lateral vehicle acceleration is also assumed to be that which is detected by lateral accelerometers fixed to the vehicle, so that lateral road inclinations are also assumed to be lateral accelerations. This inevitably leads to errors in the calculation of the float angle. Therefore, it cannot be guaranteed that the regulation leads to the desired driving behavior even when driving with a bank without taking the bank angle into account.

Um die Stabilität bzw. eine gute Qualität der Giermomenten­regelung auch bei einer Fahrbahnquerneigung und/oder bei einer Wankbewegung des Fahrzeugs zu gewährleisten, ist eine Querneigungserkennung notwendig. Dies erfolgt durch eine Berechnung des Querneigungswinkels. Bei einer erkannten Querneigung kann der Regler, also die Recheneinrichtung, so ausgelegt werden, daß er gegenüber Querneigung robust arbeitet.To the stability or good quality of the yaw momentsregulation also with a roadway bank and / or with Ensuring a rolling movement of the vehicle is oneBank detection necessary. This is done by aCalculation of the bank angle. With a recognizedThe controller, ie the computing device, can bankbe interpreted that it is robust against bankis working.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches in der Lage ist, eine Querneigung des Fahrzeugs von einer echten Querbeschleunigung des Fahrzeugs zu unterscheiden und betragsmäßig anzugeben.The present invention is based on the objectTo create methods of the type mentioned, which inis able to bank the vehicle from a real oneTo distinguish lateral acceleration of the vehicle andamount to be stated.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit des kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Berechnung des Quernei­gungswinkels basiert also auf einer Koordinatentransformation. Der vom fahrzeugfesten Querbeschleunigungsmesser erfaßte Wert wird zu einem aus anderen Sensorsignalen berechneten Wert der erdbezogenen Querbeschleunigung in Bezug gesetzt. Erdbezogen soll heißen, daß die z-Achse des Koordinatensystems in Gravitations­richtung verläuft, während die x- und die y-Achse senkrecht hierzu in Fahrzeuglängs- und -querrichtung weisen.This task is combined with the characteristicFeatures of claim 1 solved. The calculation of the cross eggangle is based on oneCoordinate transformation. That of the vehicle-fixedLateral accelerometer value becomes oneother sensor signals calculated value of the earth-relatedLateral acceleration related. Earth-related meansthat the z-axis of the coordinate system in gravitationaldirection runs, while the x and y axes are verticalpoint in the vehicle's longitudinal and transverse directions.

Die erdbezogene Querbeschleunigung des Fahrzeugs kann bei­spielsweise aus einer gemessenen oder berechneten Gierwinkel­geschwindigkeit und der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit oder aus den einzelnen Radgeschwindigkeiten je eines rechten und eines linken Fahrzeugrades berechnet werden.The earth-related lateral acceleration of the vehicle canfor example from a measured or calculated yaw anglespeed and the vehicle's longitudinal speed or offthe individual wheel speeds of one right and oneleft vehicle wheel can be calculated. 

Falls gewünscht, kann auf einfache Weise noch ein Anteil des Querneigungswinkels als Wankwinkel ausgewiesen werden, indem die gemessene, fahrzeugbezogene Querbeschleunigung mit einem fahrzeugspezifischen, beladungsabhängigen Faktor multipliziert wird, der vorzugsweise einmalig vorab durch Versuchsmessungen ermittelt und in der fahrzeugeigenen Recheneinrichtung abgelegt wird.If desired, a portion of theBank angle can be shown as roll angle bythe measured, vehicle-related lateral acceleration with avehicle-specific, load-dependent factoris multiplied, preferably once by in advanceTest measurements determined and in the vehicle's ownComputing device is stored.

Eine nähere Erläuterung des Erfindungsgedankens erfolgt nun unter Zuhilfenahme einer Zeichnung.A more detailed explanation of the inventive concept is now givenwith the help of a drawing.

Die einzige Figur zeigt das Verhältnis des fahrzeugbezogenen Koordinatensystems (x′, y′, z′) zum erdbezogenen Koordinaten­system (x,y,z), wobei in diesem Beispiel angenommen wird, daß das Fahrzeug keinen Längsneigungswinkel zur Horizontalen ein­nimmt (x=x′). Die Transformation läßt sich anhand der Figur durch folgende Gleichung darstellen.The only figure shows the relationship of the vehicle-relatedCoordinate system (x ′, y ′, z ′) for earth-related coordinatessystem (x, y, z), assuming in this example thatthe vehicle does not make a longitudinal inclination to the horizontaltakes (x = x ′). The transformation can be seen from the figurerepresented by the following equation.

a_qm = a_q cos α_q - g sin α_q (1)a_qm = a_q cos α_q - g sin α_q (1)

Dabei sind die in der Figur verwendeten Variablen wie folgt definiert:
a_q Querbeschleunigung bezüglich des ursprünglichen Koordinatensystems;
a_qm gemessene Querbeschleunigung bezüglich des Fahrzeugkoordinatensystems;
g Erdbeschleunigung (Gravitation);
α_b Fahrbahnquerneigungswinkel;
X Wankwinkel;
α_q = α_b + X Fahrzeugquerneigungswinkel bezüglich des ursprünglichen Koordinatensystems.
Aus (1) folgt:The variables used in the figure are defined as follows:
a_q lateral acceleration with respect to the original coordinate system;
a_qm measured lateral acceleration with respect to the vehicle coordinate system;
g gravitational acceleration;
α_b road bank angle;
X roll angle;
α_q = α_b + X vehicle bank angle with respect to the original coordinate system.
From (1) follows:

wobeiin which

Nach (2) und der Figur gilt:After (2)and the figure applies:

Aus (2) und (3) folgt:From (2) and (3)follows:

Um den Rechenaufwand zu reduzieren bzw. in Integer zu programmieren, kann diese Berechnung entweder durch Approxi­mierung nach der Taylor-Reihenentwicklung oder nach dem Newton-Iterationsverfahren durchgeführt werden.To reduce the computing effort or in integer toocan program this calculation either by approxiafter Taylor series development or afterNewton iteration procedures are performed.

Die Approximationen nach der Taylor-ReihenentwicklungThe approximations after the Taylor series expansion

lauten: Durch diese Approximationen ergibt sich dann die Gleichung:read: These approximations then result in theEquation:

mitWith

undand

Das Newton-Iterationsverfahren ist bekannt und wird deshalb hier nicht weiter verfolgt.The Newton iteration method is known and is therefore not pursued further here. 

Die Querbeschleunigung a_q bezüglich des ursprünglichen Koordinatensystems kann entweder durchThe lateral acceleration a_q with respect to the original coordinate system can either by

oder durch eine der nachfolgenden Gleichungenor by one of the equations below

nachgebildet werden, wobei folgende Bezeichnungen verwendet wurden:
v_fzg Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit;
Schwimmwinkelgeschwindigkeit;
Gierwinkelgeschwindigkeit;
v_vr Radgeschwindigkeit vorne rechts;
v_vl Radgeschwindigkeit vorne links;
v_hr Radgeschwindigkeit hinten rechts;
v_hl Radgeschwindigkeit hinten links;
S Spurweite des Fahrzeuges.are reproduced using the following names:
v vehicle_{reference speed} ;
Angular velocity;
Yaw rate;
v_vr wheel speed front right;
v_vl wheel speed front left;
v_hr rear right wheel speed;
v_hl wheel speed rear left;
S gauge of the vehicle.

Im folgenden wird eine Möglichkeit zur Ermittlung des Wank­winkels angegeben. Wie in der Literatur beschrieben, z. B. in Mitschke, Dynamik der Kraftfahrzeuge, Band C, Springer-Verlag 1990, ist die Querbeschleunigung a_q bezüglich des ursprüng­lichen Koordinatensystems von der Fahrzeuggeschwindigkeit und vom Krümmungsradius der Bahnkurve R abhängig. Sie ist nach folgender Gleichung zu berechnen:In the following, one way of determining the roll angle is given. As described in the literature, e.g. B. in Mitschke, Dynamics of Motor Vehicles, Volume C, Springer Verlag 1990, the lateral acceleration a_{q is} dependent on the original coordinate system of the vehicle speed and the radius of curvature of the trajectory R. It is calculated using the following equation:

Der Wankwinkel ist proportional zur Querbeschleunigung, solange die Fahrzeugparameter konstant sind. Nach der Literatur ist der Wankwinkel beim leeren Fahrzeug 8°/g und beim beladenen Fahrzeug 11°/g nicht zu überschreiten. Bei a_qm<0 ergibt sich dann X<0, bei a_qm<0 X<0 und bei a_qm=0 X=0. Dadurch kann die eigene Wankbewegung beim leeren Fahrzeug durchThe roll angle is proportional to the lateral acceleration as long as the vehicle parameters are constant. According to the literature, the roll angle is 8 ° / g when the vehicle is empty and 11 ° / g when the vehicle is loaded. If a_qm <0 then X <0, then for a_qm <0 X <0 and for a_qm = 0 X = 0. This means that your own roll motion when the vehicle is empty

und beim beladenen Fahrzeug durchand when the vehicle is loaded

abgeschätzt werden. Der Faktor k kann durch einen Fahrversuch auf einer ebenen Fahrbahn mit Hilfe eines besonderen Wank­winkel-Meßsystems fahrzeugspezifisch ermittelt werden, nämlich:can be estimated. The factor k can be determined by a driving teston a level road with the help of a special rollangle measuring system can be determined vehicle-specifically,namely:

wobei X_m der durch das Meßsystem gemessene Wankwinkel ist.where X_{m is} the roll angle measured by the measuring system.

Die Querneigungserkennung wurde bei einem Fahrversuch in einer Test-Steilkurve ohne Einschalten des Giermomentenreglers zum Testen eingesetzt. Dabei wurde die Wurzel-Berechnung nach dem Newton-Iterationsverfahren durchgeführt, da die Wurzelfunktion bereits in der Integer-Programmierung vorhanden ist.The bank detection was made during a driving test in a test steep curve without switching on theYaw moment controller used for testing. TheRoot calculation using the Newton iteration methodperformed because the root function is already in the integer programmingis available.

Aus den Meßergebnissen war zu erkennen, daß die Quer­beschleunigung bezüglich des ursprünglichen Koordinaten­systems nach Gleichung (4) von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig ist. Die Wirkung der eigenen Wankbewegung war aus einem Vergleich der Meßergebnisse bei verschiedenen Fahrzeuggeschwindigkeiten festzustellen, da die Fahrbahnneigung bekannt und bei allen Durchläufen dieselbe war. Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten ist die Querbe­schleunigung klein und verursacht eine kleine eigene Wankbewegung. Bei einer höheren Querbeschleunigung ist die Wankbewegung unübersehbar. Mit Hilfe des Wankwinkel-Meßsystems kann der Istwert des Querneigungswinkels ermittelt werden, der als Referenzwert für eine Untersuchung der Fahrversuchsergebnisse zur Verfügung steht. Bei Vergleich zwischen dem gemessenen und dem berechneten Quernei­gungswinkel hat sich ergeben, daß die Berechnung zumindest bei einer nahezu stationären Fahrt zufriedenstellende Ergebnisse liefert.It could be seen from the measurement results that the crossacceleration with respect to the original coordinatessystems according to equation (4) on the vehicle speedis dependent. The effect of your own roll motion was overa comparison of the measurement results at differentDetermine vehicle speeds because theLane inclination known and the same for all runswas. The Querbe is at low vehicle speedsacceleration small and causes a small ownRoll. At a higher lateral acceleration that isRolling motion unmistakable. With the help of the roll angle measuring systemthe actual value of the bank angle can be determinedbe used as a reference value for an investigation of theDriving test results is available. By comparisonbetween the measured and the calculated cross eggangle has been found that the calculation at leastsatisfactory on an almost stationary journeyDelivers results.

Claims (6)

Translated fromGerman

1. Verfahren zur Bestimmung von das Fahrverhalten eines Fahrzeugs charakterisierenden Größen, wobei das Fahrzeug mit einem fahrzeugfesten Querbeschleunigungsmesser (a_qm) und pro Fahrzeugrad mit einem Radsensor zur Erfassung der Radgeschwindigkeit (v_vl, v_vr, v_hl, v_hr) sowie zumindest als einspuriges Fahrzeug mit einem Gierratensensor zur Erfassung der Gierwinkelgeschwindigkeit () ausgestattet ist,dadurch gekennzeichnet, daß ein in Fahrzeugkoordinaten (x′, y′, z′) gemessener Wert der Querbeschleunigung (a_qm) des Fahrzeugs zu einem in Erdkoordinaten (x,y,z) berechneten Wert (a_q) der Querbeschleunigung in Bezug gesetzt wird und durch Auflösung der Gleichunga_qm = a_q cos α_q - g sin α_qdie Querneigung (α_q) des Fahrzeugs bezüglich der Erdkoordinaten (x,y,z) ermittelt wird, wobei mit g die Gravitation bezeichnet ist.1. A method for determining the characteristics of the driving behavior of a vehicle, wherein the vehicle with a vehicle-mounted lateral accelerometer (a_qm ) and per vehicle wheel with a wheel sensor for detecting the wheel speed (v_vl , v_vr , v_hl , v_hr ) and at least as single-track vehicle is equipped with a yaw rate sensor for detecting the yaw angular velocity (),characterized in that a value of the lateral acceleration (a_qm ) of the vehicle measured in vehicle coordinates (x ′, y ′, z ′) to a value in earth coordinates (x, y, z) the calculated value (a_q ) of the lateral acceleration is related and by solving the equation a_qm = a_q cos α_q - g sin α_q the bank (α_q ) of the vehicle with respect to the earth coordinates (x, y, z) is determined, with g being the gravitation.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der erdbezogenen Querbeschleunigung (a_q) nach der Formelerfolgt, wobei v_fzg die gemessene oder aus einzelnen Rad­geschwindigkeiten ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit ist und die gemessene oder berechnete Gierwinkelgeschwin­digkeit des Fahrzeugs.2. The method according to claim 1, characterized in that the calculation of the earth-related lateral acceleration (a_q ) according to the formula takes place, where v_{fzg is} the vehicle speed measured or determined from individual wheel speeds and the measured or calculated yaw rate of the vehicle.3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der erdbezogenen Querbeschleunigung (a_q) nach einer der Formelerfolgt, wobei v_fzg die gemessene oder aus einzelnen Rad­geschwindigkeiten ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit ist, die gemessene oder berechnete Gierwinkelgeschwin­digkeit des Fahrzeugs und die gemessene oder berechnete Schwimmwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs.3. The method according to claim 1, characterized in that the calculation of the earth-related lateral acceleration (a_q ) according to one of the formula takes place, where v_{fzg is} the vehicle speed measured or determined from individual wheel_speeds , the measured or calculated yaw rate of the vehicle and the measured or calculated slip angle speed of the vehicle.4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich um ein zweispuriges Fahrzeug handelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der erdbezogenen Querbeschleunigung (a_q) nach einer der Formelnerfolgt, wobei v_xr die Radgeschwindigkeit eines rechten Fahrzeugrades, v_xl die Radgeschwindigkeit eines linken Fahrzeugrades und S die Spurweite des Fahrzeugs bezeichnet.4. The method according to claim 1, wherein it is a two-lane vehicle, characterized in that the calculation of the earth-related lateral acceleration (a_q ) according to one of the formulas takes place, where v_{xr denotes} the wheel speed of a right vehicle wheel, v_{xl denotes} the wheel speed of a left vehicle wheel and S the track width of the vehicle.5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wankwinkel (X) des Fahrzeugs nach der FormelX ≅ - a_qm kermittelt wird, wobei k ein beladungsabhängiger, fahrzeugspezifisch ermittelter Faktor ist.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the roll angle (X) of the vehicle according to the formula X ≅ - a_qm is determined, where k is a load-dependent, vehicle-specific determined factor.6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Faktor k durch eine Messung von in Fahrzeugkoordinaten (x′, y′, z′) gemessener Querbeschleunigung (a_qm) und gleichzeitiger Versuchsmessung des Wankwinkels (X_m) einmalig nach der Formelermittelt und in einer Recheneinrichtung im Fahrzeug abgelegt ist.6. The method according to claim 5, characterized in that the factor k by a measurement of in vehicle coordinates (x ', y', z ') measured lateral acceleration (a_qm ) and simultaneous test measurement of the roll angle (X_m ) once according to the formula is determined and stored in a computing device in the vehicle.