Verfahren zur Regelung der Gier- und Querdynamik bei einem StraSenfahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Gier- und Querdynamik bei einem Straßenfahrzeug mit je einer Lenkeinrichtung für die Vorderachse und für die Hinterachse und mit diesen individuell zugeordneten, elektrisch ansteuerbaren δ _v - und δ _H - Lenkwinkel-Stellgliedern, die über je einen Regler ansteuerbar sind, die aus Soll-Istwertvergleichen für das Gier- und das querdynamische Verhalten des Fahrzeuges charakteristischer Größen (zB der Giergeschwindigkeit Ψ und eines Schwimmwinkels ß) für die Nachführung der Regelgrößen erforderliche Ansteuer- signale für die Lenkwinkel-Stellglieder generieren, und mit den weiteren, im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten, gattungsbestimmenden Merkmalen.

Bei Fahrzeugen, die mit unabhängig voneinander ansteuerbaren Lenkwinkelstellgliedern für die Vorderachs-Lenkung und die Hinterachs-Lenkung ausgerüstet sind, können im Prinzip "extreme" Fahrzeugbewegungen erreicht werden, die bei einem normalen Fahrzeug, das nur über die Vorderräder lenkbar ist, nicht auftreten können. Beispielsweise ist ein Schwimmen des Fahrzeuges, dh eine Bewegung desselben schräg zur Fahrzeuglängsachse möglich, ohne daß das Fahrzeug giert (zB dadurch, daß die Vorderachs-Lenkung und die Hinterachs-Lenkung auf gleiche Lenkwinkel bezüglich der Fahrzeuglängsachse eingestellt werden) . Es ist auch möglich, ein Gieren, dh eine Drehbewegung des Fahrzeuges um seine Hochachse zu erreichen, ohne daß diese eine Schwimmbewegung ausführt. Die Nutzung solcher nur mit einer zwei-achsigen Lenkung erreichbaren Fahrzeugbewegungen sollte aus Sicherheitsgründen solchen Fahrsituationen vorbehalten bleiben, in denen der Fahrer sich bewußt auf ein ungewohntes Fahrzeugverhalten ein- ■ ^• stellt, zB beim Rangieren auf engstem Raum, nicht jedoch im "normalen", den statistisch überwiegenden Fahrsituationen entsprechenden Betrieb des Fahrzeuges, für den der Fahrer eine dem Fahrerwunsch entsprechende Reaktion des Fahrzeuges "gewohnheitsmäßig" erwartet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das bei Betätigung eines zur Einstellung eines Fahrerwunsches vorgesehenen Lenkorgans, zB eines Lenkrades oder Joysticks, zu einer Fahrzeugreaktion führt, die derjenigen eines Fahrzeuges, das nur über eine Vorderachs- Lenkung verfügt, weitgehend analog ist, gleichwohl jedoch eine verbesserte Ausnutzung der über die beiden Lenkwinkel-Stell- organe aufbaubaren Seitenführungskräfte erlaubt.

Diese Aufgabe wird bei einem Verf hren der eingangs genannten Art, dem Grundgedanken nach durch die Gesamtkombination der Merkmale des Patentanspruchs 1 und in speziellen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens durch die Merkmale der Ansprüche 2 und/oder 3 gelöst .

Hierbei entspricht die gemäß Anspruch 2 vorgesehene Art der Ermittlung eines Sollwertes der Seitenkraft an den Vorderrädern einer Schwimmwinkel-Regelung an der Vorderachse in der Art wie für die Sollwertsbestimmung der Seitenkraft an der Hinterachse generell vorgesehen, während die Art der Bestimmung eines Sollwertes der Seitenführungskraft an der Vorderachse einer Gierge- schwindigkeitsregelung über den der Vorderachse zugeordneten Lenkwinkel-Regelkreis entspricht. Die gemäß Anspruch 4 vorgesehene, näherungsweise Bestimmung von Sollwerten des Schraglaufwinkels der Vorderräder und der Hinterräder des Fahrzuges ist in der weitaus überwiegenden Zahl der statistisch bedeutsamen Fahrsituationen hinreichend, um eine situations-adäquate Lenk- inkel-Bestimmung für die Vorder- und die Hinterräder des Fahrzeuges durchführen zu können.

Bei einer zur Implementierung der durch die Merkmale des Anr Spruchs 3 definierten Art der Regelung geeigneten Regelungseinrichtung gemäß Anspruch 5 ist ein Querbeschleunigungssensor besonders zweckmäßig, der unmittelbar die im Schwerpunkt des Fahrzeuges wirksame Querbeschleunigung erfaßt.

Hierzu können, unter Berücksichtigung der Fahrzeug-Geometrie auch, wie gemäß Anspruch 6 vorgesehen, zwei Querbeschleuni- gungs-Sensoren vorgesehen werden, deren in Fahrzeuglängsrichtung gemessener Abstand voneinander möglichst groß sein sollte.

Sowohl durch eine Umsehaltbarkeit der Regelungseinrichtung auf definiert verschiedene Regelungsmoden, wie gemäß Anspruch 7 vorgesehen, als auch durch eine gezielte Auswahl zwischen verschiedenen gemäß Anspruch 8 vorgesehenen Referenzmodell- Varianten des Fahrzeuges, die durch einen Rechner implementiert sind, ist das Fahrzeug auf entsprechend verschiedene Arten seines Antwort-Verhaltens auf eine als Äußerung eines bestimmten Fahrerwunsches wirkende Betätigung eines Lenkorganes einstellbar dh gleichsam der Fahrzeugtyp (Sportwagen oder schwere Limousine) wählbar, der dem Wunsch-Fahrverhalten des Fahrzeuges entspricht. Es versteht sich, daß die insoweit erläuterten Regelungsmoden auch dann nutzbar sind, wenn die Hinterachslenkung dadurch realisiert ist, daß die Hinterradbremsen einzeln zur Entfaltung definierter Abbremskräfte ansteuerbar sind, wodurch sich auch ohne ein Lenkwinkel-Stellorgan der Hinterachse das Gierverhalten des Fahrzeuges über die Hinterräder gezielt beeinflussen läßt .

Durch die gemäß Anspruch 9 für den Fall, daß sich das Fahrzeug im querdynamischen Grenzbereich bewegt, dh durch eine Vergrößerung von Schräglaufwinkeln die Seitenkräfte nicht mehr erhöht werden können, vorgesehene selbsttätige Umschaltung der Regelungseinrichtung auf einen Regelmodus mit der Giergeschwin- digkeit als Regelgröße, wird erreicht, daß das Fahrzeug auch in dem genannten Grenzbereich und/oder bei einem Ausfall der Hinterachslenkung vergleichsweise gut beherrschbar bleibt und insoweit ein hohes Maß an Sicherheit erzielt.

Mittels den Regelgrößen zugeordneter Stδrbeobachter, vorzugsweise solcher, deren Entwurfsmodell demjenigen des Reglers für die beobachtete Regelgröße entspricht, wird eine signifikante Verbesserung der Regelqualität erzielt, da, im Unterschied zu einem Regler mit I-Anteil nicht der Regelfehler integriert wird, sondern der Fehler zwischen Messung und Schätzung und zu einer StδrgrδßenaufSchaltung genutzt werden kann.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie einer zu seiner Durchführung geeigneten Einrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und Gestaltungsvarianten einer zu seiner Implementierung geeigneten Regelungseinrichtung anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisch vereinfachtes Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Querdynamik-Regelung an einem Straßenfahrzeug mit Vorderachs- und Hinterachslenkung und

Fig. 2 ein Seitenkraft-/Schräglaufwinkel-Diagramm zur qualitativen Erläuterung der Funktion der Regelungseinrichtung gemäß Fig. 1

Zweck der in der Figur 1 insgesamt mit 10 bezeichneten Querdynamik-Regelungseinrichtung für ein insgesamt mit 11 bezeichnetes vier-rädriges Straßenfahrzeug, bei dem sowohl die Vorderräder 12 und 13 als auch die Hinterräder 14 und 16 lenkbar sind, wobei zur Einstellung von Lenkwinkeln δ _v der Vorderräder 12 und 13 sowie zur Einstellung von Lenkwinkeln δ _h der Hinterräder 14 und 16 je ein elektrisch ansteuerbares Lenkwinkelstellglied 17 beziehungsweise 18 vorgesehen sind, ist es, ein Lenkverhalten zu erzielen, das eine vom Fahrer gut kontrollierbare Führung des Fahrzeuges ermöglicht .

Für das Fahrzeug 11 sei, zum Zweck der Erläuterung, vorausgesetzt, daß das Vorderachs-Lenkwinkelstellglied 17 eine "gemeinsame" Einstellung der Lenkwinkel δ _vl und δ _TC beider Vorderräder in der Art einer Trapezlenkung vermittelt und daß dasselbe auch für das Hinterachs-Lenkwinkelstellglied 18 gilt, so daß im Sinne eines vereinfachenden "Einspur"-Modells des Fahrzeuges die Vorderradlenkwinkel δ _vl und δ _^ durch einen einzigen Vorderachslenkwinkel δ _v beschreibbar sind und die Hinterrad- Lenkwinkel δ _ω und δ _to durch einen gemeinsamen "mittleren" Hin- terachslenkwinkel δ _h .

Die Lenkwinkel-Stellglieder 17 und 18 können als elektrohydraulische oder als .elektromechanische Aktuatoren realisiert sein, die durch elektrische Signale, die Sollwerte δ _vsoll und ö^-^ des Vorderachslenkwinkels δ _v und des Hinterachs-Lenkwinkels δ _h , gesehen im Einspurmodell des Fahrzeuges 11, repräsentieren, zur Einstellung der diesbezüglichen Sollwerte ansteuerbar sind.

Diese Sollwert-Signale für den Vorderachs-Lenkwinkel δ _v und den Hinterachs-Lenkwinkel δ _h werden von Reglern 19, 21 und 22 erzeugt, die in voneinander entkoppelten Regelkreisen arbeiten und aus Soll-/Ist-Wertvergleichen für das querdynamische Verhalten des Fahrzeuges 11 charakteristischer Größen, nämlich der Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ im Schwerpunkt 23 des Fahrzeuges 11, des Schwimmwinkels ß _v im Bereich der Vorderachse 24 des Fahrzeuges sowie des Schwimmwinkels ß _h im Bereich der Hinterachse 26 des Fahrzeuges 11 die Sollwert-charakteristischen An- steuerεignale für die Lenkwinkel-Stellglieder 17 und 18 erzeugen.

Zur Umsetzung des Fahrerwunsches nach einem von ihm erwarteten querdynamischen Verhalten des Fahrzeuges 11, den der Fahrer durch Betätigung eines Lenkorgans 27, zB, wie dargestellt, eines "konventionellen" Lenkrades oder eines Joysticks einsteu- ern kann, ist ein durch einen elektronischen Rechner implementiertes Referenzmodell 28 vorgesehen, dem an einem ersten Eingang 29, dem "Fahrerwunsch-Eingang", ein für einen Lenkwinkel δ _F charakteristisches elektrisches Ausgangssignal eines Lenk.- winkelorgan-Stellungsgebers 31 zugeleitet ist, das einem vom Fahrer erwünschten Lenkungsverhalten des Fahrzeuges 11 entspricht; an einem zweiten Eingang 32, einem "Geschwindigkeits- Eingang", ist dem Referenzmodell 28 ein elektrisches Zustands- signal zugeleitet, das ein Maß für die Fahrzeug-Längsgeschwindigkeit v _x des realen Fahrzeuges ist.

Das Referenzmodell 28 gibt an einem ersten Ausgang 33 ein elektrisches Ausgangssignal ab, das ein Maß für einen Sollwert Ψ _soll der Gierwinkelgeschwindigkeit des realen Fahrzeuges um seine durch den Schwerpunkt 23 gehende Hochachse ist.

An einen zweiten Ausgang 34 gibt das Referenzmodell 28 ein elektrisches Ausgangssignal ab, das - bei einer Kurvenfahrt - ein Maß für den Schwimmwinkel-Sollwert ß _vsoll des Schwimmwinkels des Fahrzeuges im Bereich seiner Vorderachse 24 ist, und an einem dritten Ausgang 36 ein elektrisches Ausgangssignal, das ein Maß für den Sollwert ß^ _o n des Schwimmwinkels des realen Fahrzeuges 11 an der Hinterachse 26 des Fahrzeuges ist.

Die Generierung dieser Sollwerte, deren Einregelung des Reaktionsverhalten des Fahrzeuges auf eine Betätigung des Lenkrades 27 - Einstellung des Lenkwinkels δF - bestimmt, ist zweckmäßigerweise so getroffen, daß sich ein für den Fahrer "verständliches" - gut beherrschbares - querdynamisches Verhalten des Fahrzeuges 11 ergibt. Das Referenzmodell 28 kann so ausgelegt sein, daß sich ein "neutrales" Kurvenfahrt-Verhalten ergibt, dem gleiche Schräglaufwinkel o^. und α^ an der Vorderachse 24 und der Hinterachse 26 entsprechen; es ist jedoch auch möglich, daß das Referenzmodell 28 so. ausgelegt ist, daß sich ein leicht übersteuerndes Kurvenfahrtverhalten des Fahrzeuges ergibt, das dem eines Sportfahrzeuges angenähert ist, oder auch ein untersteuerndes Verhalten erzielt wird, wie es für vorder- achs-getriebene Fahrzeuge charakteristisch sein kann.

Für den Vergleich mit den Ψ _soll -, ß _vso n-, und ß _hsoll -WertSignalen geeignete Istwert-Signale werden von einem wiederum durch einen elektronischen Rechner implementierten Fahrzeugmodell 37 generiert, das aus einer Verarbeitung gemessener, betriebscharakteristischer Meßgrößen sowie fahrzeugspezifischer Daten an einem ersten Ausgang 38 ein elektrisches Ausgangssignal abgibt, das ein Maß für den Istwert Ψ _iεt der Gierwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeuges 11 um seine Hochachse ist, des weiteren an einem zweiten Ausgang 39 ein elektrisches Ausgangssignal abgibt, das ein Maß für den Istwert ß _vist des Schwimmwinkels der Vorderachse 24 ist, und an einem dritten Ausgang 41 ein elektrisches Aus- gangssignal abgibt, das ein Maß für den Istwert ß _hist . des Schwimmwinkels ß _h an der Hinterachse 26 des realen Fahrzeuges 11 ist.

Zur Generierung der genannten Istwert-Ausgangssignale des Fahrzeugmodells 37 geeignete, variable Daten, d,.h. solche, die im Fahrbetrieb fortlaufend erfaßt werden müssen, und "fahrzeugspezifische Daten", dh solche, die durch das Fahrzeug fest vorgegeben sind oder durch eine einmalige Messung erfaßbar sind und sodann mindestens für eine längere Zeitspanne als konstant angesehen werden können, sind bei dem gewählten Erläuterungs- beispiel die folgenden: Die Ausgangssignale den Fahrzeugrädern 12, 13, 14 und 16 einzeln zugeordneter Raddrehzahlsensoren 42 ₁ bis 42 ₄ , die eine genaue Ermittelung der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit v _x ermöglichen, die Ausgangssignale eines dem Vorder- achs-Lenkwinkelstellgliedes 17 zugeordneten elektronischen oder elektromechanischen Vorderachs-Lenkwinkel-Stellungsgebers 43 sowie eines dem Hinterachs-Lenkwinkelstellglied 18 zugeordneten Lenkwinkelstellungsgebers 44, das Ausgangssignal eines Gierge- schwindigkeits (Ψ ) -Sensors 46 als Maß für die Giergeschwindigkeit Ψ um die durch den Schwerpunkt 23 des Fahrzeuges gehende Hochachse desselben, das Ausgangssignal eines Querbeschleuni- gungs (a _y ) -Sensors 47 als Maß für die im Schwerpunkt 23 des Fahrzeuges 11 rechtwinklig zur Fahrzeuglängsrichtung, der x- Richtung, angreifende Querbeschleunigung a _y , sowie gegebenenfalls das Ausgangssignal eines zweckmäßigerweise in der Nähe der Vorderachse 24 angeordneten Querbeschleunigungssensors .-48 und/oder das Ausgangssignal eines mehr in der Nähe der Hinterachse 26 angeordneten Querbeschleunigung (a^) -Sensors 49 als Maß für eine in Querrichtung am Fahrzeug im Abstand von seinem Schwerpunkt 23 angreifende Querbeschleunigung.

Als "fahrzeugspezifische" Daten, die in Verbindung mit den vorgenannten variablen Angaben zur Ermittlung der Istwerte Ψ _iBt , ß _vist und ß _fc i _s ,. geeignet sind, werden in dem Fahrzeugmodell 37 der Achsabstand L des Fahrzeuges sowie gegebenenfalls die Spurbreiten der Vorder- und der Hinterachse als Festwert (e) , sowie als allenfalls geringfügigen Variationen unterworfene Größen, die erforderlichenfalls durch zeitweise Messung oder Schätzung korrigiert werden können, die Fahrzeugmasse m, der Abstand l _v des Schwerpunktes 23 von der Vorderachse 24 beziehungsweise l _h des Schwerpunktes 23 von der Hinterachse 26, das Gier-Trägheitsferment J ₂ des Fahrzeuges 11 um seine Hochachse, sowie Reifenkennlinien abgelegt, die den Zusammenhang der durch Lenkungsbetätigung an der Vorderachse und der Hinterachse aufbaubaren Seitenkräfte S _v und S _h in Abhängigkeit von den jeweiligen Schräglaufwinkeln o^ und α^ wiedergeben.

Zur Erläuterung der Verarbeitung dieser Größen durch den Modellrechner 37 wird nachfolgend auf ein vereinfachtes lineari- siertes Einspurmodell eines Straßenfahrzeuges Bezug genommen, in dem die Lenkwinkel δ _v und δ _h an der Vorderachse 24 beziehungsweise der Hinterachse 26 durch die folgenden Beziehungen gegeben sind:

1 ^• Ψ δ _v = - ß + -= + C^ (1)

und Ψ δ _h = + α (2)

gegeben sind.

In dem zur Erläuterung gewählten linearisierten, dh für kleine Werte der Lenkwinkel δ _v und δ _h um 10° betrachteten Einspurmodell ist der Schwimmwinkel ß im Schwerpunkt des Fahrzeuges 11 in guter Näherung durch die Beziehung

V ß - - -* ^■ (3)

gegeben, in der mit v _y die sich bei der Kurvenfahrt ergebende Geschwindigkeitskomponente des Fahrzeuges rechtwinklig zur Längsgeschwindigkeits-Komponente v _x der Fahrzeuggeschwindigkeit v _F bezeichnet ist, die sich als vektorielle Summe dieser beiden Geschwindigkeitskomponenten ergibt .

Die Quergeschwindigkeitskomponente v _y kann aus einer Integration der im Schwerpunkt des Fahrzeuges angreifenden Querbeschleunigung a _y "gemessen", zumindest annähernd ermittelt werden und/oder aus den Radgeschwindigkeiten, den eingestellten Lenkwinkeln δ _v und δ _h sowie den geometrischen Abmessungen des Fahrzeuges geschätzt werden.

Des weiteren sind die Schwimmwinkel ß _v und ß _h an der Vorderachse beziehungsweise der Hinterachse mit dem Schwimmwinkel ß im Schwerpunkt des Fahrzeuges durch die Beziehungen

J _z • Ψ ß _v = ß - — * (4 ) l _h • m • v _x

sowie

J ₂ • Ψ ^p > ^{■ p +} xxx: «> verknüpft .

Der eine zur Ansteuerung des Vorderachs-Lenkwinkelstellgliedes 17 vorgesehene Regler 19 ist als Giergeschwindigkeitsregler ausgebildet, der nach einem Reglergesetz der Form

1,. ^• m ^• a„ J r •• / • _M

S ix = - ~^ _j ^" + - ^■ [Ψ _soll ^" k ^• (ψ - Ψ _soll )] ( 6 )

einen Sollwert S _vsoll der Seitenkraft ermittelt, die eine Funktion S (α _v ) des Schraglaufwinkels o^ an der Vorderachse ist .

Diesem Sollwert S _vsoll , der durch die Giergeschwindigkeitsregelung ermittelt wird - und bei verschwindender Regelabweichung e - (e = Ψ — Ψ _soll = θJ durch die Beziehung

1 ^• m • aj • ψ ..

gegeben ist, entspricht die für eine stabile Kurvenfahrt des Fahrzeuges geltende, allgemein durch die Beziehung

J • Ψ = S • 1 - L ■ S. (7)

ausgedrückte Forderung nach Ausgeglichenheit der Momente um die Hochachse des Fahrzeuges 11, wenn in dieser Beziehung (7) die an der Hinterachse 26 des Fahrzeuges 11 auftretende Seitenkraft S _h gemäß der Beziehung

m • a _y = S _v + S _h (8)

eliminiert wird.

Wegen der qualitativ durch das Diagramm der Figur 2 wiedergegebene Abhängigkeit der gemäß der Beziehung (6 ¹ ), gleichsam mathematisch, ermittelbaren Seitenkräfte von den durch die Len- kungsbetätigung mit einzustellenden Schräglaufwinkeln α, ist mit jedem durch die Ψ -Regelung gemäß den Beziehungen (6) beziehungsweise (6') ein Sollwert α _vsoU des Schraglaufwinkels verknüpft, der gemäß der Beziehung (1) bei der Ermittelung des . Sollwertes δ _vsoll für die Stellgröße δ _v als Sollwert α _vsoll des Schraglaufwinkels α„ einzusetzen ist, gemäß der Beziehung

δ _vsoll = "ß + + α _vsoll ⁽ 1 ' ) .

Die Abhängigkeit der Seitenkraft S vom Schräglaufwinkel α ist in dem seinerseits als Rechner realisierten Ψ -Regler 19, der den Sollwert δ _vsoll für den Vorderachs-Lenkwinkel δ _v gemäß der Beziehung (l ¹ ) ermittelt, entweder in tabellarischer Form abgelegt oder durch einen vom Rechner auswertbaren Regelalgorithmus implementiert. Bei dem zur Erläuterung gewählten Ausführungs- beispiel erfolgt die Ermittelung des Sollwertes α _^ n des Schraglaufwinkels im Sinne einer linearen Näherung gemäß einer Beziehung der Form

^S v _B oll , x

" ^• vsoll I r

in der mit C _v eine reifencharakteristische Schräglaufsteifig- keit bezeichnet ist. Werte dieser Schräglaufsteifigkeit können Herstellerangaben entnommen werden oder geschätzt oder durch geeignete Versuche und/oder adaptive Meßmethoden ermittelt werden. Die Näherung gemäß der Beziehung (9) stellt zumindest für kleine Schräglaufwinkel (bis zu 10°) eine hinreichend genaue Näherung dar, wie der S (α) -Verlaufskurve 51 des Diagramms unmittelbar entnehmbar ist.

Der für die Auswertung der Beziehung (6) beziehungsweise (6') durch den Ψ -Regler 19 erforderliche Ψ _so u-Wert wird vom Referenzmodell 12 - durch zeitliche Differenzierung des Ψ _soll - AusgangsSignals - generiert und wird dem Regler 19 direkt zuge- leitet, wie durch einen Ψ _εoll -Signalpfad 53 schematisch dargestellt.

Die Regelabweichung e wird als Differenz des vom realen Fahrzeugmodell 37 ausgegebenen Ψ _ist -Wertsignals und des vom Referenzmodell 28 ausgegebenen Ψ _soll -Wertsignals an der Ψ - Vergleichsstelle 52 ermittelt und im Regler gemäß der Beziehung (6) mit einer im Prinzip frei wählbaren, Regler-Verstärkung k des Ψ -Reglers 19 verarbeitet.

Die von dem Ψ -Regler weiter benötigten Eingaben für die Größen l _h ^• m ' a _y /L, das Verhältnis J ₂ /L, den Schwimmwinkel ß im Schwerpunkt des Fahrzeuges sowie für die Größe l _v ^• Ψ /v _x werden von dem realen Fahrzeugmodell 37 generiert und dem Regler 19 "direkt" zugeleitet. Die diesbezüglich erforderlichen Signalpfade sind, der Einfachheit halber in der Figur 1 lediglich durch einen einzigen Signalflußpfeil 54 repräsentiert.

Der zur Ansteuerung des Hinterachs-Lenkwinkelstellgliedes 18 vorgesehene Regler 22 ist als Schwimmwinkel (ß _h ) -Regler ausgebildet, der nach einem Reglergesetz der Form

einen Sollwert für die an der Hinterachse 26 des Fahrzeuges 11 durch die Lenkungsbetätigung aufzubauende Seitenkraft S (o^) ermittelt. Dieser durch die ß _h -Regelung ermittelbare Sollwert ist bei verschwindender Regelabweichung

_hso ii = °) durch die Beziehung

1„ ^• m ^• v _v r . ■ i ^S i-cαα = -=— ^* [Ψ ^" ßtaoii] ^{( 10} ' ⁾

gegeben . Ausgangspunkt für den Entwurf des Reglers ist die plausible Annahme, daß die zeitliche Änderung ß _h des Schwimmwinkels an der Hinterachse 26 des Fahrzeuges 11 der Differenz des Schwimmwin- kel-Istwertes ß _hist und des Sollwertes

Aus der Beziehung (5) für den Schwimmwinkel ß _h an der Hinterachse des Fahrzeuges ergibt sich durch zeitliche Differentiation die Beziehung

Ψ ß _h = ß + (5') m • v.

die unter der Voraussetzung, daß die Längs-Geschwindigkeits- komponente v _x des Fahrzeuges als konstant angesehen werden kann, unter Berücksichtigung der Beziehung (3) die .folgende Form annimmt:

v„ l • m • v„

Aus der Forderung nach Ausgeglichenheit der Querkräfte am Fahrzeug bei einer Kurvenfahrt, geschrieben in der Form

mv _y = S _v + S _h - m ■ v _x • Ψ (11)

folgt unmittelbar

_{Vy ^} ^{SV "} ^ ^Sh ~ V _χ • ψ dl') ^y

Die Beziehung (ll ¹ ) in die Beziehung (5'') eingesetzt ergibt die Beziehung Wird aus dieser Beziehung (12) mit Hilfe der die Forderung nach Ausgeglichenheit der Momente beim Fahrzeug ausdrückenden Beziehung (7) die Vorderachs-Seitenkraft S _v eliminiert, ergibt sich für die zeitliche Änderung ß _h des Schwimmwinkels an der Hinterachse 26 die Relation

_{ß ψ} _ S _h h ^• -L _v . _ _1t„ • S _h _ _{= ψ} . _ L • S _h κ_^ ₍₁₃₎ ^{m • V} x ^• lv ^{• m • V} x ^{m •} V _χ ^• l _v

aus der für die Seitenkraft S _h (o _h ) an der Hinterachse unmittelbar die folgende Beziehung folgt:

s» = ^{lv "} ° ^{' v} • (ψ - ß _h ) MO'-),

die mit dem für die Schwimmwinkelregelung an der Hinterachse vom Referenzmodell ausgegebenem Sollwert ß _hsoll der Beziehung (10 ' ) entspricht .

Die von dem ß _h -Regler 22 zur Auswertung der Beziehung (10) beziehungsweise der Beziehung (10') benötigte

_jso n -Signalpfad 56 schematisch dargestellt, "direkt" zugeleitet .

Die von dem ß _h -Regler 22 mit der im Prinzip frei wählbaren Reglerverstärkung k _x "multiplizierend" verarbeitete Regelabweichung e _h (e _h = ß _ωεt - ß _nson ) wird an der ß _h -Vergleichsstelle 57 ermittelt.

Die von dem ß _h -Regler 22 weiter benötigten Eingaben für die Größe l _v ^• m ^• v _x /L sowie den Istwert Ψ _ist der Gierwinkelgeschwindigkeit werden vom realen Fahrzeugmodell 37 generiert und dem ß _h -Regler 22, wie durch die diesbezüglichen Signalpfade 58 und 59 veranschaulicht, "direkt" zugeleitet. Die Ermittlung des Sollwertes a _hBoll des Schraglaufwinkels o^ an der Hinterachse 26 aus dem durch die Schwimmwinkelregelung an der Hinterachse gewonnenen Sollwert S _bgoll der Seitenkraft an der Hinterachse 26 erfolgt analog zu der mit Bezug auf den Ψ-.- Regler 19 geschilderten Art.

Die Bestimmung des Sollwertes δ _bsoll für den einzustellenden Hinterachslenkwinkel, dh die Stell-Signalbildung für diesen Winkel erfolgt gemäß der Beziehung

δhsoii = ^~ ß " — + ci (2 ' )

wobei die hierfür noch zusätzlich erforderlichen Eingaben für den Schwimmwinkel ß im Schwerpunkt 23 des Fahrzeuges sowie für die Größe l _h • Ψ _ist / v _x vom realen. Fahrzeugmodell 37 generiert und dem Regler 22 über Signalpfade zugeleitet werden, die, der Einfachheit der Darstellung halber lediglich durch einen einzigen Signalpfeil 60 repräsentiert sind.

Aus der geschilderten Art der Ψ -Regelung sowie der ß _h -Regelung ist ersichtlich, das die beiden Regelkreise "physikalisch" entkoppelt sind, was insbesondere der Robustheit der Regelung zugute kommt.

Bei der Querdynamik-Regelungseinrichtung 10 ist als Alternative zu einer Ansteuerung des Vorderachs-Lenkwinkelstellgliedes 17 mit δ _vsoll -Ausgangssignalen des Ψ -Reglers 19 auch eine Ansteuerung des Vorderachs-Lenkwinkelstellgliedes 17 mit δ _vsoll -Aus- gangssignalen des weiteren Reglers 21 vorgesehen, wie durch einen Wahlschalter 61 schematisch dargestellt.

Dieser weitere Regler 21 ist in funktioneller Analogie zu dem für die Ansteuerung des Hinterachs-Lenkwinkelstellgliedes 18 vorgesehenen ß _h -Regler 22 als Schwimmwinkel (ß _v ) -Regler ausgebildet, der nach einem Reglergesetz der Form • m • v

S ll = " ^' _L ^{' X •} [* - ßv ol! + ^• (ßv - ßvaoll )] ( 14 )

Sollwerte für die an der Vorderachse 24 des Fahrzeuges 11 durch die Lenkungsbetätigung aufzubauende Seitenkraft S (c ermittelt.

Die von dem ß _v -Regler 21 benötigte ß _VSDll -Eingabe wird von dem Referenzmodell 28 generiert und, wie durch den ß _vsoll -Signalpfad 62 schematisch dargestellt, dem ß _v -Regler 21 "direkt" zugeleitet. Die von dem ß _v -Regler 21 mit der wiederum frei wählbaren Reglerverstärkung k ₂ verarbeitete Regelabweichung e _v (e _v = ß _vist - ß _^o n) wird an der ß _v -Vergleichsstelle 63 ermittelt.

Die von dem ß _v -Regler 21 weiter benötigten Eingaben für die Größe l _h ^• m ^• v _x /L sowie für den Istwert Ψ _ist der Gierwinkelgeschwindigkeit werden vom realen Fahrzeugmodell 37 generiert und dem ß _v -Regler, wie durch die diesbezüglichen Signalpfade 64 und 59' veranschaulicht, "direkt" zugeleitet.

Die Ermittelung von Sollwerten α,,,..^ des Schraglaufwinkels α _v an der Vorderachse 24 aus dem durch die Schwimmwinkelregelung an der Vorderachse gewonnenen Sollwert S _vsoll der Seitenkraft erfolgt wie anhand der Beschreibung des Ψ -Reglers 19 erläutert, desgleichen die Bestimmung des Sollwertes δ _vsoll für den einzustellenden Vorderachs-Lenkwinkel δ _v .

Der Ψ -Regler 19 und der ß _v -Regler 21 sind so ausgelegt, daß das Reaktionsverhalten des Fahrzeuges 11 in demjenigen Betriebsmodus der Querdynamik-Regelungseinrichtung 10, in dem die Einstellung des Vorderachs-Lenkwinkels δ _v mittels des Ψ - Reglers 19 erfolgt, signifikant verschieden von demjenigen Reaktionsverhalten des Fahrzeuges ist, wenn die Regelungseinrichtung 10 in demjenigen Betriebsmodus arbeitet, in dem die Einstellung des Vorderachs-Lenkwinkels δ _v mittels des ß _v -Reglers 21 erfolgt. Das Fahrzeug 11 ist somit durch Umschalten des Wahl- Schalters 61 im Ergebnis auf zwei erwünschte Reaktionsweisen einstellbar, zB auf "sportliches", dh mäßig übersteuerndes, und auf neutrales Kurvenfahrtverhalten einstellbar.

Weitere Reaktionsweisen - "Fahrzeugtypen" - sind dadurch realisierbar, daß das Referenzmodell 28 auf definiert verschiedene Arten der Generierung seiner Sollwert-Ausgangssignale wählbar einstellbar ist .

Zur Verbesserung der Qualität der Regelung sind den Regelgrößen einzeln zugeordnete Storbeobachter vorgesehen, deren Zweck es ist, Störgrößen wie Seitenwind, Fahrbahnneigung und/oder unterschiedliche Kraftschlußbeiwerte an den beiden Fahrzeugseiten (μ-Split-Verhältnisse) zu erfassen und bei der Regelung im Sinne einer StδrgrδßenaufSchaltung zu berücksichtigen. Des weiteren sollen durch die Storbeobachter auch Modellfehler kompensiert werden, die daraus resultieren, daß das Fahrzeugmodell die Realität nur näherungsweise berücksichtigen kann. Entsprechend der geschilderten Entkopplung der den Vorderrädern 12 und 13, einerseits, und den Hinterrädern 14 und_ 16, andererseits, zugeordneten Regelkreise ist, der Einfachheit der Darstellung halber, nur ein Storbeobachter 66 für den Vorderachs-Regelkreis und ein Storbeobachter 67 für den ß _h -Regelkreis dargestellt. Die Storbeobachter 66 und 67 sind, allgemein, als durch elektronische Rechner implementierte Modelle der Regelstrecke konzipiert, die dieselben Eingaben, nämlich die Sollwert- Ausgangssignale der zugeordneten Regler 19 bzw. 22 empfangen wie die zugeordneten Regelstrecken und hieraus den Regelgrößen ψ bzw. ß _h entsprechende Ausgaben erzeugen, und aus dem Vergleich ihrer diesbezüglichen Ausgaben mit den entsprechenden Ausgaben des Fahrzeugmodells 37 des realen Fahrzeuges Schätzwerte Λ _vh für die jeweilige Störung generieren, durch deren

Rückführung auf den Regler 19 beziehungsweise 22 die Regelabweichung zum Verschwinden gebracht werden kann. Eine geeignete Konzeption eines solchen Stδrbeobachters, die auf die weiteren Regelkreise übertragbar ist, sei am Beispiel des ß _h -Regelkreises näher erläutert:

Zum Entwurf des Beobachters 67 wird von der Beziehung

L • c _h • o ß _* = Ψ-Γm—• vr _x —• l- r _v + (i3-)

für die zeitliche Änderung der Regelgröße ß _h ausgegangen, die sich ergibt, wenn in der Beziehung (13) , die auch dem Entwurfsmodell des Reglers 22 entspricht, die Seitenkraft S _h gemäß der Beziehung (9) durch die Beziehung

S _h = c _h • α _h (9')

ersetzt wird und mit Δ _h eine Abweichung von der Modell- Beziehung (13) bezeichnet wird, die ua durch die Linearisierung der Seitenkraft S _h bedingt ist.

Für diese Störung Δ _h wird hinsichtlich des Beobachtermodells angenommen, daß sie zeitlich quasi konstant ist, dh, daß gilt :

Δ _h = 0 (13' ')

Von diesem Modell ausgehend wird der Störbeobachter 67 gemäß den Beziehungen

ß _b = Δ _h + ψ - ^ ^' ^ ^' ^ + k ^• (ß _hist - ß _h ) (14 )

und

Δ _h = k' • (ß _hist - ß _h ) (15) entworfen. Hierbei ist in der Beziehung (14) mit k ein Verstärkungsfaktor bezeichnet, mit dem die Differenz ß^,. - ß _h in das durch die Beziehung (13') repräsentierte Beobachtermodell zurückgeführt wird, und mit k' der Verstärkungsfaktor, mit der die genannte Differenz auf das durch die Beziehung (13'') repräsentierte Modell der Störung zurückgeführt wird.

Die Verstärkungsfaktoren k und k' können durch Polvorgabe nach dem bekannten Wurzelort-Verfahren bestimmt werden. Der Ist-Wert ß _Hi6t steht als Ausgabe des realen Fahrzeuges zur Verfügung.

Numerische Integration der Beziehungen (14) und (15) nach bekannten Verfahren, z. B. dem Euler-Verfahren oder dem Runge- Kutta-Verfahren, ergibt die gesuchte Störung Δ _h , die bei der Bildung des Sollwertes des Hinterachsdeckwinkels

im Sinne einer StδrgrδßenaufSchaltung berücksichtigt wird.