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WO2006058702A1 - Device and method for stabilising a motor vehicle exposed to crosswind - Google Patents

Device and method for stabilising a motor vehicle exposed to crosswind Download PDF

Info

Publication number
WO2006058702A1
WO2006058702A1 PCT/EP2005/012738 EP2005012738W WO2006058702A1 WO 2006058702 A1 WO2006058702 A1 WO 2006058702A1 EP 2005012738 W EP2005012738 W EP 2005012738W WO 2006058702 A1 WO2006058702 A1 WO 2006058702A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vehicle
crosswind
side wind
wheels
yaw rate
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/012738
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dieter Ammon Ammon
Jens Kalkkuhl
Carsten Knöppel
Martin Moser
Magnus Rau
Reinhold Schneckenburger
Avshalom Suissa
Christian Urban
Original Assignee
Daimlerchrysler Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimlerchrysler Ag filed Critical Daimlerchrysler Ag
Publication of WO2006058702A1 publication Critical patent/WO2006058702A1/en

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    • B60W2710/22Suspension systems
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    • B60W2720/00Output or target parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2720/14Yaw

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and method for crosswind stabilization of a vehicle comprising an estimator for estimating a crosswinds magnitude which reflects a crosswind influence exerted on the vehicle, and a stabilizer for influencing the transverse dynamics of the vehicle which estimates the estimated crosswinds size for compensation supplied to the vehicle exerted crosswind influence.
  • the known device comprises a pressure measuring device, which is arranged for quantitatively detecting a side wind influence exerted on the vehicle in the side region of the outer skin of the vehicle body.
  • the provided by the pressure measuring device pressure measurement signals are arranged in the vehicle, a digital computer and an actuator having Lenkwinkel- adjustment device supplied depending on the supplied pressure measuring signals adjustable to steerable wheels of the vehicle steering angle modified such that caused due to the crosswind influence yaw angle change of Vehicle is compensated.
  • Such a steering angle adjusting device as is required a priori for the realization of the known device, is due to cost reasons or reasons of reliability in general not available.
  • the lateral wind stabilization apparatus of a vehicle further comprises, in addition to an estimator of side wind magnitude estimation representing a side wind exerted on the vehicle, a stabilizer provided for influencing the lateral dynamics of the vehicle to which the estimated side wind magnitude is supplied to compensate for the crosswind influence exerted on the vehicle ,
  • the stabilization device is designed to modify wheel contact forces acting on the wheels of the vehicle, the stabilization device modifying the wheel contact forces as a function of the crosswind size in such a way that the side wind influence exerted on the vehicle is compensated or at least considerably reduced.
  • the modification of the wheel contact forces makes it possible to carry out a particularly robust and reliable manipulation of the transverse dynamics of the vehicle.
  • the stabilization device can then be, in particular, an active suspension (active body control - ABC, Active Hydropneumatics or active stabilizers) which is available as standard and which, depending on the road condition and the driving behavior of the driver, damps travel-related movements of the vehicle Vehicle construction in the sense of increasing the Driving comfort and driving safety by appropriate driver-independent modification of RadaufStands technology makes.
  • active suspension active body control - ABC, Active Hydropneumatics or active stabilizers
  • the estimation device estimates the crosswinds size based on a vehicle model into which a lateral acceleration variable, which acts on a vehicle.
  • Transverse acceleration describes, and / or a yaw rate, which describes a yaw rate of the vehicle about an axis oriented in the vehicle vertical axis of rotation is received.
  • a mounting of pressure sensors in the region of the outer skin of the vehicle body which is to be regarded as problematic from an aesthetic point of view for detecting the crosswind influence can be avoided.
  • variables used to estimate the crosswinds allow, in addition to a possible influence of crosswinds, to estimate and, if necessary, to compensate for a lateral force influence acting on the vehicle as a result of a bank inclination on the roadway.
  • the vehicle model is, in particular, a linear single-track model that is easy to evaluate and in most cases sufficient to describe the lateral dynamics of the vehicle (see "Adam Zomotor, Chassis Technology: Handling", 1st Edition, Vogel-Fachbuch, p.
  • any other vehicle model may be provided that describes the lateral dynamics of the vehicle in a sufficient manner.
  • the vehicle model takes into account, in addition to the above-mentioned variables, the lateral dynamic response of the vehicle to a modification of the wheel contact forces. Furthermore, it is advantageous if the transverse acceleration quantity is provided in the form of a lateral acceleration signal by means of a lateral acceleration sensor and / or if the yaw rate quantity is provided in the form of a yaw rate signal by means of a yaw rate sensor. Since such sensors in connection with an existing system in the vehicle for yaw rate control, such as an Electronic Stability Program (ESP), usually anyway available, their shared use allows a particularly cost-effective implementation of the device according to the invention.
  • ESP Electronic Stability Program
  • a longitudinal speed variable which describes a vehicle speed present in the vehicle longitudinal direction
  • a steering wheel angle which describes a steering angle which can be set on steerable wheels of the vehicle.
  • the longitudinal speed magnitude is obtained, for example, by evaluating wheel speed signals provided by wheel speed sensors associated with the wheels of the vehicle.
  • the steering angle variable which is provided in the form of a steering angle signal by means of a steering angle sensor, which detects the steering angle set on steerable wheels of the vehicle.
  • the estimation device therefore estimates based on sensory or model-based determined driving dynamics variables using a suitable vehicle model, in particular a linear single-track model for describing the lateral dynamics of the vehicle, for example the shape
  • Vy a y, v x meS8 - ⁇ --g- ⁇ (1.1)
  • ⁇ (1.2) a lateral wind amount representing a side wind influence exerted on the vehicle.
  • the side wind size can be quantified in mathematically unambiguous manner, inter alia in the form of a side wind force magnitude S w / which describes a cross wind force exerted on the vehicle due to the crosswind, whereby any other side wind force factors reflecting the crosswind influence can be determined in addition to or as an alternative to the cross wind force size S ".
  • the driving dynamics quantities entering the determination equations (1.1) and (1.2) are the lateral acceleration variable detected by means of the lateral acceleration sensor and the yaw rate parameter detected by the yaw rate sensor, here designated a y> mess or ⁇ .
  • v y is a time derivative of a transverse speed variable v y , which describes a vehicle speed in the vehicle transverse direction, g is the gravitational acceleration acting on the vehicle, of the order of g ⁇ 9,81 m / s 2 ,
  • a road bank size which describes a road bank at the location of the vehicle
  • S v is a lateral force magnitude describing a side force acting on a front axle of the vehicle, EP2005 / 012,738
  • l v is a distance between the front axle of the vehicle and the center of gravity of the vehicle
  • S h is a lateral force magnitude describing a lateral force acting on a rear axle of the vehicle
  • Iv is a distance between the rear axle of the vehicle and the center of gravity of the vehicle
  • e is an aerodynamic quantity that is a distance between the vehicle
  • Jzi is the moment of inertia of the vehicle about a main axis of inertia oriented in the vehicle vertical direction.
  • the quantities g, l v , In and J 22 represent physical or vehicle-specific constants, which are stored in addition to the aerodynamic quantity e assumed to be constant, for example in a memory assigned to the estimating device.
  • the lateral acceleration quantity a y , me ⁇ 8 for accurately estimating the side wind magnitude is described both with respect to a lane lateral acceleration component g- ⁇ describing a lateral acceleration acting on the vehicle due to a lane bank, and with respect to a Coriolis lateral acceleration component ⁇ -v x , which describes a transverse acceleration acting on the vehicle due to Coriolis forces, corrected.
  • m denotes the mass of the vehicle. If a possible payload of the vehicle is neglected, the mass m of the vehicle can be assumed to be constant and stored in the form of a corresponding constant in the memory assigned to the estimating device.
  • Equation (1.2) one finds, inter alia, a relation of the figure
  • yaw momentum quantity M w in which the aerodynamic quantity e is a function of an approach angle ⁇ "between the direction of the vehicle longitudinal movement described by the L Lucass GmbHsgr ⁇ ße v x and the incident on the vehicle center point of incidence direction of the crosswind.
  • the yawing moment variable M " reflects a yawing moment caused by the crosswind, which acts on the vehicle with respect to the center of gravity of the vehicle.
  • C v and C h denote the skew stiffness of wheels located on the front axle and rear axle of the vehicle, respectively, and ⁇ the steering wheel angle.
  • the variables C v and Ch are vehicle-specific constants, which are preferably stored in the memory assigned to the estimating device.
  • the observer concept which is preferably implemented in the estimating device, can furthermore comprise a determination of estimated variables ⁇ , a y for the quantities ⁇ , a., which are determined by sensor or model. yimeBB , whereby the deviations ascertained on the basis of a comparison between the sensory and the estimated variables are corrected by means of a correction factor K,
  • crosswind characteristics that are characteristic of the side wind influence exerted on the vehicle can be determined or such as, for example, the angle of incidence ⁇ "of the crosswind or an inflow velocity variable v re s, which represents a flow velocity occurring in the direction of incidence of the crosswind with respect to the vehicle center.
  • the determination or estimation can take advantage of aerodynamic relationships of the shape
  • an estimated side wind longitudinal force magnitude F w which describes a force exerted on the vehicle due to the side wind in the vehicle longitudinal direction, p the air density, of the order of magnitude p" 1, 29 kg / m 3 ,
  • a 8 the side wind effective cross-sectional area of the vehicle
  • the aerodynamic coefficients c S / c "and c n are preferably in the form of characteristic curves which may be stored in the memory assigned to the estimating device.
  • the lateral wind longitudinal force variable F w can be determined or estimated, for example, by evaluating the force and torque balances occurring in the vehicle longitudinal direction.
  • the previously assumed as constant aerodynamic size e can be determined or estimated as a further Sowindgr ⁇ ße.
  • the determination or estimation of the aerodynamic variable e can also take place on the basis of the approach angle ⁇ w using a predetermined characteristic curve e ( ⁇ "), which is stored, for example, in the memory assigned to the estimating device.
  • the thus estimated side wind size is finally fed to the stabilization device for compensating the side wind influence exerted on the vehicle.
  • the stabilization device comprises an active chassis, cooperating with the actuating elements Abstützaggregate between the wheels of the vehicle and the vehicle body are arranged, and in which the wheels of one of the vehicle axles have a toe angle, so that can be influenced by individual wheel control of the control elements acting on the individual wheels RadaufStands practice such that in the region of the toe angles having wheels a lateral force is generated, which leads to a yaw moment acting on the vehicle.
  • the stabilization device furthermore comprises a control device which determines a setpoint value suitable for compensating the crosswind influence for a yaw rate variable describing the yaw rate of the vehicle as a function of the estimated crosswinds, wherein the control device adjusts the wheel contact forces by actuation of the control elements such that the yaw rate magnitude is established by establishing a corresponding yaw moment is brought to the determined setpoint.
  • the yaw rate variable preferably describes the yaw rate of the vehicle about an axis of rotation oriented in the vehicle vertical direction and is preferably identical to the yaw rate quantity which is used to estimate the crosswinds.
  • Such a stabilization device allows a very effective and low-delay influencing the yaw rate of the vehicle and thus the yaw rate described by them, so that a reliable compensation even stronger or sudden side wind influences (gusts, storm, etc.) is ensured.
  • the relationship between the setpoint value determined for the yaw rate variable and the wheel contact forces is stored, for example, in the control device in the form of a characteristic curve or a corresponding calculation rule.
  • the control device may be part of a vehicle in the sense of a cost-efficient multiple use Yaw rate control, such as an Electronic Stability Program (ESP).
  • ESP Electronic Stability Program
  • a particularly robust type of modification of the RadaufStands law can be achieved if the adjusting elements are designed to influence the bias of suspension devices of the vehicle, wherein the modification of RadaufStands mechanism done by modifying the bias of the suspension devices.
  • the respective structural design of the suspension devices inherently does not matter. Rather, it can equally be leaf springs and / or coil springs and / or air springs and / or hydraulic springs, so that the stabilization device can be realized in connection with almost any passenger car or commercial vehicle.
  • the adjusting elements for influencing the bias of arranged in the vehicle stabilizers are formed, wherein the modification of RadaufStands mechanism carried out by modification of the bias of the stabilizers.
  • the stabilizers may be roll stabilizers of the vehicle which are available as standard and can therefore be used cost-effectively.
  • the yaw rate magnitude caused by the modification of the wheel contact forces is dependent on the amount of toe-in angle. Since a permanently set large amount of toe-in angle leads to a high degree of tire wear, it is advantageous if the toe-in angle can be influenced by means of adjusting elements, the influence being such that the amount of toe-in angle is only increased if necessary.
  • FIG. 1 shows a schematically illustrated embodiment of the device according to the invention for crosswind stabilization for a vehicle
  • Fig. 6 is a schematically illustrated embodiment of a trained for influencing RadaufStands proposedn stabilization device.
  • the device 11 arranged in the vehicle 10 further comprises, in addition to an estimation device 12 for estimating a side wind magnitude, which reproduces a side wind influence exerted on the vehicle 10, a stabilization device 13 provided for influencing the lateral dynamics of the vehicle 10, which is used to modify wheels of the vehicle 10 is formed acting RadaufStands facilitatorn, wherein the stabilizing device 13 modifies the RadaufStands body depending on the crosswinds size such that the force exerted on the vehicle 10 crosswind influence is compensated or at least significantly reduced.
  • the estimation device 12 estimates the crosswinds based on a vehicle model into which a lateral acceleration quantity a y , meS ⁇ , which describes a lateral acceleration acting on the vehicle 10 and / or in which a yaw rate ⁇ enters, is the yaw rate of the vehicle 10 describes a oriented in vehicle vertical direction of rotation axis.
  • the vehicle model is an easily evaluable linear single-track model for describing the lateral dynamics of the vehicle 10 (cf "Adam Zomotor, Chassis Technology: Driving Behavior", 1st edition, Vogel-Fachbuch, p. ,
  • the lateral acceleration quantity a y> ⁇ is provided in the form of a transverse acceleration signal by means of a lateral acceleration sensor 14.
  • the two sensors 14 and 15 may be part of an existing in the vehicle 10 system for yaw rate control, for example, an electronic stability program (ESP), be.
  • ESP electronic stability program
  • the lateral acceleration sensor 14 and / or the yaw rate sensor 15 determines the Estimating means 12, the lateral acceleration magnitude a y , m eB3 and / or the yaw rate ⁇ based on suitable models, in which a longitudinal speed V x , which describes a present in the vehicle longitudinal direction vehicle speed , and / or in the one steering angle ⁇ , the one at steerable wheels of the Vehicle 10 adjustable steering angle describes incoming.
  • the longitudinal velocity variable V x results from evaluation of wheel speed signals provided by wheel speed sensors 20 associated with the wheels of the vehicle 10.
  • the estimation device 12 thus estimates based on sensory or model-based determined vehicle dynamics quantities a y , me8s, ⁇ using a suitable vehicle model, in the present case a linear one-track model for describing the lateral dynamics of the vehicle 10 according to equations (1.1) and (1.2). , a cross-wind size that reflects a side wind influence exerted on the vehicle 10.
  • the lateral wind amount is quantified, inter alia, in the form of a lateral wind force magnitude S w , which describes a crosswind force exerted on the vehicle 10 due to the crosswind.
  • the estimation device 12 additionally takes a correction of the lateral acceleration variable a. y ⁇ meBg with regard to interference caused by a sway of the vehicle body about an axis oriented in the vehicle longitudinal axis of rotation before.
  • the estimation of the lateral wind force quantity S " is based on the equations (1.1) and (1.2), the estimator 12 additionally taking into account further correlations or explanations according to the equations (1.3) to (1.15).
  • the arithmetic operations to be carried out in accordance with equations (1.1) to (1.15) for estimating the crosswind force S w are stored here in the estimator 12 in the form of a data processing program.
  • v y is a time derivative of a transverse speed variable v y , which describes a vehicle speed present in the vehicle transverse direction, g is the gravitational acceleration acting on the vehicle 10, of the order of magnitude g ⁇ 9.81 m / s 2 ,
  • Sv is a lateral force magnitude describing a side force acting on a front axle of the vehicle 10
  • l v is a distance between the front axle of the vehicle 10 and the vehicle center of gravity SP
  • Sh is a lateral force magnitude which describes a lateral force acting on a rear axle of the vehicle 10
  • l v is a distance between the rear axle of the vehicle 10 and the vehicle center of gravity SP, P2005 / 012738
  • e is an aerodynamic quantity representing a distance between the vehicle center of gravity SP and an aerodynamic attack AP of the vehicle 10,
  • is an angle of approach between the direction of the vehicle longitudinal motion described by the longitudinal velocity variable v x and the vehicle center point MP Direction of the crosswind
  • J is the moment of inertia of the vehicle 10 about a main axis of inertia oriented in the vehicle vertical direction
  • m is the mass of the vehicle 10
  • C v is the skew stiffness of wheels located on the front axle of the vehicle 10
  • the quantities g, l v , U, J ", m, Cv and Ch represent physical or vehicle-specific constants, which are stored in addition to the aerodynamic quantity e assumed to be constant in a memory 12a assigned to the estimating device 12.
  • the estimator 12 For determining estimated variables S w , v y and ⁇ for the lateral wind force magnitude S ", the lateral velocity variable v y and the lane bank size ⁇ is implemented in the estimator 12 as an observer concept in the form of a Kalman filter, where the determination of the estimated quantities S ", v y and ⁇ is done by integrating a relationship according to equations (1.12) and (1.14).
  • the variables S w / Vy and ⁇ to be determined thus ultimately result from an observation or estimation carried out by means of the Kalman filter.
  • the observer concept further provides for a determination of estimated variables ⁇ , y y for the quantities ⁇ , a y determined by the sensory method or model-based. m e ⁇ s before, wherein the determination of the estimated quantities ⁇ , y y takes place by integration of a relationship according to equation (1.12). Detected the detected based on a subsequent comparison of differences between the model-based sensory or determined variables ⁇ , a y, me8 s and the calculated estimated quantities ⁇ , ä y are corrected by a correction factor K in accordance with equation (1.16).
  • the estimating device 12 determines further side wind variables characteristic of the side wind influence exerted on the vehicle 10, for example the angle of incidence ⁇ w and / or an inflow velocity v re ⁇ , which relates a flow velocity occurring in the direction of incidence of the crosswind with respect to the vehicle center MP reproduces.
  • the determination or estimation takes place using aerodynamic relationships according to the equations (1.17) to (1.19), wherein besides the estimated side wind force size S w , the two variables ⁇ w and v reB , and one for the yaw moment size M "estimated size M" more Sizes are taken into account.
  • the estimated variable F w is determined or estimated by evaluating the forces and torque balances occurring in the vehicle longitudinal direction.
  • the aerodynamic coefficients c ⁇ # c "and c n are in the form of characteristic curves whose course is illustrated by way of example by FIGS. 2, 3 and 4.
  • aerodynamic coefficient c can also be given a constant value for simplicity, for example of the order of magnitude c w " 0.38.
  • the characteristic curves of FIGS. 2 to 5 are preferably stored in the memory 12a associated with the estimating device 12.
  • the estimation of the cross wind force S "and thus the determination or estimation of the other crosswinds tw, v re8 / e is exceeded when a predetermined vehicle inclination angle and / or upon intervention of a vehicle stability control system 10 and / or exceeding a predetermined steering angle at the steerable wheels of the vehicle 10th
  • the thus-estimated wind page size S "and the side wind variables determined or estimated on the basis of ⁇ " r v e S / e of the stabilization device 13 can be supplied to compensate for the force exerted on the vehicle 10 side wind influence subsequently.
  • Fig. 6 shows an embodiment of the stabilization device.
  • the stabilization device 13 arranged in the vehicle 10 comprises, for example, an active chassis in which support units 26 interacting with hydraulically controllable positioning elements 25 are arranged between the wheels 27a to 27d of the vehicle 10 and the vehicle body 28.
  • the support units 26 have spring devices 29 connected in series with the adjusting elements 25, with damping devices, not shown, in addition to the series connection of the adjusting elements 25 and the spring devices 29 for vibration damping of the vehicle body 28 are connected in parallel.
  • the adjusting elements 25 are in this case designed to influence the bias of the suspension devices 29, wherein the modification of the forces acting on the wheels 27a to 27d of the vehicle 10 RadaufStands adopted Fn to F 14 takes place accordingly by modifying the bias of the suspension devices 29.
  • the spring devices 29 are, for example, air springs, wherein additionally or alternatively, coil springs and / or leaf springs and / or hydraulic springs can be provided.
  • the adjusting elements 25 are designed to influence the bias of a vehicle 10 arranged stabilizer device for roll stabilization, wherein the modification of the wheel contact forces Fn to F 14 takes place in this case by modification of the bias of the stabilizer device.
  • an electromechanical valve unit 30 is provided, which is part of the stabilizing device 13 and which is fed by a pressure source located in the vehicle 10.
  • the instantaneous position or the instantaneous travel of the adjusting elements 25 relative to the vehicle body 28 is detected by means of travel sensors 35, which are also part of the stabilizing device 13 and their travel signals conclusions on the instantaneous bias of the suspension devices 29 and thus on the wheels 27a to 27d radindividuell allow acting wheel contact forces Fn to Fi 4 .
  • the travel signals provided by the travel sensors 35 are in this case supplied to the stabilization device 13 for precise adjustment of the respectively desired wheel contact forces F u to Fi 4 .
  • the active suspension system is further configured such that the wheels 27a to 27b of both the front axle and the rear axle of the vehicle 10 each have a predetermined toe angle ⁇ , so that in conjunction with a travel movement of the vehicle 10 Radtake concept F u to F 1 8 , occur, the amounts of which currently acting wheel contact forces Fn to F 14 depend directly.
  • the adjusting elements 25 are individually for each wheel controlled such that the increase to the wheels 27a, 27d acting wheel contact forces F 11, F 14, respectively to a power amount .DELTA.F and the forces acting on the wheels 27b, 27c wheel contact forces F 12, F 13 are each reduced by a force amount .DELTA.F.
  • the stabilization device 13 comprises a control device for this purpose.
  • tion 36 the one dependent on the estimated Sowindkraft- large S, and the determined or estimated side wind sizes ⁇ w , v res , e one according to the condition
  • control device 36 adjusts the wheel contact forces Fn to Fi 4 by appropriate actuation of the adjusting elements 25 in such a way that the yaw rate ⁇ is brought to the determined desired value ⁇ ⁇ by building up a corresponding yawing moment M and the crosswind influence is compensated.
  • the adjustment of the wheel contact forces Fn to Fj 4 takes place as a function of the desired value ⁇ B oii itself and / or the control deviation ⁇ soii - ⁇ present between the desired value ⁇ so ii and the yaw rate ⁇ using a characteristic curve or calculation rule stored in the control device 36.
  • the yaw moment M caused by the modification of the wheel contact forces Fn to Fi 4 is ultimately dependent on the predetermined amount of the toe-in angle ⁇ . Since a permanently set large amount of the toe-in angle ⁇ leads to a high degree of tire wear, the toe-in angle ⁇ is influenced by means of adjusting elements, not shown, in such a way that its amount is increased only when necessary.
  • the adjusting elements are arranged for example in tie rods of the front axle and the rear axle.
  • the wheels having the toe-in angle ⁇ can also be assigned exclusively to the front axle or the rear axle of the vehicle 10. At the principle of operation of the stabilizer 13 this changes nothing.

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Abstract

The invention relates to a device and method for stabilising a motor vehicle exposed to crosswind by means of a device (12) for evaluating a crosswind force value to which influence the motor vehicle (10) is exposed and a stabilising device (13) which influences the motor vehicle (10) transversal dynamics and to which the evaluated crosswind force value is transmitted for compensating the crosswind influence exerted on the motor vehicle (10). The inventive stabilising device (13) is used for modifying wheel contact forces (F<SUB>11</SUB>,, ..., F<SUB>14</SUB>) acting on the motor vehicle (10) wheels (27a,..., 27d), wherein said stabilising device (13) modifies the wheel contact forces (F<SUB>11</SUB>,, ..., F<SUB>14</SUB>) according to the crosswind force value in such a way that the influence exerted by the crosswind is compensated.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Seitenwindstabilisierung eines Fahrzeugs Device and method for crosswind stabilization of a vehicle
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Seitenwindstabilisierung eines Fahrzeugs, mit einer Schätzeinrichtung zur Schätzung einer Seitenwindgröße, die einen auf das Fahrzeug ausgeübten Seitenwindeinfluss wiedergibt, und mit einer zur Beeinflussung der Querdynamik des Fahrzeugs vorgesehenen Stabilisierungseinrichtung, der die geschätzte Seitenwindgröße zur Kompensation des auf das Fahrzeug ausgeübten Seitenwindeinflusses zugeführt wird.The invention relates to an apparatus and method for crosswind stabilization of a vehicle comprising an estimator for estimating a crosswinds magnitude which reflects a crosswind influence exerted on the vehicle, and a stabilizer for influencing the transverse dynamics of the vehicle which estimates the estimated crosswinds size for compensation supplied to the vehicle exerted crosswind influence.
Eine derartige Vorrichtung zur Minimierung des Seitenwindeinflusses auf das Fahrverhalten eines Fahrzeugs geht aus der DE 41 27 725 Al hervor. Die bekannte Vorrichtung umfasst eine Druckmesseinrichtung, die zur quantitativen Erfassung eines auf das Fahrzeug ausgeübten Seitenwindeinflusses im Seitenbereich der Außenhaut der Fahrzeugkarosserie angeordnet ist. Die von der Druckmesseinrichtung zur Verfügung gestellten Druckmesssignale werden einer im Fahrzeug angeordneten, einen Digitalrechner und ein Stellglied aufweisenden Lenkwinkel- Stelleinrichtung zugeführt, die in Abhängigkeit der zugeführten Druckmesssignale einen an lenkbaren Rädern des Fahrzeugs einstellbaren Lenkwinkel solchermaßen modifiziert, dass die aufgrund des Seitenwindeinflusses verursachte Gierwinkeländerung des Fahrzeugs kompensiert wird.Such a device for minimizing the crosswind influence on the driving behavior of a vehicle is evident from DE 41 27 725 Al. The known device comprises a pressure measuring device, which is arranged for quantitatively detecting a side wind influence exerted on the vehicle in the side region of the outer skin of the vehicle body. The provided by the pressure measuring device pressure measurement signals are arranged in the vehicle, a digital computer and an actuator having Lenkwinkel- adjustment device supplied depending on the supplied pressure measuring signals adjustable to steerable wheels of the vehicle steering angle modified such that caused due to the crosswind influence yaw angle change of Vehicle is compensated.
Eine derartige Lenkwinkelstelleinrichtung, wie sie zur Verwirklichung der bekannten Vorrichtung a priori benötigt wird, steht aus Kostengründen bzw. Gründen der Betriebssicherheit in aller Regel nicht zur Verfügung.Such a steering angle adjusting device, as is required a priori for the realization of the known device, is due to cost reasons or reasons of reliability in general not available.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine kosteneffiziente und betriebssichere Beeinflussung der Querdynamik des Fahrzeugs zur Kompensation des auf das Fahrzeug ausgeübten Seitenwindeinflusses ermöglicht wird.It is therefore an object of the present invention, a device or a method of the type mentioned in such a way that a cost-efficient and reliable control of the transverse dynamics of the vehicle to compensate for the force exerted on the vehicle crosswind influence is made possible.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 17 gelöst.This object is achieved according to the features of claim 1 or of claim 17.
Die Vorrichtung zur Seitenwindstabilisierung eines Fahrzeugs weist neben einer Schätzeinrichtung zur Schätzung einer Seitenwindgröße, die einen auf das Fahrzeug ausgeübten Seitenwind wiedergibt, weiterhin eine zur Beeinflussung der Querdynamik des Fahrzeugs vorgesehene Stabilisierungseinrichtung auf, der die geschätzte Seitenwindgröße zur Kompensation des auf das Fahrzeug ausgeübten Seitenwindeinflusses zugeführt wird. Erfindungsgemäß ist die Stabilisierungseinrichtung zur Modifikation von an Rädern des Fahrzeugs wirkenden Radauf- standskräften ausgebildet, wobei die Stabilisierungseinrichtung die Radaufstandskräfte in Abhängigkeit der Seitenwindgröße derart modifiziert, dass der auf das Fahrzeug ausgeübte Seitenwindeinfluss kompensiert oder zumindest erheblich vermindert wird. Durch die Modifikation der Radaufstandskräfte lässt sich eine besonders robuste und betriebssichere Beeinflussung der Querdynamik des Fahrzeugs vornehmen.The lateral wind stabilization apparatus of a vehicle further comprises, in addition to an estimator of side wind magnitude estimation representing a side wind exerted on the vehicle, a stabilizer provided for influencing the lateral dynamics of the vehicle to which the estimated side wind magnitude is supplied to compensate for the crosswind influence exerted on the vehicle , According to the invention, the stabilization device is designed to modify wheel contact forces acting on the wheels of the vehicle, the stabilization device modifying the wheel contact forces as a function of the crosswind size in such a way that the side wind influence exerted on the vehicle is compensated or at least considerably reduced. The modification of the wheel contact forces makes it possible to carry out a particularly robust and reliable manipulation of the transverse dynamics of the vehicle.
Bei der Stabilisierungseinrichtung kann es sich dann insbesondere um ein serienmäßig zur Verfügung stehendes und damit kosteneffizient mitbenutzbares aktives Fahrwerk (Active Body Control - ABC, Aktive Hydropneumatik oder aktive Stabilisatoren) handeln, das abhängig von der Fahrbahnbeschaffenheit und dem Fahrverhalten des Fahrers eine Dämpfung fahrtbedingter Bewegungen des Fahrzeugaufbaus im Sinne einer Erhöhung des Fahrkomforts und der Fahrsicherheit durch entsprechende fahrerunabhängige Modifikation der RadaufStandskräfte vornimmt.The stabilization device can then be, in particular, an active suspension (active body control - ABC, Active Hydropneumatics or active stabilizers) which is available as standard and which, depending on the road condition and the driving behavior of the driver, damps travel-related movements of the vehicle Vehicle construction in the sense of increasing the Driving comfort and driving safety by appropriate driver-independent modification of RadaufStandskräfte makes.
Vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous embodiments of the device according to the invention will become apparent from the dependent claims.
Vorteilhafterweise schätzt die Schätzeinrichtung die Seitenwindgröße auf Basis eines Fahrzeugmodells, in das eine Quer- beschleunigungsgröße, die eine auf das Fahrzeug wirkende . Querbeschleunigung beschreibt, und/oder eine Gierratengröße, die eine Gierrate des Fahrzeugs um eine in Fahrzeughochrichtung orientierte Drehachse beschreibt, eingeht. Dementsprechend kann eine unter ästhetischen Gesichtpunkten als problematisch anzusehende Anbringung von Drucksensoren im Bereich der Außenhaut der Fahrzeugkarosserie zur Erfassung des Seitenwindeinflusses umgangen werden.Advantageously, the estimation device estimates the crosswinds size based on a vehicle model into which a lateral acceleration variable, which acts on a vehicle. Transverse acceleration describes, and / or a yaw rate, which describes a yaw rate of the vehicle about an axis oriented in the vehicle vertical axis of rotation is received. Correspondingly, a mounting of pressure sensors in the region of the outer skin of the vehicle body which is to be regarded as problematic from an aesthetic point of view for detecting the crosswind influence can be avoided.
Ferner erlauben es die zur Schätzung der Seitenwindgröße herangezogenen Größen, neben einem möglichen Seitenwindeinfluss zugleich einen aufgrund einer Querneigung der Fahrbahn auf das Fahrzeug wirkenden Seitenkrafteinfluss zu schätzen und gegebenenfalls zu kompensieren.In addition, the variables used to estimate the crosswinds allow, in addition to a possible influence of crosswinds, to estimate and, if necessary, to compensate for a lateral force influence acting on the vehicle as a result of a bank inclination on the roadway.
Bei dem Fahrzeugmodell handelt es sich insbesondere um ein einfach auszuwertendes und für die meisten Fälle ausreichendes lineares Einspurmodell zur Beschreibung der Querdynamik des Fahrzeugs (vgl. „Adam Zomotor, Fahrwerktechnik: Fahrverhalten", 1. Auflage, Vogel-Fachbuch, S. 99 ff.), wobei allerdings auch ein beliebiges anderes Fahrzeugmodell vorgesehen sein kann, das die Querdynamik des Fahrzeugs in hinreichender Weise beschreibt.The vehicle model is, in particular, a linear single-track model that is easy to evaluate and in most cases sufficient to describe the lateral dynamics of the vehicle (see "Adam Zomotor, Chassis Technology: Handling", 1st Edition, Vogel-Fachbuch, p. However, although any other vehicle model may be provided that describes the lateral dynamics of the vehicle in a sufficient manner.
Um die Genauigkeit bezüglich der Schätzung der Seitenwindgröße zusätzlich zu erhöhen, besteht die Möglichkeit, dass das Fahrzeugmodell neben den bereits erwähnten Größen die querdynamische Reaktion des Fahrzeugs auf eine vorgenommene Modifikation der RadaufStandskräfte berücksichtigt. Des weiteren ist es von Vorteil, wenn die Querbeschleuni- gungsgröße in Form eines Querbeschleunigungssignals mittels eines Querbeschleunigungssensors und/oder wenn die Gierratengröße in Form eines Gierratensignals mittels eines Gierratensensors bereitgestellt wird. Da derartige Sensoren in Zusammenhang mit einem im Fahrzeug vorhandenen System zur Gierratenregelung, beispielsweise einem Elektronischen Stabilitäts- Programm (ESP) , meist ohnehin zur Verfügung stehen, wird durch deren Mitbenutzung eine besonders kosteneffiziente Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht.In order to additionally increase the accuracy with respect to the estimation of crosswind size, there is the possibility that the vehicle model takes into account, in addition to the above-mentioned variables, the lateral dynamic response of the vehicle to a modification of the wheel contact forces. Furthermore, it is advantageous if the transverse acceleration quantity is provided in the form of a lateral acceleration signal by means of a lateral acceleration sensor and / or if the yaw rate quantity is provided in the form of a yaw rate signal by means of a yaw rate sensor. Since such sensors in connection with an existing system in the vehicle for yaw rate control, such as an Electronic Stability Program (ESP), usually anyway available, their shared use allows a particularly cost-effective implementation of the device according to the invention.
Sollten keine derartigen Sensoren zur Verfügung stehen, ist es auch vorstellbar, die beiden Größen auf Basis einer Längsgeschwindigkeitsgröße, die eine in Fahrzeuglängsrichtung vorliegende Fahrzeuggeschwindigkeit beschreibt, und/oder einer Lenkwinkelgrδße, die einen an lenkbaren Rädern des Fahrzeugs einstellbaren Lenkwinkel beschreibt, zu ermitteln. Die Längsgeschwindigkeitsgröße ergibt sich beispielsweise durch Auswertung von Raddrehzahlsignalen, die von Raddrehzahlsensoren bereitgestellt werden, die den Rädern des Fahrzeugs zugeordnet sind. Entsprechendes gilt für die Lenkwinkelgröße, die in Form eines Lenkwinkelsignals mittels eines Lenkwinkelsensors bereitgestellt wird, der den an lenkbaren Rädern des Fahrzeugs eingestellten Lenkwinkel erfasst.If no such sensors are available, it is also conceivable to determine the two variables on the basis of a longitudinal speed variable which describes a vehicle speed present in the vehicle longitudinal direction, and / or a steering wheel angle which describes a steering angle which can be set on steerable wheels of the vehicle. The longitudinal speed magnitude is obtained, for example, by evaluating wheel speed signals provided by wheel speed sensors associated with the wheels of the vehicle. The same applies to the steering angle variable, which is provided in the form of a steering angle signal by means of a steering angle sensor, which detects the steering angle set on steerable wheels of the vehicle.
Zusammenfassend schätzt die Schätzeinrichtung also auf Basis sensorisch erfasster bzw. modellbasiert ermittelter Fahrdynamikgrößen unter Verwendung eines geeigneten Fahrzeugmodells, insbesondere eines linearen Einspurmodells zur Beschreibung der Querdynamik des Fahrzeugs, das beispielsweise die GestaltIn summary, the estimation device therefore estimates based on sensory or model-based determined driving dynamics variables using a suitable vehicle model, in particular a linear single-track model for describing the lateral dynamics of the vehicle, for example the shape
Vy =ay,meS8 -Ψ-vx -g-Φ , (1.1)Vy = a y, v x meS8 -Ψ--g-Φ (1.1)
Ψ
Figure imgf000006_0001
(1.2) aufweist, eine Seitenwindgröße, die einen auf das Fahrzeug ausgeübten Seitenwindeinfluss wiedergibt. Die Seitenwindgröße kann unter anderem in Form einer Seitenwindkraftgröße Sw/ die eine aufgrund des Seitenwinds auf das Fahrzeug ausgeübte Seitenwindkraft beschreibt, in mathematisch eindeutiger Weise quantifiziert werden, wobei sich zusätzlich oder alternativ zur Seitenwindkraftgröße S„ auch beliebige andere den Seitenwindeinfluss wiedergebende Seitenwindgrößen ermitteln lassen. Bei den in die Bestimmungsgleichungen (1.1) und (1.2) eingehenden Fahrdynamikgrößen handelt es sich beispielsgemäß um die mittels des Querbeschleunigungssensors erfasste Quer- beschleunigungsgröße und die mittels des Gierratensensors erfasste Gierratengröße, hier mit ay>mess bzw. ψ bezeichnet.
Ψ
Figure imgf000006_0001
(1.2) a lateral wind amount representing a side wind influence exerted on the vehicle. The side wind size can be quantified in mathematically unambiguous manner, inter alia in the form of a side wind force magnitude S w / which describes a cross wind force exerted on the vehicle due to the crosswind, whereby any other side wind force factors reflecting the crosswind influence can be determined in addition to or as an alternative to the cross wind force size S ". By way of example, the driving dynamics quantities entering the determination equations (1.1) and (1.2) are the lateral acceleration variable detected by means of the lateral acceleration sensor and the yaw rate parameter detected by the yaw rate sensor, here designated a y> mess or ψ.
Um eine möglichst genaue Schätzung der Seitenwindgröße zu gewährleisten, ist es von Vorteil, wenn eine Korrektur der Querbeschleunigungsgröße ay,meβs in Hinblick auf Störeinflüsse, die aufgrund eines Wankens des Fahrzeugaufbaus um eine in Fahrzeuglängsrichtung orientierte Drehachse verursacht werden, vorgenommen wird.In order to ensure the most accurate estimation of the crosswinds size, it is advantageous if a correction of the lateral acceleration quantity a y , me βs with respect to disturbances caused due to a roll of the vehicle body around a vehicle oriented longitudinal axis of rotation is made.
Neben den beiden sensorisch erfassten Fahrdynamikgrößen ay.mess und Ψ finden in den Gleichungen (1.1) und (1.2) weitere Größen Berücksichtigung. Diese bezeichnen mitIn addition to the two sensory acquired driving dynamics variables ay.mess and Ψ, further variables are considered in equations (1.1) and (1.2). These designate with
vy eine zeitliche Ableitung einer Quergeschwindigkeitsgrö- ße vy, die eine in Fahrzeugquerrichtung vorliegende Fahrzeuggeschwindigkeit beschreibt, g die auf das Fahrzeug wirkende Gravitationsbeschleunigung, in der Größenordnung g«9,81m/s2 ,v y is a time derivative of a transverse speed variable v y , which describes a vehicle speed in the vehicle transverse direction, g is the gravitational acceleration acting on the vehicle, of the order of g << 9,81 m / s 2 ,
Φ eine Fahrbahnquerneigungsgröße, die eine Fahrbahnquerneigung am Ort des Fahrzeugs beschreibt,Φ a road bank size which describes a road bank at the location of the vehicle,
Sv eine Seitenkraftgrδße, die eine an einer Vorderachse des Fahrzeugs wirkende Seitenkraft beschreibt, EP2005/012738S v is a lateral force magnitude describing a side force acting on a front axle of the vehicle, EP2005 / 012,738
lv einen Abstand zwischen der Vorderachse des Fahrzeugs und dem Fahrzeugschwerpunkt,l v is a distance between the front axle of the vehicle and the center of gravity of the vehicle,
Sh eine Seitenkraftgröße, die eine an einer Hinterachse des Fahrzeugs wirkende Seitenkraft beschreibt,S h is a lateral force magnitude describing a lateral force acting on a rear axle of the vehicle,
Iv einen Abstand zwischen der Hinterachse des Fahrzeugs und dem Fahrzeugschwerpunkt, e eine Aerodynamikgröße, die einen Abstand zwischen demIv is a distance between the rear axle of the vehicle and the center of gravity of the vehicle, e is an aerodynamic quantity that is a distance between the vehicle
Fahrzeugschwerpunkt und einem aerodynamischen Angriffspunkt des Fahrzeugs wiedergibt,Vehicle center of gravity and an aerodynamic point of application of the vehicle,
Jzi das Trägheitsmoment des Fahrzeugs um eine in Fahrzeughochrichtung orientierte Hauptträgheitsachse.Jzi is the moment of inertia of the vehicle about a main axis of inertia oriented in the vehicle vertical direction.
Für die Aerodynamikgröße e , die letztlich den im Fahrzeugschwerpunkt angreifenden Hebelarm des Seitenwinds wiedergibt, sei im folgenden der Einfachheit halber ein mittlerer konstanter Wert vorausgesetzt. Die Größen g, lv, In und J22 stellen physikalische bzw. fahrzeugspezifische Konstanten dar, die neben der als konstant vorausgesetzten Aerodynamikgröße e beispielsweise in einem der Schätzeinrichtung zugeordneten Speicher hinterlegt sind.For the aerodynamic size e, which ultimately reflects the lever arm of the side wind acting in the center of gravity of the vehicle, a medium constant value is assumed below for the sake of simplicity. The quantities g, l v , In and J 22 represent physical or vehicle-specific constants, which are stored in addition to the aerodynamic quantity e assumed to be constant, for example in a memory assigned to the estimating device.
Gemäß Gleichung (1.1) wird die Querbeschleunigungsgröße ay,meβ8 zur exakten Schätzung der Seitenwindgröße sowohl in Hinblick auf eine Fahrbahnquerbeschleunigungskomponente g-Φ, die eine aufgrund einer Fahrbahnquerneigung auf das Fahrzeug wirkende Querbeschleunigung beschreibt, als auch in Hinblick auf eine Coriolisquerbeschleunigungskomponente Ψ-vx, die eine aufgrund von Corioliskräften auf das Fahrzeug wirkende Querbeschleunigung beschreibt, korrigiert.According to equation (1.1), the lateral acceleration quantity a y , meβ 8 for accurately estimating the side wind magnitude is described both with respect to a lane lateral acceleration component g-Φ describing a lateral acceleration acting on the vehicle due to a lane bank, and with respect to a Coriolis lateral acceleration component Ψ-v x , which describes a transverse acceleration acting on the vehicle due to Coriolis forces, corrected.
Für die Querbeschleunigungsgröße
Figure imgf000008_0001
gilt ferner die Bestimmungsgleichung
For the lateral acceleration quantity
Figure imgf000008_0001
the equation of determination also applies
Figure imgf000008_0002
m wobei m die Masse des Fahrzeugs bezeichnet. Wird ein mögliche Zuladung des Fahrzeugs vernachlässigt, so kann die Masse m des Fahrzeugs als konstant angenommen und in Form einer entsprechenden Konstante in dem der Schätzeinrichtung zugeordneten Speicher hinterlegt werden.
Figure imgf000008_0002
m where m denotes the mass of the vehicle. If a possible payload of the vehicle is neglected, the mass m of the vehicle can be assumed to be constant and stored in the form of a corresponding constant in the memory assigned to the estimating device.
Wird Gleichung (1.3) in Gleichung (1.1) eingesetzt, so ergibt sich unmittelbarIf equation (1.3) is used in equation (1.1), the result is immediate
vy =-Ψ-vx -g-Φ+Sv +Sh +^ . (1.4) m mv y = -Ψ -v x -g-Φ + Sv + Sh + ^. (1.4) mm
In Gleichung (1.2) findet unter anderem eine durch einen Zusammenhang der GestaltIn Equation (1.2) one finds, inter alia, a relation of the figure
Figure imgf000009_0001
Figure imgf000009_0001
gegebene Giermomentgröße Mw Berücksichtigung, in der die Aerodynamikgröße e eine Funktion eines Anströmwinkels τ„ zwischen der Richtung der durch die Längsgeschwindigkeitsgrδße vx beschriebenen Fahrzeuglängsbewegung und der auf den Fahrzeugmittelpunkt bezogenen Einfallrichtung des Seitenwinds ist. Die Giermomentgröße M„ gibt hierbei ein durch den Seitenwind bewirktes Giermoment wieder, das in Bezug auf den Fahrzeugschwerpunkt am Fahrzeug angreift.given yaw momentum quantity M w , in which the aerodynamic quantity e is a function of an approach angle τ "between the direction of the vehicle longitudinal movement described by the Längsgeschwindigkeitsgrδße v x and the incident on the vehicle center point of incidence direction of the crosswind. The yawing moment variable M "reflects a yawing moment caused by the crosswind, which acts on the vehicle with respect to the center of gravity of the vehicle.
Für die Seitenkraftgrößen Sv und Sh gelten weiterhin lineare Seitenkraftbeziehungen der GestaltFor lateral force forces S v and S h linear side force relationships of the shape still apply
Figure imgf000009_0002
Figure imgf000009_0002
und Sh , (1.7)
Figure imgf000009_0003
wobei Cv bzw. Ch die Schräglaufsteifigkeit von an der Vorderachse bzw. der Hinterachse des Fahrzeugs befindlichen Rädern und δ die Lenkwinkelgröße bezeichnen. Bei den Größen Cv und Ch handelt es sich um fahrzeugspezifische Konstanten, die vorzugsweise in dem der Schätzeinrichtung zugeordneten Speicher hinterlegt sind.
and S h , (1.7)
Figure imgf000009_0003
wherein C v and C h denote the skew stiffness of wheels located on the front axle and rear axle of the vehicle, respectively, and δ the steering wheel angle. The variables C v and Ch are vehicle-specific constants, which are preferably stored in the memory assigned to the estimating device.
Um die Schätzung der Seitenwindgröße rechnerisch zu vereinfachen, sei weiterhin angenommen, dass sich die Fahrbahnquer- neigungsgrόße Φ und die Seitenwindkraftgröße S„ ausschließlich sprungförmig ändern,In order to simplify the calculation of the crosswinds size mathematically, it is further assumed that the roadway slope Φ and the side wind force magnitude S "change only in an abrupt manner,
Φ = 0 , Sw =0 . (1.8)Φ = 0, Sw = 0. (1.8)
Ferner lassen sich die Seitenkraftgrößen Sv und Sh durch Einsetzen der Gleichungen (1.6) und (1.7.) in Gleichung (1.3) eliminieren,Furthermore, the side force quantities S v and S h can be eliminated by substituting the equations (1.6) and (1.7.) In equation (1.3),
L y,mesB +S, (1.9)
Figure imgf000010_0001
L y, mesB + S, ( 1.9 )
Figure imgf000010_0001
bzw. in vereinfachter Darstellungor in a simplified representation
a y.msββ = C n - V y + C l3 - S w + U βy ( ψ , δ , V x ) , ( 1 . 10 )a y .msββ = C n - V y + C l3 - S w + β U y (ψ, δ, V x), (1. 10)
wobei die Größen S„ und vy noch zu bestimmen sind. Daneben gilt eine Messgleichung der Gestaltwhere the sizes S "and v y are still to be determined. In addition, a measurement equation of the shape applies
ψ
Figure imgf000010_0002
-vy +c23 -S„ +uψ (ψ,δ,vx ) (1.11)
ψ
Figure imgf000010_0002
-v y + c 23 -S "+ u ψ (ψ, δ, v x ) (1.11)
bzw. in vereinfachter Darstellungor in a simplified representation
y =C-x+D-u , (1.12)y = C-x + D-u, (1.12)
sowie eine Zustandsgieichung der Gestalt Φ = A Φ + B - u ( 1 . 13 ) S w and a state equation of the shape Φ = A Φ + B - u (1, 13) S w
bzw. in vereinfachter Darstellungor in a simplified representation
x = A-x + B -u ( 1 . 14 )x = A-x + B -u (1. 14)
mitWith
)
Figure imgf000011_0001
)
Figure imgf000011_0001
Zur Ermittlung von Schätzgrößen S„, vy und Φ für die Sei- tenwindkraftgröße Sw/ die Quergeschwindigkeitsgröße vy und die Fahrbahnquerneigungsgröße Φ hat sich ein entsprechendes Beobachterkonzept, beispielsweise in Form eines Kaiman- Filters, als zweckmäßig erwiesen. Die zu bestimmenden Größen S„, vy und Φ ergeben sich also letztlich aufgrund einer mittels des Kaiman-Filters durchgeführten Beobachtung bzw. Schätzung.For the determination of estimated values S ', v y and Φ for the sides tenwindkraftgröße S w / lateral velocity variable v y and the transverse roadway inclination Φ has a corresponding observer concept, for example in the form of a Kalman filter, has proved expedient. The variables S ", vy and Φ to be determined thus ultimately result from an observation or estimation carried out by means of the Kalman filter.
Das Beobachterkonzept, das vorzugsweise in der Schätzeinrichtung implementiert ist, kann ferner eine Ermittlung von Schätzgrößen ψ , ay für die sensorisch erfassten bzw. modellbasiert ermittelten Größen ψ , a.yimeBB vorsehen, wobei die auf Basis eines Vergleichs festgestellten Abweichungen zwischen den sensorisch erfassten und den geschätzten Größen mittels eines Korrekturfaktors K korrigiert werden,The observer concept, which is preferably implemented in the estimating device, can furthermore comprise a determination of estimated variables ψ, a y for the quantities ψ, a., Which are determined by sensor or model. yimeBB , whereby the deviations ascertained on the basis of a comparison between the sensory and the estimated variables are corrected by means of a correction factor K,
Figure imgf000011_0002
Figure imgf000011_0002
Auf Grundlage der geschätzten Seitenwindkraftgrδße S„ lassen sich weitere für den auf das Fahrzeug ausgeübten Seitenwind- einfluss charakteristische Seitenwindgrößen ermitteln bzw. schätzen, wie beispielsweise der Anströmwinkel τ„ des Seitenwinds oder eine Anströmgeschwindigkeitsgröße vres, die eine in Einfallrichtung des Seitenwinds auftretende Anströmgeschwindigkeit in Bezug auf den Fahrzeugmittelpunkt wiedergibt. Die Ermittlung bzw. Schätzung kann unter Ausnutzung aerodynamischer Beziehungen der GestaltOn the basis of the estimated lateral wind force magnitude S ", further crosswind characteristics that are characteristic of the side wind influence exerted on the vehicle can be determined or such as, for example, the angle of incidence τ "of the crosswind or an inflow velocity variable v re s, which represents a flow velocity occurring in the direction of incidence of the crosswind with respect to the vehicle center. The determination or estimation can take advantage of aerodynamic relationships of the shape
Sw =--A8 -C8w )-v2 re8 , (1.17)Sw = -A 8 -C 8w ) -v 2 re8 , (1.17)
22
Figure imgf000012_0001
Figure imgf000012_0001
erfolgen. Neben der geschätzten Seitenwindkraftgröße S„, den beiden Größen t„ und vreB, und einer für die Giermomentgröße M„ geschätzten Größe M„ finden in den Gleichungen (1.17) bis (1.19) auch weitere Größen Berücksichtigung. Diese bezeichnen mitrespectively. In addition to the estimated side wind force magnitude S ", the two variables t" and v reB , and a size M "estimated for the yaw moment variable M", other variables are also taken into account in equations (1.17) to (1.19). These designate with
F„ eine geschätzte Seitenwindlängskraftgröße Fw , die eine aufgrund des Seitenwinds in Fahrzeuglängsrichtung auf das Fahrzeug ausgeübte Kraft beschreibt, p die Luftdichte, in der Größenordnung p«l,29kg/m3 ,F "an estimated side wind longitudinal force magnitude F w , which describes a force exerted on the vehicle due to the side wind in the vehicle longitudinal direction, p the air density, of the order of magnitude p" 1, 29 kg / m 3 ,
A8 die seitenwindwirksame Querschnittsfläche des Fahrzeugs,A 8 the side wind effective cross-sectional area of the vehicle,
1 die seitenwindwirksame Länge des Fahrzeugs,1 the side wind effective length of the vehicle,
C8 den in Längsrichtung des Fahrzeugs wirksamen aerodynamischen Beiwert, c„ den in Querrichtung des Fahrzeugs wirksamen aerodynamischen Beiwert,C 8 the aerodynamic coefficient effective in the longitudinal direction of the vehicle, c "the aerodynamic coefficient effective in the transverse direction of the vehicle,
Cn den in Hochrichtung des Fahrzeugs wirksamen aerodynamischen Beiwert. Die aerodynamischen Beiwerte cS/ c„ und cn liegen vorzugsweise in Form von Kennlinien vor, die in dem der Schätzeinrichtung zugeordneten Speicher hinterlegt sein können. Die Seitenwindlängskraftgröße Fw lässt sich beispielsweise durch Auswertung der in Fahrzeuglängsrichtung auftretenden Kräfte- und Drehmomentbilanzen ermitteln bzw. schätzen.C n the effective in the vertical direction of the vehicle aerodynamic coefficient. The aerodynamic coefficients c S / c "and c n are preferably in the form of characteristic curves which may be stored in the memory assigned to the estimating device. The lateral wind longitudinal force variable F w can be determined or estimated, for example, by evaluating the force and torque balances occurring in the vehicle longitudinal direction.
Wird zusätzlich zu den Gleichungen (1.17) bis (1.19) die in analoger Weise für die geschätzte Giermomentgröße Mw geltende Gleichung (1.5) hinzugezogen,If, in addition to the equations (1.17) to (1.19), the equation (1.5) valid in an analogous manner for the estimated yaw momentum quantity M w is used ,
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000013_0001
so kann als weitere Seitenwindgrδße die bisher als konstant vorausgesetzte Aerodynamikgröße e ermittelt bzw. geschätzt werden. Alternativ kann die Ermittlung bzw. Schätzung der Ae- rodynamikgröße e auch auf Basis des Anströmwinkels τw unter Verwendung einer vorgegebenen Kennlinie e(τ„ ) erfolgen, die beispielsweise in dem der Schätzeinrichtung zugeordneten Speicher hinterlegt ist.Thus, the previously assumed as constant aerodynamic size e can be determined or estimated as a further Seitenwindgrδße. Alternatively, the determination or estimation of the aerodynamic variable e can also take place on the basis of the approach angle τ w using a predetermined characteristic curve e (τ "), which is stored, for example, in the memory assigned to the estimating device.
Um zu vermeiden, dass im Falle querdynamisch kritischer Fahrsituationen eine Modifikation der RadaufStandskräfte zur Kompensation des auf das Fahrzeugs ausgeübten Seitenwindeinflusses erfolgt, besteht die Möglichkeit, dass bei Überschreiten eines vorbestimmten Fahrzeugneigungswinkels und/oder bei einem Eingreifen eines im Fahrzeug angeordneten Fahrstabili- tätssystems und/oder bei Überschreiten eines vorbestimmten Lenkwinkels an den lenkbaren Rädern des Fahrzeugs die Schätzung der Seitenwindgröße unterbleibt.In order to avoid that in the case of lateral dynamic critical driving situations, a modification of the RadaufStandskräfte to compensate for the force exerted on the vehicle crosswind influence, there is the possibility that when exceeding a predetermined vehicle inclination angle and / or intervention of an arranged in the vehicle Fahrstabili- and / or when a predetermined steering angle is exceeded at the steerable wheels of the vehicle, the estimation of the crosswinds size is omitted.
Die so geschätzte Seitenwindgröße wird schließlich der Stabilisierungseinrichtung zur Kompensation des auf das Fahrzeug ausgeübten Seitenwindeinflusses zugeführt.The thus estimated side wind size is finally fed to the stabilization device for compensating the side wind influence exerted on the vehicle.
Vorteilhafterweise umfasst die Stabilisierungseinrichtung ein aktives Fahrwerk, bei dem mit Stellelementen zusammenwirkende Abstützaggregate zwischen den Rädern des Fahrzeugs und dem Fahrzeugaufbau angeordnet sind, und bei dem die Räder einer der Fahrzeugachsen einen Vorspurwinkel aufweisen, sodass sich durch radindividuelle Ansteuerung der Stellelemente die an den einzelnen Rädern wirkenden RadaufStandskräfte derart beeinflussen lassen, dass im Bereich der den Vorspurwinkel aufweisenden Räder eine Querkraft hervorgerufen wird, die zu einem auf das Fahrzeug wirkenden Giermoment führt.Advantageously, the stabilization device comprises an active chassis, cooperating with the actuating elements Abstützaggregate between the wheels of the vehicle and the vehicle body are arranged, and in which the wheels of one of the vehicle axles have a toe angle, so that can be influenced by individual wheel control of the control elements acting on the individual wheels RadaufStandskräfte such that in the region of the toe angles having wheels a lateral force is generated, which leads to a yaw moment acting on the vehicle.
Die Stabilisierungseinrichtung umfasst weiterhin eine Steuereinrichtung, die in Abhängigkeit der geschätzten Seitenwindgröße einen zur Kompensation des Seitenwindeinflusses geeigneten Sollwert für eine die Gierrate des Fahrzeugs beschreibende Gierratengröße ermittelt, wobei die Steuereinrichtung die Radaufstandskräfte durch Ansteuerung der Stellelemente derart einstellt, dass die Gierratengröße durch Aufbau eines entsprechenden Giermoments an den ermittelten Sollwert herangeführt wird. Die Gierratengröße beschreibt vorzugsweise die Gierrate des Fahrzeugs um eine in Fahrzeughochrichtung orien- tierte Drehachse und ist vorzugsweise mit derjenigen Gierratengröße identisch, die zur Schätzung des Seitenwindgröße herangezogen wird.The stabilization device furthermore comprises a control device which determines a setpoint value suitable for compensating the crosswind influence for a yaw rate variable describing the yaw rate of the vehicle as a function of the estimated crosswinds, wherein the control device adjusts the wheel contact forces by actuation of the control elements such that the yaw rate magnitude is established by establishing a corresponding yaw moment is brought to the determined setpoint. The yaw rate variable preferably describes the yaw rate of the vehicle about an axis of rotation oriented in the vehicle vertical direction and is preferably identical to the yaw rate quantity which is used to estimate the crosswinds.
Eine derartige Stabilisierungseinrichtung ermöglicht eine überaus effektive und verzögerungsarme Beeinflussung der Gierrate des Fahrzeugs und damit der durch sie beschriebenen Gierratengrδße, sodass eine zuverlässige Kompensation auch stärkerer bzw. plötzlich auftretender Seitenwindeinflüsse (Windböen, Sturm etc.) gewährleistet ist.Such a stabilization device allows a very effective and low-delay influencing the yaw rate of the vehicle and thus the yaw rate described by them, so that a reliable compensation even stronger or sudden side wind influences (gusts, storm, etc.) is ensured.
Der Zusammenhang zwischen dem für die Gierratengröße ermittelten Sollwert und den RadaufStandskräften ist beispielsweise in der Steuereinrichtung in Form einer Kennlinie oder einer entsprechenden Rechenvorschrift hinterlegt. Die Steuereinrichtung kann hierbei im Sinne einer kosteneffizienten Mehrfachnutzung Bestandteil einer im Fahrzeug angeordneten Gierratenregelung, beispielsweise eines Elektronischen Stabilitäts-Programms (ESP) , sein.The relationship between the setpoint value determined for the yaw rate variable and the wheel contact forces is stored, for example, in the control device in the form of a characteristic curve or a corresponding calculation rule. In this case, the control device may be part of a vehicle in the sense of a cost-efficient multiple use Yaw rate control, such as an Electronic Stability Program (ESP).
Eine besonders robuste Art der Modifikation der RadaufStandskräfte lässt sich erreichen, wenn die Stellelemente zur Beeinflussung der Vorspannung von Federungseinrichtungen des Fahrzeugs ausgebildet sind, wobei die Modifikation der RadaufStandskräfte durch Modifikation der Vorspannung der Federungseinrichtungen erfolgt.A particularly robust type of modification of the RadaufStandskräfte can be achieved if the adjusting elements are designed to influence the bias of suspension devices of the vehicle, wherein the modification of RadaufStandskräfte done by modifying the bias of the suspension devices.
Hierbei spielt die jeweilige konstruktive Ausführung der Federungseinrichtungen prinzipbedingt keine Rolle. Vielmehr kann es sich gleichermaßen um Blattfedern und/oder Schraubenfedern und/oder Luftfedern und/oder Hydrofedern handeln, so- dass sich die Stabilisierungseinrichtung in Zusammenhang mit nahezu jedem Personenkraftfahrzeug oder Nutzfahrzeug realisieren lässt.In this case, the respective structural design of the suspension devices inherently does not matter. Rather, it can equally be leaf springs and / or coil springs and / or air springs and / or hydraulic springs, so that the stabilization device can be realized in connection with almost any passenger car or commercial vehicle.
Alternativ sind die Stellelemente zur Beeinflussung der Vorspannung von im Fahrzeug angeordneten Stabilisatoren ausgebildet, wobei die Modifikation der RadaufStandskräfte durch Modifikation der Vorspannung der Stabilisatoren erfolgt. Bei den Stabilisatoren kann es sich insbesondere um serienmäßig zur Verfügung stehende und damit kosteneffizient mitbenutzbare Wankstabilisatoren des Fahrzeugs handeln.Alternatively, the adjusting elements for influencing the bias of arranged in the vehicle stabilizers are formed, wherein the modification of RadaufStandskräfte carried out by modification of the bias of the stabilizers. In particular, the stabilizers may be roll stabilizers of the vehicle which are available as standard and can therefore be used cost-effectively.
Die durch die Modifikation der RadaufStandskräfte bewirkte Gierratengröße ist vom Betrag des Vorspurwinkels abhängig. Da ein dauerhaft eingestellter großer Betrag des Vorspurwinkels zu einem hohen Reifenverschleiß führt, ist es von Vorteil, wenn sich der Vorspurwinkel mittels Verstellelementen beeinflussen lässt, wobei die Beeinflussung derart erfolgt, dass der Betrag des Vorspurwinkels ausschließlich bei Bedarf vergrößert wird.The yaw rate magnitude caused by the modification of the wheel contact forces is dependent on the amount of toe-in angle. Since a permanently set large amount of toe-in angle leads to a high degree of tire wear, it is advantageous if the toe-in angle can be influenced by means of adjusting elements, the influence being such that the amount of toe-in angle is only increased if necessary.
Je nach gewünschter Charakteristik der von der Stabilisierungseinrichtung durchgeführten Gierratenregelung können die den Vorspurwinkel aufweisenden Räder der Vorderachse und/oder der Hinterachse des Fahrzeugs zugeordnet sein.Depending on the desired characteristic of the yaw rate control performed by the stabilizer, the be assigned to the toe-in wheels having the front axle and / or the rear axle of the vehicle.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:The device according to the invention or the method according to the invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Showing:
Fig. 1 ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Seitenwindstabilisierung für ein Fahrzeug,1 shows a schematically illustrated embodiment of the device according to the invention for crosswind stabilization for a vehicle,
Fig. 2 eine Kennlinie, die den in Fahrzeuglängsrichtung wirksamen aerodynamischen Beiwert cβ (τ„ ) veranschaulicht,2 shows a characteristic curve which illustrates the vehicle-longitudinal effective aerodynamic coefficient c β (τ "),
Fig. 3 eine Kennlinie, die den in Fahrzeugquerrichtung wirksamen aerodynamischen Beiwert cw (τ„ ) veranschaulicht,3 shows a characteristic curve which illustrates the vehicle-transverse-direction-effective aerodynamic coefficient c w (τ "),
Fig. 4 eine Kennlinie, die den in Fahrzeughochrichtung wirksamen aerodynamischen Beiwert cn (τ„ ) veranschaulicht,4 shows a characteristic curve which illustrates the vehicle-height-effective aerodynamic coefficient c n (τ "),
Fig. 5 eine Kennlinie, die eine den Seitenwindeinfluss wiedergebende Aerodynamikgröße e(τ„ ) veranschaulicht,5 shows a characteristic curve which illustrates a crosswind influence aerodynamic quantity e (τ "),
Fig. 6 ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel einer zur Beeinflussung von RadaufStandskräften ausgebildeten Stabilisierungseinrichtung.Fig. 6 is a schematically illustrated embodiment of a trained for influencing RadaufStandskräften stabilization device.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Seitenwindstabilisierung eines Fahrzeugs. Die im Fahrzeug 10 angeordnete Vorrichtung 11 weist neben einer Schätzeinrichtung 12 zur Schätzung einer Seitenwindgröße, die einen auf das Fahrzeug 10 ausgeübten Seitenwindeinfluss wiedergibt, weiterhin eine zur Beeinflussung der Querdynamik des Fahrzeugs 10 vorgesehene Stabilisierungseinrichtung 13 auf, die zur Modifikation von an Rädern des Fahrzeugs 10 wirkenden RadaufStandskräften ausgebildet ist, wobei die Stabilisierungseinrichtung 13 die RadaufStandskräfte in Abhängigkeit der Seitenwindgröße derart modifiziert, dass der auf das Fahrzeug 10 ausgeübte Seitenwindeinfluss kompensiert oder zumindest erheblich vermindert wird.1 shows an exemplary embodiment of the device according to the invention for carrying out the method according to the invention for crosswind stabilization of a vehicle. The device 11 arranged in the vehicle 10 further comprises, in addition to an estimation device 12 for estimating a side wind magnitude, which reproduces a side wind influence exerted on the vehicle 10, a stabilization device 13 provided for influencing the lateral dynamics of the vehicle 10, which is used to modify wheels of the vehicle 10 is formed acting RadaufStandskräften, wherein the stabilizing device 13 modifies the RadaufStandskräfte depending on the crosswinds size such that the force exerted on the vehicle 10 crosswind influence is compensated or at least significantly reduced.
Die Schätzeinrichtung 12 schätzt die Seitenwindgröße auf Basis eines Fahrzeugmodells, in das eine Querbeschleunigungs- größe ay,meSβ eingeht, die eine auf das Fahrzeug 10 wirkende Querbeschleunigung beschreibt, und/oder in das eine Gierratengröße Ψ eingeht, die eine Gierrate des Fahrzeugs 10 um eine in Fahrzeughochrichtung orientierte Drehachse beschreibt.The estimation device 12 estimates the crosswinds based on a vehicle model into which a lateral acceleration quantity a y , meS β, which describes a lateral acceleration acting on the vehicle 10 and / or in which a yaw rate Ψ enters, is the yaw rate of the vehicle 10 describes a oriented in vehicle vertical direction of rotation axis.
Bei dem Fahrzeugmodell handelt es sich im vorliegenden Fall um ein einfach auszuwertendes lineares Einspurmodell zur Beschreibung der Querdynamik des Fahrzeugs 10 (vgl . „Adam Zomo- tor, Fahrwerktechnik: Fahrverhalten", 1. Auflage, Vogel- Fachbuch, S. 99 ff.) .In the present case, the vehicle model is an easily evaluable linear single-track model for describing the lateral dynamics of the vehicle 10 (cf "Adam Zomotor, Chassis Technology: Driving Behavior", 1st edition, Vogel-Fachbuch, p. ,
Die Querbeschleunigungsgröße ay>κ„ wird in Form eines Quer- beschleunigungssignals mittels eines Querbeschleunigungssen- sors 14 bereitgestellt. Entsprechendes gilt für die Gierratengröße Ψ , die in Form eines Gierratensignals mittels eines Gierratensensors 15 bereitgestellt wird. Die beiden Sensoren 14 und 15 können Bestandteil eines im Fahrzeug 10 vorhandenen Systems zur Gierratenregelung, beispielsweise eines Elektronischen Stabilitäts-Programms (ESP) , sein.The lateral acceleration quantity a y> κ "is provided in the form of a transverse acceleration signal by means of a lateral acceleration sensor 14. The same applies to the yaw rate variable Ψ, which is provided in the form of a yaw rate signal by means of a yaw rate sensor 15. The two sensors 14 and 15 may be part of an existing in the vehicle 10 system for yaw rate control, for example, an electronic stability program (ESP), be.
Sollte der Querbeschleunigungssensor 14 und/oder der Gierratensensor 15 nicht zur Verfügung stehen, ermittelt die Schätzeinrichtung 12 die Querbeschleunigungsgrδße ay,meB3 und/oder die Gierratengröße Ψ auf Basis geeigneter Modelle, in die eine Längsgeschwindigkeitsgröße Vx, die eine in Fahrzeuglängsrichtung vorliegende Fahrzeuggeschwindigkeit beschreibt, und/oder in die eine Lenkwinkelgröße δ, die einen an lenkbaren Rädern des Fahrzeugs 10 einstellbaren Lenkwinkel beschreibt, eingeht.If the lateral acceleration sensor 14 and / or the yaw rate sensor 15 are not available, determines the Estimating means 12, the lateral acceleration magnitude a y , m eB3 and / or the yaw rate Ψ based on suitable models, in which a longitudinal speed V x , which describes a present in the vehicle longitudinal direction vehicle speed , and / or in the one steering angle δ, the one at steerable wheels of the Vehicle 10 adjustable steering angle describes incoming.
Die Längsgeschwindigkeitsgröße Vx ergibt sich durch Auswertung von RaddrehzahlSignalen, die von Raddrehzahlsensoren 20 bereitgestellt werden, die den Rädern des Fahrzeugs 10 zugeordnet sind. Entsprechendes gilt für die Lenkwinkelgröße δ , die in Form eines Lenkwinkelsignals mittels eines Lenkwinkel- sensors 21 bereitgestellt wird, der den an den lenkbaren Rädern des Fahrzeugs 10 eingestellten Lenkwinkel erfasst.The longitudinal velocity variable V x results from evaluation of wheel speed signals provided by wheel speed sensors 20 associated with the wheels of the vehicle 10. The same applies to the steering angle variable δ, which is provided in the form of a steering angle signal by means of a steering angle sensor 21, which detects the steering angle set on the steerable wheels of the vehicle 10.
Zusammenfassend schätzt die Schätzeinrichtung 12 also auf Basis sensorisch erfasster bzw. modellbasiert ermittelter Fahrdynamikgrößen ay,me8s, Ψ unter Verwendung eines geeigneten Fahrzeugmodells, im vorliegenden Fall eines linearen Einspurmodells zur Beschreibung der Querdynamik des Fahrzeugs 10 gemäß den Gleichungen (1.1) und (1.2), eine Seitenwindgröße, die einen auf das Fahrzeug 10 ausgeübten Seitenwindeinfluss wiedergibt.In summary, the estimation device 12 thus estimates based on sensory or model-based determined vehicle dynamics quantities a y , me8s, Ψ using a suitable vehicle model, in the present case a linear one-track model for describing the lateral dynamics of the vehicle 10 according to equations (1.1) and (1.2). , a cross-wind size that reflects a side wind influence exerted on the vehicle 10.
Die Seitenwindgröße wird unter anderem in Form einer Seiten- windkraftgröße Sw, die eine aufgrund des Seitenwinds auf das Fahrzeug 10 ausgeübte Seitenwindkraft beschreibt, quantifiziert.The lateral wind amount is quantified, inter alia, in the form of a lateral wind force magnitude S w , which describes a crosswind force exerted on the vehicle 10 due to the crosswind.
Um eine möglichst genaue Schätzung der Seitenwindkraftgröße S„ zu gewährleisten, nimmt die Schätzeinrichtung 12 zusätzlich eine Korrektur der Querbeschleunigungsgröße a.yιmeBg in Hinblick auf Störeinflüsse, die aufgrund eines Wankens des Fahrzeugaufbaus um eine in Fahrzeuglängsrichtung orientierte Drehachse verursacht werden, vor. Wie bereits angesprochen, erfolgt die Schätzung der Seiten- windkraftgröße S« auf Grundlage der Gleichungen (1.1) und (1.2), wobei die Schätzeinrichtung 12 zusätzlich weiterführende Zusammenhänge bzw. Erläuterungen gemäß den Gleichungen (1.3) bis (1.15) berücksichtigt. Die entsprechend den Gleichungen (1.1) bis (1.15) zur Schätzung der Seitenwindkraft- große Sw durchzuführenden Rechenoperationen sind hierbei in Form eines Datenverarbeitungsprogramms in der Schätzeinrichtung 12 hinterlegt.In order to ensure the most accurate estimation of the side wind force magnitude S ", the estimation device 12 additionally takes a correction of the lateral acceleration variable a. yιmeBg with regard to interference caused by a sway of the vehicle body about an axis oriented in the vehicle longitudinal axis of rotation before. As already mentioned, the estimation of the lateral wind force quantity S "is based on the equations (1.1) and (1.2), the estimator 12 additionally taking into account further correlations or explanations according to the equations (1.3) to (1.15). The arithmetic operations to be carried out in accordance with equations (1.1) to (1.15) for estimating the crosswind force S w are stored here in the estimator 12 in the form of a data processing program.
Neben den beiden sensorisch erfassten bzw. modellbasiert ermittelten Fahrdynamikgrößen ay,,ne-8/ Ψ finden in den durch die Gleichungen (1.1) bis (1.15) gegebenen Zusammenhängen bzw. Erläuterungen auch weitere Größen Berücksichtigung. Diese bezeichnen - wie bereits in Zusammenhang mit den betreffenden Gleichungen (1.1) bis (1.15) ausgeführt - mitIn addition to the two sensory or model-based determined driving dynamics quantities a y ,, ne-8 / Ψ, other parameters are also taken into account in the relationships and explanations given by equations (1.1) to (1.15). These designate - as already explained in connection with the relevant equations (1.1) to (1.15) - with
vy eine zeitliche Ableitung einer Quergeschwindigkeitsgrö- ße vy, die eine in Fahrzeugquerrichtung vorliegende Fahrzeuggeschwindigkeit beschreibt, g die auf das Fahrzeug 10 wirkende Gravitationsbeschleunigung, in der Größenordnung g« 9,81m/s2 ,v y is a time derivative of a transverse speed variable v y , which describes a vehicle speed present in the vehicle transverse direction, g is the gravitational acceleration acting on the vehicle 10, of the order of magnitude g << 9.81 m / s 2 ,
Φ eine Fahrbahnquerneigungsgröße, die eine Fahrbahnquerneigung am Ort des Fahrzeugs 10 beschreibt,Φ a road bank size describing a road bank at the location of the vehicle 10,
Sv eine Seitenkraftgröße, die eine an einer Vorderachse des Fahrzeugs 10 wirkende Seitenkraft beschreibt, lv einen Abstand zwischen der Vorderachse des Fahrzeugs 10 und dem Fahrzeugschwerpunkt SP,Sv is a lateral force magnitude describing a side force acting on a front axle of the vehicle 10, l v is a distance between the front axle of the vehicle 10 and the vehicle center of gravity SP,
Sh eine Seitenkraftgröße, die eine an einer Hinterachse des Fahrzeugs 10 wirkende Seitenkraft beschreibt, lv einen Abstand zwischen der Hinterachse des Fahrzeugs 10 und dem Fahrzeugschwerpunkt SP, P2005/012738Sh is a lateral force magnitude which describes a lateral force acting on a rear axle of the vehicle 10, l v is a distance between the rear axle of the vehicle 10 and the vehicle center of gravity SP, P2005 / 012738
1818
e eine Aerodynamikgröße, die einen Abstand zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt SP und einem aerodynamischen Angriffspunkt AP des Fahrzeugs 10 wiedergibt,e is an aerodynamic quantity representing a distance between the vehicle center of gravity SP and an aerodynamic attack AP of the vehicle 10,
M„ eine Giermomentgröße M„, die ein durch den Seitenwind bewirktes Giermoment wiedergibt, das in Bezug auf den Fahrzeugschwerpunkt SP am Fahrzeug 10 angreift, τ„ ein Anströmwinkel zwischen der Richtung der durch die Längsgeschwindigkeitsgröße vx beschriebenen Fahrzeuglängsbewegung und der auf den Fahrzeugmittelpunkt MP bezogenen Einfallrichtung des Seitenwinds,M "a yaw momentum M" representing a yawing moment caused by the side wind, which acts on the vehicle 10 with respect to the vehicle center of gravity SP, τ "is an angle of approach between the direction of the vehicle longitudinal motion described by the longitudinal velocity variable v x and the vehicle center point MP Direction of the crosswind,
J« das Trägheitsmoment des Fahrzeugs 10 um eine in Fahrzeughochrichtung orientierte Hauptträgheitsachse, m die Masse des Fahrzeugs 10,J "is the moment of inertia of the vehicle 10 about a main axis of inertia oriented in the vehicle vertical direction, m is the mass of the vehicle 10,
Cv die Schräglaufsteifigkeit von an der Vorderachse des Fahrzeugs 10 befindlichen Rädern,C v is the skew stiffness of wheels located on the front axle of the vehicle 10,
Ch die Schräglaufsteifigkeit von an der Hinterachse des Fahrzeugs 10 befindlichen Rädern.C h the skew stiffness of located on the rear axle of the vehicle 10 wheels.
Einige der zuvor erwähnten Größen sind in Fig. 1 dargestellt.Some of the aforementioned sizes are shown in FIG.
Für die Aerodynamikgröße e , die letztlich den im Fahrzeugschwerpunkt SP angreifenden Hebelarm des Seitenwinds wiedergibt, sei im folgenden der Einfachheit halber ein mittlerer konstanter Wert vorausgesetzt. Die Größen g, lv, U, J«, m , Cv und Ch stellen physikalische bzw. fahrzeugspezifische Konstanten dar, die neben der als konstant vorausgesetzten Aerodynamikgröße e in einem der Schätzeinrichtung 12 zugeordneten Speicher 12a hinterlegt sind.For the aerodynamic size e, which ultimately reflects the lever arm of the side wind acting in the vehicle center of gravity SP, a medium constant value is assumed below for the sake of simplicity. The quantities g, l v , U, J ", m, Cv and Ch represent physical or vehicle-specific constants, which are stored in addition to the aerodynamic quantity e assumed to be constant in a memory 12a assigned to the estimating device 12.
Die Seitenkraftgrδßen Sv und Sh werden rechnerisch eliminiert und spielen folglich bei der Schätzung der Seitenwind- kraftgröße S„ keine Rolle.The side forces S v and Sh are computationally eliminated and thus play no part in the estimation of the crosswind force S ".
Zur Ermittlung von Schätzgrößen Sw, vy und Φ für die Sei- tenwindkraftgröße S„, die Quergeschwindigkeitsgröße vy und die Fahrbahnquerneigungsgröße Φ ist in der Schätzeinrichtung 12 ein Beobachterkonzept in Form eines Kaiman-Filters implementiert, wobei die Ermittlung der Schätzgrößen S„, vy und Φ durch Integration eines Zusammenhangs gemäß den Gleichungen (1.12) und (1.14) erfolgt. Die zu bestimmenden Größen Sw/ Vy und Φ ergeben sich also letztlich aufgrund einer mittels des Kaiman-Filters durchgeführten Beobachtung bzw. Schätzung.For determining estimated variables S w , v y and Φ for the lateral wind force magnitude S ", the lateral velocity variable v y and the lane bank size Φ is implemented in the estimator 12 as an observer concept in the form of a Kalman filter, where the determination of the estimated quantities S ", v y and Φ is done by integrating a relationship according to equations (1.12) and (1.14). The variables S w / Vy and Φ to be determined thus ultimately result from an observation or estimation carried out by means of the Kalman filter.
Das Beobachterkonzept sieht ferner eine Ermittlung von Schätzgrößen ψ , äy für die sensorisch erfassten bzw. modeil- basiert ermittelten Größen ψ, ay.meβs vor, wobei die Ermitt- lung der Schätzgrößen ψ , äy durch Integration eines Zusammenhangs gemäß Gleichung (1.12) erfolgt. Die auf Basis eines anschließenden Vergleichs festgestellten Abweichungen zwischen den sensorisch erfassten bzw. modellbasiert ermittelten Größen ψ , ay,me8s und den rechnerisch geschätzten Größen ψ , äy werden mittels eines Korrekturfaktors K entsprechend Gleichung (1.16) korrigiert.The observer concept further provides for a determination of estimated variables ψ, y y for the quantities ψ, a y determined by the sensory method or model-based. m eβs before, wherein the determination of the estimated quantities ψ, y y takes place by integration of a relationship according to equation (1.12). Detected the detected based on a subsequent comparison of differences between the model-based sensory or determined variables ψ, a y, me8 s and the calculated estimated quantities ψ, ä y are corrected by a correction factor K in accordance with equation (1.16).
Auf Grundlage der geschätzten Seitenwindkraftgrδße S„ ermittelt bzw. schätzt die Schätzeinrichtung 12 weitere für den auf das Fahrzeug 10 ausgeübten Seitenwindeinfluss charakteristische Seitenwindgrößen, beispielsgemäß den Anströmwinkel τw und/oder eine Anstrδmgeschwindigkeitsgröße vreβ, die eine in Einfallrichtung des Seitenwinds auftretende Anströmgeschwindigkeit in Bezug auf den Fahrzeugmittelpunkt MP wiedergibt. Die Ermittlung bzw. Schätzung erfolgt unter Ausnutzung aerodynamischer Beziehungen gemäß den Gleichungen (1.17) bis (1.19), wobei neben der geschätzten Seitenwindkraftgröße Sw, den beiden Größen τw und vreB, und einer für die Giermomentgröße M„ geschätzten Größe M„ weitere Größen Berücksichtigung finden. Diese bezeichnen - wie bereits in Zusammenhang mit den Gleichungen (1.17) bis (1.19) ausgeführt - mit Fw eine Schätzgröße für eine Seitenwindlängskraftgröße F„ , die eine aufgrund des Seitenwinds in Fahrzeuglängsrichtung auf das Fahrzeug 10 ausgeübte Kraft beschreibt, die Luftdichte, in der Größenordnung p »1,29kg/irrOn the basis of the estimated lateral wind force magnitude S ", the estimating device 12 determines further side wind variables characteristic of the side wind influence exerted on the vehicle 10, for example the angle of incidence τ w and / or an inflow velocity v reβ , which relates a flow velocity occurring in the direction of incidence of the crosswind with respect to the vehicle center MP reproduces. The determination or estimation takes place using aerodynamic relationships according to the equations (1.17) to (1.19), wherein besides the estimated side wind force size S w , the two variables τ w and v reB , and one for the yaw moment size M "estimated size M" more Sizes are taken into account. These designate - as already explained in connection with the equations (1.17) to (1.19) - with Fw is an estimated value for a lateral wind longitudinal force magnitude F ", which describes a force exerted on the vehicle 10 due to the side wind in the vehicle longitudinal direction, the air density, of the order p» 1.29 kg / irr
A8 die seitenwindwirksame Querschnittsfläche des Fahrzeugs 10,A 8, the side wind effective cross-sectional area of the vehicle 10,
1 die seitenwindwirksame Länge des Fahrzeugs 10, cs den in Fahrzeuglängsrichtung wirksamen aerodynamischen Beiwert, c, den in Fahrzeugquerrichtung wirksamen aerodynamischen Beiwert,1 the lateral wind effective length of the vehicle 10, c s the effective in the vehicle longitudinal direction aerodynamic coefficient, c, the effective in the vehicle transverse direction aerodynamic coefficient,
Cn den in Fahrzeughochrichtung wirksamen aerodynamischen Beiwert.C n the effective in the vehicle vertical direction aerodynamic coefficient.
Einige der zuvor erwähnten Größen sind in Fig. 1 dargestellt. Die Schätzgröße Fw wird durch Auswertung der in Fahrzeuglängsrichtung auftretenden Kräfte- und Drehmomentbilanzen ermittelt bzw. geschätzt.Some of the aforementioned sizes are shown in FIG. The estimated variable F w is determined or estimated by evaluating the forces and torque balances occurring in the vehicle longitudinal direction.
Die aerodynamischen Beiwerte cβ# c„ und cn liegen in Form von Kennlinien vor, deren Verlauf beispielhaft durch die Fig.en 2, 3 und 4 veranschaulicht ist.The aerodynamic coefficients c β # c "and c n are in the form of characteristic curves whose course is illustrated by way of example by FIGS. 2, 3 and 4.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass der aerodynamische Beiwert c„ der Einfachheit auch konstant vorgegeben sein kann, beispielsweise in der Größenordnung cw »0,38.It should be noted at this point that the aerodynamic coefficient c "can also be given a constant value for simplicity, for example of the order of magnitude c w " 0.38.
Zusätzlich oder alternativ zum Anströmwinkel τ„ und/oder der Anströmgeschwindigkeitsgröße vres handelt es sich bei einer weiteren Seitenwindgröße um die bisher als konstant vorausgesetzte Aerodynamikgröße e . Die Ermittlung bzw. Schätzung der Aerodynamikgröße e erfolgt entweder unter Verwendung eines Zusammenhangs gemäß Gleichung (1.20) oder aber - wie im vorliegenden Fall angenommen werden soll - auf Basis des Anströmwinkels τw unter Verwendung einer vorgegebenen Kennli- nie e(τ„), deren Verlauf beispielhaft durch Fig. 5 veranschaulicht ist.In addition or as an alternative to the flow angle τ "and / or the flow velocity variable v res , another side wind size is the aerodynamic variable e previously assumed to be constant. The determination or estimation of the aerodynamic quantity e takes place either by using a relationship according to equation (1.20) or - as assumed in the present case - on the basis of the angle of incidence τ w using a predetermined characteristic curve. never e (τ "), the course of which is exemplified by FIG. 5.
Die Kennlinien der Fig.en 2 bis 5 sind vorzugsweise in dem der Schätzeinrichtung 12 zugeordneten Speicher 12a hinterlegt.The characteristic curves of FIGS. 2 to 5 are preferably stored in the memory 12a associated with the estimating device 12.
Um zu vermeiden, dass im Falle querdynamisch kritischer Fahrsituationen eine Modifikation der RadaufStandskräfte zur Kompensation des Seitenwindeinflusses durchgeführt wird, unterbleibt die Schätzung der Seitenwindkraftgröße S„ und damit die Ermittlung bzw. Schätzung der weiteren Seitenwindgrößen tw, vre8/ e bei Überschreiten eines vorbestimmten Fahrzeugneigungswinkels und/oder bei einem Eingreifen eines im Fahrzeug 10 angeordneten Fahrstabilitätssystems und/oder bei Ü- berschreiten eines vorbestimmten Lenkwinkels an den lenkbaren Rädern des Fahrzeugs 10.In order to avoid that in the case of critical lateral driving situations a modification of the wheel contact forces to compensate for crosswind influence is performed, the estimation of the cross wind force S "and thus the determination or estimation of the other crosswinds tw, v re8 / e is exceeded when a predetermined vehicle inclination angle and / or upon intervention of a vehicle stability control system 10 and / or exceeding a predetermined steering angle at the steerable wheels of the vehicle 10th
Die so geschätzte Seitenwindkraftgröße S„ und die auf deren Basis ermittelten bzw. geschätzten Seitenwindgrößen τ„, vreS/ e werden anschließend der Stabilisierungseinrichtung 13 zur Kompensation des auf das Fahrzeug 10 ausgeübten Seitenwindeinflusses zugeführt.The thus-estimated wind page size S "and the side wind variables determined or estimated on the basis of τ" r v e S / e of the stabilization device 13 can be supplied to compensate for the force exerted on the vehicle 10 side wind influence subsequently.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Stabilisierungseinrichtung.Fig. 6 shows an embodiment of the stabilization device.
Die im Fahrzeug 10 angeordnete Stabilisierungseinrichtung 13 umfasst beispielsgemäß ein aktives Fahrwerk, bei dem mit hydraulisch ansteuerbaren Stellelementen 25 zusammenwirkende Ab- stützaggregate 26 zwischen den Rädern 27a bis 27d des Fahrzeugs 10 und dem Fahrzeugaufbau 28 angeordnet sind. Die Ab- stützaggregate 26 weisen mit den Stellelementen 25 in Reihe geschaltete Federungseinrichtungen 29 auf, wobei zusätzlich zur Serienschaltung der Stellelemente 25 und der Federungseinrichtungen 29 nicht dargestellte Dämpfungseinrichtungen zur Schwingungsdämpfung des Fahrzeugaufbaus 28 parallelgeschaltet sind.The stabilization device 13 arranged in the vehicle 10 comprises, for example, an active chassis in which support units 26 interacting with hydraulically controllable positioning elements 25 are arranged between the wheels 27a to 27d of the vehicle 10 and the vehicle body 28. The support units 26 have spring devices 29 connected in series with the adjusting elements 25, with damping devices, not shown, in addition to the series connection of the adjusting elements 25 and the spring devices 29 for vibration damping of the vehicle body 28 are connected in parallel.
Die Stellelemente 25 sind hierbei zur Beeinflussung der Vorspannung der Federungseinrichtungen 29 ausgebildet, wobei die Modifikation der an den Rädern 27a bis 27d des Fahrzeugs 10 wirkenden RadaufStandskräfte Fn bis F14 dementsprechend durch Modifikation der Vorspannung der Federungseinrichtungen 29 erfolgt. Bei den Federungseinrichtungen 29 handelt es sich beispielsgemäß um Luftfedern, wobei zusätzlich oder alternativ auch Schraubenfedern und/oder Blattfedern und/oder Hydro- federn vorgesehen sein können.The adjusting elements 25 are in this case designed to influence the bias of the suspension devices 29, wherein the modification of the forces acting on the wheels 27a to 27d of the vehicle 10 RadaufStandskräfte Fn to F 14 takes place accordingly by modifying the bias of the suspension devices 29. The spring devices 29 are, for example, air springs, wherein additionally or alternatively, coil springs and / or leaf springs and / or hydraulic springs can be provided.
Alternativ sind die Stellelemente 25 zur Beeinflussung der Vorspannung einer im Fahrzeug 10 angeordneten Stabilisatoreinrichtung zur Wankstabilisierung ausgebildet, wobei die Modifikation der Radaufstandskräfte Fn bis F14 in diesem Fall durch Modifikation der Vorspannung der Stabilisatoreinrichtung erfolgt.Alternatively, the adjusting elements 25 are designed to influence the bias of a vehicle 10 arranged stabilizer device for roll stabilization, wherein the modification of the wheel contact forces Fn to F 14 takes place in this case by modification of the bias of the stabilizer device.
Zur hydraulischen Ansteuerung der Stellelemente 25 ist eine elektromechanische Ventileinheit 30 vorhanden, die Bestandteil der Stabilisierungseinrichtung 13 ist und die von einer im Fahrzeug 10 befindlichen Druckquelle gespeist wird. Die momentane Stellung bzw. der momentane Stellweg der Stellelemente 25 relativ zum Fahrzeugaufbau 28 wird mittels Stellwegsensoren 35 erfasst, die ebenfalls Bestandteil der Stabilisierungseinrichtung 13 sind und deren Stellwegsignale Rückschlüsse auf die momentane Vorspannung der Federungseinrichtungen 29 und damit auf die an den Rädern 27a bis 27d radindividuell wirkenden Radaufstandskräfte Fn bis Fi4 zulassen. Die von den Stellwegsensoren 35 bereitgestellten Stellwegsignale werden hierbei der Stabilisierungseinrichtung 13 zur genauen Einregelung der jeweils gewünschten Radaufstandskräfte Fu bis Fi4 zugeführt. Das aktive Fahrwerksystem ist weiterhin derart ausgebildet, dass die Räder 27a bis 27b sowohl der Vorderachse als auch der Hinterachse des Fahrzeugs 10 jeweils einen vorgegebenen Vorspurwinkel α aufweisen, sodass in Verbindung mit einer Fahrtbewegung des Fahrzeugs 10 Radseitenkräfte Fu bis F1 8, auftreten, deren Beträge unmittelbar von denen der momentan wirkenden RadaufStandskräfte Fn bis F14 abhängen.For the hydraulic control of the actuating elements 25, an electromechanical valve unit 30 is provided, which is part of the stabilizing device 13 and which is fed by a pressure source located in the vehicle 10. The instantaneous position or the instantaneous travel of the adjusting elements 25 relative to the vehicle body 28 is detected by means of travel sensors 35, which are also part of the stabilizing device 13 and their travel signals conclusions on the instantaneous bias of the suspension devices 29 and thus on the wheels 27a to 27d radindividuell allow acting wheel contact forces Fn to Fi 4 . The travel signals provided by the travel sensors 35 are in this case supplied to the stabilization device 13 for precise adjustment of the respectively desired wheel contact forces F u to Fi 4 . The active suspension system is further configured such that the wheels 27a to 27b of both the front axle and the rear axle of the vehicle 10 each have a predetermined toe angle α, so that in conjunction with a travel movement of the vehicle 10 Radseitenkräfte F u to F 1 8 , occur, the amounts of which currently acting wheel contact forces Fn to F 14 depend directly.
Sind die an den Rädern 27a bis 27d des Fahrzeugs 10 wirkenden Radaufstandskräfte Fn bis Fi4 betragsmäßig gleich groß, und weisen die Räder 27a bis 27d des Fahrzeugs 10 jeweils identische Beträge für den Vorspurwinkel α auf, so sind die auftretenden Radseitenkräfte F1^ bis F1 8, ihrerseits betragsmäßig gleich groß. Demzufolge wird im Bereich der den Vorspurwinkel α aufweisenden Räder 27a bis 27d keine resultierende Querkraft hervorgerufen.If the wheel contact forces Fn to Fi 4 acting on the wheels 27a to 27d of the vehicle 10 are the same, and if the wheels 27a to 27d of the vehicle 10 each have identical amounts for the toe-in angle α, then the wheel side forces F 1 to F occur 1 8 , in turn, the same size. As a result, no resultant transverse force is caused in the area of the wheels 27a to 27d having the toe-in angle α.
Nun soll angenommen werden, dass die Stellelemente 25 radindividuell derart angesteuert werden, dass die an den Rädern 27a, 27d wirkenden Radaufstandskräfte F11 , F14 jeweils um einen Kraftbetrag ΔF erhöht und die an den Rädern 27b, 27c wirkenden Radaufstandskräfte F12, F13 jeweils um einen Kraft- betrag ΔF erniedrigt sind. Die aufgrund des Vorspurwinkels α an den Rädern 27a, 27d hervorgerufene Radseitenkraft Fn, F1 8, ist dann betragsmäßig größer als die an den Rädern 27b, 27c hervorgerufene Radseitenkraft F1"., F1*,, da die um den Kraftbetrag ΔF höher belasteten Räder 27a, 27d einen geringeren seitlichen Radschlupf aufweisen als die um den Kraftbetrag ΔF geringer belasteten Räder 27b, 27c. Damit tritt im Bereich der Räder 27a bis 27d eine resultierende Querkraft ~Fi2 bzw- FiS 4 -F13 auf/ die im vorliegenden Fall ein auf das Fahrzeug 10 wirkendes linkshändiges Giermoment M zur Folge hat.Now assume that the adjusting elements 25 are individually for each wheel controlled such that the increase to the wheels 27a, 27d acting wheel contact forces F 11, F 14, respectively to a power amount .DELTA.F and the forces acting on the wheels 27b, 27c wheel contact forces F 12, F 13 are each reduced by a force amount .DELTA.F. The caused on the wheels 27a, 27d due to the toe angle α on the wheels 27a, 27d Radseitenkraft F n , F 1 8 , then in terms of magnitude greater than the wheels 27b, 27c caused Radseitenkraft F 1 "., F 1 *, since by the amount of force .DELTA.F higher loaded wheels 27a, 27d, a lower lateral wheel slip comprise as the low to the amount of force .DELTA.F loaded wheels 27b, 27c. This occurs in the area of the wheels 27a to 27d, a resultant lateral force ~ F i 2 bzw- F i S 4-F 13 au f / in the present case has an acting on the vehicle 10 left-handed yaw moment M result.
Dieses Giermoment M wird nun zur Kompensation des auf das Fahrzeug 10 ausgeübten Seitenwindeinflusses genutzt. Die Stabilisierungseinrichtung 13 umfasst hierzu eine Steuereinrich- tung 36, die in Abhängigkeit der geschätzten Seitenwindkraft- große S, und der ermittelten bzw. geschätzten Seitenwindgrößen τw, vres, e einen gemäß der BedingungThis yaw moment M is now used to compensate for the force exerted on the vehicle 10 crosswind influence. The stabilization device 13 comprises a control device for this purpose. tion 36, the one dependent on the estimated Seitenwindkraft- large S, and the determined or estimated side wind sizes τ w , v res , e one according to the condition
M.ou =-M„ . (2.1)M.ou = -M ". (2.1)
zur Kompensation des Seitenwindeinflusses geeigneten Sollwert Ψsoii für die Gierratengröße Ψ ermittelt. Hierbei stellt die Steuereinrichtung 36 die RadaufStandskräfte Fn bis Fi4 durch entsprechende Ansteuerung der Stellelemente 25 derart ein, dass die Gierratengröße Ψ durch Aufbau eines entsprechenden Giermoments M an den ermittelten Sollwert Ψβoii herangeführt und der Seitenwindeinfluss kompensiert wird.to compensate for the crosswind influence suitable setpoint Ψsoii for the yaw rate Ψ determined. In this case, the control device 36 adjusts the wheel contact forces Fn to Fi 4 by appropriate actuation of the adjusting elements 25 in such a way that the yaw rate Ψ is brought to the determined desired value Ψ β by building up a corresponding yawing moment M and the crosswind influence is compensated.
Die Einstellung der RadaufStandskräfte Fn bis Fj4 erfolgt in Abhängigkeit des Sollwerts ΨBoii selbst und/oder der zwischen dem Sollwert Ψsoii und der Gierratengröße Ψ vorliegenden Regelabweichung Ψsoii -Ψ unter Verwendung einer in der Steuereinrichtung 36 hinterlegten Kennlinie bzw. Rechenvorschrift.The adjustment of the wheel contact forces Fn to Fj 4 takes place as a function of the desired value Ψ B oii itself and / or the control deviation Ψsoii -Ψ present between the desired value Ψ so ii and the yaw rate Ψ using a characteristic curve or calculation rule stored in the control device 36.
Das durch die Modifikation der RadaufStandskräfte Fn bis Fi4 bewirkte Giermoment M ist letztlich vom vorgegebenen Betrag des Vorspurwinkels α abhängig. Da ein dauerhaft eingestellter großer Betrag des Vorspurwinkels α zu einem hohen Reifenverschleiß führt, wird der Vorspurwinkels α mittels nicht dargestellter Verstellelemente derart beeinflusst, dass dessen Betrag ausschließlich bei Bedarf vergrößert wird. Die Verstellelemente sind beispielsweise in Spurstangen der Vorderachse bzw. der Hinterachse angeordnet.The yaw moment M caused by the modification of the wheel contact forces Fn to Fi 4 is ultimately dependent on the predetermined amount of the toe-in angle α. Since a permanently set large amount of the toe-in angle α leads to a high degree of tire wear, the toe-in angle α is influenced by means of adjusting elements, not shown, in such a way that its amount is increased only when necessary. The adjusting elements are arranged for example in tie rods of the front axle and the rear axle.
Je nach gewünschter Charakteristik der von der Stabilisierungseinrichtung 13 durchgeführten Gierratenregelung können die den Vorspurwinkel α aufweisenden Räder auch ausschließlich der Vorderachse oder aber der Hinterachse des Fahrzeugs 10 zugeordnet sein. An der prinzipiellen Wirkungsweise der Stabilisierungseinrichtung 13 ändert dies nichts. Depending on the desired characteristic of the yaw rate control carried out by the stabilization device 13, the wheels having the toe-in angle α can also be assigned exclusively to the front axle or the rear axle of the vehicle 10. At the principle of operation of the stabilizer 13 this changes nothing.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Seitenwindstabilisierung eines Fahrzeugs, mit einer Schätzeinrichtung (12) zur Schätzung einer Sei- tenwindgrδße, die einen auf das Fahrzeug (10) ausgeübten Seitenwindeinfluss wiedergibt, und mit einer zur Beeinflussung der Querdynamik, des Fahrzeugs (10) vorgesehenen Stabilisierungseinrichtung (13) , der die geschätzte Seitenwindgröße zur Kompensation des auf das Fahrzeug (10) ausgeübten Seitenwindeinflusses zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungseinrichtung (13) zur Modifikation von an Rädern (27a,...,27d) des Fahrzeugs (10) wirkenden RadaufStandskräften (Fn ,..., Fi«) ausgebildet ist, wobei die Stabilisierungseinrichtung (13) die Radaufstandskräf- te (Fn ,..., Fi4) in Abhängigkeit der Seitenwindgröße derart modifiziert, dass der auf das Fahrzeug (10) ausgeübte Seitenwindeinfluss kompensiert wird.1. A device for crosswind stabilization of a vehicle, comprising an estimation device (12) for estimating a side wind magnitude that reflects a side wind influence exerted on the vehicle (10), and a stabilization device (13) for influencing the lateral dynamics of the vehicle (10) ) to which the estimated lateral wind amount is supplied for compensating the side wind influence exerted on the vehicle (10), characterized in that the stabilizing device (13) modifies wheel contact forces acting on wheels (27a, ..., 27d) of the vehicle (10) (Fn,..., Fi "), wherein the stabilizing device (13) modifies the wheel contact forces (Fn,..., Fi 4 ) as a function of the side wind magnitude in such a way that the side wind exerted on the vehicle (10) is influenced is compensated.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schätzeinrichtung (12) die Seitenwindgröße auf Basis eines Fahrzeugmodells schätzt, in das eine Querbe- schleunigungsgröße (ay,meβ.), die eine auf das Fahrzeug2. Device according to claim 1, characterized in that the estimation device (12) estimates the crosswinds size on the basis of a vehicle model into which a lateral acceleration variable (a y , me β.), The one on the vehicle
(10) wirkende Querbeschleunigung beschreibt, und/oder eine Gierratengröße (ψ), die eine Gierrate des Fahrzeugs(10) describes acting lateral acceleration, and / or a yaw rate quantity (ψ) representing a yaw rate of the vehicle
(10) beschreibt, eingeht. (10) describes, received.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Fahrzeugmodell um ein lineares Einspurmodell zur Beschreibung der Querdynamik des Fahrzeugs (10) handelt.3. Device according to claim 2, characterized in that the vehicle model is a linear single-track model for describing the lateral dynamics of the vehicle (10).
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querbeschleunigungsgröße (ay,meBs) in Form eines Querbeschleunigungssignals mittels eines Querbeschleuni- gungssensors (14) und/oder dass die Gierratengröße (ψ) in Form eines Gierratensignals mittels eines Gierratensensors (15) bereitgestellt wird.4. The device according to claim 2, characterized in that the lateral acceleration variable (a y , meB s) in the form of a lateral acceleration signal by means of a transverse acceleration sensor (14) and / or that the yaw rate (ψ) in the form of a yaw rate signal by means of a yaw rate sensor (15 ) provided.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schätzeinrichtung (12) eine Korrektur der Querbeschleunigungsgröße (ay.meεs) in Hinblick auf Störeinflüsse, die aufgrund eines Wankens des Fahrzeugaufbaus (28) verursacht werden, vornimmt.5. The device according to claim 2, characterized in that the estimation means (12) performs a correction of the lateral acceleration amount (ay.meεs) with respect to disturbances caused due to a roll of the vehicle body (28).
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schätzeinrichtung (12) eine Korrektur der Querbeschleunigungsgröße (ay/mess) in Hinblick auf eine Fahr- bahnquerbeschleunigungskomnponente, die eine aufgrund einer Fahrbahnquerneigung auf das Fahrzeug (10) wirkende Querbeschleunigung beschreibt, und/oder in Hinblick auf eine Coriolisquerbeschleunigungskomponente, die eine aufgrund von Corioliskräften auf das Fahrzeug (10) wirkende Querbeschleunigung beschreibt, durchführt.6. Apparatus according to claim 2, characterized in that the estimating means (12) describes a correction of the lateral acceleration quantity (a y / mess ) with respect to a lane lateral acceleration component which describes a lateral acceleration acting on the vehicle (10) due to a lane bank, and or with respect to a Coriolisquerbeschleunigungskomponente which describes a due to Coriolis forces on the vehicle (10) acting lateral acceleration performs.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schätzeinrichtung (12) zur Schätzung der Seitenwindgröße eine Lenkwinkelgröße (δ), die einen an lenkbaren Rädern des Fahrzeugs (10) einstellbaren Lenkwinkel beschreibt, und/oder eine Längsgeschwindigkeitsgröße (vx), die eine in Fahrzeuglängsrichtung vorliegende Fahrzeuggeschwindigkeit beschreibt, auswertet.7. The device according to claim 1, characterized in that the estimating device (12) for estimating the crosswinds size, a steering angle variable (δ), the one steerable wheels of the vehicle (10) adjustable steering angle describes, and / or a longitudinal speed variable (v x ), which describes a present in the vehicle longitudinal direction vehicle speed, evaluates.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Schätzeinrichtung (12) ein Beobachterkonzept zur Verringerung von Abweichungen zwischen sensorisch er- fassten und rechnerisch geschätzten Größen implementiert ist.8. The device according to claim 1, characterized in that in the estimation device (12) an observer concept for reducing deviations between sensor-detected and mathematically estimated quantities is implemented.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwindgröße eine Seitenwindkraftgröße (S,), die eine aufgrund von Seitenwindeinflüssen auf das Fahrzeug (10) ausgeübte Seitenwindkraft beschreibt, und/oder einen Anströmwinkel (τ„) zwischen der Richtung der Fahrzeuglängsbewegung und der auf den Fahrzeugmittelpunkt bezogenen Einfallrichtung des Seitenwinds, und/oder eine Anströmgeschwindigkeitsgröße (vree)/ die eine in Einfallrichtung des Seitenwinds auftretende Anströmgeschwindigkeit in Bezug auf den Fahrzeugmittelpunkt wiedergibt, und/oder eine Aerodynamikgröße (e), die einen Abstand zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt und einem aerodynamischen Angriffspunkt des Fahrzeugs (10) wiedergibt, um- fasst.9. The device according to claim 1, characterized in that the side wind size a Seitenwindkraftgröße (S,) which describes a due to crosswind influences on the vehicle (10) applied cross wind force, and / or an angle of attack (τ ") between the direction of the vehicle longitudinal movement and the incident direction of the side wind, which is related to the center of the vehicle, and / or an inflow velocity variable (v re e) / which reflects a inflow velocity with respect to the center of the vehicle occurring in the direction of incidence of the side wind, and / or an aerodynamic variable (e) which is a distance between the vehicle center of gravity and an aerodynamic point of application of the vehicle (10).
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schätzung der Seitenwindgröße bei Überschreiten eines vorbestimmten Fahrzeugneigungswinkels und/oder bei Eingreifen eines im Fahrzeug (10) angeordneten Fahrstabi- litätssystems und/oder bei Überschreiten eines vorbestimmten Lenkwinkels an lenkbaren Rädern des Fahrzeugs (10) unterbleibt. 10. The device according to claim 1, characterized in that the estimation of the side wind size when exceeding a predetermined vehicle inclination angle and / or upon intervention of a in the vehicle (10) arranged Fahrstabi- litätssystems and / or when exceeding a predetermined steering angle at steerable wheels of the vehicle (10 ) is omitted.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungseinrichtung (13) ein aktives Fahrwerksystem umfasst, bei dem mit Stellelementen (25) zusammenwirkende Abstützaggregate (26) zwischen den Rädern (27a,...,27d) des Fahrzeugs (10) und dem Fahrzeugaufbau (28) angeordnet sind, und bei dem die Räder (27a,..., 27d) einer der Fahrzeugachsen einen Vorspurwinkel (α) aufweisen, sodass sich durch radindividuelle Ansteuerung der Stellelemente (25) die an den einzelnen Rädern (27a,...,27d) wirkenden Radaufstandskräfte (Fu ,..., Fi4) derart modifizieren lassen, dass im Bereich der den Vorspur- winkel (α) aufweisenden Räder (27a,...,27d) eine resultierende Querkraft hervorgerufen wird, die zu einem auf das Fahrzeug (10) wirkenden Giermoment (M) führt, wobei die Stabilisierungseinrichtung (13) weiterhin eine Steuereinrichtung (36) umfasst, die in Abhängigkeit der geschätzten Seitenwindgröße einen zur Kompensation des auf das Fahrzeug (10) ausgeübten Seitenwindeinflusses geeigneten Sollwert (Ψ8Oπ) einer eine Gierrate des Fahrzeugs (10) beschreibenden Gierratengröße (Ψ) ermittelt, wobei die Steuereinrichtung (36) die RadaufStandskräfte (F11,...,Fi4) durch Ansteuerung der Stellelemente (25) derart einstellt, dass die Gierratengröße (Ψ) durch Aufbau eines entsprechenden Giermoments (M) an den ermittelten Sollwert (Ψsoii) herangeführt wird.11. The device according to claim 1, characterized in that the stabilization device (13) comprises an active suspension system, in which with control elements (25) cooperating support units (26) between the wheels (27a, ..., 27d) of the vehicle (10). and the vehicle body (28) are arranged, and in which the wheels (27a, ..., 27d) of one of the vehicle axles have a toe-in angle (α), so that by wheel-individual control of the control elements (25) at the individual wheels (27a ..., can be modified in such a way, 27d) acting wheel contact forces (Fu, ..., F i4) that is ..., 27d caused in the area of the toe-in angle (α) having wheels (27a), a resultant lateral force which leads to a yawing moment (M) acting on the vehicle (10), the stabilizing device (13) further comprising a control device (36) which, in dependence on the estimated crosswindsize, compensates for the lateral force exerted on the vehicle (10) indeinflusses suitable setpoint (Ψ 8O π) of a yaw rate of the vehicle (10) descriptive yaw rate (Ψ) determined, the control device (36) the RadaufStandskräfte (F 11 , ..., Fi 4 ) by controlling the control elements (25) such sets the yaw rate (Ψ) by building up a corresponding yawing moment (M) to the determined setpoint (Ψsoii) is introduced.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellelemente (25) zur Beeinflussung der Vorspannung einer Federungseinrichtung (29) des Fahrzeugs (10) ausgebildet sind, wobei die Modifikation der Radauf- Standskräfte (F11 ,..., Fi4) durch Modifikation der Vorspannung der Federungseinrichtung (29) erfolgt.12. The device according to claim 11, characterized in that the adjusting elements (25) for influencing the bias of a suspension device (29) of the vehicle (10) are formed, wherein the modification of the Radauf- standing forces (F 11 , ..., Fi 4 ) by modification of the bias of the suspension device (29).
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Federungseinrichtung (29) um eine Blattfeder und/oder eine Schraubenfeder und/oder eine Luftfeder und/oder eine Hydrofeder handelt.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the suspension device (29) is a leaf spring and / or a coil spring and / or an air spring and / or a hydraulic spring.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellelemente (25) zur Beeinflussung der Vorspannung einer im Fahrzeug (10) angeordneten Stabilisatoreinrichtung ausgebildet sind, wobei die Modifikation der RadaufStandskräfte (Fu ,..., F14) durch Modifikation der Vorspannung der Stabilisatoreinrichtung erfolgt.14. The apparatus according to claim 11, characterized in that the adjusting elements (25) for influencing the bias of a vehicle (10) arranged stabilizer means are formed, wherein the modification of RadaufStandskräfte (Fu, ..., F 14 ) by modifying the bias the stabilizer device takes place.
15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Vorspurwinkel (α) mittels Verstellelementen beeinflussen lässt.15. The apparatus according to claim 11, characterized in that the toe-in angle (α) can be influenced by means of adjusting elements.
16. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die den Vorspurwinkel (α) aufweisenden Räder16. The apparatus according to claim 11, characterized in that the toe-in angle (α) having wheels
(27a,..., 27d) einer Vorderachse und/oder einer Hinterachse des Fahrzeugs (10) zugeordnet sind.(27a, ..., 27d) are associated with a front axle and / or a rear axle of the vehicle (10).
17. Verfahren zur Seitenwindstabilisierung eines Fahrzeugs, bei dem eine Seitenwindgröße geschätzt wird, die einen auf das Fahrzeug (10) ausgeübten Seitenwindeinfluss wiedergibt, wobei zur Kompensation des auf das Fahrzeug (10) ausgeübten Seitenwindeinflusses die Querdynamik des Fahrzeugs (10) in Abhängigkeit der geschätzten Seitenwindgröße beeinflusst wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beeinflussung der Querdynamik des Fahrzeugs (10) an Rädern (27a,...,27d) des Fahrzeugs (10) wirkende Radauf- Standskräfte (FX1 ,..., F14) modifiziert werden, wobei die RadaufStandskräfte (F11 ,..., F14) in Abhängigkeit der Seitenwindgröße derart modifiziert werden, dass der auf das Fahrzeug (10) ausgeübte Seitenwindeinfluss kompensiert wird. 17. A method for crosswind stabilization of a vehicle, in which a side wind size is estimated, which reflects a side wind influence exerted on the vehicle (10), wherein to compensate for the force exerted on the vehicle (10) crosswind influence the transverse dynamics of the vehicle (10) in dependence of the estimated Side wind size is affected, characterized in that for influencing the transverse dynamics of the vehicle (10) on wheels (27a, ..., 27d) of the vehicle (10) acting Radauf- standing forces (F X1 , ..., F 14 ) are modified , wherein the RadaufStandskräfte (F 11 , ..., F 14 ) are modified depending on the crosswind size such that the on the Vehicle (10) applied crosswind influence is compensated.
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