DE102004035576A1

DE102004035576A1 - Stabilisierungsvorrichtung und Verfahren zur Fahrstabilisierung eines Fahrzeugs anhand eines Wankwerts

Info

Publication number: DE102004035576A1
Application number: DE200410035576
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Bauer; Thomas Dipl.-Ing. Binder; Jürgen Dipl.-Ing. Götz; Claus-Michael Hainbuch
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-07-22
Filing date: 2004-07-22
Publication date: 2006-02-16
Also published as: WO2006010466A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stabilisierungsvorrichtung und ein Verfahren zur Fahrstabilisierung eines Fahrzeugs (10). Die Stabilisierungsvorrichtung hat Erfassungsmittel (65) zum Erfassen mindestens eines Wankwerts (53) des Fahrzeugs (10) und Auswertemittel (66) zur Auswertung des mindestens einen Wankwerts (53) in Abhängigkeit von einem Beladungszustand des Fahrzeugs (10). Es ist vorgesehen, dass die Auswertemittel (66) zur Ermittlung eines den Beladungszustand des Fahrzeugs (10) charakterisierenden charakteristischen Maßes (67) anhand des mindestens einen Wankwerts (53) ausgestaltet sind, dass die Stabilisierungsvorrichtung Auswahlmittel (69) zur Auswahl und/oder Skalierung eines Regelungs-Parametersatzes (70-72) in Abhängigkeit des charakteristischen Maßes (67) aufweist und dass die Auswahlmittel (69) zur Übermittlung des ausgewählten und/oder skalierten Parametersatzes (70-72) an eine Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung (59) des Fahrzeugs (10) ausgestaltet sind, wobei die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung (59) das Fahrzeug (10) in Abhängigkeit des ausgewählten und/oder skalierten Parametersatzes (70-72) stabilisiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stabilisierungsvorrichtung zur Fahrstabilisierung eines Fahrzeugs, mit Erfassungsmitteln zum Erfassen mindestens eines Wankwerts des Fahrzeugs, und mit Auswertemitteln zur Auswertung des mindestens einen Wankwerts in Abhängigkeit von einem Beladungszustand des Fahrzeugs sowie ein entsprechendes Verfahren.

Eine derartige Vorrichtung bzw. ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der europäischen Patentschrift EP 0 758 601 B1 bekannt. Als Wankwert wird ein Wankwinkel erfasst, um den Reibschluss zwischen Rädern und Fahrbahn eines Nutzfahrzeuges mittels des Wankwinkels und eines gemessenen Korrekturlenkwinkels durch Vergleich mit gespeicherten Daten zu ermitteln. Wenn kritische Fahrzustände eintreten, wird beispielsweise der Fahrer hörbar oder spürbar gewarnt bzw. werden automatische Eingriffe in das Fahrzeugsystem des Nutzfahrzeugs durchgeführt.

Ein Problem beim Stand der Technik ist, dass erst in kritischen Situationen eingegriffen wird. Erstrebenswert ist es jedoch, dass derartige kritische Situationen bereits im Vorfeld erkannt und möglichst vermieden werden. Möglicherweise ist es nämlich in kritischen Situationen bereits zu spät, das Fahrzeug durch fahrdynamische Eingriffe wieder zu stabilisieren.

Andererseits ist es problematisch, ein Fahrzeug fahrdynamisch sicher zu auszugestalten und trotzdem eine große Dynamik zu erhalten, die von den Fahrern gewünscht ist. Macht man das Fahrzeug unabhängig vom jeweiligen Beladungszustand sicher, greift eine Fahrdynamikregelung möglicherweise viel zu früh ein, sodass die Fahrdynamik des Fahrzeugs leidet. Sind die Sicherheitsreserven einer Fahrdynamikregelung jedoch zu großzügig eingestellt, kann es zu kritischen Situationen kommen, die zu vermeiden sind.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und Vorrichtungen bereitzustellen, die eine möglichst große Fahrdynamik bei Fahrzeugen, insbesondere bei Nutzfahrzeugen, ermöglichen und dennoch dafür sorgen, dass kritische Fahrsituationen nicht eintreten.

Diese Aufgabe wird durch eine Stabilisierungsvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der vorgesehen ist, dass die Auswertemittel zur Ermittlung eines den Beladungszustand des Fahrzeugs charakterisierenden charakteristischen Maßes anhand des mindestens einen Wankwerts ausgestaltet sind, dass sie Auswahlmittel zur Auswahl und/oder Skalierung eines Regelungs-Parametersatzes in Abhängigkeit des charakteristischen Maßes aufweist, und dass die Auswahlmittel zur Übermittlung des ausgewählten und/oder skalierten Parametersatzes an eine Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung des Fahrzeugs ausgestaltet sind, wobei die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung das Fahrzeug in Abhängigkeit des ausgewählten und/oder skalierten Parametersatzes stabilisiert. Ferner sind ein erfindungsgemäßes Verfahren sowie ein Fahrzeug mit einer erfin dungsgemäßen Stabilisierungsvorrichtung zur Lösung der Aufgabe vorgesehen.

Bei dem Wankwert handelt es sich zweckmäßigerweise um einen Wankwinkelwert und/oder um einen Wankratenwert, das heißt um die Änderung des Wankwinkels in Abhängigkeit von der Zeit.

Die z.B. in der EP 0 758 601 B1 beschriebenen kritischen Fahrsituationen treten nicht oder nur in seltenen Ausnahmefällen auf.

Zur Ermittlung dieser Wankrate bzw. des Wankwinkels wird vorgeschlagen, zweckmäßigerweise einen Gierratensensor so einzubauen, dass er eine Drehwinkeländerung, das heißt eine Wankwinkeländerung, in Richtung der Fahrzeuglängsachse (X-Achse) erfassen kann. Ein Gierratensensor wird üblicherweise so eingebaut, dass er eine Drehbewegung um die Fahrzeughochachse (Z-Achse) erfasst.

Das erfindungsgemäße Fahrzeug ist vorzugsweise ein Lastkraftwagen, Lieferwagen oder ein sonstiges Nutzfahrzeug. Bei diesen Fahrzeugen ist der Unterschied zwischen dem Leerzustand und einem Beladungszustand besonders groß, weil die Zuladung des Fahrzeugs im Vergleich zu deren Leergewicht groß ist. Prinzipiell ist aber auch eine Anwendung beispielsweise bei Personenkraftwagen, insbesondere bei Geländewagen oder sonstigen Fahrzeugen mit einem hohen Schwerpunkt, denkbar. Beladungsabhängig ändert sich nämlich sowohl die Masse als auch üblicherweise die Schwerpunktlage des Fahrzeugs, was auf die Fahrdynamik des jeweiligen Fahrzeugs einen erheblichen Einfluss haben kann.

Die notwendigen Regelungsparameter werden von der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. vom erfindungsgemäßen Verfahren mit oder ohne Zeitverzug ermittelt und als ausgewählte bzw. möglicherweise auch skalierte Parameter an eine Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung des Fahrzeugs übermittelt, sodass die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung das Fahrzeug in Abhängigkeit des beladungsabhängigen Parametersatzes stabilisieren kann. Ein Zeitverzug tritt bei einem sogenannten indirekt messenden Verfahren auf, wenn der Beladungszustand beispielsweise im Rahmen einer oder mehrerer abwechselnder Fahrzustände ermittelt wird. Bei einem direkt messenden Verfahren wird das charakteristische Maß unmittelbar aus Messwerten einer Fahrsituation ermittelt, beispielsweise aus einem Wankwinkelwert während einer Kurvenfahrt.

Wenn das Fahrzeug nicht beladen ist, wird ein Regelungsparametersatz ausgewählt, der eine verhältnismäßig große Fahrdynamik des Fahrzeugs erlaubt. Ist das Fahrzeug hingegen schwer beladen und/oder ist der Schwerpunkt des Fahrzeugs hoch, wird ein Parametersatz ausgewählt, beziehungsweise werden die Parameter so skaliert, dass die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung beispielsweise bei Kurvenfahrten früher und/oder stärker eingreift, um das Fahrzeug stabil in der gewählten Fahrspur zu halten.

Die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung, die zweckmäßigerweise einen Bestandteil der erfindungsgemäßen Stabilisierungsvorrichtung bildet, kann z.B. eines oder mehrere der folgenden Systeme umfassen:

– ein Antiblockiersystem
– eine Antriebsschlupfregelung
– einen Fahrzustandsregler
– einen Kippverhinderungsregler
– einen Querbeschleunigungsbegrenzer
– ein elektrisches oder elektrohydraulisches Bremssystem (Sensotronic Brake Control = SBC)
– eine aktive Federung (Active Body Control = ABC)
– eine aktive Wankstabilisierung (Active Roll Control = ARC)
– ein elektrisches Lenksystem (Steer-by-Wire = SBW).

Die erfindungsgemäße Stabilisierungsvorrichtung kann in Hardware und/oder Software realisiert sein.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein schematisch dargestelltes erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Stabilisierungsvorrichtung zur Fahrstabilisierung,
2 das Fahrzeug gemäß 1 in einer hinteren Ansicht bei einer Kurvenfahrt, wobei der Aufbau des Fahrzeugs wankt,
3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Fahrstabilisierungsvorrichtung, und
4 einen Verlauf einer Wankrate des Fahrzeugs gemäß 1 beim Eintritt in eine Kurvenfahrt.
Das in den Figuren dargestellte erfindungsgemäße Fahrzeug 10 ist beispielsweise ein Lastkraftwagen oder Lieferwagen, wobei prinzipiell auch ein Personenkraftwagen, insbesondere ein Van oder SUV (Sports Utility Vehicle), ein Anhänger oder Sattelauflieger als erfindungsgemäßes Fahrzeug ausgestaltet sein können.
Das Fahrzeug 10 hat eine Vorderachse 11 mit lenkbaren Rädern 12, 13 sowie eine Hinterachse 14 mit nicht lenkbaren Rädern 15, 16, die auch eine Zwillingsbereifung aufweisen könnten. An den Rädern 12, 13, 15, 16 sind Bremsen 17, 18, 19, 20 zum Abbremsen des jeweiligen Rades sowie Drehzahlsensoren 21 bis 24 zum Erfassen der jeweiligen Raddrehzahl des Rades 11, 12, 15, 16 angeordnet.
Die Bremsen 15 bis 20 sind, was durch Pfeile schematisch dargestellt ist, durch eine Stabilisierungsvorrichtung 25 mittels Bremseingriffssignalen 26 bis 29 ansteuerbar.
Die Drehzahlsensoren 21 bis 24 senden Drehzahlmesswerte 30 bis 33 in Form entsprechender Drehzahlsignale, die die Drehzahl des jeweiligen Rades 12, 13, 14, 15, 16 repräsentieren, an die Stabilisierungsvorrichtung 25.
Ferner kann die Stabilisierungsvorrichtung 25 mittels eines Motorsteuersignals 34 eine Motorsteuerung 35 ansteuern, beispielsweise zur Drosselung der Motorleistung eines Motors 35, der beim Fahrzeug 10 beispielsweise die Vorderachse 11 und/oder die Hinterachse 14 antreibt.
An einem Lenkrad 37 oder einer sonstigen Lenkhandhabe kann ein Fahrer 38 Lenkbefehle vorgeben. Beispielsweise erfasst eine Lenkerfassungseinrichtung 39 den jeweiligen Lenkwinkel δ_H und gibt diesen an einen Lenkaktor 40, beispielsweise eine Servo-Lenkhilfe, zum Lenken der Räder 12, 13 weiter. Ferner übermittelt die Lenkerfassungseinrichtung 39 ein Lenkwinkelsignal 41 mit dem Lenkwinkel δ_H an die Stabilisierungsvorrichtung 25.
Die Stabilisierungsvorrichtung 25 stabilisiert das Fahrzeug 10 durch Bremseingriffe und/oder den Motor 35 steuernde Eingriffe und/oder Lenkeingriffe, z.B. wenn das Fahrzeug 10 umzukippen, zu schleudern oder in sonstiger Weise fahr-instabil zu werden droht.
Die Stabilisierungsvorrichtung 25 arbeitet vorzugsweise mit zur Fahrstabilisierung des Fahrzeugs 10 ohnehin erforderlichen Sensorsignalen, die beispielsweise die Drehzahlsensoren 21 bis 24 in Form der Drehzahlwerte der Räder 12, 13, 15, 16 liefern.
Ferner wertet die Stabilisierungsvorrichtung 25 beispielsweise ein Gierratensignal 42 mit einer Gierrate ψ . eines Giersensors 43, ein Querbeschleunigungssignal 44 mit einem Querbeschleunigungswerten a_y eines zur Fahrzeuglängsachse 55 quer eingebauten Querbeschleunigungssensors 45 sowie optional ein Fahrgeschwindigkeitssignal 46 mit der Fahrgeschwindigkeit v des Fahrzeugs 10 aus, das eine Fahrgeschwindigkeitseinrichtung 47 ermittelt. Das Fahrgeschwindigkeitssignal 46 wird von der Fahrgeschwindigkeitseinrichtung 47 z.B. anhand der Drehzahlwerte der Räder 12, 13, 15, 16 ermittelt.
Weiterhin wertet die Stabilisierungsvorrichtung 25 ein Wankratensignal 53 eines Wanksensors 54 aus. Der Wanksensor 54 ist beispielsweise ein Gierratensensor, der in einer solchen Einbaulage in das Fahrzeug 10 eingebaut ist, dass er eine Drehbewegung um eine Fahrzeuglängsachse 55 ermitteln kann.
Bei einer Kurvenfahrt, die in 2 schematisch dargestellt ist, neigt sich ein Aufbau 56 des Fahrzeugs 10 beispielsweise in Richtung einer Kurvenaußenseite 57 einer ebenen oder geneigten Fahrbahn 86. Wenn das Fahrzeug 10 dann zu schnell ist, das heißt die Querbeschleunigung beispielsweise ein vorbestimmtes Maß überschreitet, droht das Fahrzeug 10 nach außen umzukippen und/oder zu Schleudern. Diesem Problem begegnet die Fahrstabilisierungsvorrichtung 25 durch verschiedene Maßnahmen, beispielsweise durch Bremseingriffe an den Rädern 12, 13, 15, 16, durch Drosselung der Motorleistung des Motors 35, durch Änderung der Dämpfungs- bzw. Stabilisierungseigenschaften eines Fahrwerks des Fahrzeugs 10, durch Lenkeingriffe oder dergleichen. Zunächst wird jedoch der prinzipielle Aufbau der Stabilisierungsvorrichtung 25, der schematisch in den 1 und 3 dargestellt ist, erläutert.
Die Stabilisierungsvorrichtung 25 ist vorliegend als ein Modul realisiert, das sowohl Hardware auch als Software enthält. Beispielsweise sind Ein-/Ausgabemittel 48, 49 vorhanden, die die vorgenannten Signale der Sensoren 21 bis 24, 43, 45, 47, 54 erfassen können und entsprechende Steuersignale, beispielsweise das Motorsteuersignal 34 sowie die Bremseingriffssignale 26 bis 29 und ein Lenksignal 50 zur Ansteuerung des Lenkaktors 40, erzeugen können. Die Ein-/Ausgabemittel 48, 49 enthalten beispielsweise einen oder mehrere Buscontroller und/oder digitale und/oder analoge Eingabemittel und/oder Ausgabemittel. Die Stabilisierungsvorrichtung 25 enthält ferner einen Prozessor oder mehrere Prozessoren 51, die Programmcode von Programmmodulen ausführen, die in einem Speicher 52 abgelegt sind. Diese Programmmodule enthalten beispielsweise ein Wankwinkelmodul 58 sowie ein Fahrstabilisierungs-Regelungs-Modul 59 als Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung. Der Speicher 52 enthält flüchtigen und/oder nicht flüchtigen Speicher, beispielsweise zum Speichern der Module 58, 59.
Das Fahrstabilisierungs-Regelungs-Modul 59, das z.B. ein ESP bildet oder enthält (ESP = Elektronisches Stabilisierungsprogramm), umfasst beispielsweise ein Antiblockiersystem 60 und/oder eine Antriebsschlupfreglung 61 und/oder einen Fahrzustandsregler 62 und/oder einen Kippverhinderungsregler 63 und/oder Querbeschleunigungsbegrenzer 64.
Das Wankwinkelmodul 58, das an sich bereits eine erfindungsgemäße Stabilisierungsvorrichtung bilden kann, enthält beispielsweise die folgenden Bestandteile, die z.B. als Programmfunktionen oder -module realisiert sind: Erfassungsmittel 65, Auswertemittel 66, Interpretationsmittel 68, Auswahlmittel 69 und Überwachungsmittel 74.
Die Erfassungsmittel 65, erfassen die Messwerte, beispielsweise das Wankratensignal 53 und Drehzahlwerte der Räder 12, 13, 15, 16.
Die Auswertemittel 66 bilden anhand der von den Erfassungsmitteln 65 ermittelten Messwerte ein charakteristisches Maß 67, das einen Beladungszustand des Fahrzeugs 10 charakterisiert. Dazu werten die Auswertemittel 66 beispielsweise das Wankratensignal 53 aus. Man kann die Auswertemittel 66 und/oder die Erfassungsmittel 65, die zu einem einzigen Modul zusammengefasst sein können, auch als Erkennungslogik bezeichnen.
Die Interpretationsmittel 68 interpretieren das charakteristische Maß 67 und überprüfen es beispielsweise auf Plausibilität. Solange noch kein plausibles, gesichertes charakteristisches Maß 67 vorhanden ist, übermitteln die Interpretationsmittel 68 beispielsweise ein charakteristisches Start-Maß, das einen mittleren Beladungszustand des Fahrzeugs 10 reprä sentiert, an die Auswahlmittel 69. Die Interpretationsmittel 68 können auch so lange, bis ein "gesichertes" charakteristisches Maß 67 vorliegt, beispielsweise einen Start-Parametersatz 73 auswählen oder die Auswahlmittel 69 zu dessen Auswahl anweisen. Der Start-Parametersatz 73 entspricht zweckmäßigerweise einem mittleren Beladungszustand des Fahrzeugs 10.
Die Auswahlmittel 69 wählen in Abhängigkeit von dem charakteristischen Maß 67 einen Parametersatz aus und/oder oder skalieren einen Parametersatz, beispielsweise einen der Parametersätze 70, 71, 72. Der Parametersatz 70 repräsentiert beispielsweise einen Beladungszustand mit geringer Beladung und/oder niedriger Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs 10, der Parametersatz 71 eine mittlere Beladung des Fahrzeugs 10 und der Parametersatz 72 eine große Beladung des Fahrzeugs 10. Es versteht sich, dass auch mehr Parametersätze als die Parametersätze 70–72 vorgesehen sein können. Ferner ist es möglich, dass die Auswahlmittel 69 einen oder mehrere Parameter der Parametersätze 70–72 in Abhängigkeit von dem charakteristischen Maß 67 skalieren. Die Auswahlmittel 69 senden den jeweils ausgewählten Parametersatz 70, 71, 72 an das Regelungsmodul 59, das das Fahrzeug 10 anhand des jeweils ausgewählten Parametersatzes stabilisiert.
Die zweckmäßigerweise vorhandenen Überwachungsmittel 74 überwachen die Auswertemittel 66, die Auswahlmittel 69 und die Interpretationsmittel 68 und stellt beispielsweise sicher, dass beim Start des Wankwinkelmoduls 58 zunächst der Start-Parametersatz 73 verwendet wird. Weitere Überwachungsfunktionen sollen hier nicht dargestellt werden, sind aber ohne weiteres möglich.
Es versteht sich, dass die vorgenannten Mittel 65, 66, 68, 69 auch als integrale Mittel ausgestaltet sein können, beispielsweise in ein und demselben Programmcode realisiert sein können.
Die Auswertemittel 66 ermitteln das charakteristische Maß 67 zweckmäßigerweise zwischen einem ersten und einem zweiten stationären Zustand, beispielsweise in einem Übergang von Geradeausfahrt in Kurvenfahrt oder umgekehrt. Ein solcher Übergang ist in 4 zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ dargestellt. Während einer Übergangsphase 75, das heißt in einem Erfassungszeitraum 75 zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂, bilden die Auswertemittel 66 einen Wankratensummenwert, den man auch als Fahrzeugquerneigungswinkel α_fzg bezeichnen kann.
Der Fahrzeugquerneigungswinkel α_fzg setzt sich aus dem Fahrbahnquerneigungswinkel α_fbn und dem Fahrzeugwankwinkel φ_fzg zusammen. αfzg = αfbn + φfzg (1)
Auf ebener Fahrbahn mit α_fbn = 0 ergibt sich: αfzg = φfzg (2)
Der Fahrzeugquerneigungswinkel α_fzg wird nach folgender Vorschrift berechnet:
wobei ψ ._x,mess ein aus dem Wankratensignal 53 ermittelter Wankratenmesswert ist. Das Wankratensignal 53 mit dem Wankraten messwert ψ ._x,mess wird z. B. in zyklischen Abständen t_zykl zwischen Zeitpunkten t1 und t2 erfasst, so dass anstelle des Integrals (3) auch ein Summenwert mit einer Zählvariablen n für jeden erfassten Wankratenmesswert ψ ._x,mess gebildet werden kann:
mit: t2 = t1 + n·tzykl (4)und einem Auswertezeitfenster, das z.B. einer bei t1 beginnenden und bei t2 endenden Übergangsphase zwischen z.B. einer Geradeausfahrt und einer Kurvenfahrt entspricht: t2 – t1 = n·tzykl (5)
Idealerweise ist der Wankratenmesswert ψ ._x,mess bei Geradeausfahrt bzw. stationärer Kurvenfahrt und nicht geneigter Fahrbahn = 0, da sich das Fahrzeug nicht weiter neigt bzw. die Neigung des Fahrzeugs sich nicht mehr ändert. Häufig stellt man fest, dass die eingesetzten Sensoren einen Offset haben, das heißt, dass sie in der oben beschriebenen Situation stationärer Kurven- oder Geradeausfahrt einen Wankratenmesswert ψ ._x,mess ≠ 0 aufweisen. Eine solche Situation ist beispielhaft in 4 dargestellt, wo nach dem Zeitpunkt t₂, das heißt nach erfolgtem Einlenken in eine Kurve, in dem Wankratensignal 53 immer noch ein Wankratenoffsetwert ψ ._x,off enthalten ist.
Wenn beispielsweise aus der Kurve wieder ausgelenkt wird, würde der Wankratensummenwert gemäß Gleichung (3a) wieder verkleinert werden, was für die Ermittlung des charakteristischen Maßes zur Charakterisierung des Beladungszustands des Fahrzeugs 10 im zunächst beschriebenen indirekt messenden Verfahren unter Anwendung der Formel (3a) nicht zweckmäßig wäre.
Es ist daher eine vorteilhafte Funktion der Stabilisierungsvorrichtung 25 bzw. insbesondere des Wankwinkelmoduls 58, jeweils den Übergang von einem ersten stationären Wank-Zustand oder Kurvenfahrt-Zustand in einen zweiten derartigen Zustand zu ermitteln, das heißt beispielsweise den Übergang von Geradeausfahrt in Kurvenfahrt oder umgekehrt. Es ist auch möglich, dass ein Übergang von einer stationären Kurvenfahrt, bei der der Lenkwinkel im wesentlichen konstant einen ersten Wert aufweist, in eine zweite stationäre Kurvenfahrt, bei der ein im wesentlichen konstanter zweiter Lenkwinkel eingeschlagen wird, anhand der nachfolgenden Bedingungen zu ermitteln.
Ein stationärer Zustand "Geradeausfahrt" liegt beispielsweise dann vor, wenn eine oder mehrere der folgenden Bedingungen (6) bis (11) vorhanden sind, die das Wankwinkelmodul 58 anhand der entsprechenden Signale, beispielsweise der Drehzahlmesswerte 30–33, des Lenkwinkelsignals 41, des Gierratensignals 42, des Querbeschleunigungssignals 44, des Fahrgeschwindigkeitssignals 46 und des Lenkwinkelsignals 41 detektieren kann.
Das Wankwinkelmodul prüft beispielsweise die Bedingung Geradeausfahrt anhand eines minimalen und/oder maximalen Gierratenwerts ψ .z,mess ≤ |SW1| (6) und/oder eines minimalen und/oder maximalen Gierratenänderungswerts ψ ..z,mess ≤ |SW2| (7)und/oder eines minimalen und/oder maximalen Querbeschleunigungsänderungswerts bzw. Querbeschleunigungswerts a .y,mess ≤ |SW3| (8) ay,mess ≤ |SW4| (9)und/oder eines minimalen und/oder maximalen Lenkwinkels (δ) δH ≤ |SW5| (10)und/oder eines minimalen und/oder maximalen Lenkwinkeländerungswerts δ .H ≤ |SW6| (11)wobei SW1–SW6 vorbestimmte Grenzwerte sind. Dem Zeitpunkt, ab dem die Bedingungen (6)–(11) nicht mehr erfüllt sind und daher der stationäre Zustand "Geradeausfahrt" verlassen wird, ist die Zeitgrenze t₁ zugeordnet.
Es versteht sich, dass auch nur eine der oben genannten Bedingungen prinzipiell genügt, um den Zustand Geradeausfahrt bzw. Kurvenfahrt zu ermitteln. Insbesondere sind beispielsweise die Gleichungen (6) und (7) sowie (8) und (9) alternativ prüfbar, wobei es allerdings bevorzugt ist, dass mehrere Bedingungen geprüft werden, um den Zustand Geradeausfahrt möglichst zuverlässig zu ermitteln.
Ab dem Zeitpunkt t₁, der Einleitung der Kurvenfahrt, werden die Wankratenmesswerte aufsummiert und die Zählvariable n inkrementiert.
Zu einem Zeitpunkt t₂ befindet sich das Fahrzeug 10 in stationärer Kurvenfahrt, das heißt, dass beispielsweise sich der Lenkwinkel nicht mehr ändert. Das Wankwinkelmodul 58 ermittelt den stationären Zustand "Kurvenfahrt" beispielsweise anhand einer oder mehrerer der nachfolgenden Bedingungen: ψ ..z,mess ≥ |SW7| (12)und/oder a .y,mess ≥ |SW8| (13)und/oder δH ≥ |SW9| (14)wobei SW7, SW8, SW9 vorbestimmte Grenzwerte sind. Wenn die Bedingungen (12), (13), (14) erfüllt sind, stellt das Wankwinkelmodul 58 beim Ausführungsbeispiel den stationären Zustand "Kurvenfahrt" fest. Wenn die Gleichungen (12)–(14) erfüllt sind, ist der Zeitpunkt t₂ erreicht, bei dem das Wankwinkelmodul 58 die Bildung des Summenwertes gemäß Formel (3a) beendet, das heißt das Aufsummieren stoppt.
Das Wankwinkelmodul 58 bildet anhand des Wankratensummenwerts gemäß Formel (3a), also des Fahrzeugquerneigungswinkels α_fzg, das charakteristische Maß 67.
Beim Ausführungsbeispiel ist das charakteristische Maß 67 auf eine kalkulierte oder eine gemessene Querbeschleunigung des Fahrzeugs 10 bezogen. Bezieht man das charakteristische Maß 67, das in der nachfolgenden Formel (13) als k_fzg bezeichnet ist, auf eine kalkulierte Querbeschleunigung a_y,calc des Fahrzeugs 10, ergibt sich beispielsweise die folgende Formel (13)
wobei die kalkulierte Querbeschleunigung a_y,calc, das Produkt der Fahrzeug-Längsgeschwindigkeit ν_fzg und der gemessenen Gierrate ψ ._z,mess ist ay,calc = νfzg·ψz,mess (16)
Nun wäre es prinzipiell möglich, dass das Wankwinkelmodul 58 das charakteristische Maß 67 unmittelbar dazu heranzieht, einen der Parametersätze 70, 71, 72 auszuwählen und an das Regelungsmodul 59 zu übermitteln. Es könnte aber sein, dass bei der Ermittlung des charakteristischen Maßes beispielsweise Messfehler, Rechenfehler oder dergleichen aufgetreten sind, sodass das charakteristische Maß 67 noch nicht unmittelbar übernommen werden kann. Das Wankwinkelmodul 58 sichert das charakteristische Maß 67 durch eine, vorzugsweise mehrere oder alle nachfolgenden Maßnahmen ab:
Beispielsweise prüft das Wankwinkelmodul 58 die eingehenden Messwerte zweckmäßigerweise auf Plausibilität, sodass beispielsweise das Wankwinkelmodul 58 überprüft, ob sich die Messwerte innerhalb vorbestimmter Toleranzgrenzen bewegen, ob die Relation der Messwerte zueinander plausibel ist oder dergleichen. Auch eine Tiefpass-, Bandpass- oder Hochpassfilterung der Messwerte ist möglich, sodass auf diesem Wege unplausible Messwerte, die beispielsweise durch Fahrzeugschwin gungen verursacht sind, von dem Wankwinkelmodul 58 ausgeblendet werden. Auch die Anwendung statistischer Verfahren, beispielsweise der Ermittlung von Varianzen oder dergleichen, kann bei dem Wankwinkelmodul 58 z.B. als entsprechende Programmfunktionen realisiert sein.
Wenn eine ausreichende Zahl von Werten für das charakteristische Maß 67 vorhanden sind, die beispielsweise anhand der Formeln (3a) und (13) ermittelt worden ist, verwendet das Wankwinkelmodul 58 diese Werte zur Ermittlung eines der Parametersätze 70–72 bzw. zu deren Skalierung. Im vorliegenden Fall wird geprüft, ob eine vorbestimmte Mindestanzahl c von Werten k_1fzg,.k_2,fzg....+ k_c,fzg vorliegt. Dann bildet das Wankwinkelmodul 58 das arithmetisches Mittel k_mw,fzg gemäß der folgenden Formel (17) kmw,fzg = (k1,fzg + k2,fzg + k3,fzg + .... + kc,fzg)/c (17)
Prinzipiell ist es auch möglich, dass das Wankwinkelmodul 58 beispielsweise auch manche der Werte k₁ bis k_c ausblendet bzw. ausfiltert, wenn diese nicht plausibel sind. Eine solche Prüfung wäre beispielsweise bei solchen Werten erfüllt, die bestimmte Grenzen überschreiten.
Weiterhin ist es möglich, dass das Wankwinkelmodul 58 mehrere Werte für das charakteristische Maß 67 anhand beispielsweise einer linearen Regression, einer Plausibilitätskontrolle, einer Stationaritätskontrolle oder dergleichen überprüft und nur dann zur Ermittlung eines der Parametersätze 70, 71, 72 heranzieht, wenn das charakteristische Maß 67 sozusagen "gesichert" ist. Auch das Ergebnis einer Regression kann plausibilisiert werden, beispielsweise indem das Wankwinkelmodul 58 ein sogenanntes Bestimmtheitsmaß für das charakteristische Maß 67 ermittelt. Liegen alle Werte für das charakteristische Maß 67 beispielsweise entlang einer Geraden, so liegt das Bestimmtheitsmaß beispielsweise beim Wert "1". Wenn die entsprechenden Werte von der Geraden abweichen, das heißt unkorreliert sind, kann der Wert für das Bestimmtheitsmaß auf "0" zurückgehen. Es ist möglich, einen Grenzwert für das Bestimmtheitsmaß festzulegen und so die Qualität des charakteristischen Maßes 67 zu überprüfen.
Das Wankwinkelmodul 58 kann auch ein direkt messendes Verfahren durchführen, das heißt, es kann den jeweils ermittelten Wankwinkel kontinuierlich überwachen und zur Ermittlung und/oder Skalierung eines der Parametersätze 70–72 heranziehen. Dabei überwacht das Wankwinkelmodul 58 den jeweiligen Wankwinkel nicht nur während eines stationären Zustandes oder während eines Übergangs von einem ersten zu einem zweiten stationären Zustand, sondern stetig, beispielsweise gemäß der folgenden Formel:
Wenn der Wankwinkelwert ψ_x,mess beispielsweise eine erste oder eine zweite Grenze SW10, SW11 überschritten hat: ψz,mess ≥ |SW10| (19) ψx,mess ≥ |SW| (20),leitet das Wankwinkelmodul 58 beispielsweise Maßnahmen zur Stabilisierung des Fahrzeugs 10 unmittelbar ein, sendet beispielsweise entsprechende Parameter an das Regelungsmodul. Bei Überschreiten des Grenzwertes SW10 wird beispielsweise der Bremsdruck erhöht, um bei einer sich anbahnenden kriti schen Situation schnell und kräftig bremsen zu können. Bei Überschreiten des zweiten Grenzwertes SW11 werden beispielsweise eine oder mehrere der Bremsen 17–20 betätigt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Wankwinkelmodul 58 den Wankwinkelwert bzw. den Wankratensummenwert ψ_x,mess nicht ständig überwacht, sondern beispielsweise wenn eine oder mehrere der Bedingungen (6)–(11) erfüllt sind, das heißt, wenn sich das Fahrzeug 10 in Kurvenfahrt befindet bzw. in eine Kurvenfahrt eingetreten ist. Bei Geradeausfahrt sind nämlich kritische Fahrzustände nicht zu befürchten, sodass die dauerhafte Überwachung des Wankwinkels möglicherweise eine starke Rechnerbelastung bedeuten würde.
Es versteht sich, dass auch zusätzliche Messwerte, sofern sie vorhanden sind, vom Wankwinkelmodul 58 bei dem Direktmessverfahren oder bei dem zuerst beschriebenen Indirekt-Messverfahren verwendet werden können, beispielsweise ein Massensignal des Fahrzeugs, das durch in der Figur nicht gezeigte Federwegmesssensoren ermittelt wird, oder dergleichen.
Die entsprechenden Eingriffsstrategien, die durch die Parametersätze 70, 71, 72 und/oder deren Skalierung repräsentiert sind, werden zweckmäßigerweise bei einer Fahrerprobung bzw. Applikation des Fahrzeugs 10 ermittelt und in entsprechender Weise auf dessen tatsächliche Eigenschaften abgestimmt.
Nach einer vorbestimmten Haltephase, beispielsweise nach Abstellen des Motors 36, nach einer vorbestimmten Phase, bei der die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 null ist oder dergleichen, beginnt das Wankwinkelmodul 58 das charakteristische Maß 67 wieder neu zu bestimmen, weil es nach einer derartigen Stillstandsphase zu einem neuen Beladungszu stand des Fahrzeugs 10 gekommen sein kann, beispielsweise durch Abladen oder Zuladen von Ladung.
Das Wankwinkelmodul 58 und das Regelungsmodul 59 können ein einziges Modul sein. Es ist auch möglich, dass das Wankwinkelmodul eines oder mehrere Teilmodule des Regelungsmoduls 59 enthält, beispielsweise den Fahrzustandsregler und die Antriebsschlupfregelung.

Claims

Stabilisierungsvorrichtung zur Fahrstabilisierung eines Fahrzeugs (10), mit Erfassungsmitteln (65) zum Erfassen mindestens eines Wankwerts (53) des Fahrzeugs (10), und mit Auswertemitteln (66) zur Auswertung des mindestens einen Wankwerts (53) in Abhängigkeit von einem Beladungszustand des Fahrzeugs (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) zur Ermittlung eines den Beladungszustand des Fahrzeugs (10) charakterisierenden charakteristischen Maßes (67) anhand des mindestens einen Wankwerts (53) ausgestaltet sind, dass sie Auswahlmittel (69) zur Auswahl und/oder Skalierung eines Regelungs-Parametersatzes (70–72) in Abhängigkeit des charakteristischen Maßes (67) aufweist, und dass die Auswahlmittel (69) zur Übermittlung des ausgewählten und/oder skalierten Parametersatzes (70–72) an eine Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung (59) des Fahrzeugs (10) ausgestaltet sind, wobei die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung (59) das Fahrzeug (10) in Abhängigkeit des ausgewählten und/oder skalierten Parametersatzes (70–72) stabilisiert.
Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wankwert (53) einen Wankratenwert (53) und/oder einen Wankwinkelwert umfasst.
Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Ermittlung des Wankwerts (53) einen Sensor (54) aufweist oder mit einem Sensor (54) kommuniziert, der eine Drehbewegung, insbesondere einen Winkel oder eine Winkeländerung, des Fahrzeugs (10) um seine Längsachse (55) sensiert.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) durch Aufsummierung mehrerer Wankratenwerte (53) einen Wankratensummenwert (α_fzg) ermitteln und das charakteristische Maß (67) in Abhängigkeit des Wankratensummenwerts (α_fzg) ermitteln.
Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem charakteristische Maß (67) der Wankratensummenwert (α_fzg) auf einen errechneten und/oder gemessenen Querbeschleunigungswert des Fahrzeugs (10) bezogen ist.
Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) anhand des Wankratensummenwerts (α_fzg) und des Erfassungszeitraums der aufsummierten Wankratenwerte (53) das beladungsabhängige charakteristi sche Maß (67) ermitteln.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) den Wankratensummenwert (α_fzg) jeweils in einer Übergangsphase zwischen einem ersten und einem zweiten stationären Zustand ermitteln.
Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) die Übergangsphase anhand – eines minimalen und/oder maximalen Wankratenwerts (53) und/oder – eines minimalen und/oder maximalen Wankratenänderungswerts und/oder – eines minimalen und/oder maximalen Querbeschleunigungswerts und/oder – eines minimalen und/oder maximalen Querbeschleunigungsänderungswerts und/oder – eines minimalen und/oder maximalen Lenkwinkels (δ) und/oder – einer minimalen und/oder maximalen Lenkwinkeländerungswerts und/oder – einer minimalen und/oder maximalen Fahrgeschwindigkeit (v) und/oder – einer minimalen und/oder maximalen Gierrate und/oder – einer minimalen und/oder maximalen Gierratenänderung ermitteln.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) als Wankratensummenwert (α_fzg) einen Querneigungswinkel ermitteln, in dem ein Neigungswinkel der von dem Fahrzeug (10) befahrenen Fahrbahn und der jeweilige Wankwinkel des Fahrzeugs (10) enthalten ist.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) zur Bildung des Wankratensummenwert (α_fzg) kontinuierlich Wankratenwerte (53) aufsummieren.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) das charakteristische Maß (67) unmittelbar anhand des Wankratensummenwerts (α_fzg), der als Wankwinkel interpretiert wird, ermitteln und die Auswahlmittel (69) den Regelungs-Parametersatz (70–72) in Abhängigkeit des Wankratensummenwerts als charakteristisches Maß (67) auswählen und/oder skalieren.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) und/oder die Auswahlmittel (69) bei Überschreitung mindestens eines vorbestimmten Grenzwerts des Wankratensummenwerts (α_fzg) eine vorbe stimmte Stabilisierungsstrategie zur Stabilisierung des Fahrzeugs (10) vorbereiten oder einleiten.
Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitung der Stabilisierungsstrategie den Aufbau eines Bremsdruckes und/oder das Anlegen von Bremsbelägen an Bremsflächen des Fahrzeugs (10) umfasst und/oder dass die Stabilisierungsstrategie eine Bremsung mindestens eines Rades des Fahrzeugs (10) umfasst und/oder die Auswahlmittel (69) als Stabilisierungsstrategie einen vorbestimmten Regelungs-Parametersatz (70–72) an die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung (59) übermitteln.
Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) den Wankratensummenwert (α_fzg) in Abhängigkeit – eines minimalen und/oder maximalen Wankratenwerts (53) und/oder – eines minimalen und/oder maximalen Wankratenänderungswerts und/oder – eines minimalen und/oder maximalen Querbeschleunigungswerts und/oder – eines minimalen und/oder maximalen Querbeschleunigungsänderungswerts und/oder – eines minimalen und/oder maximalen Lenkwinkels (δ) und/oder – einer minimalen und/oder maximalen Lenkwinkeländerungswerts und/oder – einer minimalen und/oder maximalen Fahrgeschwindigkeit (v) und/oder – einer minimalen und/oder maximalen Gierratenänderung ermitteln, überwachen.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) das charakteristische Maß (67) als einen arithmetischen Mittelwert mehrerer Werte für das charakteristische Maß (67) ermitteln.
Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) den jeweils ältesten Wert für das charakteristische Maß (67) durch einen jeweils aktuell ermittelten Wert bei der Ermittlung des arithmetischen Mittelwerts ersetzen.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) das charakteristische Maß (67) erst dann ausgeben, wenn – eine vorbestimmte Anzahl von Werten für das charakteristische Maß (67) ermittelt worden ist und/oder – das charakteristische Maß (67) mindestens eine vorbestimmten Grenze unterschreitet oder überschreitet und/oder – eine Varianz ermittelter Werte des charakteristischen Maßes (67) einen vorbestimmten Grenzwert nicht überschreitet.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) zur Bildung von Regressionsdaten anhand der Messwerte und/oder mehrerer Werte für das charakteristische Maß (67) im Rahmen einer linearen Regression ausgestaltet sind.
Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) zu einer Plausibilitätsprüfung der Regressionsdaten und einer Freigabe plausibler Regressionsdaten ausgestaltet sind.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Überwachungsmittel zur Überwachung der Auswertemittel (66) und/oder der Auswahlmittel (69), insbesondere des ausgewählten und/oder skalierten Parametersatzes (70–72), aufweist.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fahrtbeginn des Fahrzeugs (10) die Auswertemittel (66) einen Start-Wert als das charakteristische Maß (67) an die Auswahlmittel (69) übermitteln und/oder die Auswahlmittel (69) einen Start-Parametersatz (70–72) an die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung (59) des Fahrzeugs (10) übermitteln, und dass der Start-Wert bzw. der Start-Parametersatz (70–72) einem durchschnittlichen, insbesondere mittleren, Beladungszustand des Fahrzeugs (10) entspricht.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) ein ermitteltes charakteristisches Maß (67) nach einer vorbestimmten Dauer einer Stillstandsphase des Fahrzeugs (10) verwerfen und nach einem neuen Fahrtbeginn neu ermitteln.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung (59) ein Antiblockiersystem und/oder eine Antriebsschlupfreglung und/oder einen Fahrzustandsregler und/oder einen Kippverhinderungsregler und/oder einen Querbeschleunigungsbegrenzer aufweist und/oder sie die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung (59) enthält.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch einen Prozessor ausführbaren Programmcode aufweist.
Speichermittel mit einer Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 24.
Verfahren zur Fahrstabilisierung zur Fahrstabilisierung eines Fahrzeugs (10), mit den Schritten: Erfassen mindestens eines Wankwerts (53) des Fahrzeugs (10), und Auswertung des mindestens einen Wankwerts (53) in Abhängigkeit von einem Beladungszustand des Fahrzeugs (10), gekennzeichnet durch, – Ermittlung eines den Beladungszustand des Fahrzeugs (10) charakterisierenden charakteristischen Maßes (67) anhand des mindestens einen Wankwerts (53), – Auswahl und/oder Skalierung eines Regelungs-Parametersatzes (70–72) in Abhängigkeit des charakteristischen Maßes (67) aufweist, und – Übermittlung des ausgewählten und/oder skalierten Parametersatzes (70–72) an eine Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung (59) des Fahrzeugs (10), wobei die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung (59) das Fahrzeug (10) in Abhängigkeit des ausgewählten und/oder skalierten Parametersatzes (70–72) stabilisiert.
Fahrzeug (10), insbesondere Lastkraftwagen, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Stabilisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24 und/oder ein Speichermittel nach Anspruch 25 und/oder Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 26 aufweist.