DE102004035578A1

DE102004035578A1 - Stabilisierungsvorrichtung und Verfahren zur Fahrstabilisierung eines Fahrzeugs

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Publication number: DE102004035578A1
Application number: DE200410035578
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: WO2006010548A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stabilisierungsvorrichtung und ein Verfahren zur Fahrstabilisierung eines Fahrzeugs (10). Es werden die folgenden Schritte vorgeschlagen: DOLLAR A - Erfassen von Messwerten, die zur Ermittlung eines Beladungszustands des Fahrzeugs (10) geeignet sind, DOLLAR A - Bildung eines den Beladungszustand des Fahrzeugs (10) charakterisierenden charakteristischen Maßes (67) anhand der Messwerte, gekennzeichnet durch DOLLAR A - Auswahlung und/oder Skalierung eines Regelungs-Parametersatzes (70-71, 73) in Abhängigkeit des charakteristischen Maßes (67) und DOLLAR A - Übermittlung des ausgewählten und/oder skalierten Parametersatzes (70-71, 73) an eine Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung (59) des Fahrzeugs (10) ausgestaltet sind, wobei die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung (59) das Fahrzeug (10) in Abhängigkeit des ausgewählten und/oder skalierten Parametersatzes (70-71, 73) stabilisiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Stabilisierungsvorrichtung zur Fahrstabilisierung eines Fahrzeugs, – mit Erfassungsmitteln zum Erfassen von Messwerten, die zur Ermittlung eines Beladungszustands des Fahrzeugs geeignet sind, und mit Auswertemitteln zur Bildung eines den Beladungszustand des Fahrzeugs charakterisierenden charakteristischen Maßes anhand der Messwerte. Ferner wird ein mit einer erfindungsgemäßen Stabilisierungsvorrichtung ausgestattetes bzw. zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestaltetes Fahrzeug vorgeschlagen.

Zur Fahrstabilisierung werden in Fahrzeugen neuerer Generationen Fahrdynamikregelungen eingebaut. Diese Vorrichtungen verhindern, dass das Fahrzeug z.B. bei einer Kurvenfahrt umkippt oder schleudert, wenn beispielsweise eine kritische Querbeschleunigungsgrenze überschritten ist. Üblicherweise sind diese Systeme für einen durchschnittlichen Beladungszustand des Fahrzeuges optimiert. Im Bereich von Personenkraftwagen ist dies verhältnismäßig unproblematisch möglich, da die Fahrzeuge im Verhältnis zu ihrem Gesamtgewicht eine vergleichsweise geringe Zuladung aufweisen. Ferner ist die Schwerpunktlage im wesentlichen konstant. Dementsprechend lassen sich die Regelungssysteme für einen Personenkraftwagen verhältnismäßig gut abstimmen.

Auf dem Bereich von Lastkraftwagen – mit und ohne Anhänger – ist dies in dieser Form nicht möglich. Im Verhältnis zum Leergewicht ist eine verhältnismäßig große Zuladung möglich. Ferner sind Unterschiede in der Schwerpunktlage in weiten Grenzen möglich. Letzteres kann auch Geländewagen, SUVs (Sports Utility Vehicles) oder dergleichen betreffen. Dementsprechend ist eine optimale Parametrierung der Regelungssysteme, insbesondere der Kippverhinderungssysteme, nicht möglich. Sind die Grenzwerte zu großzügig eingestellt, bietet das Stabilisierungssystem keinen ausreichenden Schutz gegen Umkippen des Fahrzeugs. Sind die Grenzwerte jedoch zu eng festgelegt, greifen die Kippverhinderungs- bzw. Stabilisierungssysteme zu früh ein, so dass die Fahrdynamik des Fahrzeugs in unnötiger Weise eingeschränkt ist.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 198 02 041 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, die zur Stabilisierung eines Fahrzeugs bezüglich einer Umkehrvermeidung dienen. Dort wird vorgeschlagen, eine Schwerpunktshöhe im Rahmen eines Schätzverfahrens zu ermitteln, wobei unter anderem die Raddrehzahlen von Rädern analysiert werden. Es wird ein charakteristischer Wert für die Querdynamik des Fahrzeugs ermittelt und zur Auswahl von Fahrstrategien ausgewertet. Das bekannte Verfahren gilt im wesentlichen auf die jeweiligen Reibverhältnisse zwischen Rad und Straße ein, um das Umkippverhalten des Fahrzeugs zu verbessern. Es ist für eine Stabilisierung des Fahrzeugs aber zweckmäßig, dass unabhängig von den jeweiligen Reibverhältnissen der aktuelle Beladungszustand des Fahrzeugs bekannt ist, d.h. dessen Ladungsmasse und/oder Schwerpunkthöhe.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung Vorrichtungen und Verfahren anzugeben, die abhängig vom jeweiligen Beladungszustand des Fahrzeugs eine optimale Fahrstabilisierung des Fahrzeugs ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch eine Stabilisierungsvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der vorgesehen ist, 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 erfindungsgemäßen Stabilisierungsvorrichtung zur Lösung der Aufgabe vorgesehen.

Die Regelungseinrichtung, die vorteilhaft einen Bestandteil der Stabilisierungsvorrichtung bildet, ist somit auf optimale Weise auf den jeweiligen Beladungszustand des Fahrzeugs abgestimmt. Ist das Fahrzeug weniger beladen und/oder der Schwerpunkt niedriger, greift die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung beispielsweise erst bei größeren Querbeschleunigungen ein als bei einer höheren Beladung des Fahrzeugs. Dadurch werden beispielsweise die Kurvengeschwindigkeiten des Fahrzeugs nicht in unnötiger Weise eingeschränkt, wenn das Fahrzeug nicht beladen ist. Andererseits stellen die jeweils ausgewählten Parameter sicher, dass kritische Situationen vermieden werden, d.h. dass die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung rechtzeitig eingreift, bevor kritische Fahrsituationen entstehen. Die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung kann dann zusätzliche Werte, beispielsweise zur Ermittlung des jeweiligen Reibverhaltens an den Rädern des Fahrzeugs, optimal auswerten, weil sie den Beladungszustand des Fahrzeugs sozusagen "kennt".

Im Rahmen der Erfindung wird zwischen direkt und indirekt messenden Verfahren unterschieden. Beim direkt messenden Verfahren wird beispielsweise ein Wankwinkel aus entsprechenden Wankwinkelmesswerten oder Ersatzgrößen ermittelt. Anhand beispielsweise dieses Wankwinkels, der das charakteristische Maß bildet, werden geeignete Parameter für die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung ausgewählt bzw. skaliert.

Beim indirekt messenden Verfahren wird das charakteristische Maß anhand eines stationären Fahrzustandes oder mehrerer stationären Fahrzustände, beispielsweise stationärer Kurven- oder Geradeausfahrten, ermittelt und zur Auswahl eines geeigneten Parametersatzes herangezogen. Es ist auch möglich, dass Übergangsphasen zwischen zwei stationären Fahrzuständen, beispielsweise einer Geradeaus- und einer Kurvenfahrt, zur Ermittlung des charakteristischen Maßes analysiert werden.

Um das charakteristische Maß zu ermitteln, insbesondere einen stationären Zustand oder einen Übergang zwischen stationären Zuständen zu ermitteln, wertet die Stabilisierungsvorrichtung beispielsweise eine Gierrate, einen Lenkwinkel, eine Fahrgeschwindigkeit, eine Gierratenänderung, eine Lenkwinkeländerung oder dergleichen aus, wobei beispielsweise das Über- oder Unterschreiten von Grenzwerten als Kriterium für eine Stationaritätsdetektion dienen können.

Zweckmäßigerweise bilden die Auswertemittel jeweils Messwertreihen, wobei beispielsweise an regelmäßig aufeinanderfolgen den Zeitpunkten ein Satz von Messwerten erfasst wird, beispielsweise die Geschwindigkeit eines Rades, die Querbeschleunigung, die Gierrate und der Lenkwinkel zum jeweiligen Zeitpunkt. Anhand der Messwertreihe wird dann das charakteristische Maß ermittelt.

Zur Vermeidung von beispielsweise Mess-Fehlern und/oder zur Ausblendung von Störeinflüssen sind die Auswertemittel zweckmäßigerweise zu einer Plausibilitätsprüfung ausgestaltet und/oder zur Gewichtung weniger plausibler Werte mit einem niedrigeren Gewicht. Beispielsweise werden Messwerte mit Hilfe einer Hochpass- und/oder einer Tiefpassfilterung ausgefiltert. Auch Grenzwerte, die einen oder mehrere Grenzwerte überschreiten, können eliminiert oder mit einer niedrigeren Gewichtung versehen werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Auswertemittel zur Bildung von Regressionsdaten anhand der Messwerte und/oder von Werten für das charakteristische Maß im Rahmen einer linearen Regression ausgestaltet sind.

Das Ergebnis der linearen Regression wird zweckmäßigerweise von den Auswertemitteln plausibilisiert, d.h. es wird beispielsweise ein Bestimmtheitsmaß ermittelt, das in einem Bereich von 0 bis 1 variieren kann. Für das Bestimmtheitsmaß wird ein Grenzwert bestimmt, der nicht überschritten werden darf, wenn die Regressionsdaten als plausibel erkannt werden sollen. Beispielsweise ist das Bestimmtheitsmaß 1, wenn alle Regressionsdaten einer vorbestimmten Funktion, beispielsweise einer Geraden entsprechen. Wenn die Daten von dieser Funktion, beispielsweise der Geraden abweichen, d.h. wenn die Regressionsdaten unkorreliert sind, wird in Abhängigkeit von der jeweiligen Abweichung das Bestimmtheitsmaß minimal 0.

Eine weitere Möglichkeit der Plausibilisierung ist beispielsweise die Varianz der Regressionsdaten zu überwachen.

Die erfindungsgemäße Stabilisierungsvorrichtung weist zweckmäßigerweise Überwachungsmittel vor, die die Auswertemittel und/oder die Auswahlmittel überwachen, so dass beispielsweise Fehlfunktionen dieser Mittel erkannt werden und daraus resultierende Fehlparametrierungen vermieden werden können.

Bei Fahrtbeginn des Fahrzeugs ist das charakteristische Maß zur Ermittlung von Parameter für die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung typischer Weise noch nicht vorhanden. Es ist daher zweckmäßigerweise vorgesehen, dass die Auswertemittel einen Startwert für das charakteristische Maß an die Auswahlmittel übermitteln und/oder dass die Auswahlmittel sofern sie noch keinen charakteristisches Maß erhalten haben, einen Start-Parametersatz auswählen, der beispielsweise einem durchschnittlichen, insbesondere mittleren Beladungszustand des Fahrzeugs entspricht. Es ist auch möglich, dass die Auswertemittel erst dann ein charakteristisches Maß an die Auswahlmittel übermitteln, wenn dieses charakteristisches Maß durch eine oder mehrere Überprüfungen sozusagen "gesichert" ist, beispielsweise plausibel ist. Bis das charakteristische Maß zur Verfügung steht, wählen die Auswahlmittel den vorgenannten Start-Parametersatz aus.

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.

Das charakteristische Maß kann beispielsweise ein Massenkennwert sein, der beispielsweise anhand des Beschleunigungsverhaltens des Fahrzeugs ermittelt wird. Dabei wird beispielsweise die Entkopplung des Antriebsstranges, zum Beispiel bei Kupplungsbetätigung, zur Ermittlung des Massenkennwertes herangezogen. Eine solche Vorgehensweise ist beispielsweise in dem deutschen Patent DE 38 43 818 C1 beschrieben, das hiermit per Referenz in die Anmeldung einbezogen ist.

Eine weitere Methode sieht vor, dass der Massenkennwert beispielsweise im Rahmen einer Steigungsfahrt des Fahrzeugs ermittelt wird, wobei eine lineare Regression angewendet wird. Dieses Verfahren ist in der DE 198 02 630 A1 bzw. im US Patent 6,339,749 B1 aus derselben Patentfamilie beschrieben. Diese beiden Schriften werden ebenfalls per Referenz in die vorliegende Anmeldung einbezogen.

Eine weitere Möglichkeit das charakteristische Maß zu bestimmen, ist beispielsweise die Ermittlung eines Wankmomentkennwertes. Im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel werden mehrere Wege, einen solchen Wankmomentkennwert zu ermitteln, erläutert, wobei beispielsweise

– eine Federwegsensorik zur Ermittlung von Federwegen herangezogen wird,
– ein virtueller Wankwinkel anhand der Querbeschleunigung bzw. anhand von Raddrehzahlen ermittelt wird,
– eine virtuelle Radlastlagerung bei Kurvenfahrt mit einer relativen Halbmessänderung der durch die Kurvenfahrt belasteten Räder analysiert wird.

Ferner ist es möglich, beispielsweise einen Wankmomentkennwert anhand einer Wankrate zu ermitteln, die ein Sensor ermittelt, der eine Drehung des Fahrzeugs in Richtung seiner Längsachse (X-Achse) detektiert.

Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, eine Spektralanalyse von Signalen durchzuführen, die eine Wankbewegung des Fahrzeugs direkt oder indirekt charakterisieren, beispielsweise eine Spektralanalyse eines Wankwinkels, der direkt oder aus Ersatzmesswerten ermittelt wird, beispielsweise Drehzahlen der Räder, Querbeschleunigung oder dergleichen. Die Spektralanalyse, beispielsweise eine Fourieranalyse oder Fast-Fourier-Transformation, ermöglicht es, Eigenfrequenzwerte als das charakteristische Maß zu ermitteln, die das beladungsabhängige Wankverhalten und somit den Beladungszustand des Fahrzeugs charakterisieren.

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 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Fahrstabilisierungsvorrichtung, und
3 das Fahrzeug gemäß 1 in einer hinteren Ansicht bei einer Kurvenfahrt, wobei der Aufbau des Fahrzeugs wankt,
4 das Fahrzeug gemäß 1 von oben bei einer Kurvenfahrt,
5 eine Gerade als beispielhafte Funktion eines erfindungsgemäß ermittelten charakteristischen Maßes,
6 einen Verlauf einer Wankrate des Fahrzeugs gemäß 1 beim Eintritt in eine Kurvenfahrt.
7 ein charakteristisches Spektrum des Fahrzeugs gemäß 1, das durch eine oder mehrere Wankbewegungen des Fahrzeugs hervorgerufen ist, und
8 ein Lenk-Spektrum des Fahrzeugs gemäß 1, das mit dem charakteristischen Spektrum gemäß 7 korreliert.
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 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, 3 schematisch dargestellt ist, neigt sich ein Aufbau 56 mit einer gefederten Masse m_F 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 der gleichen. Zunächst wird jedoch der prinzipielle Aufbau der Stabilisierungsvorrichtung 25, der schematisch in den 1 und 2 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 Stabilisierungsmodul 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 ein z.B. 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 Stabilisierungsmodul 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 repräsentiert, 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 Stabilisierungsmoduls 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.
Bei den nachfolgend beschriebenen drei Verfahrensvarianten, von denen eine oder mehrere bei der Stabilisierungsvorrichtung realisiert sein können, ermittelt das Stabilisierungsmo dul 58 einen Wankmomentkennwert, so dass man das Stabilisierungsmodul 58 auch als Wankmodul oder Wankwinkelmodul bezeichnen könnte.
a) Wankwinkelerfassung durch Federwegsensorik:
Eine Wankbewegung des Fahrzeugs 10 kann durch eine Modell-Bewegungsgleichung beschrieben werden, bei der die Momentenbilanz um eine Wankachse betrachtet wird. Während eines stationären Zustands, z.B. Kurvenfahrt, ändern sich die Fahrzeugzustandsgrößen des Fahrzeugs 10 nicht wesentlich, so dass für einen Wankwinkel φ bei vernachlässigbaren zeitlichen Änderungen z.B. die folgende Momentenbilanz gilt: mFhsaycosφ + mFhsgsinφ = MFV + MFH + MSV + MSH (1)
Hierbei sind g die Erdbeschleunigung, hs die Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs 10, m_F die gefederte, beladungsabhängige Masse des Aufbaus 56, a_Y eine Querbeschleunigung parallel zur Fahrbahnoberfläche der Fahrbahn 86 und M_FV, M_FH durch Federkräfte an der Vorder- bzw. Hinterachse 11, 14, hervorgerufenen Drehmomente. An nicht dargestellten vorderen und hinteren Stabilisatoren treten Drehmomente M_SV, M_SH auf. Durch Dämpfer und Trägheitsmomente verursachte Momente entfallen bei einer stationären Betrachtungsweise.
Die Feder-Drehmomente M_FV, M_FH und die Stabilisator-Drehmomente M_SV, M_SH können als Produkt aus der jeweiligen Drehfederkonstante und dem Wankwinkel φ berechnet werden: MFV = c'FV φ (2) MFH = c'FH φ (3) MSV = c'SV φ (4) MSH = c'SH φ (5)mit Drehfederkonstanten c'_FV und c'_FH der Federn und Drehfederkonstanten c'_SV und c'_SH der vorderen und hinteren Stabilisatoren an der Vorder- und der Hinterachse 11, 14.
Vereinfachend wird angenommen, dass die Federkonstanten C_vl, C_vr der Federn der Vorderachse 11 (Indizes v, V) und die Federkonstanten c_hl, C_hr einer linken (Index 1) und einer rechten (Index r) Feder 75, 76 der Hinterachse 14 (Indizes h, H) jeweils im wesentlichen gleich groß, im wesentlichen linear und im wesentlichen unabhängig von der Einfederung sind. Für kleine Wankwinkel φ können die Drehfederkonstanten c'_V und c'_H der Vorder- und der Hinterachse 11, 14 aus den Federkonstanten c_vl bis C_hr der rechten und linken Fahrwerksfeder der jeweiligen Achse mit den Federspurweiten d_v und d_h an der Vorder- und der Hinterachse 11, 14 berechnet werden:
Ein resultierendes Drehmoment M_RES der von der Aufbaufederung und den Stabilisatoren ausgeübten Momente M_FV, M_FH M_SV, M_SH kann mit einer einzigen resultierenden Drehfederrate C_Res folgendermaßen berechnet werden: MRes = MFV + MFH + MSV + MSV = (c'FV + c'FV + c'VS + c'SH)φ = CRes φ (8)wobei unter Berücksichtigung von (1) mFhsay cos φ + mFhsg sin φ = CResφ (9)gilt. In dem Fahrzeug 10 ist der Querbeschleunigungssensor 45 aufbaufest angebracht, so dass die vom ihm gemessene Querbeschleunigung a_y,mess beim Wanken zusätzlich Anteile der Erdbeschleunigung g enthält. Folgender Zusammenhang gilt zwischen der parallel zur Fahrbahnoberfläche liegenden Querbeschleunigung a_y, dem Wankwinkel φ und der aufbaufest gemessenen Querbeschleunigung a_y,mess: ay,mess = ay cosφ + g sin φ (10)
Anhand von (9) und (10) ermittelt das Stabilisierungsmodul 58 einen Wankmomentkennwert W als charakteristisches Maß 67 beispielsweise folgendermaßen:
Der Wankmomentkennwert W ist demnach ein Quotient aus Wankwinkel φ und Querbeschleunigung a_y,mess, der mit dem Produkt h_Sm_F, d.h. der aktuellen Beladung des Fahrzeugs 10, und der Drehfederrate C_Res des Fahrzeugs 10 korreliert. Wenn die Aufbaumasse m_F bekannt ist, kann die Schwerpunktshöhe h_s berechnet oder geschätzt werden.
Der zur Ermittlung des Wankmomentkennwerts W erforderliche Wankwinkel φ kann auf verschiedenartige Weise ermittelt werden, beispielsweise mit Hilfe von Federwegssensoren 77, 78, die den Federn 75, 76 zugeordnet sind. Es versteht sich, dass die nachfolgende Betrachtung sowohl für alle Achsen als auch für einzelne Achsen des Fahrzeugs 10 möglich ist. Es wäre auch möglich, den Wankwinkel φ direkt oder als Wankratenmesswert zu ermitteln, beispielsweise mit Hilfe des Wanksensors 54, was jedoch aus Gründen der Vereinfachung nicht näher erläutert wird.
Die Federwegsensoren 79, 78 erfassen beispielsweise einen linken und einen rechten Federweg s_l und s_r bei dem linken und rechten Hinterrad 15, 16, so dass der Wankwinkel φ bei kleinen Wankwinkeln näherungsweise folgendermaßen ermittelt werden kann:
Der so berechnete Wankwinkel φ ist ein Maß für die Winkeldifferenz zwischen Fahrzeugaufbau 56 und Fahrzeugachse(n) 11, 14. Ein Fahrbahnquerneigungswinkel α_fbnwird implizit miterfasst, falls er zu unterschiedlichen Einfederungen führt.
Anhand von (11) und (12) kann der Wankmomentkennwert W folgendermaßen ermittelt werden
wobei die Federwege s_l und s_r von den Sensoren 77, 78 ermittelt werden.
Für eine nichtgeneigte Fahrbahn mit einem Fahrbahnquerneigungswinkel α_fbn = 0 ergibt sich eine Ursprungsgerade mit der Geradensteigung y_Gerade:
wobei zyklisch zu Zeitpunkten t_i die erforderlichen Messwerte erfasst werden, was in der Gleichung (14) durch einen hochgestellten Index i zum Ausdruck kommt. Die Geradensteigung y_Ge _rade korreliert mit dem Beladungszustand des Fahrzeugs 10.
Das Stabilisierungsmodul 58 ermittelt die erforderlichen Messwerte zweckmäßigerweise während eines stationären Fahrzustandes des Fahrzeugs 10, beispielsweise bei einer Kurvenfahrt mit gleichbleibendem Lenkwinkel φ, gleichbleibender Gierrate ψ . oder dergleichen. Idealerweise müsste dann die durch die Gleichung (14) beschriebene Gerade durch den Ursprung gehen. Messfehler, Umwelteinflüsse, beispielsweise Seitenwind, Unzulänglichkeiten bei dem vorgestellten Modell oder dergleichen können jedoch Streuungen der Messwerte verursachen, so dass die nachfolgend beschriebenen Maßnahmen zweckmäßig sind, um sozusagen konsolidierte, plausible Daten zu erhalten, bzw. um den Wankmomentkennwert W zu konsolidieren.
Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
Zunächst erfasst das Stabilisierungsmodul 58 zu den Zeitpunkten t_i Messwertsätze, wobei jeder Messwertsatz die Federwege s_l und s_r einen Querbeschleunigungswert a_ymess sowie vorzugsweise Raddrehzahlen ω der Räder einer oder beider Achsen 11, 14 und/oder vorteilhafterweise zusätzlich die zugeordnete Gierrate ψ ._mess umfasst, die im Gierratensignal 42 enthalten ist. Die Messwertdatensätze werden z.B. in einem Ringspeicher 79 der Länge N abgelegt, in dem vorzugsweise die jeweils zeitlich ältesten Daten mit aktuellen Daten überschrieben werden.
Aus den in dem Ringspeicher 79 enthaltenen Messwertsätzen werden zweckmäßigerweise Mittelwerte und Varianzen der enthaltenen Messgrößen berechnet.
Sodann führt das Stabilisierungsmodul 58 eine Stationaritätsdetektion durch, d.h. es überprüft, ob die erfassten Messwerte des Ringspeichers 79 während eines stationären oder zumindest im wesentlichen stationären Fahrzustandes erfasst worden sind, beispielsweise während einer Kurvenfahrt mit im wesentlichen konstanter Querbeschleunigung a_y. Zur Ermittlung der Stationarität eignen sich verschiedene Messwerte, die das Stabilisierungsmodul 58 alternativ und/oder kumulativ analysieren kann, wie eingangs bereits erläutert worden ist. Beispielsweise wird überprüft, ob sich die Querbeschleunigung a_Y in einem Bereich zwischen einem unteren und einem oberen Grenzwert befindet. Ferner ist es möglich, dass beispielsweise die Gierrate, die Drehzahlen der Räder 12, 13 und/oder 15, 16 zur Ermittlung der Stationarität überprüft werden.
Anschließend berechnet das Stabilisierungsmodul 58 anhand der Messwerte einen oder mehrere Wankmomentkennwerte (W-Werte), zum Beispiel anhand der Formel (13). Vorzugsweise verwendet das Stabilisierungsmodul 58 hierzu die jeweiligen Mittelwerte der Messwerte a_y, s_l, s_r, die in einer Messwertreihe enthalten sind.
Im Rahmen mehrerer stationären Zustände, beispielsweise aufeinanderfolgender Kurvenfahrten, ermittelt das Stabilisierungsmodul 58 beispielsweise die in 5 dargestellten W-Werte 80a bis 80z als Basis zur Ermittlung des Wankmomentkennwerts W.
Man erkennt, dass die W-Werte 80a bis 80k im wesentlichen entlang einer Geraden 81 angeordnet sind, wohingegen die Werte 80z und 80y weitab dieser Geraden 81 liegen. Im Rahmen einer Plausibilisierung der W-Werte 80a bis 80z kann das Stabilisierungsmodul 58 beispielsweise die Werte 80z und 80y eliminieren. Die hierzu erforderlichen Grenzwerte können individuell vorbestimmt werden.
In einem nächsten Verfahrensschritt führt das Stabilisierungsmodul 58 eine lineare Regression durch, um die Steigung der Geraden 81 und damit einen konsolidierten Wankmomentkennwert W als das charakteristische Maß 67 zu ermitteln. Die Grundlage des Regressionsverfahrens ist beispielsweise die Methode der kleinsten Fehlerquadrate.
Eine weitere vorteilhafte Methode besteht beispielsweise darin, dass die W-Werte 80a bis 80k, die der Regression zugrunde gelegt werden, mit Gewichtungen versehen werden, so dass näher bei der Geraden 81 liegende W-Werte ein höheres Gewicht haben als weiter fern liegende.
In einem nächsten Verfahrensschritt führt das Stabilisierungsmodul 58 eine Plausibilisierung der Regression durch. Hierzu wird geprüft, ob die W-Werte 80a bis 80k im wesentlichen entlang der Geraden 81 liegen. Wenn alle W-Werte 80a bis 80k auf der Geraden 81 liegen würden, wäre das Bestimmtheitsmaß 1. Sind die W-Werte 80a bis 80k jedoch unkorreliert, d.h. von der Geraden 81 entfernt, kann das Bestimmtheitsmaß auch den Wert 0 annehmen. Zweckmäßigerweise wird ein Grenzwert für das Bestimmtheitsmaß vorbestimmt, ab dem der ermittelte Wankmomentkennwert W als gültig erkannt wird.
Eine zusätzliche Überprüfung ist zweckmäßigerweise dadurch gegeben, dass das Stabilisierungsmodul 58 Varianzen für die Schätzung von Steigung und Ordinatenabschnitt der Geraden 81 überwacht. Geringe Varianzen deuten auf vertrauenswürdiges Ergebnis, hohe Varianzen auf ein nicht vertrauenswürdiges Ergebnis der Bestimmung des Wankmomentkennwertes W hin.
In einem abschließenden letzten Verfahrensschritt geben die Auswertemittel 66 das ermittelte charakteristische Maß 67, d.h. den Wankmomentkennwert W oder einem diesen zugeordneten Wert, an die Auswahlmittel 69 weiter, wenn dieser zweckmäßigerweise eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt:

– die Steigung der Geraden 81 liegt innerhalb vorbestimmter Grenzwerte und/oder
– der Ordinatenabschnitt der Geraden 81 liegt innerhalb vorbestimmter Grenzwerte und/oder
– das Bestimmtheitsmaß liegt über einem vorbestimmten Grenzwert, und/oder
– die Varianz des Ordinatenabschnitts der Geraden 81 liegt unter einem vorbestimmten Grenzwert und/oder
– es ist eine vorbestimmte Anzahl stationärer Fahrzustände analysiert worden, beispielsweise eine vorbestimmte Zahl stationärer Rechts- und/oder Linkskurven, und/oder
– die minimale und/oder maximale Querbeschleunigung aller für den Wankmomentkennwert W ausgewerteten stationären Fahrzustände, insbesondere aller stationär durchfahrenen Kurven, liegt über bzw. unter einem vorbestimmten Grenzwert.

Vorzugsweise prüfen die Auswertemittel 66 alle vorgenannten Bedingungen und geben den Wankmomentkennwert W nur dann an die Auswahlmittel 69 weiter, wenn diese Bedingungen alle erfüllt sind. Bevor diese Bedingungen nicht erfüllt sind, erhalten die Auswahlmittel 69 beispielsweise kein charakteristisches Maß 67, so dass sie auf der Grundlage des Start-Parametersatzes 73 das Fahrstabilisierungs-Regelungs-Modul 59 parametrieren.
Es versteht sich, dass zahlreiche Ausgestaltungen der obigen Ausführungsform möglich sind. Die Sensoren 77, 78 könnten an unterschiedlichen Achsen des Fahrzeugs 10 angeordnet sein, beispielsweise der Sensor 77 an der Vorderachse 11 und der Sensor 78 an der Hinterachse 14. Prinzipiell ist es auch möglich, nur einen einzigen Sensor, beispielsweise den Sensor 77 vorzusehen. Die korrelierenden Daten des fehlenden anderen Sensors könnte das Stabilisierungsmodul 58 errechnen.
Die vorgenannte Stationaritätsdetektion ist mit zahlreichen Methoden möglich, wobei grundsätzlich eine einzige Methode ausreichend ist.
Die Plausibilisierung bzw. die Überprüfung der Messwerte, W-Werte, Regressionsdaten und dergleichen kann in ihrem Umfang reduziert oder erweitert werden.
b) virtueller Wankwinkel
Der Wankwinkel φ für die Gleichung (11) kann auch sozusagen als virtueller Wankwinkel anhand von Ersatzgrößen ermittelt werden, beispielsweise anhand der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 bzw. eines oder mehrerer Drehzahlwerte 30 bis 33, des Gierratensignals 42 und des Querbeschleunigungssignals 44:
Für kleine Wankwinkel φ ist cosφ ≈ 1 und sinφ ≈ φ, so dass für die Gleichung (10) näherungsweise gilt:
Eine Fahrzeuggeschwindigkeit v des Fahrzeugs 10 kann aus dem Produkt der Mittelwerte der von den Drehzahlsensoren 21 bis 24 ermittelten Radumdrehungen ω_l, ω_r eines linken und eines rechten Rades 13, 16 bzw. 12, 15 an einer Achse 11 und/oder 14, d.h. ½(ω_l+ ω_r), und dem Reifenhalbmesser r der Räder 12, 13, 15, 16 berechnet werden. Für die Querbeschleunigung a_Y gilt dann:
mit einer vom Giersensor 43 ermittelten Gierrate ψ ._mess. Mit den Gleichungen (11), (15) und (16) kann der Wankmomentkennwert W auch folgendermaßen ermittelt werden:
Der Wankmomentkennwert W bzw. das charakteristische Maß 67 wird auf der Basis von Gleichung (17) vorzugsweise nach derselben Methode ermittelt, wie oben bereits dargestellt worden ist, nämlich in einer Abfolge Datensammlung – Stationaritätsdetektion – Berechnung und Plausibilisierung der W-Werte, Regression, Plausibilisierung der Regression und Ausgabe des konsolidierten charakteristischen Wertes 67 an die Auswahlmittel 69.
C) virtuelle Radlastlagerung:
Eine weitere, bevorzugte Methode der Erfindung sieht vor, dass das charakteristische Maß 67 anhand einer virtuellen Radlastverlagerung ermittelt wird. Anhand von 4 wird beispielhaft dargestellt, wie das Stabilisierungsmodul 58 in einem solchen Fall arbeitet.
Die Kurvenkrümmung κ, also der Kehrwert des Kurvenradiusses R, ist der Quotient aus der Gierrate ψ . und der Fahrgeschwindigkeit ν des Fahrzeugs:
Die Kurvenkrümmung κ kann ferner als eine Beziehung der Radgeschwindigkeiten v_i und v_a an der kurvenäußeren und kurveninneren Seite des Fahrzeugs sowie aus der Spurweite b des Fahrzeugs nach folgender Formel berechnet werden:
Die Spurweite b des Fahrzeugs ist zumindest für eine Achse jeweils konstant und beträgt bei einem Lastkraftwagen üblicherweise etwa 2 Meter.
Die Radgeschwindigkeiten v_i und v_a sind Beziehungen der Drehzahlen ωi, ωa und der (festen) Radradien ra, ri der kurven äußeren und kurveninneren Räder mit den Indizes i (= kurveninnen) und a (= kurvenaußen): ν = rω (20)
Wird die Beziehung (20) in (19) eingesetzt, ergibt sich:
Verursacht durch die Wankbewegung eines Fahrzeugs, sind die kurveninneren und -äußeren Räder einer Radlastverlagerung unterworfen. Die Radlastverlagerung führt dabei zu einer Einfederung der kurvenäußeren Räder und zu einer Ausfederung der Kurveninneren. Vereinfachend wird angenommen, dass die Ein- und Ausfederung symmetrisch ist. Mit dieser Annahme kann der Reifenhalbmesser aus einem ursprünglichen nominalen Reifenhalbmesser r₀ und einer Änderung Δr ausgedrückt werden.
Gleichung (22) eingesetzt in (21) ergibt die Bahnkrümmung:
Durch Gleichsetzen der Bahnkrümmungen aus (18) und (23) erhält man die auf den nominalen Reifenhalbmesser bezogene Reifenhalbmesseränderung, also die relative Halbmesseränderung J:
Somit ist aus den gemessenen Werten der Drehzahlen ωi, ωa, der Gierrate ψ . und der Spurweite b eine relative Radhalbmesseränderung ("Radradiusänderung"), d.h. ein effektiver Radradius
berechenbar. Die relative Halbmesseränderung J ist, nachdem eine Mindestgeschwindigkeit überschritten wurde, in einer Näherung eine lineare Funktion der Querbeschleunigung. Der Quotient aus relativer Halbmesseränderung J und Querbeschleunigung a_Y wird z.B. als Wert V bezeichnet und korreliert mit dem Produkt aus Schwerpunktshöhe h_s und Aufbaumasse m_F des Fahrzeugs 10.
Der Wert V ist ebenfalls ein Wankmomentkennwert und wird von den Auswahlmitteln 69 als charakteristisches Maß 67 interpretiert, d.h. an die Auswahlmittel 69 übermittelt.
Es versteht sich, dass das Stabilisierungsmodul 58 in der oben beschriebenen Weise ebenfalls eine Datensammlung, Stationäritätsdetektion und dergleichen durchführen kann, um den Wert V gemäß Gleichung (25) sozusagen zu plausibilisieren bzw. konsolidieren, so dass die Auswahlmittel 69 zuverlässig einen der Parametersätze 70–72 auswählen bzw. skalieren können.
d) Spektralanalyse
Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, dass die Stabilisierungsvorrichtung 25, insbesondere das Stabilisierungsmodul 58 eine Spektralanalyse eines oder mehrerer Messwerte durchführen, die eine Wankbewegung des Fahrzeugs 10 direkt oder indirekt charakterisieren.
Beispielsweise analysieren die Auswertemittel 69 das Wankratensignal 53 spektral, zum Beispiel durch eine Fourieranalyse, wobei sie ein charakteristisches Spektrum 82 ermitteln. Das Spektrum 82 weist Maxima bei Frequenzen 11, 12 und 13 auf. Die Frequenz 11 ist beispielsweise eine Frequenz, die Lenkbewegungen am Lenkrad 37 zugeordnet sind. Maxima bei Frequenzen im Bereich der Frequenz 11 sind jedoch nicht durch die Masse bzw. Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs 10 verursacht, sondern durch den Fahrer 38 bzw. dessen Lenkbewegungen. Um derartige Maxima "auszublenden", betrachtet das Stabilisierungsmodul 58 beispielsweise nur Frequenzen oberhalb einer unteren Grenz-Frequenz lmin, um charakteristische Eigenfrequenzen, die auf die Beladung zurückzuführen sind, zu ermitteln.
Andererseits ist es möglich, dass externe Anregungen, beispielsweise hochfrequente Fahrbahnstöße oder dergleichen, Maxima bei hohen Frequenzen erzeugen, beispielsweise bei der Frequenz 13. Um diese Einflüsse auszublenden, betrachtet das Stabilisierungsmodul 58 Frequenzen unterhalb einer oberen Grenz-Frequenz lmax. Insgesamt analysiert das Stabilisierungsmodul 58 demnach zweckmäßigerweise das Spektrum 58 innerhalb eines Frequenzbandes 1 zwischen den Grenz-Frequenzen lmin und lmax.
Beim schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel ist innerhalb des Frequenzbandes 1 nur ein einziges Maximum bei einer Frequenz 12 vorhanden. Prinzipiell wäre es aber möglich, dass mehrere Maxima in diesem Frequenzband 1 auftreten. Um eine charakteristische Eigenfrequenz, die das charakteristische Maß 67 bildet, zu ermitteln, vergleicht das Stabilisierungsmodul 58 das Spektrum 82 mit einer vorliegend konstanten, zweckmäßigerweise aber frequenzabhängigen Grenz-Amplitude SWC. Bei einer Frequenz 1g überschreitet das Spektrum 82 die Grenz-Amplitude SWC. Ein charakteristisches Spektrum 83, das beispielsweise einem höheren Beladungszustand (schwerer Beladung und/oder höherer Schwerpunkt zugeordnet ist, überschreitet die Grenz-Amplitude SWC bei einer Frequenz 1g2. Eine Beladung mit hoher Zuladung und hohem Schwerpunkt führt nämlich zu kleinen Amplituden bei kleinen Frequenzen, während eine geringere Beladung mit niedrigerem Schwerpunkt zu relativ hohen Amplituden bei hohen Frequenzen führt. Das Spektrum 82 ist somit beispielsweise einer großen Beladung, das Spektrum 83 einer geringen Beladung zugeordnet, so dass die Auswertemittel 66 entsprechende charakteristische Maße 67 an die Auswahlmittel 69 übermitteln.
Um beispielsweise durch Lenkbewegungen des Fahrers 38 verursachte Fehlinterpretationen der Spektren 82, 83 zu vermeiden, analysiert das Stabilisierungsmodul 58 zusätzlich das Lenkwinkelsignal 41. Dabei ermitteln die Auswertemittel 66 beispielsweise einen Lenkwinkelgradienten. Nur wenn die Lenkwinkeländerung ein vorbestimmtes Maß nicht überschreitet, wird das jeweilige Spektrum als gültig anerkannt bzw. der aus dem Spektrum abgeleitete Eigenfrequenzwert als charakteristisches Maß 67 verwendet. Eine andere Methode ist beispielsweise, dass die Auswertemittel 66 das Lenkwinkelsignal 41 einer Spektralanalyse unterziehen, wie in 8 dargestellt ist. Dabei ermitteln die Auswertemittel 66 beispielsweise ein Lenkspektrum 84 mit Maxima bei Frequenzen 14 und 15. Das Maximum bei der Frequenz 14 ist beispielsweise einer Lenkbewegung zugeordnet. Wenn die Maxima des Lenkspektrums 84 unterhalb einer vorzugsweise frequenzabhängigen Grenz-Amplitude SWL liegen, werden das zugehörige charakteristische Spektrum 82, 83 bzw. die Eigenfrequenzwerte als gültig erkannt. Zweckmäßigerweise überprüfen die Auswertemittel 66 das Lenk-Spektrum 84 im selben interessierenden Frequenzband 1 wie das jeweilige charakteristische Spektrum 82, 83.
e) Wankratenintegration – Wankratensummierung
Eine weitere Methode zur Ermittlung eines charakteristischen Wertes 67 wird im folgenden anhand von 6 erläutert.
Das Stabilisierungsmodul 58 analysiert beispielsweise ein Wankratensignal 53, das der Wanksensor 54 erzeugt. Zweckmäßigerweise führt das Stabilisierungsmodul 58 eine Integration oder Summation des Wankratensignals 53 durch. Das Wankratensignal 53 enthält beispielsweise zu diskreten, äquidistanten Zeitpunkten, z.B. in zyklischen Abständen t_zykl, erfasste Wankratenmesswert ψ ._mess, so dass eine Aufsummierung der Wankratenwerte genügt.
mit einem Fahrzeugquerneigungswinkel α_fzg, der sich aus dem Fahrbahnquerneigungswinkel α_fbn und dem Fahrzeugwankwinkel φ zusammensetzt. αfzg = αfbn + φ (27)
Auf ebener Fahrbahn mit α_fbn = 0 ergibt sich: αfzg = φ (28)
Das Stabilisierungsmodul 58 ermittelt eine Wankbewegung, die durch einen Übergang von einem ersten in einen zweiten stationären Zustand verursacht ist, beispielsweise durch einen Übergang von einer Geradeausfahrt in eine Kurvenfahrt oder umgekehrt. Beispielsweise lenkt das Fahrzeug 10 zu einem Zeitpunkt t1 in eine Kurvenfahrt ein und umgekehrt.
Bei der Darstellung gemäß 6 lenkt das Fahrzeug 10 zu einem Zeitpunkt t1 in eine Kurvenfahrt ein und erreicht zu einem Zeitpunkt t2 eine stationäre Kurvenfahrt. Diesen Zustandsübergang Geradeausfahrt-Kurvenfahrt ermittelt das Stabilisierungsmodul 58 beispielsweise anhand des Gierratensignals 42, d.h. beispielsweise anhand von Gierratenwerten ψ .z, anhand des Lenkwinkelsignals 41 oder dergleichen. Während einer Übergangsphase 85 zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 summiert das Stabilisierungsmodul 58 das Wankratensignal 53 des Wanksensors 54 auf und ermittelt so einen Wankwinkel des Fahrzeugs 10. Die Aufsummierung wird zum Zeitpunkt t2 gestoppt, so dass ein Offset ψ .x, der in dem Wankratensignal 53 enthalten sein kann, sich nicht oder kaum auswirken kann.
Das Stabilisierungsmodul 58 erfasst vorzugsweise für mehrere Übergangsphasen in der Art der Übergangsphase 85 jeweils die Wankwinkelwerte durch Aufsummierung des Wankratensignals und ermittelt beispielsweise einen arithmetischen Mittelwert, so dass aus dem Wankwinkel, der durch Aufsummierung der Wankrate ermittelt worden ist, ein konsolidiertes charakteristisches Maß 67 ableitbar ist. Es versteht sich, dass alternativ auch beispielsweise eine lineare Regression oder dergleichen möglich ist.
Bei den direkt messenden Verfahren kann das Stabilisierungs- modul 58 beispielsweise die Federwegsmesswerte s_l und s_r der Federwegssensoren 77, 78, den im vorigen Beispiel erläuterten Wankwinkel und/oder die Wankrate im Wankratensignal 53 kontinuierlich überwachen, um ohne Zeitverzug einen geeigneten Parametersatz 77, 71, 72 auszuwählen und/oder zu skalieren.
Dabei überwacht das Stabilisierungsmodul 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:
Zweckmäßigerweise überwacht das Stabilisierungsmodul 58 dabei Grenzwerte, um geeignete Stabilisierungsmaßnahmen für das Fahrzeug 10 einzuleiten bzw. durchzuführen.
Wenn ein Wankwinkel, beispielsweise der vorher erläuterte Wankratensummenwert, eine erste Schwelle überschreitet, werden beispielsweise Radbremszylinder der Bremsen 17 bis 20 vorbefüllt. Überschreitet der Wankwinkel einen weiteren Grenzwert, werden z.B. eine oder mehrere der Bremsen 17 bis 20 betätigt.
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 Stabilisierungsmodul 58 das charakteristische Maß 67 wieder neu zu bestimmen, weil es nach einer derartigen Stillstandsphase zu einem neuen Beladungszustand des Fahrzeugs 10 gekommen sein kann, beispielsweise durch Abladen oder Zuladen von Ladung.

Claims

Stabilisierungsvorrichtung zur Fahrstabilisierung eines Fahrzeugs (10), – mit Erfassungsmitteln zum Erfassen von Messwerten, die zur Ermittlung eines Beladungszustands des Fahrzeugs (10) geeignet sind, – mit Auswertemitteln (66) zur Bildung eines den Beladungszustand des Fahrzeugs (10) charakterisierenden charakteristischen Maßes (67) anhand der Messwerte, dadurch gekennzeichnet, dass sie Auswahlmittel (69) zur Auswahl und/oder Skalierung eines Regelungs-Parametersatzes (70–71, 73) in Abhängigkeit des charakteristischen Maßes (67) aufweist, und dass die Auswahlmittel (69) zur Übermittlung des ausgewählten und/oder skalierten Parametersatzes (70–71, 73) an eine Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung (59) des Fahrzeugs (10) ausgestaltet sind, wobei die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung (59) das Fahrzeug (10) in Abhängigkeit des ausgewählten und/oder skalierten Parametersatzes (70–71, 73) stabilisiert.
Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte den Beladungszustand des Fahrzeugs (10) mittelbar oder ummittelbar charakterisieren.
Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) das charakteristische Maß (67) für den Beladungszustand des Fahrzeugs (10) für mindestens einen im wesentlichen stationären Zustand, insbesondere eine stationäre Kurvenfahrt, und/oder für mindestens eine Übergangsphase zwischen einem ersten und einem zweiten stationären Zustand ermitteln.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) das charakteristische Maß (67) für den Beladungszustand des Fahrzeugs (10) in Abhängigkeit mindestens einer Bedingung, insbesondere zur Ermittlung eines stationären Zustandes, ermitteln, wobei die mindestens eine Bedingung: – eine minimale und/oder eine maximale Gierrate (ψ .) und/oder – einen minimalen und/oder maximalen Lenkwinkel (δ) und/oder – eine minimale und/oder maximale Fahrgeschwindigkeit (v) und/oder – eine minimale und/oder maximale Gierratenänderung und/oder – eine minimale und/oder maximale Lenkwinkeländerung umfasst.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) eine Messwert-Reihe von an insbesondere regelmäßig aufeinanderfolgenden Zeitpunkten erfassten Messwerten sammeln und anhand der Messwert-Reihe das charakteristische Maß (67) ermitteln.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) die Messwerte auf Plausibilität prüfen und unplausible Messwerte ausfiltern oder mit einer niederen Gewichtung versehen.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) zur Bildung von Regressionsdaten anhand der Messwerte und/oder anhand von Werten für das charakteristische Maß (67) im Rahmen einer linearen Regression ausgestaltet sind.
Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 7, 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 (70-71, 73) aufweist.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) 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 (73) an die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung (59) des Fahrzeugs (10) übermitteln, und dass der Start-Wert bzw. der Start-Parametersatz (73) einem durchschnittlichen, insbesondere mittleren, Beladungszustand des Fahrzeugs (10) entspricht.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) das charakteristische Maß (67) für mindestens in Bezug auf mindestens eine Achse des Fahrzeugs (10) 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 Kippver hinderungsregler und/oder einen Querbeschleunigungsbegrenzer aufweist.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung (59) enthält.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das charakteristische Maß (67) mindestens einen Massenkennwert des Fahrzeugs (10) umfasst.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) zur Ermittlung des mindestens einen Massenkennwerts anhand mehrerer unterschiedlicher Längs-Beschleunigungswerte des Fahrzeugs (10) ausgestaltet sind, die insbesondere durch eine Entkopplung des Fahrzeug (10) -Motors vom Antriebsstrang, vorzugsweise bei einem Fahrstufenwechsel, bedingt sind.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte Raddrehzahlwerte der Räder des Fahrzeugs (10) und/oder ein Kupplungsbetätigungssignal und/oder Motordrehzahlwerte und/oder Momenten-Messwerte eines Motors des Fahrzeugs (10) und/oder Querbeschleuni gungsmesswerte und/oder Gierratenmesswerte und/oder Lenkwinkelmesswerte und/oder Federwegsmesswerte umfassen.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das charakteristische Maß (67) mindestens einen Wankmomentkennwert (W, V) und/oder mindestens einen Eigenfrequenzkennwert des Fahrzeugs (10) umfasst.
Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wankmomentkennwert (W, V) anhand von zum Wankwinkel des Fahrzeugs (10) im wesentlichen direkt proportionalen Messwerten, insbesondere anhand von Federwegsmesswerten, ermittelt wird.
Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wankmomentkennwert (W, V) anhand von Querbeschleunigungsmesswerten, Raddrehzahlwerten der Räder mindestens einer Achse des Fahrzeugs (10) und der Gierrate (ψ .) des Fahrzeugs (10) ermittelt wird.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wankmomentkennwert (W, V) anhand mindestens einer Federkonstante einer Federung und/oder eines Stabilisators mindestens einer Achse des Fahrzeugs (10) ermittelt wird.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wankmomentkennwert (W, V) anhand eines belastungsabhängigen effektiven Radradiusses von Rädern mindestens einer Achse des Fahrzeugs (10) bei Kurvenfahrt ermittelt wird.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte eine vom Beladungszustand des Fahrzeugs (10) abhängige Wankbewegung des Fahrzeugs (10) direkt oder indirekt charakterisieren, und dass die Auswertemittel (66) zur Ermittlung des mindestens einen Eigenfrequenzkennwerts anhand einer Spektralanalyse der die Wankbewegung des Fahrzeugs (10) charakterisierenden Messwerte ausgestaltet sind.
Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Wankbewegung des Fahrzeugs (10) direkt oder indirekt charakterisieren Messwerte umfassen: Wankwinkel-Messwerte und/oder Wankraten-Messwerte und/oder Querbeschleunigungsmesswerte und/oder Raddrehzahl-Messwerte und/oder Fahrgeschwindigkeitsmesswerte und/oder Gierraten-Messwerte.
Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) zur Ermittlung des mindestens einen Eigenfrequenzkennwerts ein im Rahmen der Spektralanalyse ermitteltes Spektrum mit mindestens eine Amplituden-Grenzwert und/oder mindestens einem Frequenzgrenzwert und/oder mindestens einem Referenzspektrum vergleichen.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte mindestens einen Wankwert, insbesondere einen Wankratenwert und/oder einen Wankwinkelwert, umfassen, dass die Auswertemittel (66) zur Ermittlung des den Beladungszustand des Fahrzeugs (10) charakterisierenden charakteristischen Maßes (67) anhand des mindestens einen Wankwerts ausgestaltet sind.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (66) durch Aufsummierung mehrerer Wankratenwerte einen Wankratensummenwert ermitteln und das charakteristische Maß (67) in Abhängigkeit des Wankratensummenwerts ermitteln.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beladungszustand die Masse und/oder den Schwerpunkt des Fahrzeugs (10) umfasst.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Parametersatz (70–71, 73) mindestens einen Parameter, insbesondere eine kritische Querbeschleunigung, bei der das Fahrzeug (10) zu kippen droht, umfasst.
Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch einen Prozessor ausführbaren Programmcode aufweist.
Speichermittel mit einer Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 29.
Verfahren zur Fahrstabilisierung eines Fahrzeugs (10), mit den Schritten: – Erfassen von Messwerten, die zur Ermittlung eines Beladungszustands des Fahrzeugs (10) geeignet sind, – Bildung eines den Beladungszustand des Fahrzeugs (10) charakterisierenden charakteristischen Maßes (67) anhand der Messwerte, gekennzeichnet durch, – Auswahl und/oder Skalierung eines Regelungs-Parametersatzes (70–71, 73) in Abhängigkeit des charakteristischen Maßes (67), und – Übermittlung des ausgewählten und/oder skalierten Parametersatzes (70–71, 73) an eine Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung (59) des Fahrzeugs (10) ausgestaltet sind, wobei die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung (59) das Fahrzeug (10) in Abhängigkeit des ausgewählten und/oder skalierten Parametersatzes (70–71, 73) stabilisiert.
Fahrzeug, insbesondere Lastkraftwagen, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Stabilisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 29 und/oder ein Speichermittel nach Anspruch 30 und/oder Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 31 aufweist.