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DE102004058791A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Schwerpunkthöhe eines Fahrzeugs - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Schwerpunkthöhe eines Fahrzeugs Download PDF

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DE102004058791A1
DE102004058791A1 DE102004058791A DE102004058791A DE102004058791A1 DE 102004058791 A1 DE102004058791 A1 DE 102004058791A1 DE 102004058791 A DE102004058791 A DE 102004058791A DE 102004058791 A DE102004058791 A DE 102004058791A DE 102004058791 A1 DE102004058791 A1 DE 102004058791A1
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DE
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wheel
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pitch
center
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Withdrawn
Application number
DE102004058791A
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English (en)
Inventor
Christian Dr. Kobetz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
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Priority to JP2007544774A priority patent/JP2008522886A/ja
Priority to EP05818025A priority patent/EP1819564A1/de
Priority to US11/792,377 priority patent/US20090099718A1/en
Priority to PCT/EP2005/012754 priority patent/WO2006061125A1/de
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Schwerpunkthöhe eines Fahrzeugs, mit einer Ermittlungseinrichtung (10), die eine Nickdynamikgröße (DELTAF¶N¶, DELTATHETA) ermittelt, die das dynamische Nickverhalten des Fahrzeugs (11) repräsentiert, und mit einer Auswerteeinheit (12), der die ermittelte Nickdynamikgröße (DELTAF¶N¶, DELTATHETA) zur Berechnung einer die Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs (11) wiedergebenden Schwerpunkthöhengröße (h¶sp¶, DELTAh) zugeführt wird. Erfindungsgemäß ermittelt die Ermittlungseinrichtung (10) weiterhin eine Radkraftgröße (F¶B¶), die eine an wenigstens einem Rad des Fahrzeugs (11) auftretende Radkraft (F¶B,v¶, F¶B,h¶) repräsentiert, wobei die Auswerteeinheit (12) die Schwerpunkthöhengröße (h¶sp¶, DELTAh) in Abhängigkeit der ermittelten Nickdynamikgröße (DELTAF¶N¶, DELTATHETA) unter Berücksichtigung der ermittelten Radkraftgröße (F¶B¶) berechnet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Schwerpunkthöhe eines Fahrzeugs, mit einer Ermittlungseinrichtung, die eine Nickdynamikgröße ermittelt, die das dynamische Nickverhalten des Fahrzeugs repräsentiert, und mit einer Auswerteeinheit, der die ermittelte Nickdynamikgröße zur Berechnung einer die Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs wiedergebenden Schwerpunkthöhengröße zugeführt wird.
  • Aus der WO 99/453446 geht eine Vorrichtung zur Ermittlung massebezogener Größen für ein Fahrzeug hervor, bei der eine die Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs wiedergebende Schwerpunkthöhengröße auf Basis rechnerisch ermittelter Eigenfrequenzen einer fahrtbedingt angeregten Nickbewegung des Fahrzeugaufbaus bestimmt wird. Ausgehend von einem sensorisch erfassten Nickfrequenzspektrum wird durch Anwendung einer Fouriertransformation das Amplitudenspektrum der Nickbewegung des Fahrzeugaufbaus ermittelt, wobei sich die Eigenfrequenzen der Nickbewegung unmittelbar aus der jeweiligen Frequenz der im Amplitudenspektrum auftretenden Resonanzüberhöhungen ergeben.
  • Diese Art der Eigenfrequenzanalyse ist vergleichsweise aufwendig und führt ausschließlich im Falle einer ausreichenden Anregung von Nickfrequenzen des Fahrzeugaufbaus zu zufriedenstellenden Ergebnissen. Die Anregung derartiger Nickfrequenzen ist während einer gewöhnlichen Fahrt des Fahrzeugs ver gleichsweise gering ausgeprägt. Eine Bestimmung der Schwerpunkthöhengröße und damit der Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs ist dann nur eingeschränkt möglich.
    •
  • Es wird somit als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine einfache und in Zusammenhang mit einer gewöhnlichen Fahrt des Fahrzeugs präzise durchzuführende Bestimmung der Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 12 gelöst.
  • Die Vorrichtung zur Bestimmung der Schwerpunkthöhe eines Fahrzeugs umfasst neben einer Ermittlungseinrichtung, die eine Nickdynamikgröße ermittelt, die das dynamische Nickverhalten des Fahrzeugs repräsentiert, ferner eine Auswerteeinheit, der die ermittelte Nickdynamikgröße zur Berechnung einer die Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs wiedergebenden Schwerpunkthöhengröße zugeführt wird. Erfindungsgemäß ermittelt die Ermittlungseinrichtung weiterhin eine Radkraftgröße, die eine an wenigstens einem Rad des Fahrzeugs auftretende Radkraft repräsentiert, wobei die Auswerteeinheit die Schwerpunkthöhengröße in Abhängigkeit der ermittelten Nickdynamikgröße unter Berücksichtigung der ermittelten Radkraftgröße berechnet. Die Berechnung der Schwerpunkthöhengröße lässt sich auf Grundlage einfach auszuwertender Differentialgleichungen durchführen, in die neben der ermittelten Nickdynamikgröße und der ermittelten Radkraftgröße fahrzeugspezifische Größen, wie beispielsweise der Abstand der Räder des Fahrzeugs in Fahrzeuglängsrichtung oder die Federsteifigkeit von Radfedereinrichtungen des Fahrzeugs, eingehen.
  • Selbst bei moderater Fahrweise treten im Verlauf der Fahrt des Fahrzeugs aufgrund von fahrseitig oder gegebenenfalls auch fahrerunabhängig durchgeführten Verzögerungs- und Be schleunigungsvorgängen zumindest für kurze Zeitspannen vergleichsweise hohe längsdynamische Kräfte am Fahrzeugaufbau auf. Diese längsdynamischen Kräfte führen zu einer Nickbewegung des Fahrzeugsaufbaus, die sich in Form einer entsprechenden Nickamplitude bzw. zeitlichen Änderung der Nickamplitude zuverlässig erfassen lässt. Entsprechendes gilt für die an dem wenigstens einen Rad des Fahrzeugs auftretende Radkraft. Die erfindungsgemäße Verknüpfung der ermittelten Nickdynamikgröße mit der ermittelten Radkraftgröße ermöglicht es daher, die Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs in Zusammenhang mit einer gewöhnlichen Fahrt des Fahrzeugs präzise zu bestimmen.
  • Vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Vorteilhafterweise ermittelt die Ermittlungseinrichtung die Radkraftgröße in Zusammenhang mit einer fahrerseitigen und/oder fahrerunabhängigen Ansteuerung von zur Beeinflussung der Längsdynamik des Fahrzeugs vorgesehenen Fahrzeugaggregaten. Bei den Fahrzeugaggregaten handelt es sich typischerweise um zur Abbremsung von Rädern des Fahrzeugs vorgesehene Radbremseinrichtungen und/oder um einen mit Antriebsrädern des Fahrzeugs zusammenwirkenden Antriebsmotor. Eine fahrerseitige Ansteuerung der Radbremseinrichtungen bzw. des Antriebsmotors erfolgt allgemein durch Betätigung eines im Fahrzeug befindlichen Bremsbedienelements bzw. Fahrbedienelements, eine fahrerunabhängige Ansteuerung hingegen von Seiten eines im Fahrzeug befindlichen Fahrerassistenzsystems.
  • Die Ansteuerung der Radbremseinrichtungen bzw. des Antriebsmotors ruft verzögernde bzw. beschleunigende Kräfte an den betreffenden Rädern des Fahrzeugs hervor, die selbst bei moderater Fahrweise zumindest für kurze Zeitspannen vergleichsweise hohe längsdynamische Kräfte am Fahrzeugaufbau bewirken. Diese längsdynamischen Kräfte führen zu einer Nickbewegung des Fahrzeugsaufbaus, die sich in Form einer entsprechenden Nickamplitude bzw. zeitlichen Änderung der Nickamplitude er fassen lässt. Die ermittelte Nickdynamikgröße kann in diesem Fall als Antwortfunktion der ermittelten Radkraftgröße aufgefasst werden. Zwischen der ermittelten Radkraftgröße und der ermittelten Nickdynamikgröße besteht dann ein eindeutiger kausaler Zusammenhang, der es ermöglicht, unerwünschte Fremdeinflüsse, wie sie beispielsweise aufgrund einer Neigung der Fahrbahn verursacht werden, wirkungsvoll bei der Berechnung der Schwerpunkthöhengröße zu unterdrücken.
  • Da derartige Abbrems- bzw. Beschleunigungsvorgänge im Verlauf einer gewöhnlichen Fahrt des Fahrzeugs zahlreich auftreten, wird die berechnete Schwerpunkthöhengröße stetig aktualisiert.
  • Des weiteren ist es von Vorteil, wenn die Radkraftgröße von einer im Fahrzeug angeordneten Radschlupfreglungseinrichtung ermittelt wird, wobei es sich bei der Radschlupfregelungseinrichtung um ein System zur Gierratenregelung, beispielsweise ein Elektronisches Stabilitäts-Programm (ESP) oder dergleichen, handeln kann. Die Radkraftgröße steht bei derartigen Einrichtungen in aller Regel intern zur Mitnutzung zur Verfügung.
  • Die Radkraftgröße repräsentiert insbesondere eine an einem Vorderrad und/oder eine an einem Hinterrad des Fahrzeugs auftretende Radlängskraft. Die genaue Erfassung derartiger Radlängskräfte ist mit vergleichsweise geringem technischen Aufwand möglich und kann durch Auswertung von zur Ansteuerung der Radbremseinrichtungen und/oder des Antriebsmotors vorgesehenen Steuergrößen, beispielsweise eines Vorgabebremsmoments bzw. eines Vorgabeantriebsmoments, abgeleitet werden. Die Steuergrößen stehen im allgemeinen am CAN-Bus des Fahrzeugs zur Verfügung und können zur Ermittlung der Radkraftgröße mitgenutzt werden.
  • Die Nickbewegung des Fahrzeugaufbaus erfährt aufgrund der im Verlauf der Fahrt auf das Fahrzeug wirkenden Verzögerungs- bzw. Beschleunigungskräfte in Fahrzeuglängsrichtung die größte Ausprägung. Im Sinne einer leichten Erfassbarkeit der Nickdynamikgröße ist es daher von Vorteil, wenn diese eine Nickbewegung des Fahrzeugs um eine in Fahrzeugquerrichtung orientierte Drehachse repräsentiert.
  • Die Nickdynamikgröße kann insbesondere eine in Zusammenhang mit der Nickbewegung des Fahrzeugs maximal auftretende Nickamplitude repräsentieren. Die maximal auftretende Nickamplitude nimmt in diesem Fall in eindeutiger Weise mit der jeweiligen Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs zu, sodass sich durch Bestimmung der maximal auftretenden Nickamplitude die Schwerpunkthöhengröße besonders präzise berechnen lässt. Bei Fahrzeugen mit aktiver Stabilisierung des Fahrzeugaufbaus steht die Nickdynamikgröße oder eine dazu korrespondierende Größe zur Kompensation von Nickbewegungen des Fahrzeugaufbaus in aller Regel zur Mitnutzung zur Verfügung.
  • Der mathematische Zusammenhang zwischen der maximal auftretenden Nickamplitude und der jeweils zugehörigen Schwerpunkthöhengröße kann in Gestalt eines entsprechenden Algorithmus oder einer empirisch ermittelten Kennlinie in der Auswerteeinheit hinterlegt sein.
  • Die Erfassung der Nickbewegung des Fahrzeugs kann einfach und zuverlässig mittels eines im Fahrzeug angeordneten Drehratensensors erfolgen, dessen Messachse in Richtung der Drehachse der Nickbewegung des Fahrzeugs ausgerichtet ist.
  • Zusätzlich oder alternativ repräsentiert die Nickdynamikgröße eine an einem Vorderrad und/oder eine an einem Hinterrad des Fahrzeugs auftretende Radaufstandskraft, wobei sich bei Kenntnis der geometrischen Abstände der Räder zueinander auf Basis der radindividuell auftretenden Radaufstandskräfte die Nickbewegung des Fahrzeugaufbaus und damit die Nickdynamikgröße eindeutig ermitteln lässt.
  • In diesem Fall bietet es sich an, die Radaufstandskräfte zur Ermittlung der Nickdynamikgröße mittels einer im Fahrzeug angeordneten Kraftmesseinrichtung zu erfassen, wie sie beispielsweise in Zusammenhang mit einem aktiven Fahrwerk des Fahrzeugs verwendet wird. Derartige aktive Fahrwerke stehen bei manchen Fahrzeugen serienmäßig zur Verfügung.
  • Für viele Anwendungsfälle genügt eine Berechnung der Schwerpunkthöhengröße entsprechend vorgegebener Klassifikationsstufen, wodurch sich die zur Bestimmung der Schwerpunkthöhe erforderliche und von der Auswerteeinheit letztlich zur Verfügung zu stellende Rechenkapazität auf ein notwendiges Mindestmaß reduzieren lässt. Die Klassifikation kann entsprechend linguistischer Zustandswerte wie „low", „medium" oder „high" erfolgen.
  • Vorteilhafterweise wird die berechnete Schwerpunkthöhengröße zur Anpassung der Auslösecharakteristik eines im Fahrzeug angeordneten Fahrerassistenzsystems und/oder zur Parametrisierung eines dem Fahrerassistenzsystem zugrunde liegenden Fahrzeugmodells verwendet, wobei es sich bei dem Fahrerassistenzsystem um ein System zur Regelung der Gierrate des Fahrzeugs, also beispielsweise ein Elektronisches Stabilitäts-Programm (ESP), handeln kann.
  • Das Elektronische Stabilitäts-Programm dient hierbei der Verhinderung bzw. Verringerung querdynamischer Instabilitäten des Fahrzeugs, indem bei Erfüllung einer die Auslösecharakteristik des Elektronischen Stabilitäts-Programms bestimmenden Auslösebedingung fahrzeugstabilisierende Maßnahmen gemäß einem dem Elektronischen Stabilitäts-Programm zugrunde liegenden Fahrzeugmodell durchgeführt werden. Da die momentane Schwerpunkthöhe erheblichen Einfluss auf das querdynamische Verhalten des Fahrzeugs hat, lässt sich durch entsprechende, in Abhängigkeit der berechneten Schwerpunkthöhengröße vorgenommene Anpassung der Auslösecharakteristik des Elektronischen Stabilitäts-Programms bzw. durch entsprechende mittels der berechneten Schwerpunkthöhengröße vorgenommene Parametrisierung des dem Elektronischen Stabilitäts-Programm zugrunde liegenden Fahrzeugsmodells erreichen, dass unabhängig von der momentanen Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs eine sichere und situationsgerechte Auslösung bzw. Durchführung der fahrzeugstabilisierenden Gegenmaßnahmen gewährleistet ist.
    •
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Schwerpunkthöhe eines Fahrzeugs,
  • 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flussdiagramms.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Schwerpunkthöhe eines Fahrzeugs.
  • Die Vorrichtung umfasst neben einer Ermittlungseinrichtung 10, die eine Nickdynamikgröße ΔFN ermittelt, die das dynamische Nickverhalten des Fahrzeugs 11 repräsentiert, ferner eine Auswerteeinheit 12, der die ermittelte Nickdynamikgröße ΔFN zur Berechnung einer die Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs 11 wiedergebenden Schwerpunkthöhengröße hsp zugeführt wird. Die Nickdynamikgröße ΔFN repräsentiert hierbei eine Nickbewegung des Fahrzeugs 11 um eine in Fahrzeugquerrichtung orientierte Drehachse.
  • Erfindungsgemäß ermittelt die Ermittlungseinrichtung 10 weiterhin eine Radkraftgröße FB, die eine an wenigstens einem Rad des Fahrzeugs 11 auftretende Radkraft, beispielsgemäß eine an einem Vorderrad und/oder eine an einem Hinterrad des Fahrzeugs 11 auftretende Radlängskraft FB,v bzw. FB,h, reprä sentiert, wobei die Auswerteeinheit 12 die Schwerpunkthöhengröße hsp in Abhängigkeit der ermittelten Nickdynamikgröße ΔFN unter Berücksichtigung der ermittelten Radkraftgröße FB berechnet.
  • Die Nickdynamikgröße ΔFN soll im vorliegenden Fall eine an einem Vorderrad und/oder eine an einem Hinterrad des Fahrzeugs 11 auftretende Radaufstandskraft FN,v, FN,h repräsentieren, wobei die Nickdynamikgröße ΔFN gemäß einem Zusammenhang der Gestalt ΔFN = FN,v – FN,h (1.1)definiert sei. Die Radaufstandskräfte FN,v, FN,h werden mittels einer im Fahrzeug 11 angeordneten Kraftmesseinrichtung 10a erfasst, die Bestandteil der Ermittlungseinrichtung 10 ist. Die Kraftmesseinrichtung 10a, bei der es sich um eine Anordnung radindividuell zugeordneter Beschleunigungssensoren, Kraftaufnehmer oder dergleichen handelt, steht beispielsweise in Zusammenhang mit einem aktiven Fahrwerk des Fahrzeugs 11 zur Verfügung.
  • Für die Nickdynamikgröße ΔFN gilt ferner eine Differentialgleichung der Gestalt
    Figure 00080001
    in der mf die Masse des Fahrzeugs 11, ax eine auf das Fahrzeug 11 wirkende Längsbeschleunigung und 1 den Abstand der Räder des Fahrzeugs 11 in Fahrzeuglängsrichtung bezeichnet. Zur Herleitung von Gleichung (1.2) werden unter anderem die Abstände lv und lh der Vorder- und Hinterräder des Fahrzeugs 11 in Fahrzeuglängsrichtung relativ zum Schwerpunkt SP des Fahrzeugs 11 angesetzt. Dann gilt mf·ax·hsp = lv·ΔFN,v – lh·ΔFN,h = lv·ΔFN + lv·ΔFN = (lv + lh)·ΔFN = l·ΔFN (1.3)
  • Aus Gleichung (1.2) ergibt sich unter Berücksichtigung einer Kräftebilanz FB = FB,v + FB,h = mf·ax für die Schwerpunkhöhengröße hsp eine einfach auszuwertende Bestimmungsgleichung der Gestalt
    Figure 00090001
  • Die Radkraftgröße FB wird von einer im Fahrzeug 11 angeordneten Radschlupfregelungseinrichtung 10b berechnet, bei der es sich um ein System zur Gierratenregelung, beispielsweise ein Elektronisches Stabilitäts-Pro-gramm (ESP) oder dergleichen, handelt. Die Radschlupfregelungseinrichtung 10b ist Bestandteil der Ermittlungseinrichtung 10, wobei die Radkraftgröße FB entsprechend eines Zusammenhangs der Gestalt
    Figure 00090002
    ermittelt wird, in dem Cp die Bremsmomentübersetzung, prad den Radzylinderdruck, vrad die gemessene Radgeschwindigkeit, Jrad das Radträgheitsmoment, R den Radradius und MKaHalb das halbe Kardanwellenmoment bezeichnet (vgl. „Bosch, Kraftfahrtechnisches Taschenbuch", Robert Bosch GmbH, 23. Auflage).
  • Die Ermittlungseinrichtung 10 ermittelt die Radkraftgröße FB in Zusammenhang mit einer fahrerseitigen und/oder fahrerunabhängigen Ansteuerung von zur Beeinflussung der Längsdynamik des Fahrzeugs 11 vorgesehenen Fahrzeugaggregaten. Bei den Fahrzeugaggregaten handelt es sich typischerweise um zur Abbremsung von Rädern des Fahrzeugs 11 vorgesehene Radbremseinrichtungen und/oder um einen mit Antriebsrädern des Fahrzeugs 11 zusammenwirkenden Antriebsmotor. Eine fahrerseitige An steuerung der Radbremseinrichtungen bzw. des Antriebsmotors erfolgt durch Betätigung eines im Fahrzeug 11 befindlichen Bremsbedienelements bzw. Fahrbedienelements, eine fahrerunabhängige Ansteuerung hingegen von Seiten eines im Fahrzeug 11 befindlichen Fahrerassistenzsystems 13, bei dem es sich um ein Elektronisches Stabilitäts-Programms (ESP) handelt.
  • Die Ansteuerung der Radbremseinrichtungen bzw. des Antriebsmotors ruft verzögernde bzw. beschleunigende Kräfte FB,v, FB,h an den betreffenden Rädern des Fahrzeugs 11 hervor, die selbst bei moderater Fahrweise zumindest für kurze Zeitspannen vergleichsweise hohe längsdynamische Kräfte am Fahrzeugaufbau bewirken. Diese längsdynamischen Kräfte führen zu einer Nickbewegung des Fahrzeugsaufbaus, die sich in Form einer entsprechenden Nickamplitude bzw. zeitlichen Änderung der Nickamplitude erfassen lässt. Die ermittelte Nickdynamikgröße ΔFN kann in diesem Fall als Antwortfunktion der ermittelten Radkraftgröße FB aufgefasst werden; umgekehrt bildet also die ermittelte Radkraftgröße FB eine Testfunktion bezüglich der Ermittlung der Nickdynamikgröße ΔFN. Zwischen der ermittelten Radkraftgröße FB und der ermittelten Nickdynamikgröße ΔFN besteht dann ein eindeutiger kausaler Zusammenhang, der es ermöglicht, unerwünschte Fremdeinflüsse, wie sie beispielsweise aufgrund einer Neigung der Fahrbahn verursacht werden, wirkungsvoll bei der Berechnung der Schwerpunkthöhengröße hsp zu unterdrücken.
  • Gemäß den vorhergehenden Erläuterungen bildet die Ansteuerung der Radbremseinrichtungen bzw. des Antriebsmotors einen definierten Auslöser „Trigger" bezüglich der Ermittlung der Radkraftgröße FB bzw. der Nickdynamikgröße ΔFN zur Berechnung der Schwerpunkthöhengröße hsp. Da die Ermittlung der Radkraftgröße FB bzw. der Nickdynamikgröße ΔFN dann ausschließlich innerhalb der kurzen Zeitspannen der Ansteuerung der Radbremseinrichtungen bzw. des Antriebsmotors erfolgt, haben zeitlich lang gezogene Veränderungen der Radkraftgröße FB bzw. der Nickdynamikgröße ΔFN, beispielsweise aufgrund einer Neigung der Fahrbahn, lediglich vernachlässigbare Auswirkungen auf die auf Basis dieser Größen berechnete Schwerpunkthöhengröße hsp.
  • Zusätzlich oder alternativ zur Verwendung der Radschlupfregeleinrichtung 10b wird die Radkraftgröße FB durch Auswertung von zur Ansteuerung der Radbremseinrichtungen und/oder des Antriebsmotors vorgesehenen Steuergrößen, beispielsweise eines Vorgabebremsmoments bzw. eines Vorgabeantriebsmoments, abgeleitet. Die Steuergrößen stehen an einem im Fahrzeug 11 befindlichen CAN-Bus zur Verfügung.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in Zusammenhang mit der Ansteuerung der Radbremseinrichtungen bzw. des Antriebsmotors anstelle der Nickdynamikgröße ΔFN eine Nickdynamikgröße Δθ ermittelt, die eine in Zusammenhang mit der Nickbewegung des Fahrzeugs 11 maximal auftretende Nickamplitude repräsentiert,
    Figure 00110001
  • Hierbei bezeichnet tstart den Zeitpunkt der Ansteuerung der Radbremseinrichtungen bzw. des Antriebsmotors und tende denjenigen Zeitpunkt, zu dem die Nickamplitude ihren größten Betrag annimmt (Umkehrpunkt der Nickbewegung), ∂θ∂t dt|max. (2.2)
  • Die Integration der Gleichung (2.1) unter der Randbedingung (2.2) wird von der Auswerteeinheit 12 auf Basis eines Drehratensignals durchgeführt, das mittels eines Drehratensensors 10c, dessen Messachse in Richtung der Drehachse der Nickbewegung des Fahrzeugs 11 ausgerichtet ist, bereitgestellt wird und das die Drehrate der Nickbewegung des Fahrzeugaufbaus wiedergibt. Der Drehratensensor 10c ist Bestandteil der Ermittlungseinrichtung 10.
  • Anstelle des Drehratensensors 10c kann auch ein Anordnung von in Fahrzeuglängs- und Fahrzeughochrichtung ausgerichteten Linearbeschleunigungssensoren vorgesehen sein, aus deren Signalen die Auswerteeinheit 12 die Nickdynamikgröße Δθ ermittelt.
  • Bei Fahrzeugen 11 mit aktiver Stabilisierung des Fahrzeugaufbaus steht die Nickdynamikgröße Δθ oder eine dazu korrespondierende Größe zur Kompensation von Nickbewegungen des Fahrzeugaufbaus in aller Regel zur Mitnutzung zur Verfügung.
  • Ausgehend von der ermittelten Radkraftgröße FB und dem Betrag der ermittelten Nickdynamikgröße Δθ berechnet die Auswerteeinheit 12 eine Schwerpunkthöhengröße Δh, die eine Veränderung der Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs 11 aufgrund einer Zuladung 15 und dergleichen wiedergibt. Genauer gesagt gibt die Schwerpunkthöhengröße Δh einen Abstand zwischen dem Nickpol des Fahrzeugaufbaus und der Schwerpunkthöhe SP des Fahrzeugs 11 wieder. Hierbei wird eine Differentialgleichung der Gestalt Jy·θ .. + Dω·θ . + Cω·θ = m·ax·Δh. (2.3)angesetzt, in der Jy das Trägheitsmoment des Fahrzeugs 11 in Fahrzeugquerrichtung, Dω die Dämpfungskostante von Radfedereinrichtung des Fahrzeugs 11 und Cω die Federsteifigkeit der Radfedereinrichtungen des Fahrzeugs 11 bezeichnet. Da lediglich der durch die Ansteuerung der Radbremseinrichtungen bzw. des Antriebsmotors hervorgerufene Grenzzustand der Nickbewegung des Fahrzeugaufbaus im Sinne der Gleichung (2.2) betrachtet wird, nämlich der maximal auftretende Betrag der Nickamplitude der Nickbewegung, verschwinden die zeitlichen Ableitungen θ ., θ .. der Größe θ ≡ θ(t), die den Wert der Nickdy namikgröße Δθ zum Zeitpunkt t wiedergibt. Damit vereinfacht sich Gleichung (2.3) zu Cω·|Δθ| = m·ax·Δh, (2.4)wobei sich unter Berücksichtigung der Kräftebilanz FB = m·ax für die Schwerpunkhöhengröße Δh eine einfach auszuwertende Bestimmungsgleichung der Gestalt
    Figure 00130001
    ergibt. Bei bekannter Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs 11 in unbeladenen Zustand kann aus der Schwerpunkthöhengröße Δh unmittelbar die absolute Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs 11 bestimmt werden.
  • Der mathematische Zusammenhang gemäß den beiden alternativen Bestimmungsgleichungen (1.4) und (2.5) ist in Gestalt eines entsprechenden Algorithmus oder einer empirisch ermittelten Kennlinie in der Auswerteeinheit 12 hinterlegt.
  • Für viele Anwendungsfälle genügt eine Bestimmung der Schwerpunkthöhe entsprechend vorgegebener Klassifikationsstufen. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nimmt die Auswerteeinheit 12 daher eine Klassifikation der Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs 11 auf Basis der berechneten Schwerpunkthöhengröße hsp oder Δh entsprechend linguistischer Zustandswerte „low", „medium" oder „high" vor.
  • Die berechnete Schwerpunkthöhengröße hsp oder Δh wird unter anderem zur Anpassung der Auslösecharakteristik des Fahrerassistenzsystems 13 und/oder zur Parametrisierung eines dem Fahrerassistenzsystem 13 zugrunde liegenden Fahrzeugmodells herangezogen, wobei es sich bei dem Fahrerassistenzsystem 13 um ein System zur Regelung der Gierrate des Fahrzeugs 11, beispielgemäß ein Elektronisches Stabilitäts-Programm (ESP), handelt.
  • Das Elektronische Stabilitäts-Programm dient hierbei der Verhinderung bzw. Verringerung querdynamischer Instabilitäten des Fahrzeugs 11, indem bei Erfüllung einer die Auslösecharakteristik des Elektronischen Stabilitäts-Programms bestimmenden Auslösebedingung fahrzeugstabilisierende Maßnahmen gemäß eines dem Elektronischen Stabilitäts-Programm zugrunde liegenden Fahrzeugmodells durchgeführt werden. Da eine Erhöhung des Schwerpunkts SP erhebliche Auswirkungen auf das querdynamische Verhalten des Fahrzeugs 11 hat, wird die Auslösecharakteristik des Elektronischen Stabilitäts-Programms in Abhängigkeit der berechneten Schwerpunkthöhengröße hsp oder Δh derart angepasst bzw. das dem Elektronischen Stabilitäts-Programm zugrunde liegende Fahrzeugmodell mittels der berechneten Schwerpunkthöhengröße hsp oder Δh derart parametrisiert, dass unabhängig von der momentanen Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs 11 eine sichere und situationsgerechte Auslösung bzw. Durchführung der fahrzeugstabilisierenden Maßnahmen gewährleistet ist.
  • Um den Fahrer auf das Vorliegen eines erhöhten Schwerpunkts SP aufmerksam zu machen, wird in Abhängigkeit der Schwerpunkthöhengröße hsp oder Δh eine zur Ausgabe eines optischen und/oder akustischen Fahrerhinweises vorgesehene Signalgebereinheit 14 angesteuert, wobei die Ausgabe der Fahrerinformation dann erfolgt, wenn auf eine maßgebliche Erhöhung der Schwerpunkthöhe geschlossen wird, wenn also beispielsweise die klassifizierte Schwerpunkthöhe den linguistischen Zustandswert „medium" oder „high" aufweist.
  • 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flussdiagramms.
  • Das Verfahren wird in einem Initialisierungsschritt 20 gestartet, woraufhin in einem ersten Hauptschritt 21 überprüft wird, ob eine Ansteuerung der Radbremseinrichtungen oder des Antriebsmotors des Fahrzeugs 11 vorliegt.
  • Wird im ersten Hauptschritt 21 festgestellt, dass keine Ansteuerung der Radbremseinrichtungen oder des Antriebsmotors des Fahrzeugs 11 vorliegt, so kehrt das Verfahren unversehens zum Anfang zurück. Andernfalls wird in einem zweiten Hauptschritt 22 die am Vorderrad und/oder am Hinterrad des Fahrzeugs 11 auftretende Radlängskraft FB,v, FB,h erfasst, wobei in einem dritten Hauptschritt 23 auf Basis der erfassten Radlängskraft FB,v, FB,h die Radkraftgröße FB ermittelt wird.
  • Parallel zur Durchführung der beiden Hauptschritte 22 und 23 werden in einem ersten Nebenschritt 31a die Radaufstandskräfte FN,v, FN,h erfasst, wobei in einem zweiten Nebenschritt 32a auf Basis der erfassten Radaufstandskräfte FN,v, FN,h die Nickdynamikgröße ΔFN ermittelt wird.
  • Die im dritten Hauptschritt 23 ermittelte Radkraftgröße FB und die im zweiten Nebenschritt 32a ermittelte Nickdynamikgröße ΔFN wird in einem gemeinsamen vierten Hauptschritt 24 entsprechend Gleichung (1.4) verknüpft, wobei die so berechnete Schwerpunkthöhengröße hsp in einem nachfolgenden fünften Hauptschritt 25 zur Verfügung gestellt wird.
  • Anschließend wird das Verfahren in einem Schlussschritt 26 beendet.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist anstelle der beiden Nebenschritte 31a und 31b ein einzelner Nebenschritt 32b vorgesehen, in dem auf Basis der Gleichung (2.1) unter der Randbedingung (2.2) die Nickdynamikgröße Δθ ermittelt wird.
  • Die im dritten Hauptschritt 23 ermittelte Radkraftgröße FB und die im Nebenschritt 32b ermittelte Nickdynamikgröße Δθ wird dann im vierten Hauptschritt 24 entsprechend Gleichung (2.5) verknüpft, wobei die so berechnete Schwerpunkthöhengröße Δh im nachfolgenden fünften Hauptschritt 25 zur Verfügung gestellt wird.
  • Die so berechnete Schwerpunkthöhengröße hsp oder Δh wird unter anderem zur Anpassung der Auslösecharakteristik des Fahrerassistenzsystems 13 und/oder zur Parametrisierung des dem Fahrerassistenzsystem 13 zugrunde liegenden Fahrzeugmodells herangezogen, wobei es sich bei dem Fahrerassistenzsystem 13 um ein System zur Regelung der Gierrate des Fahrzeugs 11, beispielgemäß ein Elektronisches Stabilitäts-Programm (ESP), handelt. Zusätzlich wird in Abhängigkeit der Schwerpunkthöhengröße hsp oder Δh die zur Ausgabe des optischen und/oder akustischen Fahrerhinweises vorgesehene Signalgebereinheit 14 angesteuert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Auswerteeinheit 12 in Form eines entsprechenden Quellcodes softwaremäßig verwirklicht.

Claims (12)

  1. Vorrichtung zur Bestimmung der Schwerpunkthöhe eines Fahrzeugs, mit einer Ermittlungseinrichtung (10), die eine Nickdynamikgröße (ΔFN, Δθ) ermittelt, die das dynamische Nickverhalten des Fahrzeugs (11) repräsentiert, und mit einer Auswerteeinheit (12), der die ermittelte Nickdynamikgröße (ΔFN, Δθ) zur Berechnung einer die Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs (11) wiedergebenden Schwerpunkthöhengröße (hsp, Δh) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlungseinrichtung (10) weiterhin eine Radkraftgröße (FB) ermittelt, die eine an einem Rad des Fahrzeugs (11) auf tretende Radkraft (FB,v, FB,h) repräsentiert, wobei die Auswerteeinheit (12) die Schwerpunkthöhengröße (hsp, Δh) in Abhängigkeit der ermittelten Nickdynamikgröße (ΔFN, Δθ) unter Berücksichtigung der ermittelten Radkraftgröße (FB) berechnet.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlungseinrichtung (10) die Radkraftgröße (FB) in Zusammenhang mit einer fahrerseitigen und/oder fahrerunabhängigen Ansteuerung von zur Beeinflussung der Längsdynamik des Fahrzeugs (11) vorgesehenen Fahrzeugaggregaten ermittelt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Radkraft (FB,v, FB,h) zur Ermittlung der Radkraftgröße (FB) von einer im Fahrzeug (11) angeordneten Einrichtung zur Radschlupfregelungseinrichtung (10b) berechnet wird.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Radkraftgröße (FB) eine an einem Vorderrad und/oder eine an einem Hinterrad des Fahrzeugs (11) auftretende Radlängskraft (FB,v, FB,h) repräsentiert.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickdynamikgröße (ΔFN, Δθ) eine Nickbewegung des Fahrzeugs (11) um eine in Fahrzeugquerrichtung orientierte Drehachse repräsentiert.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickdynamikgröße (Δθ) eine in Zusammenhang mit der Nickbewegung des Fahrzeugs (11) maximal auftretende Nickamplitude repräsentiert.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickbewegung des Fahrzeugs (11) zur Ermittlung der Nickdynamikgröße (Δθ) mittels eines im Fahrzeug (11) angeordneten Drehratensensors (10c) erfasst wird.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickdynamikgröße (ΔFN) eine an einem Vorderrad und/oder eine an einem Hinterrad des Fahrzeugs (11) auftretende Radaufstandskraft (FN,v, FN,h) repräsentiert.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Radaufstandskraft (FN,v, FN,h) zur Ermittlung der Nickdynamikgröße (ΔFN) mittels einer im Fahrzeug (11) angeordneten Kraftmesseinrichtung (10a) erfasst wird.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Schwerpunkthöhengröße (hsp, Δh) entsprechend vorgegebener Klassifikationsstufen (low, medium, high) erfolgt.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwerpunkthöhengröße (hsp, Δh) zur Anpassung der Auslösecharakteristik eines im Fahrzeug (11) angeordneten Fahrerassistenzsystems (13) und/oder zur Parametrisierung eines dem Fahrerassistenzsystem (13) zugrunde liegenden Fahrzeugmodells verwendet wird, wobei es sich bei dem Fahrerassistenzsystem (13) insbesondere um ein System zur Regelung der Gierrate des Fahrzeugs (11) handelt.
  12. Verfahren zur Bestimmung der Schwerpunkthöhe eines Fahrzeugs, bei dem eine Nickdynamikgröße (ΔFN, Δθ) ermittelt wird, die das dynamische Nickverhalten des Fahrzeugs (11) repräsentiert, und bei dem die ermittelte Nickdynamikgröße (ΔFN, Δθ) zur Berechnung einer die Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs (11) repräsentierenden Scherpunkthöhengröße (hsp, Δh) herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Radkraftgröße (FB) ermittelt wird, die eine an einem Rad des Fahrzeugs (11) auftretende Radkraft (FB,v, FB,h) repräsentiert, wobei die Berechnung der Schwerpunkthöhengröße (hsp, Δh) in Abhängigkeit der ermittelten Nickdynamikgröße (ΔFN, Δθ) unter Berücksichtigung der ermittelten Radkraftgröße (FB) durchgeführt wird.
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