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Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Fahrzeugdynamik-Steuersysteme und Fahrzeugstabilitäts-Steuersysteme. Die Erfindung betrifft insbesondere die Linderung von Gierschwingungen, die beim Fahren mit Anhänger erfahren werden, insbesondere während eines geradlinigen Fahrzeugbetriebs oder während eines Stabilzustand- (Untergrenzwert-) Kurvenfahr-Fahrzeugbetriebs.
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Derzeit gibt es mehrere elektronische Stabilitätssteuersysteme. Exemplarische Stabilitätssteuersysteme sind Gierstabilitätssteuersysteme (YSC - Yaw Stability Control) und Wankstabilitätssteuersysteme (RSC - Roll Stability Control). Die Stabilitätssteuersysteme werden verwendet zum Aufrechterhalten eines gesteuerten und stabilen Fahrzeugbetriebs für verbesserte Fahrzeugsicherheit und Insassensicherheit. Die Stabilitätssteuersysteme werden oft verwendet zum Aufrechterhalten der Fahrzeugtraktionen und zum Verhindern oder Lindern eines Überschlagsereignisses.
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YSC-Systeme vergleichen üblicherweise die gewünschte Richtung des Fahrzeugs, die auf dem Lenkradwinkel basiert, und die Fahrrichtung. Durch Regulieren des Bremsbetrages an jeder Ecke des Fahrzeugs kann die gewünschte Fahrrichtung beibehalten werden.
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Während eines Schleppbetriebes weist eine Fahrzeug-Anhänger-Kombination ein auf den unterschiedlichen Parametern des Fahrzeugs und des Anhängers basierendes, physikalisches Phänomen derart auf, dass bei einer bestimmten Geschwindigkeit quergerichtete Störgrößen auf den Anhänger divergierende Anhänger-Gierschwingungen verursachen können. Solche Störgrößen können eine Straßenunebenheit, Querwinde, durch ein passierendes Fahrzeug verursachte aerodynamische Belastungen usw. sein. Die Anhänger-Gierschwingungen können sich zu einem unstabilen Zustand entwickeln, welcher eine zugehörige Geschwindigkeit hat, die als die kritische Geschwindigkeit beschrieben wird. Die von dem Anhänger erfahrenen Schwingungen werden über die Anhängerkupplung an das Fahrzeug übertragen. Die Schwingbewegung des Anhängers vollzieht sich um die Fahrzeugvertikalachse herum, die als die Gierachse bekannt ist.
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Eine Technik zum Minimieren der Schwingungen und damit des Anhängertaumelns besteht darin, alle Zugfahrzeugbremsen zu betätigen und das Motordrehmoment zu reduzieren, um die Fahrzeugkombination so schnell wie möglich unter die kritische Geschwindigkeit zu bringen. Eine andere Technik besteht darin, aktiv ausgewählte Räder des Fahrzeugs zu bremsen, so dass den Schwingungen entgegengewirkt wird und/oder den durch den Anhänger auf das Fahrzeug ausgeübten Kräften entgegengewirkt wird. Obwohl die angegebenen Techniken eine gewünschte Taumelreduzierung bereitstellen, sind sie durch die Bremsbetätigungsmöglichkeiten des Zugfahrzeugs in ihrer Leistungsfähigkeit begrenzt. Ein Bremsen des Zugfahrzeugs alleine verursacht einen Anstieg in der Anhängerkupplungskraft an dem Zugfahrzeug, was eine unmittelbare Reduzierung in der Fahrzeugstabilität bewirkt. Ein Betätigen der Fahrzeugbremsen an den äußersten Enden der Anhängertaumelbewegung kann die Instabilität erhöhen und bewirken, dass der Anhänger weiter hinein oder in Richtung zu dem Fahrzeug hin taumelt. In bestimmten Situationen ist solch eine Technik nicht in der Lage, solche Schwingungen adäquat zu minimieren und/oder solche Schwingungen in einem gewünschten Zeitrahmen zu minimieren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Stabilitätssteuersystem bzw. Steuersystem sowie ein Verfahren zum Steuern eines Stabilitätssteuersystems bereitzustellen, wodurch die Fähigkeit eines Fahrzeugs, mit einem Anhänger betrieben zu werden, in ihrer Leistung und ihrer Betriebseffizienz verbessert wird.
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Dies wird mit einem Steuersystem gemäß Anspruch 1 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen definiert.
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Eine Ausführungsform der Erfindung stellt ein Steuersystem für ein Zugfahrzeug bereit. Das Steuersystem weist einen Geschwindigkeitssensor auf, der ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal erzeugt. Ein Taumelerfassungssensor an dem Fahrzeug erzeugt ein Schwingungssignal. Eine Anhängerbremssteuervorrichtung ist mit einer Fahrzeugbremse gekoppelt und mit Anhängerbremsen verbunden. Eine Steuervorrichtung ist mit einem Stabilitätssteuersystem gekoppelt und bremsbetätigt eine oder mehrere der Zugfahrzeugbremsen und der Anhängerbremsen in Reaktion auf das bzw. basierend auf dem Schwingungssignal.
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung stellt ein Steuersystem für ein Zugfahrzeug bereit. Das Steuersystem weist einen Taumelerfassungssensor auf, der ein Schwingungssignal erzeugt. Eine Anhängerbremssteuervorrichtung ist mit einer Fahrzeugbremse gekoppelt und ist mit Anhängerbremsen verbunden. Diese Steuervorrichtung ist mit dem Stabilitätssteuersystem gekoppelt und beaufschlagt in Reaktion auf das bzw. basierend auf dem Schwingungssignal an den Anhängerbremsen eine proportional größere Bremskraft als an der Fahrzeugbremse.
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Die Ausführungsformen der Erfindung bieten mehrere Vorteile, Ein durch eine Ausführungsform der Erfindung bereitgestellter Vorteil ist das Integrieren einer Anhängerbremssteuervorrichtung, die die Anhängerbremsen betätigt, bei Erfassen eines Fahrzeug/Anhänger-Taumelns. Die Anhängerbremsen können alleine oder zusätzlich zu den Fahrzeugbremsen betätigt werden. Ein Anhängerbremsen ist dahingehend einem Fahrzeugbremsen überlegen, dass es Zug (anstatt Kompression) zwischen einem Fahrzeug und einem Anhänger erzeugt, was die kritische Geschwindigkeit verringert, Schwingungen minimiert und es einem Fahrzeug ermöglicht, seinen beabsichtigten Kurs und einen stabilen Betrieb beizubehalten.
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Ein anderer Vorteil, der durch eine Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt wird, besteht in einem Steuersystem, das eine Anhängerbremssteuerung in eine Stabilitätssteuerungs-Anhängertaumelfunktion integriert.
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Die oben genannten Vorteile ermöglichen ein schnelleres und sichereres Dämpfen einer Anhängertaumelschwingung.
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Die Erfindung selbst, zusammen mit weiteren Zielen und begleitenden Vorteilen, wird am besten durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung verstanden, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Figuren gelesen wird.
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Für ein vollständigeres Verständnis dieser Erfindung wird auf die Ausführungsformen Bezug genommen, die in den beigefügten Figuren detaillierter dargestellt sind und die nachstehend anhand von erfindungsgemäßen Beispielen beschrieben sind, wobei:
- 1 ein schematisches Blockschaubild eines Steuersystems, einschließlich eines Fahrzeug-und-Anhänger-Stabilitätssteuersystems, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt,
- 2 ein schematisches Blockschaubild eines Stabilitätssteuersystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt,
- 3 ein Logikablaufdiagramm zeigt, das ein Verfahren zum Betreiben eines Steuersystems oder eines Stabilitätssteuersystems eines Fahrzeugs, das einen Anhänger zieht, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert, und
- 4 eine Simulation von zwei identischen Anhängertaumelereignissen mit unterschiedlichen Steuerstrategien zeigt, wobei die durchgezogenen Linien aus einem Nur-Zugfahrzeug-Bremsen resultieren, und wobei die gestrichelten Linien aus einer Kombination von einem Fahrzeugbremsen und einem Anhängerbremsen resultieren.
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Bei den im Folgenden beschriebenen Figuren werden zum Identifizieren derselben Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet, Die Erfindung kann in Verbindung mit Fahrzeugsteuersystemen, einschließlich Gierstabilitätssteuerungs (YSC) -Systemen, Wankstabilitätssteuerungs (RSC) - Systemen, sowie in Verbindung mit der Anhängerbremssteuervorrichtung verwendet werden. Die Erfindung wird ferner unter Bezugnahme auf ein integriertes Erfassungssystem (ISS - Integrated Sensing System) beschrieben, welches eine zentralisierte Bewegungssensorgruppe, wie beispielsweise eine Trägheitsmesseinheit (IMU - Inertial Measurement Unit) und andere verfügbare, jedoch dezentralisierte Sensoren verwendet. Obwohl ein zentralisierter Bewegungssensor, wie beispielsweise eine Trägheitsmesseinheit, in erster Linie beschrieben wird, sind die hierin beschriebenen Techniken in einfacher Weise auf das Verwenden anderer einzelner Sensoren transferierbar.
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Ferner sind eine Vielzahl von anderen Ausführungsformen denkbar bzw. beabsichtigt, die unterschiedliche Kombinationen der nachstehend beschriebenen Merkmale der Erfindung aufweisen, andere als die hierin beschriebenen Merkmale aufweisen oder bei denen sogar ein oder mehrere jener Merkmale fehlen. Als solches ist es verständlich, dass die Erfindung auf diverse andere geeignete Weisen realisiert werden kann.
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In der folgenden Beschreibung werden für eine konstruierte Ausführungsform diverse Betriebsparameter und Komponenten beschrieben. Diese spezifischen Parameter und Komponenten sind als Beispiele vorgesehen und nicht als beschränkend gemeint.
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Nun auf 1 Bezug nehmend ist ein schematisches Blockschaubild eines Steuersystems 10 gezeigt, das ein Fahrzeugstabilitäts-Steuersystem 12 für ein Fahrzeug 14 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist. Das Steuersystem 10 überwacht und lindert über das Stabilitätssteuersystem 12 Schwingungen oder ein Taumeln des Fahrzeugs 14 und des Anhängers 15, so dass Betriebsstabilität bereitgestellt wird. Das Stabilitätssteuersystem 12 kann ein RSC-System, ein ESC-System, ein YSC-System oder ein anderes, aus dem Stand der Technik bekanntes Stabilitätssteuersystem sein oder aufweisen. Mehrere der genannten Steuersysteme werden unter Bezugnahme auf 2 gezeigt und beschrieben. Das Steuersystem steht mit den Anhängerbremsen 17a und 17b in Verbindung und steuert deren Betrieb.
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Das Stabilitätssteuersystem (SCS - Stability Control System) 12 ist mit einem Bremskreislauf 19 gekoppelt. Die Hauptbremssteuervorrichtung 22 weist eine elektronische Steuereinheit (ECU - Electronic Control Unit) 240 und eine Hydrauliksteuereinheit (HCU - Hydraulic Control Unit) 250 auf, wobei die elektronische Steuereinheit 240 die Software für sowohl das Stabilitätssteuersystem 12 als auch die Anhängertaumelsteuerung (TSC - Trailer Sway Control) 246 (2) enthält. Die Hauptbremssteuervorrichtung 22 wird verwendet zum Betätigen der vorderen Fahrzeugbremsen 24a und 24b sowie der hinteren Fahrzeugbremsen 26a und 26b. Die Fahrzeugbremsen 24 und 26 sind den Rädern 28a, 28b, 29a und 29b zugeordnet. Die Anhängerbremsen 17 sind den Rädern 30a und 30b zugeordnet. Die Bremsen 17, 24 und 26 können über die Hauptbremssteuervorrichtung 22 unabhängig betätigbar sein. Die Hauptbremssteuervorrichtung 22 kann das Hydrauliksystem des Fahrzeugs steuern. Natürlich können erfindungsgemäß elektrisch betätigbare Bremsen vorgesehen sein und, wie gezeigt, sind an dem Anhänger 15 vorgesehen. Das Stabilitätssteuersystem 12 ist mit einer Anhängerbremssteuervorrichtung 170 gekoppelt, welche als ein Teil der Hauptbremssteuervorrichtung 22 integriert sein kann. Die Anhängerbremssteuervorrichtung 170 wird beim Betätigen der Anhängerbremsen 17a und 17b verwendet.
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Der Antriebsstrangkreis 21 weist einen Verbrennungsmotor 140 oder einen anderen aus dem Stand der Technik bekannten Motor auf, wie beispielsweise einen Diesel, einen Hybrid usw., mit einem zugehörigen Getriebe 148. Der Motor 140 kann eine damit gekoppelte Drosselvorrichtung 142 aufweisen, welche durch ein Fußpedal 144 betätigt wird. Die Drosselvorrichtung 142 kann Teil eines elektronischen Gassystems (Drive-by-Wire-System) sein oder mit einem direkten mechanischen Gestänge zwischen dem Pedal 144 und der Drosselvorrichtung 142 ausgebildet sein. Der Motor 140 kann eine Motorsteuervorrichtung 146 aufweisen. Die Motorsteuervorrichtung 146 kann eine unabhängige Steuervorrichtung oder Teil der Steuervorrichtung bzw. des Steuersystems 10 sein. Die Motorsteuervorrichtung 146 kann verwendet werden zum Reduzieren oder Erhöhen der Motorleistung.
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Ein Lenkrad 151 stellt in bekannter Weise eine Richtungseingabe für den Fahrzeugbediener bereit.
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Ferner können in Abhängigkeit von der gewünschten Fahrzeugleistungsfähigkeit und der gewünschten Fahrzeugverwendung unterschiedliche Arten von Differentialen vorgesehen sein. Das Differential kann durch die Steuervorrichtung bzw. das Steuersystem 10 gesteuert werden.
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Die Steuervorrichtung bzw. das Steuersystem 10 kann Mikroprozessor basiert sein, wie beispielsweise ein Computer mit einer zentralen Verarbeitungseinheit, einem Speicher (RAM und/oder ROM) und zugehörigen Eingabe- und Ausgabe-Bussen. Die Steuervorrichtungen können anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise sein oder können von anderen logischen Bauelementen, die im Stand der Technik bekannt sind, geformt sein. Die anderen Steuervorrichtungen 15, 146, 170, 22, 12 können jeweils ein Teil einer zentralen Fahrzeughauptsteuereinheit, eines interaktiven Fahrzeugdynamikmoduls, eines Rückhalteeinrichtungs-Steuermoduls, einer Hauptsicherheitssteuervorrichtung, und/oder eines Steuerschaltkreises mit einer Stromversorgung sein und zu einer einzigen integrierten Steuervorrichtung kombiniert sein oder können wie gezeigte eigenständige bzw. unabhängige (Stand-Alone) Steuervorrichtungen sein. Die Steuervorrichtung bzw. das Steuersystem 10 sowie die Hauptbremssteuervorrichtung 22, die Motorsteuervorrichtung 146 und die Anhängerbremssteuervorrichtung 170 können so eingerichtet sein, dass sie in einem Fahrzeugarmaturenbrett oder einem Fahrzeugpaneel oder an einer anderen Stelle an dem Fahrzeug 14 montiert und angeordnet sind.
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Der Anhänger 15 wird hinter dem Fahrzeug 14 her gezogen bzw. geschleppt. Der Anhänger 15 kann eine Deichsel 161 aufweisen, die an das Fahrzeug 14 angekuppelt ist. Obwohl der Anhänger als ein Paar von Rädern 30 und ein Paar von Bremsen 17 aufweisend gezeigt ist, kann er jede Anzahl von Achsen/Rädern und Bremsen aufweisen. Ein Kabelbaum 168 kann vorgesehen sein zum Koppeln der elektrischen Komponenten, wie beispielsweise der Bremsen 17 und der Anhängerbeleuchtung mit dem elektrischen System des Fahrzeugs 14. Natürlich kann die Verbindung bzw. Datenübertragung zwischen dem Anhänger und dem Fahrzeug drahtlos sein, in welchem Fall sowohl das Fahrzeug als auch der Anhänger Transceiver bzw. Sende-und-Empfangs-Geräte (nicht gezeigt) für solch eine Verbindung bzw. Datenübertragung aufweisen würden. Die Fahrzeugbremsen und die Anhängerbremsen können in Abhängigkeit von der Situation jeweils separat, unabhängig, übereinstimmend, simultan, abhängig oder in einem anderen Format betätigt und gesteuert werden.
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Der Kabelbaum 168 koppelt den Anhänger 160 mit der Anhängerbremssteuervorrichtung 170. Die Anhängerbremssteuervorrichtung 170 kann die Anhängerbremsen 17 zusammen oder unabhängig und in Zusammenarbeit bzw. in Zusammenwirkung mit den Fahrzeugbremsen 24 und 26 steuern.
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Das Steuersystem kann ferner eine Anzeigevorrichtung 180 aufweisen, welche dazu verwendet werden kann, einem Fahrzeugbediener diverse Fahrzeug-und Anhänger-Zustandsinformationen anzuzeigen. Die Anzeigevorrichtung 180 kann eine Gerätegruppen-Nachrichtenzentrale (Cluster Message Center) oder eine Kontrollanzeige oder eine andere im Stand der Technik bekannte Anzeigevorrichtung aufweisen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Anzeigevorrichtung 180 in Form eines Head-up-Displays ausgebildet und das Anzeigesignal ist ein virtuelles Bild, das so projiziert wird, dass es als vor dem Fahrzeug 14 zu sein erscheint. Die Anzeigevorrichtung 180 stellt ein Echtzeitbild eines Zielbereichs bereit, um die Sichtbarkeit von Objekten während Zuständen bzw. Bedingungen mit relativ geringem Niveau von sichtbarem Licht zu verbessern, ohne dass man die Augen refokussieren muss, um eine Anzeigevorrichtung in dem Fahrzeug 14 zu überwachen.
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Nun auf 2 Bezug nehmend ist ein schematisches Blockschaubild des Steuersystems 10' gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt, Das Stabilitätssteuersystem 12' kann Teil einer Fahrzeugdynamiksteuerung oder eines aktiven Sicherheitssystems sein. Das Steuersystem 10' weist ein Antriebsstrangsteuersystem und ein Bremssteuersystem auf, die in dem Fahrzeug 14 und dem Anhänger 15 angeordnet sind. Das Stabilitätssteuersystem 12' kann die Kräfte und Momente, die auf das Fahrzeug 14 und den Anhänger 15 ausgeübt werden oder die diese erfahren, überwachen. Die Fahrzeug-Räder/Reifen 28 und die Anhänger-Räder/Reifen 30 sind gezeigt und können Teil des Fahrzeugs 14 bzw. des Anhängers 15 sein.
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Die Hauptbremssteuervorrichtung 22 weist die elektronische Steuereinheit 240 auf, welche das Fahrzeugbremssystem 19 in Reaktion auf bzw. auf Basis von von der Sensorgruppe 216 und diversen andere Sensoren 218 empfangenen Informationen über eine Hydrauliksteuereinheit 250 steuert. Die elektronische Steuereinheit 240 informiert bzw. signalisiert in Reaktion auf die angegebenen Informationen ferner die Anhängerbremssteuervorrichtung 170.
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Die Hauptbremssteuervorrichtung 22 kann sowohl Hardware- als auch Software-Teile aufweisen. Bei der gezeigten Ausführungsform weist die elektronische Steuereinheit 240 einen Hardware-Teil und einen Software-Teil 242 auf. Der Hardware-Teil weist einen Bremsdrucksensor 244 auf, welcher verwendet wird zum Erfassen von Bremsdrücken in dem Bremssystem 19. Obwohl nicht gezeigt, kann die elektronische Steuereinheit 240 ferner eingerichtet sein und gekoppelt sein zum Erfassen von Bremsdrücken in dem Anhängerbremssystem 252.
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Das SCS-Modul 12' empfängt Informationen von vielen unterschiedlichen Sensoren, wie es weiter unten beschrieben werden wird. Die Sensorinformationen können für diverse Bestimmungen verwendet werden, wie beispielsweise zum Bestimmen eines Radabhebeereignisses wie einem bevorstehenden Überschlag, Bestimmen diverser Kräfte, einschließlich den Normalenkräften an den Rädern, Bestimmen einer Höhe und einer Position einer Masse, Bestimmen eines Instabilitätstrends der Fahrzeugdynamik wie bei unstabilen Wank- oder Gierbewegungen, Bestimmen der Absichten eines Fahrers, Bestimmen von Vorwärtssteuerungsbefehlen (Feedforward-Steuerbefehlen) zum Antreiben von Stellgliedern, Bestimmen von Regelbefehlen für die gewünschten Funktionen und dergleichen.
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Die Geschwindigkeitssensoren 220, welche Raddrehzahlsensoren und andere Geschwindigkeitssensoren aufweisen können, sind an jeder Ecke des Fahrzeugs 14 montiert bzw. vorgesehen und erzeugen zu der Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl der jeweiligen Räder 28 korrespondierende Fahrzeuggeschwindigkeitssignale 222. Die Raddrehzahlsensoren können in Form von Magnetsensoren ausgebildet sein, wie durch die gestrichelte Linie 223 gezeigt, oder können in einer anderen aus dem Stand der Technik bekannten Form ausgebildet sein. Die Fahrzeuggeschwindigkeit könnte auch durch ein globales Positionsbestimmungssystem bzw. Satellitennavigationssystem (GPS - Global Positioning System) bestimmt werden. Der Rest der Sensoren, die von dem Stabilitätssteuersystem 12' verwendet werden, kann die anderen dezentralisierten Sensoren und einen zentralisierten Bewegungssensor aufweisen, wie Beispielsweise eine Trägheitsmesseinheit oder eine RSC-Sensorgruppe, der direkt auf eine starre Fläche der Fahrzeugkarosserie montiert ist, wie beispielsweise den Fahrzeugboden oder den Fahrgestellrahmen. Eine Fahrzeugbeschleunigung oder eine Fahrzeugverzögerung kann als eine numerische Ableitung der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt werden. Die Fahrzeugbeschleunigung/Fahrzeugverzögerung kann beispielsweise auch bestimmt werden aus einem Längsbeschleunigungssignal, das durch einen Längsbeschleunigungssensor bereitgestellt wird.
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Der Software-Teil 242 weist ein Haupt-Anhängerstabilitätssteuerungs (TSC) -Modul 246 auf. Das TSC-Modul 246 wird verwendet zum Empfangen von Informationen in Form von zugehörigen Signalen von einer Anzahl von Sensoren, welche Sensoren innerhalb der Sensorgruppe 216 mit umfassen können. Die Sensoren können, obwohl nicht gezeigt, einen Gierratensensor, einen Querbeschleunigungssensor, einen Vertikalbeschleunigungssensor, einen Wankwinkelratensensor bzw. Wankwinkelgeschwindigkeitssensor, einen Lenkradwinkelsensor 238, einen Längsbeschleunigungssensor und einen Nickratensensor und andere Sensoren, stellgliedspezifische Sensoren und Aufhängungsposition (Höhen) -Sensoren aufweisen. Ein Gierrateneingabesignal 254, ein Wankrateneingabesignal 255, ein Querbeschleunigungssignal 256, ein Längsbeschleunigungssignal 257 und ein Lenkradwinkelsignal 239 sind gezeigt. Es ist zu bemerken, dass unterschiedliche Kombinationen und Unterkombinationen der Sensoren verwendet sein können. Die Sensorgruppe 216 kann ferner einen Umgebungstemperatursensor aufweisen, der der Anhängerbremssteuervorrichtung 170 ein Außentemperatursignal bereitstellt.
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Das TSC-Modul 246 kann ferner Bremsdruckinformationen und Rückmeldungsinformationen in Form eines Bremsdrucksignals 247 von dem Bremsdrucksensor 244 und der Anhängerbremssteuervorrichtung 170 empfangen. Der Bremsdrucksensor 244 könnte in der Hydrauliksteuereinheit oder an dem Hauptzylinder bzw. Hauptbremszylinder sein. Das TSC-Modul 246 empfängt ferner ein Anhängerkonnektivitätssignal 258 von der Anhängerbremssteuervorrichtung 170, ein Bremse-Ein/Aus-Signal 260 von einem Bremspedalschalter 261, ein Drosselpositionssignal 262 und ein Motordrehmomentsignal 263 von einem Antriebsstrangsteuermodul 295 und andere unterschiedliche Signal. Der Anhängerverbinder 259 ist mit der elektrischen Verkabelung 253 des Anhängers gekoppelt. Das TSC-Modul 246 verwendet die empfangenen Informationen und Signale beim Erzeugen eines Anhängertaumelsignals 264, eines Anhängerbremse-Anforderungssignals 265, eines Bremsdruck-Anforderungssignals 266 und eines Motordrehmoment-Anforderungssignals 277. Das Bremsdruck-Anforderungssignal 266 kann in Form eines Magnet-Signals an die Solenoide der Hydrauliksteuereinheit 250 ausgebildet sein, wie durch die gestrichelte Linie 268 gezeigt.
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Das TSC-Modul 246 kann Erfassungsalgorithmen aufweisen, die ein Bestimmen einer Referenzlage und ein Bestimmen einer Referenzrichtungsgeschwindigkeit, ein Bestimmen einer Global/Relativ-Lage, ein Bestimmen einer Richtungsgeschwindigkeit, eine Sensorplausibilitätsüberprüfung, eine Sensorsignalkonditionierung, ein Bestimmen von Straßenparametern und ein Überwachen von unnormalen Zuständen umfassen können, jedoch nicht darauf beschränkt sind.
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Das TSC-Modul 246 kann diverse Steuereinheiten aufweisen, die die zuvor genannten Erfassungsalgorithmen steuern. Genauer gesagt können diese Einheiten aufweisen: eine Referenzsignaleinheit (Referenzsignalgenerator (RSG)), welche eine Referenzlageberechnung und eine Referenzgeschwindigkeitsberechnung beinhaltet, eine Sensorplausibilitätseinheit (Sensorplausibilitäts-Überprüfungseinheit (SPC)), eine Unnormalzustandeinheit (Unnormalzustand-Überwachungseinheit (ASM)), eine Sensorsignal-Kompensierungseinheit (SSC), ein Vierradantrieb-Referenzmodell und eine Driftwinkelberechungseinheit. Auf von irgendeiner der zuvor genannten Einheiten erzeugte Signale wird zurückgegriffen zum Vorhersagen von Fahrzeugbetriebszustandssignalen.
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Das TSC-Modul 246 ist mit der Hydrauliksteuereinheit (HCU) 250 und mit der Anhängerbremssteuervorrichtung 170 gekoppelt. Die Hydrauliksteuereinheit 250 steuert den Betrag an Bremsdruck zu den Fahrzeugbremssätteln und somit das an den Fahrzeugrädern 28 beaufschlagte Moment. Das TSC-Modul 246 steuert über eine Signalisierung 265 der Anhängerbremssteuervorrichtung 170 die an den Anhängerrädern 30 beaufschlagten Bremsmomente. Die von der elektronischen Steuereinheit 240 realisierten Funktionen können eine RSC-Funktion und eine YSC-Funktion beinhalten. Andere Funktionseinheiten, wie beispielsweise eine Antiblockiersystem (ABS) -Einheit und eine Antriebs-Schlupf-Regelung (TCS - Traction Control System bzw. ASR - Antriebs-Schlupf-Regelung) -Einheit können vorgesehen sein. Jene Funktionen könnten durch Verwenden der in dem TSC-Modul 246 berechneten Signale verbessert werden. Das TSC-Modul 246 kann eine Steuerfunktionslogik und eine Steuerfunktions-Prioritätslogik aufweisen.
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Die Geschwindigkeitssensoren 220 können eine Vielzahl von unterschiedlichen, Fachleuten bekannten Geschwindigkeitssensoren aufweisen. Beispielsweise können geeignete Geschwindigkeitssensoren einen Sensor an jedem Rad aufweisen, der bzw. die durch die elektronische Steuereinheit 240 gemittelt wird bzw. werden. Die in der elektronischen Steuereinheit 240 verwendeten Algorithmen können die Raddrehzahlen in die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs umrechnen bzw. umwandeln und diese dann dem TSC-Modul 246 zuführen. Ein Gierraten-, ein Lenkwinkel-, ein Drehzahl- und möglicherweise ein Driftwinkel-Schätzwert an jedem Rad können in die Geschwindigkeit des Fahrzeugs an dessen Schwerpunkt rückumgewandelt bzw. rückumgerechnet werden. Diverse andere Algorithmen sind Fachleuten bekannt. Die Geschwindigkeit kann auch von einem Getriebesensor erhalten werden. Beispielsweise kann, wenn die Geschwindigkeit während eines Beschleunigens oder Bremsens beim Fahren um eine Ecke bzw. Kurve bestimmt wird, die niedrigste oder die höchste Raddrehzahl wegen ihres Fehlers nicht zur Berechnung verwendet werden. Ferner kann ein Getriebesensor zum Bestimmen der Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet, anstatt das Raddrehzahlsensoren verwendet werden.
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Der Anhänger 15 kann Bremsanzeigevorrichtungen aufweisen, wie beispielsweise Anhängerbremsleuchten 270 und andere diverse aus dem Stand der Technik bekannte Anzeigevorrichtungen. Der Anhänger 15 kann hydraulische, elektromagnetische, elektrisch-über-hydraulische bzw. elektrohydraulische oder andere bekannte, steuerbare Anhängerbremssysteme aufweisen.
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Nun auf 3 Bezug nehmend ist ein Logikablaufdiagramm gezeigt, das ein Verfahren zum Betreiben eines Steuersystems oder eines Stabilitätssteuersystems eines Fahrzeugs, das einen Anhänger zieht, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert. Obwohl die folgenden Schritte hauptsächlich in Bezug auf die Ausführungsformen der 1 und 2 beschrieben werden, können diese modifiziert und für andere erfindungsgemäße Ausführungsformen verwendet werden.
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In Schritt 400 kann die Anhängerbremssteuervorrichtung 170 bestimmen, ob ein Anhänger angeschlossen bzw. angekuppelt ist. Beispielsweise kann die Anhängerbremssteuervorrichtung 170 in den elektrischen Anhängerbremsen angeordneten Magneten Strom zuführen. In Reaktion auf das von den Magneten erzeugte Feld erfasst die Anhängerbremssteuervorrichtung 170, dass ein Anhänger vorhanden bzw. präsent ist und mit dem Fahrzeug verbunden ist. Nach Erfassen eines Anhängers schreitet das Steuersystem zu Schritt 402 fort. Dies ist nur ein Weg zum Fortschreiten mit der Steuerung. Ein anderes Verfahren zum Bestimmen, ob der Anhänger angeschlossen bzw. angekuppelt ist, und zum Durchführen einer Steuerung besteht darin, Taumelschwingungen in einem bestimmten Frequenzbereich, wie beispielsweise zwischen 0,5Hz bis 1,5Hz, zu erfassen, welche für einen spezifischen Zeitraum auftreten und welche nicht durch Lenkveränderungen verursacht sind. Die Frequenzen mit den spezifischen Eingaben sind äquivalent zu einem Anhängertaumeln und somit ist ein Anhänger angeschlossen bzw. angekuppelt.
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In Schritt 402 werden von den Sensoren, wie beispielsweise den hierin beschriebenen, diverse Sensorsignale erzeugt. Genauer gesagt werden ein oder mehrere Schwingungssignale von einem oder mehreren Taumelerfassungssensoren erzeugt, wenn das Fahrzeug und der Anhänger eine Taumelbewegung erfahren. Ein Gierratensensor und ein Querbeschleunigungssensor können als Taumelerfassungssensoren angenommen bzw. berücksichtigt werden, indem die Gierratensignale und die Querbeschleunigungssignale verwendet werden zum Bestimmen, ob ein Fahrzeug und/oder ein Anhänger taumelt bzw. taumeln oder schlingert bzw. schlingern. Die Schwingungssignale können für das Anhängertaumeln relativ zu dem Fahrzeug kennzeichnend sein. Zusätzlich zu den genannten Signalen werden Fahrzeuggeschwindigkeitssignale und Längsbeschleunigungssignale erzeugt, welche für den Geschwindigkeitszustand und den Längszustand des Fahrzeugs kennzeichnend sind. Obwohl die genannten Sensoren und Signale an dem Fahrzeug angeordnet bzw. erzeugt werden, können ähnliche Sensoren (nicht gezeigt) und ähnliche Signale auch an oder in Verbindung mit dem Anhänger angeordnet bzw. erzeugt werden. Die Fahrzeuggeschwindigkeitssignale können über Raddrehzahlsensoren, Motordrehzahlsensoren, Antriebsstrangdrehzahlsensoren oder dergleichen oder über ein anderes bekanntes Fahrzeuggeschwindigkeits-Erzeugungsverfahren, wie GPS, erzeugt werden.
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In Schritt 404 wird ein Anhängertaumeln erfasst. Das TSC-Modul 246 bestimmt auf Basis der in Schritt 402 empfangenen informationen, ob ein Anhängertaumeln vorhanden ist. Wenn Schwingungssignale erzeugt und/oder erfasst werden, wird bestimmt, dass Korrekturaktionen durchzuführen sind zum Minimieren und/oder Beseitigen solcher Schwingungen. Dies kann bei Erfassen der Schwingungen oder wenn die Magnituden der Schwingungssignale über zugeordneten Grenzwertniveaus liegen auftreten. Im Allgemeinen wird, wenn es keine Lenkradwinkeleingabe gibt oder wenn der Lenkradwinkel konstant bleibt, das Fahrzeug in relativ gerader Linie oder in einer Stabilzustand- (Untergrenzwert-) Kurvenbahn gefahren. Das Bestimmen einer geradlinigen Bahn kann auch auf Basis der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs durchgeführt werden. Wenn das Längsbeschleunigungssignal größer als ein Beschleunigungsgrenzwert ist, kann auch bestimmt werden, dass sich das Fahrzeug in einem Überholmodus befindet, so dass es ein anderes Fahrzeug überholt bzw. passiert. Geeignete Korrekturen können während eines Überholens bzw. Passierens durchgeführt werden, welche anders sein können, als wenn sich das Fahrzeug in einem Nichtüberhol-Geradlinig-Modus befindet. Ferner kann ein Anhängerbremsen reduziert werden, wenn die Außenlufttemperatur unter einem Grenzwert ist (Gefrierpunkt oder niedriger), was die Möglichkeit für rutschige Straßenbedingungen anzeigen kann.
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In Schritt 406 bestimmt eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise die Hauptsteuervorrichtung 22 oder das TSC-Modul 246, in Reaktion auf die bzw. auf Basis der Sensorsignale und der Taumelinformationen, die in den Schritten 402 und 404 bereitgestellt wurden, die geeigneten Magnituden bzw. Größenordnungen für das Fahrzeugbremsen und das Anhängerbremsen.
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In Schritt 408 bremst eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise die Hauptsteuervorrichtung 22 oder die elektronische Steuereinheit 240, die das TSC-Modul 246 enthält, in Reaktion auf die bzw. auf Basis der in Schritt 406 bestimmten Größenordnungen die Fahrzeugräder und/oder die Anhängerräder bzw. führt diesen Bremsmoment zu. Das Bremsmoment kann unter Verwendung von Hydraulik, elektrischen Signalen, Pneumatik oder einer Kombination daraus zugeführt werden. Die Fahrzeugbremsen werden in Zusammenarbeit bzw. in Zusammenwirkung mit den Anhängerbremsen betätigt, so dass die Schwingungen reduziert und die Taumelbewegung gestoppt werden. In 4 ist ersichtlich, dass, obwohl die induzierte Verzögerung nahezu identisch ist, die Anhängertaumelschwingungen durch die Kombination eines Fahrzeug/Anhänger-Bremsens effektiver gedämpft werden können. Derzeitige Anhängertaumel-Reduzierungssysteme nutzen Fahrzeugbremsungen zum Reduzieren der Fahrzeuggeschwindigkeit und daher würde ein Hinzufügen von Anhängerbremsungen gegenüber dem derzeitigen Verfahren eine Verbesserung sein.
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Die Anhängerbremsen können alleine betätigt werden oder können mit Momentbeaufschlagungsniveaus betätigt werden, die größer als oder proportional zu den Fahrzeugbremsmomentniveaus sind. Die dem Anhänger beaufschlagten Bremsmomentniveaus können größer sein, so dass die Geschwindigkeit des Anhängers relativ zu dem Fahrzeug reduziert wird. Dies erzeugt Zug zwischen dem Fahrzeug und dem Anhänger, was dabei hilft, das Fahrzeug/Anhänger-System zu stabilisieren. Eines oder mehrere von jeden von den Fahrzeugrädern und den Anhängerrädern kann bzw. können in jedem Fall frühzeitig bzw. rechtzeitig gebremst werden. Die Steuervorrichtung kann die Bremsen ferner betätigen zum Reduzieren der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und des Anhängers, so dass das Fahrzeug/Anhänger-System weiter stabilisiert wird.
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Die Steuervorrichtung kann ferner die Motordrehzahl des Fahrzeugs abbremsen bzw. reduzieren, so dass das Fahrzeug mit oder ohne ein direktes Beaufschlagen von Bremsmoment auf die Räder weiter verlangsamt wird. Dies ist insbesondere hilfreich, wenn die Fahrzeugräder oder die Anhängerräder sich auf einer Niederreibungsfläche bzw. einer Oberfläche mit niedrigem Reibungskoeffizienten befinden, auf der ein Rutschen bzw. Schleudern auftreten kann, oder wenn bestimmt wird, dass ein Rutsch- oder Schlupf-Zustand existiert.
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In Schritt 410 kann das Steuersystem über eine interne oder eine externe Anzeigevorrichtung, wie beispielsweise die fahrzeuginterne Anzeigevorrichtung 180 oder die Bremsleuchten 270, eine Bremsenaktivierung, Bremssystem-Zustandsinformationen und andere zugehörige Informationen anzeigen. Diese Informationen können extern oder intern dem Fahrzeug und/oder einem Fahrzeugbediener bzw. Fahrzeugfahrer bereitgestellt werden. Diese Informationen können für eine zukünftige Überprüfung und/oder Evaluierung auch gespeichert, betrachtet und heruntergeladen werden. Das Betrachten und Herunterladen kann an bzw. zu einem nicht fahrzeugeigenen oder externen System stattfinden.
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Die oben genannten Maßnahmen können über eine oder mehrere der hierin genannten Steuervorrichtungen, Steuersysteme, Stabilitätssteuersysteme oder dergleichen durchgeführt bzw. realisiert werden.
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Die oben beschriebenen Schritte sind so gemeint, dass sie veranschaulichende Beispiele sind, wobei die Schritte in Abhängigkeit von der Anwendung sequentiell, synchron, simultan oder in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden können.