WO2002053398A1 - System zur betätigung eines gekuppelten querstabilisators bei einem kraftfahrzeug - Google Patents
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- B60G2800/91—Suspension Control
- B60G2800/912—Attitude Control; levelling control
- B60G2800/9122—ARS - Anti-Roll System Control
Definitions
- the invention relates to a system for actuating a coupled stabilizer in a motor vehicle with the features of the preamble of claim 1.
- Cross stabilizers that can be separated by a clutch are known, for example, from DE 37 40 244 AI.
- the clutch is activated depending, among other things, on the expected lateral acceleration, which is calculated from the steering angle and the vehicle speed.
- GPS Global Positioning System
- DE 197 22 947 Cl has no relation to an adjustable motor vehicle chassis, in particular an adjustable stabilizer.
- Active roll stabilization in motor vehicles is also known, it being possible for an active stabilizer in the vehicle to be rotated driven by an electric motor. With this system, the lateral acceleration and the steering angle are measured in particular. Reference is made here, for example, to DE 198 46 275 AI.
- ACC Adaptive Cruise Control
- the invention is based on a system for actuating a coupled stabilizer in one
- the essence of the invention is that means are provided by means of which the environment in front of the vehicle is detected and the clutch is actuated as a function of the detected environment.
- the course of the road ahead of the vehicle and / or obstacles in front of the vehicle are recorded as the surroundings.
- the present invention therefore proposes to include more a priori knowledge, that is to say more forward-looking knowledge, in the regulation of the stabilizer clutch by means of information about the roadway in front of the vehicle (curve information, obstacles) and thus more about imminent driving maneuvers.
- the invention leads to a considerable reduction in the power of the electric motor. According to the invention, only an active clutch can even be provided instead of a fully rotatable stabilizer.
- first means for optically detecting the surroundings in front of the motor vehicle are provided. The detection of the course of the road and / or obstacles is dependent on the output signals of the first means.
- second means for satellite-based detection of the position of the motor vehicle can be provided. If the position information obtained in this way is linked to a stored road map, the roadway ahead of the vehicle is obtained.
- third means can be provided for detecting a transverse movement variable representing the transverse movement of the motor vehicle, such as the steering angle and / or the transverse acceleration.
- a transverse movement variable representing the transverse movement of the motor vehicle, such as the steering angle and / or the transverse acceleration.
- the course of the lane is also determined depending on the size of the transverse movement.
- the mentioned transverse movement size is also included in the clutch control.
- the clutch is then closed when the roll size exceeds the threshold.
- the clutch opens when the roll size does not exceed the threshold.
- the clutch is closed when the roll size exceeds a first threshold value and the transverse movement quantity exceeds a second threshold value.
- the clutch is opened when the roll size does not exceed the first threshold value and the transverse movement size does not exceed the second threshold value.
- FIG. 1 shows schematically the clutch control using a block diagram.
- FIG. 2 shows the clutch control using a flow chart. embodiment
- FIG. 1 shows the two parts of a transverse stabilizer that can be separated by a clutch 12 with the reference symbols 13a and 13b.
- the clutch 12 is controlled by the output signal K of the control means 11. As a result, the clutch 12 can be opened (stabilizer parts 13a and 13b are separated) or closed (stabilizer parts 13a and 13b are connected).
- the control means 11 receive the following signals as input signals:
- An implementation of this proposal is based on a vehicle that is equipped with a video recording 14 of the road position and possibly a navigation system 16 (based on GPS).
- FIG. 1 A flow chart of the invention is shown by way of example in FIG.
- the estimated roll behavior ⁇ * is compared with a threshold SW1.
- the steering angle ⁇ is also compared with a threshold SW2.
- the clutch 12 is closed in block 28 when the estimated roll size ⁇ * exceeds the first threshold SW1 and the steering angle ⁇ exceeds the second threshold SW2.
- the clutch 12 is (or remains) open (block 29) when the estimated roll size. ⁇ * does not exceed the first threshold SW1 and the steering angle ⁇ the second threshold SW2.
- a vehicle sways outwards around its longitudinal axis.
- cornering is detected on the basis of the measured steering angle and / or lateral acceleration, and the motor is activated so that the vehicle is straightened up again if the vehicle has already swayed through cornering.
- the present invention provides for the stabilizer 13a, 13b to be separated by a clutch 12 when driving straight ahead.
- the wheels on the left and right run independently of each other.
- the distance from the vehicle to the curve, the degree of curvature of the curve and / or the distance to an obstacle is determined by the video street recognition 14 and possibly by the navigation system 16.
- the clutch 12 is closed in good time before a curve or in good time before an evasive maneuver before an obstacle, and a connection is again created between left and right wheels.
- the vehicle sways less in the curve and therefore drives safely through the curve.
- clutch 12 is opened again and the wheels are separated again.
- This steering angle limit Sw2 can also be dynamically determined or updated from the video curve calculation, if necessary, navigation information.
- the vehicle should only drive straight ahead and the limit values Sw2 for the steering signal ⁇ are raised accordingly.
- the limit values SW2 are set.
- the clutch 12 is closed. With the GPS navigation system, an inclined road surface (inclination around the longitudinal axis of the street) can also be recognized and thus compensated.
- the coupled stabilizer according to the invention can also be used for the front axle and for the rear axle of a vehicle.
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Vehicle Body Suspensions (AREA)
Abstract
Die Erfindung geht aus von einem System zur Betätigung eines gekuppelten Stabilisators bei einem Kraftfahrzeug, bei dem der Stabilisator durch eine Kupplung trennbar ist. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass Mittel vorgesehen sind, mittels der die vor dem Fahrzeug befindliche Umgebung erfasst wird und die Betätigung der Kupplung abhängig von der erfassten Umgebung geschieht. Als Umgebung wird insbesondere der vor dem Fahrzeug liegende Fahrbahnverlauf und/oder vor dem Fahrzeug befindliche Hindernisse erfasst.
Description
System zur Betätigung eines gekuppelten Querstabilisators bei einem Kraftfahrzeug
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein System zur Betätigung eines gekuppelten Stabilisators bei einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Bei konventionell ausgelegten Fahrwerken von Kraftfahrzeugen ist es üblich, zur Minderung von Wankbewegungen die Räder beziehungsweise Radaufhängung auf einer Seite je Achse mit den Rädern beziehungsweise Radaufhängung der anderen Seite durch sogenannte Stabilisatoren beziehungsweise Querstabilisatoren zu verbinden.
Querstabilisatoren, die durch eine Kupplung trennbar sind, sind bspw. bekannt aus der DE 37 40 244 AI. Hier geschieht die Ansteuerung der Kupplung unter anderem abhängig von der erwarteten Querbeschleunigung, die aus dem Lenkwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet wird.
Die Bestimmung des zukünftigen Kursverlaufs eines Kraftfahrzeugs an sich, insbesondere die Bestimmung der Straßenkrümmung, zeigt beispielsweise die DE 197 22 947 Cl. Hierzu wird
der Lenkwinkel, die Fahrzeuggeschwindigkeit, ein Videosensorsignal und/oder ein landkartengestütztes GPS- (Naviga- tions-) Signal verwendet (GPS="Global Positioning System"). Die DE 197 22 947 Cl weist jedoch keinen Bezug zu einem verstellbaren Kraftfahrzeugfahrwerk, insbesondere einem verstellbaren Stabilisator, auf.
Weiterhin bekannt ist eine aktive Rollstabilisierung (Wankstabilisierung) bei Kraftfahrzeugen, wobei ein aktiver Stabilisator im Fahrzeug mit einem elektrischen Motor angetrieben verdreht werden kann. Bei diesem System wird besonders die Querbeschleunigung und der Lenkwinkel gemessen. Hier sei beispielhaft auf die DE 198 46 275 AI verwiesen.
Darüber hinaus sind sogenannte ACC- (Adaptive Cruise Con- trol) Systeme bei Kraftfahrzeugen bekannt, die, bspw. mittels Radarreflexionen, die Fahrzeugumgebung, insbesondere vor dem Fahrzeug befindliche Fahrzeuge oder Hindernisse, erfassen.
Vorteile der Erfindung
Wie schon erwähnt geht die Erfindung aus von einem System zur Betätigung eines gekuppelten Stabilisators bei einem
Kraftfahrzeug, bei dem der Stabilisator durch eine Kupplung trennbar ist.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass Mittel vorgesehen sind, mittels der die vor dem Fahrzeug befindliche Umgebung erfasst wird und die Betätigung der Kupplung abhängig von der erfaßten Umgebung geschieht. Als Umgebung wird insbesondere der vor dem Fahrzeug liegende Fahrbahnverlauf und/oder vor dem Fahrzeug befindliche Hindernisse erfaßt.
Die vorliegende Erfindung schlägt also vor, mehr a priori- Wissen, also mehr vorausschauendes Wissen, durch Informationen über die vor dem Fahrzeug liegende Fahrbahn (Kurveninformation, Hindernisse) und damit mehr wissen über unmittelbar bevorstehende Fahrmanöver in die Regelung der Stabilisatorkupplung mit einzubeziehen. Bei einer eingangs erwähnten aktiven Rollstabilisierung bzw. Wankstabilisierung führt die Erfindung zu einer erheblichen Reduktion der Leistung des Elektromotrs. Erfindungsgemäß kann sogar anstelle eines voll verdrehbaren Stabilisator nur eine aktive Kupplung vorgesehen sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind erste Mittel zur optischen Erfassung der vor dem Kraftfahrzeug befindlichen Umgebung vorgesehen. Die Erfassung des Fahrbahnverlaufs und/oder von Hindernissen geschieht abhängig von den Ausgangssignalen der ersten Mittel.
Weiterhin können zweite Mittel zur satellitengestützten Erfassung der Position des Kraftfahrzeug vorgesehen sein. Verknüpft man die so erhaltene Positionsinformation mit einer gespeicherten Straßenkarte, so erhält man den vor dem Fahrzeug liegenden Fahrbahnverlauf.
Darüber hinaus können dritte Mittel zur Erfassung einer die Querbewegung des Kraftfahrzeugs repräsentierenden Querbewe- gungsgröße wie der Lenkwinkel und/oder die Querbeschleunigung vorgesehen sein. In diesem Fall geschieht die Erfassung des Fahrbahnverlaufs auch abhängig von der Querbewegungsgrö- ße.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass abhängig von der vor dem Fahrzeug befindlichen Umgebung, insbesondere abhängig vom Fahrbahnverlauf und/oder von Hindernissen, eine das unmittelbar bevor-
stehende Wankverhalten des Kraftfahrzeugs repräsentierende Wankgröße gebildet wird. Die Kupplung geschieht dann abhängig von der Wankgröße.
In einer weitergehende Ausführungsform ist vorgesehen, dass neben der im letzten Absatz erwähnten Wankgröße auch die erwähnte Querbewegungsgröße in die Kupplungsansteuerung eingeht.
Besonders vorteilhaft ist es, die Wankgröße mit einem Schwellenwert zu vergleichen. Die Kupplung wird dann geschlossen, wenn die Wankgröße den Schwellenwert übersteigt. Die Kupplung wird geöffnet, wenn die Wankgröße den Schwellenwert nicht übersteigt.
Geht neben der Wankgröße auch die Querbewegungsgröße in die Kupplungsansteuerung ein, so wird die Kupplung dann geschlossen wird, wenn die Wankgröße einen ersten Schwellenwert und die Querbewegungsgröße einen zweiten Schwellenwert übersteigt. Die Kupplung wird geöffnet, wenn die Wankgröße den ersten Schwellenwert und die Querbewegungsgröße den zweiten Schwellenwert nicht übersteigt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Zeichnung
Die Figur 1 stellt schematisch die Kupplungsansteuerung anhand eines Blockschaltbildes dar. Die Figur 2 zeigt die Ansteuerung des Kupplung anhand eines Ablaufdiagramms .
Ausführungsbeispiel
Anhand der im folgenden beschriebenen Ausführungsformen soll die Erfindung detailliert dargestellt werden.
Die Figur 1 zeigt mit den Bezugszeichen 13a und 13b die zwei Teile eines durch eine Kupplung 12 trennbaren Querstabilisators. Die Kupplung 12 wird dabei durch das Ausgangssignal K der Steuermittel 11 angesteuert. Hierdurch kann die Kupplung 12 geöffnet (Stabilisatorteile 13a und 13b sind getrennt) oder geschlossen (Stabilisatorteile 13a und 13b sind verbunden) werden.
Als Eingangssignale erhalten die Steuermittel 11 folgende Signale :
- Ein durch die Videoerfassung 14 erfaßtes Umgebungssignal S.
- Die durch den Querbeschleunigungssensor 15 erfaßte Querbeschleunigung des Fahrzeugs.
- Ein Umgebungssignal GPS, das durch Satellitensignale landkartengestützt den vor dem Fahrzeug liegenden Fahrbahnverlauf angibt.
- Die im Block 17 erfaßte Fahrzeuglängsgeschwindigkeit V.
- Der durch den Lenkwinkelsensor 18 erfaßte Lenkwinkel des Fahrzeugs .
Mit einer eingangs erwähnten aktiven Rollstabilisierung bzw. Wankstabilisierung wird versucht, den Kompromiß zwischen Komfort und Fahrstabilität entgegenzuwirken. Mit einem konventionellen Stabilisator werden rechte und linke Räder mit einem Federelement so verbunden, dass eine Verbesserung der Straßenlage erreicht wird und das Wanken während einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs verringert wird. Dies führt durch die steife Verbindung allerdings zu einer Verschlechterung des Fahrkomforts. Mit einer aktiven Rollstabilisierung bzw.
Wankstabilisierung ist es möglich, während einer Geradeausfahrt linke und rechte Räder unabhängig voneinander laufen zu lassen und erst während einer Kurvenfahrt anzuspannen. Durch den elektrischen Motor ist es auch möglich, ein bereits wankendes Fahrzeug begrenzt aufzurichten.
Im freilaufenden Zustand (z.B. während einer Geradeausfahrt) wird die durch das Fahrwerk geführte Bewegung des Rades trotzdem von der Massenträgheit des Elektromotors etwas beeinflußt.
Mit der Verwendung einer Kupplung 12 anstelle von einem Elektromotor reduziert sich dementsprechend sowohl der Realisierungsaufwand als auch der Energiebedarf während des Betriebs. Um die Kupplung 12 rechtzeitig zu schließen, wird ausreichende Information über den zu erwartenden Kurvenverlauf oder mögliche Ausweichmanöver benötigt, die mit der Videoerfassung 14 der Fahrbahn und/oder einem GPS 16 gewonnen werden kann.
Damit kann eine elektromotorische Rollstabilisierung bzw. Wankstabilisierung bzgl. Bauraum und Gewicht stark reduziert werden.
Eine Realisierung dieses Vorschlags geht von einem Fahrzeug aus, das mit einer Videoerfassung 14 der Straßenlage und möglicherweise einem Navigationssystem 16 (basierend auf GPS) ausgestattet ist.
In der Figur 2 ist beispielhaft ein Ablaufdiagramm der Erfindung gezeigt.
Nach dem Startschritt 21 werden in den Blöcken 22, 23, 24 und 25
- der Lenkwinkel δ und/oder die Querbeschleunigung aq,
- der Straßenverlauf durch die Videoerfassung,
- die GPS-Navigation und
- die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit V erfasst .
Im Block 26 findet unter Benutzung dieser Eingangssignale eine modellbasierte Krümmungsanalyse statt. Dies bedeutet, dass die voraussichtliche Wirkung auf das Wankverhalten des Fahrzeugs ermittelt wird. Dies führt zu einem geschätztem Wankverhalten φ* .
Im Block 27 wird das geschätzte Wankverhalten φ* mit einer Schwelle SW1.verglichen. Ebenso wird der Lenkwinkel δ mit einer Schwelle SW2 verglichen.
Die Kupplung 12 wird im Block 28 dann geschlossen, wenn die geschätzte Wankgröße φ* die erste Schwelle SW1 und der Lenkwinkel δ die zweite Schwelle SW2 übersteigt.
Die Kupplung 12 wird (oder bleibt) geöffnet (Block 29) , wenn die geschätzte Wankgröße. φ* die erste Schwelle SW1 und der Lenkwinkel δ die zweite Schwelle SW2 nicht übersteigt.
Nach dem Endschritt 30 wird der in der Figur 2 gezeigte Ablauf erneut durchlaufen.
In der Kurve wankt ein Fahrzeug um seine Längsachse nach außen. Mit einer elektromotorischen Rollstabilisierung bzw. Wankstabilisierung wird anhand von gemessenen Lenkwinkel und/oder Querbeschleunigung eine Kurvenfahrt erkannt und der Motor so aktiviert, dass das Fahrzeug wieder aufgerichtet wird, falls das Fahrzeug bereits durch die Kurvenfahrt gewankt ist.
Die vorliegende Erfindung sieht vor, den Stabilisator 13a, 13b bei Geradeausfahrt durch eine Kupplung 12 zu trennen. Dabei laufen die Räder links und rechts unabhängig voneinander. Durch die Videostraßenerkennung 14 und ggf. durch das Navigationssystem 16 wird der Abstand des Fahrzeugs zur- Kurve, der Krümmungsgrad der Kurve und/oder der Abstand zu einem Hindernis ermittelt.
Mit dieser Information wird die Kupplung 12 rechtzeitig vor einer Kurve oder vor rechtzeitig vor einem Ausweichmanöver vor einem Hindernis geschlossen und damit wieder eine Verbindung zwischen linken und rechten Räder geschaffen. Das Fahrzeug wankt weniger in der Kurve und fährt entsprechend sicher durch die Kurve. Sobald die Kurvenfahrt beendet ist beziehungsweise das Hindernis umfahren ist, wird die Kupplung 12 wieder geöffnet und die Räder wieder getrennt.
Die Einfahrt in die Kurve beziehungsweise der Beginn eines Ausweichmanövers wird eindeutig erkannt bzw. bestätigt, sobald der Fahrer einen vorgegebenen Lenkwinkel-Grenzwert Sw2 überschreitet. Diese Lenkwinkelgrenze Sw2 kann auch aus der Videokurvenberechnung ggf. Navigationsinformation dynanmisch ermittelt bzw. aktualisiert werden. Bei einer Geradeausfahrt ohne Hindernisse wird davon ausgegangen, dass das Fahrzeug nur geradeaus fahren sollte und dementsprechend werden die Grenzwerte Sw2 für das Lenksignal δ hochgesetzt. Sobald eine Kurve oder ein Hindernis auf der Fahrbahn erfasst wird und je mehr sich das Fahrzeug der Kurve oder dem Hindernis nähert, desto kleiner werden die Grenzwerte SW2 gesetzt. Beim geringen Anstieg des Lenksignals (z.B. erste Lenkmanöver um die Kurve zu kompensieren ggf. Hindernis auszuweichen), wird die Kupplung 12 geschlossen.
Mit dem GPS-Navigationssystem kann auch eine geneigte Fahrbahn (Neigung um die Längsachse der Straße) erkannt und damit kompensiert werden.
Der erfindungsgemäße gekuppelte Stabilisator kann genauso für die Vorderachse und für Hinterachse eines Fahrzeuges verwendet werden.
Claims
1. System zur Betätigung eines gekuppelten Stabilisators (13a, 13b) bei einem Kraftfahrzeug, bei dem der Stabilisator (13a, 13b) durch eine Kupplung (12) trennbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (11, 14, 15, 16) vorgesehen sind, mittels der die vor dem Fahrzeug befindliche Umgebung erfasst wird und die Betätigung der Kupplung (12) abhängig von dem erfaßten Umgebung geschieht.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Umgebung der vor dem Fahrzeug liegende Fahrbahnverlauf und/oder vor dem Fahrzeug befindliche Hindernisse erfaßt werden.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass erste Mittel (14) zur optischen Erfassung der vor dem Kraftfahrzeug befindlichen Umgebung vorgesehen sind und die Erfassung des Fahrbahnverlaufs und/oder von Hindernissen abhängig von den Ausgangssignalen der ersten Mittel (14) geschieht .
4. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Mittel (16) zur satellitengestützten Erfassung der Position des Kraftfahrzeug vorgesehen sind und die Erfassung des Fahrbahnverlaufs abhängig von den Ausgangssignalen der zweiten Mittel (16) geschieht.
5. System nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass dritte Mittel (15 oder 18) zur Erfassung einer die Querbewegung des Kraftfahrzeugs repräsentierenden Querbewegungsgröße (aq und/oder δ) vorgesehen sind und die Erfassung des Fahrbahnverlaufs abhangig von der Querbewegungsgröße (aq und/oder δ) geschieht.
6. System nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass abhangig von dem vor dem Fahrzeug befindlichen Umgebung, insbesondere abhangig vom Fahrbahnverlauf und/oder von Hindernissen, eine das unmittelbar bevorstehende Wankverhalten des Kraftfahrzeugs repräsentierende Wankgröße (φ*) gebildet wird und die Betätigung der Kupplung (12) abhangig von der Wankgroße (φ*) geschieht.
7. System nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass abhangig von dem vor dem Fahrzeug befindlichen Umgebung, insbesondere abhangig vom Fahrbahnverlauf und/oder von Hindernissen, eine das unmittelbar bevorstehende Wankverhalten des Kraftfahrzeugs repräsentierende Wankgroße (φ*) gebildet wird und die Betätigung der Kupplung (12) abhangig von der Wankgroße (φ*) und der Querbewegungsgröße (aq und/oder δ) geschieht.
8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wankgroße (φ*) mit einem Schwellenwert (SW1) verglichen wird und
- die Kupplung (12) dann geschlossen wird, wenn die Wankgroße (φ*) den Schwellenwert (SW1) übersteigt und
- die Kupplung (12) dann geöffnet wird, wenn die Wankgroße
(φ*) den Schwellenwert (SW1) nicht übersteigt.
9. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wankgroße (φ*) mit einem ersten Schwellenwert (SWl) und die Querbewegungsgröße (aq und/oder δ) mit einem zweiten Schwellenwert (SW2) verglichen wird und
- die Kupplung (12) dann geschlossen wird, wenn die Wankgröße (φ*) den ersten Schwellenwert (SWl) und die Querbewegungsgröße (aq und/oder δ) den zweiten Schwellenwert (SW2) übersteigt und
- die Kupplung (12) dann geöffnet wird, wenn die Wankgröße
(φ*) den ersten Schwellenwert (SWl) und die Querbewegungsgröße (aq und/oder δ) den zweiten Schwellenwert (SW2) nicht übersteigt, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass der Abstand des Fahrzeugs zur Kurve und/oder der Abstand des Fahrzeugs zu einem Hindernis ermittelt wird und der zweite Schwellenwert abhängig von dem ermittelten Abstand verändert wird.
10. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Stabilisator um eine Querstabilisator handelt.
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