WO2001012483A1

WO2001012483A1 - FERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM BESTIMMEN VON FAHRZEUGZUSTANDSGRÖssEN

Info

Publication number: WO2001012483A1
Application number: PCT/EP2000/007772
Authority: WO
Inventors: Ulrich LÜDERS; Georg Roll; Thomas Raste; Rainer Oehler; Karl Izsak; Michael Latarnik
Original assignee: Continental Teves Ag & Co. Ohg; Latarnik, Christine
Priority date: 1999-08-13
Filing date: 2000-08-10
Publication date: 2001-02-22
Also published as: EP1311416A1; WO2001012483A8

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen von Fahrzeugzustandsgrössen, bei dem wenigstens eine, für die Fahrzeugkipptendenz um die Fahrzeuglängsachse indikative Grösse gemessen und zum Ermitteln von Steuer- oder Regelgrössen eines Kraftfahrzeug-Regelungssystems ausgewertet wird. Um eine möglichst schnelle Reaktion auf eine Fahrzeugkippgefahr mittels eines regelnden Eingriffs zu schaffen, wird auf Basis der Messgrösse, die mit Hilfe von Reifen- oder Radkraftsensoren ermittelt wurde und die Reifen- oder Radseitenkräftte und/oder die Reifen- oder Radaufstandskräfte wiedergibt, mindestens eine für die Fahrzeugkipptendenz indikative Kenngrösse(n) durch laufendes Erfassen dieser Messgrösse an mindestens einem kurveninneren und -äusseren Fahrzeugrad ermittelt wird und die ermittelten direkten Reifen- oder Radkräfte selbst oder daraus abgeleitete und/oder unter Einbeziehung von Korrekturgrössen oder -werten gebildete Signale, wie gefilterte Grössen, als Steuer- oder Regelgrössen verwendet werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen von Fahzeugzustandsgroßen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Fahzeugzustandsgroßen, bei dem wenigstens eine, für die Fahrzeugkipptendenz um die Fahrzeuglangsachse indikative Größe gemessen und zum Ermitteln von Steuer- oder Regelgrößen eines Kraftfahrzeug-Regelungssystems ausgewertet wird nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.

Fahrzeuge mit hoher Schwerpunktlage und weicher Federung neigen bei extremen Lenkmanovern zum Kippen um die Langsachse.

Es sind Systeme bekannt, die den Vorgang des nahenden Kippens zu erkennen versuchen, indem die gemessene Querbeschleunigung des Fahrzeugs mit einem Schwellwert von beispielsweise 0.5g verglichen wird (DE 196 32 943 Cl) . In solchen Fallen erfolgt uberlicherweise ein aktives Einbremsen oder eine Drosselung der Motorleistung, um die Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit zu beschranken und damit indirekt die Querbeschleunigung zu verringern. Es kann auch ein Einbremsen allein der kurvenaußeren Rader durchgeführt werden. Als weiteres Signal für eine Kippgefahr wird standardmäßig das gemessene Signal eines Lenkwinkelsensors zum Beispiel in Verbindung mit einem den Wankwinkel repräsentierenden Signal herangezogen, um heftige Lenkreaktionen des Fahrers ebenfalls zu beurteilen (EP 0 758 601 A2) .

Diese bekannten Systeme haben den Nachteil, daß die Beschrankung der Dynamik immer von festen Schwellen beispielsweise der Querbeschleunigung abhangt, ohne daß dabei der jeweilige Beladungszustand, also die tatsächliche Schwerpunkthohe und die Beladungsverteilung, der Zustand der Federung und der Straße etc. berücksichtigt werden. Das hat zur Folge, daß ein Fahrzeug mit tiefer Schwerpunktlage und gunstiger Gewichtsverteilung oftmals zu stark in seiner Fahrdynamik eingeschränkt werden kann. Andererseits kann ein sehr ungunstig beladenes oder überladenes Fahrzeug m t gealterter Federung trotz der Erkennungseinrichtung kippen, wenn die eingestellten Schwellen für die Situation zu hoch liegen .

Man hat zwar schon versucht ein von der Veränderung des Massenschwerpunktes abhangige, die Kippgefahr repräsentierende Zustandsgroße zu ermitteln, wobei diese Zustandsgroße die am Fahrzeugschwerpunkt angreifende Querbeschleunigung und/oder der Nickwinkel und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Lenkwinkel und/oder die Gierrate zugrunde gelegt werden (WO 00/03900). Die Korrelation der Veränderung des

Massenschwerpunktes mit der jeweiligen Zustandsgroße erfordert jedoch einen bei der Erfassung und Auswertung der für die Fahrzeugkipptendenz mdikativen Signale großen Aufwand, der zu einer Verzögerung bei der Bildung der Steuer- oder Regelgroße fuhrt, wobei die drohende Kippgefahr erst nach der Korrelation der Signale erkannt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche eine möglichst schnelle Reaktion auf eine Fahrzeugkippgefahr mittels eines regelnden Eingriffs erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 11 gelost .

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind m den Unteranspruchen angegeben.

Da aus Meßgroßen, die mit Hilfe von Reifen- oder Radkraftsensoren ermittelt wurden und die die Reifen- oder Radseitenkrafte und/oder die Reifen- oder Radaufstandskrafte wiedergeben, mindestens eine für die Fahrzeugkipptendenz indikative Kenngroße (n) durch laufendes Erfassen dieser Meßgroßen an mindestens einem kurveninneren und -äußeren Fahrzeugrad ermittelt wird und die ermittelten direkten Reifenoder Radkrafte selbst oder daraus abgeleitete Großen, wie gefilterte Großen, und/oder unter Einbeziehung von Korrekturgroßen oder -werten gebildete Signale als Steuer- oder Regelgroßen verwendet werden, ist eine schnelle Reaktion auf eine Kippgefahr möglich, weil anhand der Reifen- oder Radkraftsensoren in einfacher Weise Kräfte m Längs- und Queroder Vertikalrichtung errechnet werden können. Eine Errechnung dieser Kräfte erfordert also nur eine geringe Zeit. Daher empfiehlt es sich, genau diese Kräfte auch als Kenngroße für eine Fahrzeugkipptendenz heranzuziehen, um auf dem direktesten Weg einen Regeleingriff, insbesondere einen Bremseingriff an dem kurvenaußeren Vorderrad bzw. den kurvenaußeren Vorderradern, vornehmen zu können. Darüber hinaus erlauben diese Kräfte auch eine Vorhersage einer Kippgefahr eines Fahrzeugs, da dieser Vorgang sich vorher dadurch ankündigt, daß die kurveninneren Rader des Fahrzeugs ausgehoben werden, also ihre Aufstandskrafte verlieren. Je nach Achslastverteilung kann entweder das kurveninnere Vorderrad oder das kurveninnere Hinterrad früher betroffen sein. Das Verfahren zur Erkennung von drohenden Kippzustanden bei Fahrzeugen ermittelt daher diese Zustande vorzugsweise durch die Überwachung der Seltenkraftinformationen an den kurveninneren und -äußeren Fahrzeugradern über die direkten Reifen- oder Radkrafte selbst oder daraus abgeleiteten Signale.

Vorteilhaft werden daher die sich anbahnenden Kippsituationen sicher und frühzeitig mit Hilfe von Reifen- oder Radkraftinformationen erfaßt. Diese Kraftinformationen spiegeln den exakten Fahrzustand wider, so daß alle Parameter, wie Schwerpunkthohe, Gewichtsverlagerung, Zustand der Federung, Straßenzustand etc. mit einbezogen sind.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung bietet also den Vorteil, daß ein Eingriff zum Verhindern des Kippens um die Langsachse exakt dann nach einer kurzen Regelemtrittstotzeit aktviert wird. Diese Zeit kann den Notwendigkeiten bzw. den Verhaltnissen angepasst werden und kann z.B. 100 ms betragen. Ein Eingriff kann auch direkt ohne Eintrittszeit erfolgen. Das heißt, der fahrerunabhangige, kippstabilisierende Eingriff erfolgt direkt dann, wenn das Fahrzeug tatsächlich zu kippen droht (Querkraft =0) also sofort oder bei einer vorgeschalteten erkennung gemass der Erfindung nach einer Regelemtπttszeit . Auf diese Weise wird einem Fahrzeug mit gunstiger Schwerpunktlage und guter Federung generell eine höhere Fahrdynamik erlaubt als einem ungunstig beladenen oder in schlechtem Zustand befindlichen Fahrzeug.

Zweckmaßigerweise wird für die wenigstens eine Kenngroße mindestens ein zugehöriger Kippverhmderungs-Schwellwert ermittelt. Eine Fahrzeugkipptendenz liegt vor, wenn die Kenngroße den Kippverhmderungs-Schwellwert überschreitet, der in Abhängigkeit von weiteren Meßgroßen, die mit konventionellen Sensoren, wie Raddrehzahlsensoren, ermittelt wurden, und/oder die die momentane Fahrsituation wiedergeben (Kurvenfahrt, Geradeausfahrt, Reibwert), gebildet wird. Der variable Kippverhinderungs-Schwellenwert kann abhangig von dem Reibwert, der Querbeschleunigung, dem Kurvenradius u . dgl . individuell für jeden Fahrzustand jedem Fahrzeug zugeordnet werden, so dass eine rechtzeitige, situationsangepasste frühzeitige Erkennung der Kippgefahr möglich ist. Eine Kippgefahr gilt dann als erkannt, wenn die Differenz der Seitenkrafte zwischen dem kurvenaußeren und -inneren Rad einen Schwellwert überschreitet, der eine Funktion der Seitenkrafte, der Langskrafte und der Fahrzeuggeschwindigkeit oder der eine Funktion der Seitenkrafte und deren zeitlichen Ableitungen, der Langskrafte und der Fahrzeuggeschwindigkeit ist.

Dieser mindestens eine Kippverhmderungs-Schwellwert wird bei vorliegender Fahrzeugkipptendenz von der Kenngroße oder dem zeitlichen Gradient der Kenngroße punktuell oder über einen definierten Zeitraum, vorzugsweise von der Differenz der Seitenkrafte zwischen dem kurvenaußeren und -inneren Rad in aufeinander folgenden oder zeitlich dicht beieinander liegenden Regelungszyklen, überschritten. Die Kippgefahr wird folglich dann als erkannt angesehen, wenn mindestens einer der Kippverh derungs-Schwellwerte über einen definierten Zeitraum, also von den Seitenkraftdifferenzen diverser aufeinander folgender oder zeitlich dicht beieinander liegender Regelungszyklen überschritten wird. Eine Kippgefahr gilt weiterhin dann als erkannt, wenn die Differenz der Seitenkrafte zwischen dem kurveninnere und -äußere Rad einer beliebigen Achse oder beider Achsen den Kippverhmderungs-Schwellwert punktuell oder über einen längeren Zeitraum überschreitet. Ferner gilt eine Kippgefahr dann als erkannt, wenn der zeitliche Gradient der Differenz zwischen der Seitenkraft des kurvenaußeren und -inneren Rades einer Achse oder aller Achsen den Schwellwert überschreitet. Eine Kippgefahr gilt dann als erkannt, wenn die Seitenkraft eines kurveninneren Rades einen unteren Schwellwert unterschreitet, wahrend die Seitenkraft des kurvenaußeren Rades einen hohen Schwellwert überschreitet oder wenn die Seitenkraft des kurvenaußeren Rades einen hohen Schwellwert überschreitet.

Die Bedingungen, daß die Seitenkraft eines kurveninneren Rades einen unteren Schwellwert unterschreitet, wahrend die Seitenkraft des kurvenaußeren Rades einen hohen Schwellwert überschreitet oder daß die Seitenkraft des kurvenaußeren Rades einen hohen Schwellwert überschreitet, können punktuell oder auch über einen längeren Zeitraum betrachtet werden, wobei eine Kippgefahr dann als erkannt gilt, wenn die Bedingungen über einen längeren Zeitraum oder punktuell erfüllt sind. Diese Bedingungen müssen nach einer Ausfuhrungsform punktuell oder über einen längeren Zeitraum nur an einer oder an beiden Achsen erfüllt sein. Dabei gilt eine Kippgefahr dann als erkannt, wenn die Seitenkraft eines kurveninneren Rades zunächst ein Maximum überschreitet und dann abnimmt, wahrend die Seitenkraft des kurvenaußeren Rades weiter zunimmt. Eine Kippgefahr gilt nach einer weiteren Ausfuhrungsform dann als erkannt, wenn an beiden Achsen die Seitenkraft eines kurveninneren Rades zunächst ein Maximum überschreitet und dann abnimmt, wahrend die Seitenkraft des kurvenaußeren Rades weiter zunimmt.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zum Bestimmen von Fahzeugzustandsgroßen, bei der wenigstens eine, für die Fahrzeugkipptendenz um die Fahrzeuglangsachse indikative Große gemessen und in einer Auswerteeinheit zum Ermitteln von Steueroder Regelgroßen für ein Kraftfahrzeug-Regelungssystem ausgewertet wird, weist Reifen- oder Radkraftsensoren auf, die Großen erfassen, die die Reifen- oder Radseitenkrafte und/oder die Reifen- oder Radaufstandskrafte wiedergeben, und bei der die Auswerteeinheit mindestens eine Kenngroße (n) aus den laufend erfassten Meßgroßen an mindestens einem kurveninneren und -äußeren Fahrzeugrad ermittelt, wobei die ermittelten direkten Reifen- oder Radkrafte selbst oder daraus abgeleitete und/oder unter Einbeziehung von Korrekturgroßen oder -werten gebildete Signale, wie gefilterte Großen, dem Regelungssystem als Steuer- oder Regelgroßen zugeführt werden. Die Kippzustande werden vorzugsweise durch die Überwachung der Seltenkraftinformationen an den kurveninneren und -äußeren Fahrzeugradern ermittelt, wobei bevorzugt die direkten Reifenoder Radkrafte selbst oder daraus abgeleitete Signale, wie gefilterte Großen, verwendet werden.

Sensoren für die Querbeschleunigung, die Gierrate oder den Lenkwinkel werden nicht benotigt.

Nach einer Ausfuhrungsform der Erfindung ist eine Ermittlungsemheit vorgesehen, die für die wenigstens eine Kenngroße mindestens einen zugehörigen Kippverhmderungs- Schwellwert ermittelt, der Abhängigkeit von weiteren Meßgroßen, die mit konventionellen Sensoren, wie Raddrehzahlsensoren, ermittelt wurden, und/oder die die momentane Fahrsituation wiedergeben (Kurvenfahrt, Geradeausfahrt, Reibwert), gebildet wird, und daß eine Vergleichsemheit vorgesehen ist, die die Kenngroße mit dem Kippverhmderungs-Schwellwert vergleicht, und das Vergleichergebms dem Kraffahrzeug-Regelungssystem als Steure- oder Regelgroße zur Verfugung stellt. Vorrichtung zur Erkennung von drohenden Kippzustanden bei Fahrzeugen, Eine Kippgefahr gilt dann als erkannt, wenn die Differenz der Seitenkrafte zwischen dem kurvenaußeren und -inneren Rad einen Schwellwert überschreitet, der eine Funktion der Seitenkrafte, der Langskrafte und der Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Ferner gilt eine Kippgefahr dann als erkannt, wenn die Differenz der Seitenkrafte zwischen dem kurvenaußeren und - inneren Rad einen Schwellwert überschreitet, der eine Funktion der Seitenkrafte und deren zeitlichen Ableitungen, der Langskrafte und der Fahrzeuggeschwindigkeit ist . eiterhin gilt eine Kippgefahr dann als erkannt, wenn einer der Schwellwerte gemäß über einen definierten Zeitraum, also von den Seltenkraftdifferenzen diverser aufeinander folgender oder zeitlich dicht beieinander liegender Regelungszyklen überschritten wird. Nach einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel gilt eine Kippgefahr dann als erkannt, wenn die Differenz der Seitenkrafte zwischen dem kurveninnerem und -äußerem Rad einer beliebigen Achse oder beider Achsen den mindestens einen Kippverhmderungs-Schwellwert punktuell oder über einen längeren Zeitraum überschreitet. Nach einem Ausfuhrungsbeispiel gilt eine Kippgefahr auch dann als erkannt, wenn der zeitliche Gradient der Differenz zwischen der Seitenkraft des kurvenaußeren und -inneren Rades einer Achse oder aller Achsen den Kippverhmderungs-Schwellwert überschreitet. Ferner gilt eine Kippgefahr dann als erkannt, wenn der zeitliche Gradient der Differenz zwischen der Seitenkraft des kurvenaußeren und - inneren Rades einer Achse oder aller Achsen den

Kippverhmderung-Schwellwert punktuell oder über einen längeren Zeitraum überschreitet. Nach einem Ausfuhrungsbeispiel ermittelt die Vorrichtung eine Kippgefahr, wenn die Seitenkraft eines kurveninneren Rades einen unteren Kippverhmderungs- Schwellwert unterschreitet, wahrend die Seitenkraft des kurvenaußeren Rades einen hohen Kippverhmderungs-Schwellwert überschreitet. Eine Kippgefahr gilt auch dann als erkannt, wenn die Seitenkraft des kurvenaußeren Rades einen hohen Ξchwellwert überschreitet .

Nach einem Ausfuhrungsbeispiel müssen die Bedingungen, daß die Seitenkraft eines kurveninneren Rades einen unteren Kippverhmderungs-Schwellwert unterschreitet, wahrend die Seitenkraft des kurvenaußeren Rades einen hohen Kippverhmderungs-Schwellwert überschreitet oder daß die Seitenkraft des kurvenaußeren Rades einen hohen Schwellwert überschreitet, punktuell oder über einen längeren Zeitraum an einer oder an beiden Fahrzeugachsen erfüllt sein müssen.

Vorzugsweise gilt eine Kippgefahr dann als erkannt, wenn die Seitenkraft eines kurveninneren Rades zunächst ein Maximum überschreitet und dann abnimmt, wahrend die Seitenkraft des kurvenaußeren Rades weiter zunimmt. Nach einem Ausfuhrungsbeispiel muß diese Bedingung an beiden Achsen erfüllt sein.

Die Kraftinformationen werden bevorzugt mit Hilfe von Reifenseitenwand-Torsionssensoren ermittelt .

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden naher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 die Verteilung der Kräfte an einer Fahrzeugachse bei einer Kurvenfahrt eines Kraftfahrzeugs

Fig.2 ein Diagramm über den Verlauf der Seitenkrafte an einem kurveninneren und -äußeren Fahrzeugrad

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung Die Vorrichtung 10 zum Bestimmen von Fahzeugzustandsgroßen, bei der wenigstens eine, für die Fahrzeugkipptendenz um die Fahrzeuglängsachse indikative Größe gemessen und in einer Auswerteeinheit 11 zum Ermitteln von Steuer- oder Regelgrößen für ein Kraftfahrzeug-Regelungssystem 12 ausgewertet wird ist in Figur 3 schematisch dargestellt. Sie weist Reifen- oder Radkraftsensoren 13, 14 auf, die Größen erfassen, die die Reifen- oder Radseitenkräfte und/oder die Reifen- oder RadaufStandskräfte wiedergeben. In der Auswerteeinheit 11 wird mindestens eine Kenngröße (n) aus den laufend erfassten Meßgrößen (Reifen- oder Radkräfte) an mindestens einem kurveninneren und -äußeren Fahrzeugrad ermittelt, wobei die ermittelten direkten Reifen- oder Radkräfte selbst oder daraus abgeleitete Größen, wie gefilterte Größen und/oder unter Einbeziehung von Korrekturgrößen oder -werten gebildete Signale dem Regelungssystem 12 als Steuer- oder Regelgrößen zugeführt werden. In einer Ermittlungseinheit 15 wird mindestens ein, für die wenigstens eine Kenngröße zugehöriger Kippverhmderungs- Schwellwert ermittelt, der in Abhängigkeit von weiteren Meßgrößen, die mit Sensoren, wie Raddrehzahlsensoren, ermittelt wurden, und/oder die die momentane Fahrsituation wiedergeben (Kurvenfahrt, Geradeausfahrt, Reibwert), gebildet. Eine Vergleichseinheit 16 vergleicht die Kenngröße mit dem Kippverhmderungs-Schwellwert und stellt das Vergleichergebnis dem Kraftfahrzeug-Regelungssystem 12 als Steuer- oder Regelgröße zur Verfügung. Die Ermittlungseinheit 15 ermittelt den Kippverhmderungs-Schwellwert THR nach der Beziehung THR -= f(F , , F_{} a} ,F_{x l} , F_{x a} ,v ) , mit F_yj ,F_yfi = Seitenkräfte F_y am kurveninneren und kurvenäußeren Rad, F_{x l} ,F_{x a} = Längskräfte F_x am kurveninneren und kurvenäußeren Rad und der Fahrzeuggeschwindigkeit v oder nach der Beziehung THR = f(F , F _a , F , F_{i a} , F _l , F_{x a} ,v ) , m t F_y„ F_{y a} = Seitenkrafte F_y am kurveninneren und kurvenaußeren Rad, F , F = zeitliche Ableitung Seitenkrafte F am kurveninneren und kurvenaußeren Rad, F ,F_ιa = Langskrafte F_x am kurveninneren und kurvenaußeren Rad und der Fahrzeuggeschwindigkeit v .

Die Vergleichsemheit 16 summiert die ermittelten Reifen- oder Radkrafte, insbesondere Seitenkrafte, an dem mindestens einen kurveninneren und -äußeren Fahrzeugrad einer beliebigen Fahrzeugachse oder aller Fahrzeugachsen und bestimmt aus der Differenz der Seitenkrafte die Kenngroße (n) . Die Vergleichsemheit 16 vergleicht mindestens einen der Kippverhinderungs-Schwellwerte mit der Kenngroße oder dem zeitlichen Gradient der Kenngroße punktuell oder über einen definierten Zeitraum, vorzugsweise von der Differenz der Seitenkrafte zwischen dem kurvenaußeren und -inneren Rad in aufeinander folgenden oder zeitlich dicht beieinander liegenden Regelungszyklen. Die Auswerteeinheit 11 gibt m Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis, wie beim Überschreiten des Kippverhmderungs-Schwellwertes, eine für die

Fahrzeugkipptendenz indikative Steuer- oder Regelgroße für das Kraftfahrzeug-Regelungssystem aus .

Die für die Fahzeugkipptendenz indikative Große wird wie folgt ermittelt :

Um das Kippverhalten des Fahrzeugs zu beurteilen, werden im wesentlichen die Seitenkrafte der Rader herangezogen. Fallt die Seitenkraft eines kurveninneren Rades unter einen niedrigen Schwellwert, wahrend die Seitenkraft des achsgleichen kurvenaußeren Rades einen honen Schwellwert überschreitet, so ist dies ein deutliches Indiz für eine stark reduzierte Aufstandskraft am inneren Rad, so daß eine Kippgefahr als gegeben angesehen werden kann.

Dieser Sachverhalt wird gemäß Fig. 1 nachfolgend erläutert. Dargestellt ist eine beliebige Achse eines in Kurvenfahrt befindlichen Fahrzeugs. Auf dieser Achse lastet ein Gewichtsanteil, der identisch ist mit der Summe der Radaufstandskrafte :

, + F = G_Λ

Der von den Rädern der Achse zu kompensierende Fliehkraftanteil ist identisch mit der Summe der Seitenkräfte:

F _,a = m_A *a_y (2)

Zwischen der Aufstandskraft und der Seitenkraft eines beliebigen Rades besteht der Zusammenhang

Basierend auf dem oben beschriebenen Sachverhalt werden nun einige wirkungsvolle Verfahren beschrieben, um eine Fahrzeugkipptendenz bzw. -gefahr rechtzeitig zu erkennen, ohne dem Fahrzeug zu frühe Einschränkungen in der Fahrdynamik aufzuerlegen .

Eine Kippgefahr gilt dann als gegeben, wenn die Differenz der Seitenkräfte einer Achse einen Schwellwert überschreitet, der eine Funktion der Seitenkräfte selbst, der Längskräfte sowie der Fahrzeuggeschwindigkeit ist:

Δ > THR ( ) mit

THR = f(F_lJ,F_}fi,F,_J,F_{x l},v ) (5;

und ΔF, =F y,,° F., (β:

Dabei können die Kraftinformationen die direkten Reifen- bzw. Radkräfte oder weiterverarbeitete Signale sein, wie etwa mit unterschiedlichen Zeitkonstanten gefilterte Kraftsignale. Eine Verbesserung des Verfahrens besteht darin, den Schwellwert nicht nur von den Seitenkräften selbst sondern auch von den Gradienten der Seitenkräfte abhängig auszuführen:

THR^AF^F^F^F^F^F^v ) (7)

Verschiedene Ausführungsbeispiele ergeben sich dadurch, die Kippgefahr dann als gegeben anzunehmen, wenn die Differenz der Seitenkräfte an einer beliebigen Achse oder an beiden Achsen den Schwellwert nach Gleichung (5) oder (7) überschreitet:

F_iar-F_W.>THR oder F_yoh-F_{y h}>THR (8)

oder

F,_Al. - F, ₁ > 7HR und F_AA - F_yJJ, >THR ( 9 )

Eine weitere Verbesserung der Überwachung des Kippverhaltens kann dadurch erzielt werden, daß ein Eingriff nicht nur punktuell über eine harte Schwellenüberschreitung eingeleitet wird, sondern daß eine Beobachtung der Kraftrelationen gemäß Gleichungen (4) bis (9) über einen gewissen Zeitraum erfolgt und damit eine zeitliche Kette ermittelter Kraftwerte zur Auswertung kommt:

^_v[i + ] = F i ₊ \] - F _ι[i ₊ l] Δ^ + 2] = F / ₊ 2] - F_Jv[/ + 2]

ΔF₁[/₊ y] = F^[ +;]-F^,[/+ y]

für i = beliebiger Regelungszyklus, i+1 = nachfolgender Regelungszyklus etc.

Eine Kippgefahr gilt dann als erkannt, wenn die Werte ΔF_r[z] die Bedingungen aus Gleichung (4) bzw. (8) oder (9) über einen definierten Zeitraum erfüllen.

Ein weiteres wichtiges Kriterium zur Erkennung der Kippgefahr bildet der zeitliche Gradient der Seitenkraftdifferenz einer oder aller Achsen, da der Gradient die Dynamik des Aushebevorgangs repräsentiert:

dΔF

> THR dt :n:

wobei der Schwellwert THR wieder gemäß Gleichung (5) oder (7 gebildet werden kann.

Weitere Kriterium zur Erkennung der Kippgefahr sind die Unterschreitung eines kleinen Schwellwerts durch die kurveninnere Seitenkraft bei gleichzeitiger Überschreitung eines hohen Schwellwerts durch die kurvenäußere Seitenkraft oder das alleinige Überschreiten eines hohen Schwellwerts durch die kurvenäußere Seitenkraft:

F, , < THR und Fy,a > TH^Rh,gh ( 12 :

oder nur

F,_a > THR_hlgh (13!

Eine weitere, sehr sichere Methode, um ein gefährliches Ausheben der kurveninneren Räder zu erkennen, besteht darin, einen charakteristischen Verlauf der Seitenkräfte einer Achse über der Zeit zu beobachten. Dieser Verlauf ist prinzipiell in Fig. 2 dargestellt. Dabei erhöhen sich zunächst beide Seitenkräfte einer Achse aufgrund einer zunehmenden Querdynamik. Die kurveninnere Seitenkraft erreicht bei einer bestimmten Querbeschleunigung ein Maximum und reduziert sich danach kontinuierlich, während sich die kurvenäußeren Seitenkraft weiterhin erhöht.

Dieser Sachverhalt läßt sich folgendermaßen physikalisch erklären:

Zunächst nimmt die Aufstandskraft des kurveninneren Rades gemäß Fig. 1 mit wachsender Querbeschleunigung ab:

m F _ι = - *(g* c / 2 - a_v * h) (14: c

Zwischen der Aufstandskraft und der Querkraft des Rades besteht vereinfacht und unter der Annahme, daß ein ausreichender Reibwert vorliegt, der Zusammenhang

F_{x J} = F_{: ι} *a g (15) Aus den Gleichungen (14) und (15) ergibt sich

a, m_Λ

^Fr, = - ^: (g * c 12 - a * h) (16) g * c

Gegensätzlich verhält sich die Seitenkraft am kurvenäußeren Rad:

F„ = G_A * a_y / g - F„ (17)

Diese Gleichungen für das kurveninnere und das kurvenäußere Rad weisen die in Fig. 2 dargestellte Charakteristik auf.

Vorgeschlagen zur Erkennung der Situation wird ein Verfahren oder eine Vorrichtung zur Überprüfung der typischen Charakteristik der beiden Seitenkräfte einer Achse gemäß obiger Gleichung und Fig. 2.

Bei Überschreitung des Seitenkraftmaximums am inneren Rad, anschließender Abnahme der Seitenkraft des inneren Rades und weiterer Zunahme der Seitenkraft des äußeren Rades gilt eine Kippgefahr als erkannt.

Die verwendeten Signale und Parameter haben folgende Bedeutung:

F. beliebige Längskraft

F_v beliebige Seitenkraft

F_{r ι} kurveninnere Seitenkraft

F_vu kurvenäußere Seitenkraft

F, !,,',,!.' kurveninnere Seitenkraft vorne

F, \ .ι,.l,ι, kurveninnere Seitenkraft hinten F , kurvenäußere Seitenkraft vorne

F_(ή kurvenäußere Seitenkraft hinten

F zeitliche Ableitung der kurveninneren Seitenkraft

F₁₍₇ zeitliche Ableitung der kurvenäußeren Seitenkraft

F, kurveninnere Aufstandskraft

F_ή kurvenäußere Aufstandskraft

G_A achsbezogene Gewichtskraft des Fahrzeugs m_A achsbezogene Masse des Fahrzeugs α, Querbeschleunigung des Fahrzeugs c Spurweite des Fahrzeugs h Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs g Erdbeschleunigung

Claims

Ansprüche

Verfahren zum Bestimmen von Fahrzeugzustandsgrößen, bei dem wenigstens eine, für die Fahrzeugkipptendenz um die Fahrzeuglängsachse indikative Größe gemessen und zum Ermitteln von Steuer- oder Regelgrößen eines Kraftfahrzeug-Regelungssystems ausgewertet wird dadurch gekennzeichnet, daß auf Basis der Meßgröße, die mit Hilfe von Reifenoder Radkraftsensoren ermittelt wurde und die die Reifenoder Radseitenkräfte und/oder die Reifen- oder Radaufstandskrafte wiedergibt, mindestens eine für die Fahrzeugkipptendenz indikative Kenngröße (n) durch laufendes Erfassen dieser Meßgröße an mindestens einem kurveninneren und -äußeren Fahrzeugrad ermittelt wird und die ermittelten direkten Reifen- oder Radkräfte selbst oder daraus abgeleitete Größen, wie gefilterte Größen und/oder unter Einbeziehung von Korrekturgrößen oder - werten gebildete Signale als Steuer- oder Regelgrößen verwendet werden.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die wenigstens eine Kenngröße mindestens ein zugehöriger Kippverhmderungs-Schwellwert ermittelt wird und eine Fahrzeugkipptendenz vorliegt, wenn die Kenngröße den Kippverhmderungs-Schwellwert überschreitet, der in Abhängigkeit von weiteren Meßgrößen, die mit konventionellen Sensoren, wie Raddrehzahlsensoren, ermittelt wurden, und/oder die die momentane Fahrsituation wiedergeben (Kurvenfahrt, Geradeausfahrt, Reibwert), gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippverhmderungs-Schwellwert in Abhängigkeit von den Seitenkraften, den Langskraften und der Fahrzeuggeschwindigkeit gebildet w rd.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippverhmderungs-Schwellwert in Abhängigkeit von den Seitenkraften und deren zeitlichen Ableitungen, den Langskraften und der Fahrzeuggeschwindigkeit gebildet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Reifen- oder Radkrafte, insbesondere Seitenkrafte, an dem mindestens einen kurveninneren und - äußeren Fahrzeugrad einer beliebigen Fahrzeugachse oder aller Fahrzeugachsen miteinander verglichen werden und die Differenz der Seitenkrafte als Kenngroße (n) verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Kippverhmderungs-Schwellwerte von der Kenngroße oder dem zeitlichen Gradient der Kenngroße punktuell oder über einen definierten Zeitraum, vorzugsweise von der Differenz der Seitenkrafte zwischen dem kurvenaußeren und -inneren Rad in aufeinander folgenden oder zeitlich dicht beieinander liegenden Regelungszyklen, bei vorliegender Fahrzeugkipptendenz überschritten wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüchen 1 bis 6, daß mindestens ein unterer Kippverhinderungs-Schwellwert von der Seitenkraft des kurveninneren Rades und/oder mindestens ein oberer Kippverhinderungs-Schwellwert von der Seitenkraft des kurvenäußeren Rades bei vorliegender Fahrzeugkipptendenz punktuell oder über einen längeren Zeitraum an einer beliebigen Fahrzeugachse oder an allen Fahrzeugachsen überschritten wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der Kenngröße erfasst und ausgewertet wird und wenn die Seitenkraft eines kurveninneren Rades zunächst ein Maximum überschreitet und dann abnimmt, während die Seitenkraft des kurvenäußeren Rades weiter zunimmt auf das Vorliegen einer Fahrzeugkipptendenz geschlossen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der Kenngrößen an mindestens zwei Fahrzeugachsen erfasst und ausgewertet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reifenkräfte mit Hilfe von Reifenseitenwand- Torsionssensoren ermittelt werden.

1. Vorrichtung zum Bestimmen von Fahzeugzustandsgroßen, bei dem wenigstens eine, für die Fahrzeugkipptendenz um die Fahrzeuglangsachse indikative Große gemessen und in einer Auswerteeinheit zum Ermitteln von Steuer- oder Regelgroßen für e n Kraftfahrzeug-Regelungssystem ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß Reifen- oder Radkraftsensoren vorgesehen sind, die Großen erfassen, die die Reifen- oder Radseitenkrafte und/oder die Reifen- oder Radaufstandskrafte wiedergeben und die Auswerteeinheit mindestens eine Kenngroße (n) aus den laufend erfassten Meßgroßen an mindestens einem kurveninneren und -äußeren Fahrzeugrad ermittelt, wobei die ermittelten direkten Reifen- oder Radkrafte selbst oder daraus abgeleitete und/oder unter Einbeziehung von Korrekturgroßen oder -werten gebildete Signale, wie gefilterte Großen, dem Regelungssystem als Steuer- oder Regelgroßen zugeführt werden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ermittlungsemheit vorgesehen ist, die für die wenigstens eine Kenngroße mindestens einen zugehörigen Kippverhinderungs-Schwellwert ermittelt, der in Abhängigkeit von weiteren Meßgroßen, die mit konventionellen Sensoren, wie Raddrehzahlsensoren, ermittelt wurden, und/oder die die momentane Fahrsituation wiedergeben (Kurvenfahrt, Geradeausfahrt, Reibwert), gebildet wird, und daß eine Vergleichsemheit vorgesehen ist, die die Kenngroße mit dem Kippverhinderungs-Schwellwert vergleicht, und das Vergleichergebnis dem Kraffahrzeug-Regelungssystem als Steuer- oder Regelgroße zur Verfugung stellt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlungseinheit den Kippverhinderungs- Schwellwert THR nach der Beziehung THR = f(F_y,,F_ya,F_xl,F_xa,v ) bildet, mit F_yj,F_ya = Seitenkräfte

F_v am kurveninneren und kurvenäußeren Rad, F_xi,F_xa = Längskräfte F_x am kurveninneren und kurvenäußeren Rad und der Fahrzeuggeschwindigkeit v .

14. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlungseinheit den Kippverhinderungs- Schwellwert 7HR nach der Beziehung

THR = f(F_γl,F_yo,F_y,,F_ya,F_x,,F_xo,v ) bildet, mit F_yi,F_ya = Seitenkräfte F_γ am kurveninneren und kurvenäußeren Rad, F_γj,F_va = zeitliche Ableitung Seitenkräfte F_y am kurveninneren und kurvenäußeren Rad, F_xl,F_xa = Längskräfte F_x am kurveninneren und kurvenäußeren Rad und der Fahrzeuggeschwindigkeit v .

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinheit die ermittelten Reifen- oder Radkräfte, insbesondere Seitenkräfte, an dem mindestens einen kurveninneren und -äußeren Fahrzeugrad einer beliebigen Fahrzeugachse oder aller Fahrzeugachsen summiert und aus der Differenz der Seitenkräfte die Kenngröße (n) bildet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsemheit mindestens einen der Kippverhmderungs-Schwellwerte mit der Kenngroße oder dem zeitlichen Gradient der Kenngroße punktuell oder über einen definierten Zeitraum, vorzugsweise von der Differenz der Seitenkrafte zwischen dem kurvenaußeren und -inneren Rad in aufeinander folgenden oder zeitlich dicht beieinander liegenden Regelungszyklen, vergleicht und die Auswerteeinheit in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis, wie beim überschreiten des Kippverhmderungs-Schwellwertes, eine für die Fahrzeugkipptendenz indikative Steuer- oder Regelgroße für das Kraftfahrzeug-Regelungssystem ausgibt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüchen 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlungseinheit mindestens einen unteren Kippverhinderungs-Schwellwert von der Seitenkraft des kurveninneren Rades und/oder mindestens einen oberen Kippverhinderungs-Schwellwert von der Seitenkraft des kurvenaußeren Rades bildet, und wenn in der Vergleichsemheit mindestens einer der Kippverhmderungs- Schwellwerte punktuell oder über einen längeren Zeitraum an einer beliebigen Fahrzeugachse oder an allen Fahrzeugachsen von der wenigstens einen Kenngroße überschritten wird, die Auswerteeinheit eine für die Fahrzeugkipptendenz indikative Steuer- oder Regelgroße für das Kraftfahrzeug-Regelungssystem ausgibt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteemheit den Verlauf der Kenngroße erfasst und auswertet und wenn die Seitenkraft eines kurveninneren Rades zunächst em Maximum überschreitet und dann abnimmt, wahrend die Seitenkraft des kurvenaußeren Rades weiter zunimmt, eine für die Fahrzeugkipptendenz indikative Steuer- oder Regelgroße für das Kraftfahrzeug-Regelungssystem ausgibt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteemheit den Verlauf der Kenngroßen an mindestens zwei Fahrzeugachsen erfasst und auswertet.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß Reifenseitenwand-Torsionssensoren vorgesehen sind, die die Reifenkrafte ermitteln.