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WO2005061295A1 - Verfahren und system zur stabilisierung eines kraftfahrzeuges, insbesondere eines busses - Google Patents

Verfahren und system zur stabilisierung eines kraftfahrzeuges, insbesondere eines busses Download PDF

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WO2005061295A1
WO2005061295A1 PCT/EP2004/014136 EP2004014136W WO2005061295A1 WO 2005061295 A1 WO2005061295 A1 WO 2005061295A1 EP 2004014136 W EP2004014136 W EP 2004014136W WO 2005061295 A1 WO2005061295 A1 WO 2005061295A1
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WO
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motor vehicle
tilting
parameter
tilt
threshold value
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PCT/EP2004/014136
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French (fr)
Inventor
Wolf Boll
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Daimlerchrysler Ag
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method and a system for stabilizing a motor vehicle, in particular a bus, by acting on the brake system.
  • Driving stability systems are thus known in the prior art, in which critical driving states of vehicles are prevented by brake intervention, the sensors used being the steering angle sensor, a lateral acceleration sensor and a yaw rate sensor.
  • the latter measures the angular acceleration and the angular velocity around the vertical axis of the motor vehicle.
  • the brake intervention is programmed in such a way that a deviation from a given direction of travel is avoided and that pendulum-centrifugal movements are also suppressed. Preventing the motor vehicle from tipping over is an automatic side effect.
  • a disadvantage of this approach according to the prior art has been the fact that a conflict of objectives arises in the braking intervention in vehicles with a high center of gravity, for example in buses.
  • the vehicle can already begin to tip over while the measures taken by the brake intervention to stabilize the direction of travel have not yet been exhausted. So the ESP system would have to be so critical can be set in order to prevent the toppling of, for example, coaches, that greater steering dynamics would in turn be prevented in the case of sudden evasive maneuvers.
  • this object is achieved on the process side by the method with the features of claim 1 and on the device side by the system with the features of claim 6.
  • a value of a tilt parameter characterizing a tendency of the motor vehicle to tip about its roll axis is detected by means of at least one sensor device; this detected value of the tilt parameter is compared to a predetermined threshold value of the tilt parameter; and optionally either such braking activities on the individual wheels or sets of wheels of the motor vehicle are activated by the detected value of the tilting parameter in the event that the predetermined threshold value is exceeded or the predetermined threshold value is reached, so that primarily the tilting angle or, in the early stage of the tilting movement, the tilting angle acceleration is reduced , and / or that such braking activities on the individual wheels or sets of wheels of the motor vehicle in the event that the predetermined threshold value is undershot by the detected value of the tilting parameter are activated so that primarily directional stabilization is generated.
  • the method according to the invention with the features of claim 1 and the system according to the invention with the features of claim 6 have the advantage over the known approaches according to the prior art that the switch to tilt prevention only takes place when the sensor evaluation increases the risk of tipping is determined, braking activity being activated to stabilize the direction of travel at a lower risk of tipping, thereby ensuring greater steering dynamics in the case of sudden evasive maneuvers in the event of a reduced risk of tipping over the prior art.
  • the method and system according to the invention can be used not only in connection with one-piece vehicles, such as cars, vans, one-piece trucks, buses or trailers, but in particular also with two-piece vehicles, such as a towing vehicle and a trailer or semitrailer existing vehicle combinations, articulated buses and the like.
  • one-piece vehicles such as cars, vans, one-piece trucks, buses or trailers
  • two-piece vehicles such as a towing vehicle and a trailer or semitrailer existing vehicle combinations, articulated buses and the like.
  • the angular position and / or the angular velocity and / or the angular acceleration are recorded as the tilt parameter as a measure of the tilt tendency.
  • Other tilting parameters are of course also possible.
  • the vehicle axis with respect to which these variables are considered is the longitudinal axis of the vehicle, which is also referred to as the roll axis.
  • the threshold value of the individual tilting parameters is predetermined as a function of the vehicle type and / or the chassis properties and / or the position of the center of gravity of the vehicle and / or the coefficient of friction between the road surface and the tires.
  • the values of the tilt parameter or the tilt parameters are preferably recorded and evaluated dynamically. This means that critical situations can be reacted to in good time.
  • suitable active steering measures, active chassis reactions, including influencing a transverse stabilizer, or the like are carried out in order to meet the respective specification as a function of the detected value of the respective tilting parameter.
  • the individual measure systems are activated when the threshold value is exceeded by the respectively recorded value of the respective tilting parameter in such a way that a tilting movement is primarily counteracted. If the corresponding assigned threshold value is undershot, the corresponding measure systems are controlled in such a way that the stabilization of the direction of travel is primarily supported.
  • one anti-roll bar on the rear axle of the vehicle or two anti-roll bars on the rear axle and on the front axle of the vehicle are carried out in order to meet the respective specification as a function of the detected value of the respective tilting parameter.
  • a sensor device is preferably designed as a lateral acceleration sensor and arranged in the roof area of the motor vehicle.
  • Another sensor device can, for example, be arranged in the floor area of the motor vehicle and can also be designed as a lateral acceleration sensor.
  • the respective transverse acceleration sensors are preferably arranged centrally with respect to the longitudinal direction of the motor vehicle.
  • a rotation rate sensor can also be provided, which detects a rotation of the vehicle about an axis of rotation oriented in the vehicle longitudinal direction and / or vehicle vertical direction, the signals of the individual sensor devices being evaluated by a control unit in combination with one another and for the Analysis can be taken into account to what extent a threshold value of a certain tilting parameter is exceeded or undershot.
  • Figure 1 is a rear view of a motor vehicle, partially in section, with an integrated system according to the invention according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 is a schematic plan view of a motor vehicle with an integrated system according to the invention according to an embodiment of the present invention.
  • identical reference symbols designate identical or functionally identical components.
  • FIG. 1 shows a rear view, partly in section
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of a motor vehicle with an integrated system according to the invention in accordance with a preferred exemplary embodiment.
  • the motor vehicle 1 can be designed both as a passenger car and as a commercial vehicle, off-road vehicle, SUV (Sport Utility Vehicle) or the like.
  • the system and method according to the invention are used particularly advantageously in motor vehicles whose center of gravity is at a relatively large distance from the wheel contact area, such as, for example, in coaches or double-decker buses.
  • the invention is explained below with reference to a bus 1, but this should not be seen as a limitation of the present invention.
  • the bus 1 as can be seen in FIGS. 1 and 2, preferably has a lateral acceleration sensor 2, which is advantageously arranged in the front roof area of the bus 1 and is connected via a signal line 20 to a control device 6 or a tilting tendency analyzer device 5.
  • Another transverse acceleration sensor 22, which is connected to the control unit 6 via a signal line 20 ′, is preferably arranged in the exact or substantially vertical direction of the transverse acceleration sensor 2, for example in the floor area of the bus 1.
  • the distance between the two transverse acceleration sensors 2.22 chosen as large as possible, so that even small ones can be lifted of the bus 1 caused to reliably detect angular accelerations.
  • a further lateral acceleration sensor 3 is provided in the rear, lower area of the bus 1, which in turn is connected to the control device 6 or the tilting tendency analyzer device 5 via a signal line 30.
  • the two transverse acceleration sensors 2, 22 are preferably centered with respect to the longitudinal axis of the bus 1, i.e. lying in the plane of symmetry, arranged so that interference from both sides of the bus 1 can be detected equally.
  • a rotation rate sensor 4 can be provided, which is also connected to the control unit 6 or the tilting tendency analyzer device 5 via a signal line 40.
  • control device 6 with integrated tilting tendency analyzer device 5 is connected via control lines 70 to the braking system on the individual wheels 7 or the individual wheel sets 7 of bus 1.
  • the control unit 6 is generally a braking force modulator, for example an ABS or ESP control unit, which, in addition to driver-independent braking intervention, allows the propulsion of the bus 1 to be influenced.
  • the method according to the invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 and 2 using a preferred exemplary embodiment of the present invention become.
  • the two thick arrows in FIG. 1 signal the direction of the interference, for example the wind direction, and the arrow in FIG. 2 the direction of travel of the bus 1.
  • a torque is applied to the bus 1 in Rolling axis 9 running in the longitudinal direction of the bus 1 in the clockwise direction, represented by the thinner arrow line in FIG. 1, is exercised.
  • the transverse acceleration sensors 2, 22, 3 and / or the rotation rate sensor 4 detect the rolling movement or rotary movement of the bus caused by the lateral interference influence about its longitudinal axis.
  • the acquired lateral acceleration data are sent from the respective sensors 2, 22, 3 and 4 to the tilting tendency analyzer device 5 via the correspondingly assigned signal lines 20, 30 and 40.
  • the tilting tendency analyzer device 5 evaluates the received lateral acceleration data, for example by calculating the angular position, the angular velocity and / or the angular acceleration as a tilting parameter as a measure of the tilting tendency on the basis of the corresponding interference.
  • the tipping tendency analyzer device 5 determines the values to be expected in the future using the vehicle model to evaluate the tipping movement of the bus 1 on the basis of the calculated instantaneous values of the tipping parameters.
  • the values to be expected in the future are not determined, and the calculated instantaneous values of the tilting parameters are used directly for evaluating the tilting movement of the bus 1.
  • These calculated Values can preferably be compared with threshold values of the respective tilt parameters stored in a memory device 8 (see FIG. 2).
  • the threshold values of the individual tilting parameters can be predetermined in the storage device depending on the vehicle type and / or the chassis properties and / or the position of the center of gravity of the vehicle and / or the coefficient of friction between the roadway and tires and / or other state variables and can be called up from the storage device.
  • the evaluation of the tilting movement of the bus 1 on the basis of the comparison between the threshold values and the respective tilting parameters can be carried out using fuzzy logic. If, instead of the bus 1, there is a vehicle combination consisting of a towing vehicle and a trailer or semi-trailer, the tilting movement of the trailer or semi-trailer can be evaluated for itself or in cooperation with the towing vehicle.
  • the control unit 6 activates the braking activities via the control lines 70 the individual wheels 7 or wheel sets 7 in such a way that the tilting angle acceleration is primarily reduced in order to counteract a critical tendency to tilt.
  • the following interventions in the brake system of the bus 1 are conceivable, for example: Braking, in particular even braking of all wheels of the vehicle, a reduction in vehicle overall speed.
  • the vehicle speed can also be reduced by reducing the engine torque.
  • the overturning of the bus 1 can be specifically counteracted by wheel-specific brake interventions.
  • the entire bus 1 is braked by strong braking intervention on selected wheels.
  • the selected wheels are normally wheels on the side opposite to the interference or, in the event of an interference due to unevenness in the ground, wheels with a lower altitude, since these have a higher wheel load in a dynamically critical driving condition, and thus a large wheel load on these wheels Braking force can be generated.
  • this advantageously greatly reduces the speed of the vehicle, which at the same time reduces the lateral acceleration acting on the vehicle.
  • the cornering force is reduced by the braking force on the wheels opposite the interference, which means that the tilting moment acting on the vehicle can also be reduced.
  • the control unit 6 regulates the braking activities on the via the control lines 70 individual wheels of the bus 1 such that priority is given to stabilizing the direction of travel.
  • the following intervention in the braking system of the bus 1 is conceivable for stabilizing the direction of travel: The contact forces on or on the rear axles are reduced by braking in favor of the contact forces on or on the front axles. This braking intervention applies a corresponding one to the vehicle acting yaw moment preferably generated such that the vehicle is controlled in a stable direction of travel.
  • a conflict of objectives in brake intervention can thus be avoided by the present invention, since a control intervention in the brake system that is adapted to the respective driving situation can be carried out based on the threshold value criterion.
  • a control intervention in the brake system that is adapted to the respective driving situation can be carried out based on the threshold value criterion.
  • control of braking activities to reduce a tilting angle acceleration with critical parameter values preferably has a higher priority than the control of braking activities to stabilize the direction of travel.
  • the present invention provides a method or a system with which, for example, the ESP system is switched in the event of a low risk of tipping in such a way that priority is given to the braking intervention of optimal tracking and the prevention of an axle breaking or skidding of the motor vehicle.
  • the intervention characteristic or the brake intervention is changed such that a tipping angle reduction or the tipping angle acceleration is reduced in the early stage of the build-up of the tipping risk.
  • the tipping criterion must be designed in such a way that a tipping movement is counteracted earlier than in a normal touring coach, an SUV vehicle or an off-road vehicle.
  • the focus of the object according to the invention is on realizing a suitable transition from the interventions which are carried out as part of a conventional ESP control, ie a regulation of the yaw rate of the vehicle, to the interventions which are carried out as part of a prevention of tipping.
  • a suitable procedure is also provided for the reverse transition.
  • the suitable transition can be implemented, for example, by suitable cross-fading from one type of intervention to the other type of intervention. For example, the distance between the value of the tilting parameter and the associated threshold value is determined.
  • the interventions for regulating the yaw angular velocity are then withdrawn as a function of this distance, while the interventions for tipping prevention are reinforced. Ie the two types of interventions are weighted or prioritized differently depending on the determined distance.
  • a focus of the subject matter of the invention is on the combination of the two types of intervention, which is, on the one hand, the activation of such braking activities on the individual wheels or sets of wheels of the motor vehicle, by means of which primarily the tilt angle or the tilt angle acceleration is reduced, and in which on the other hand, it is the activation of such braking activities on the individual wheels or sets of wheels of the motor vehicle, by means of which primarily a stabilization of the direction of travel is generated, by means of a suitably chosen transition between these two types of intervention. This transition is intended to ensure that, depending on the particular driving situation, the correct, ie the type of intervention that leads to the most effective stabilization of the vehicle is carried out.
  • the transition is intended to ensure that the change between the types of intervention takes place in such a way that there is no impairment of comfort noticeable to the driver or the occupants of the vehicle.
  • a further variable can also be evaluated for realizing the transition. For example, the time derivative of the tilt parameter can be evaluated. If there is a tilt-critical driving state with a large change in the tilt parameter over time, the interventions for tilt stabilization are weighted more strongly than the interventions which are carried out as part of the control of the yaw angular velocity.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Busses, durch Einwirken auf das Bremssystem mit folgenden Schritten: Erfassen eines Wertes eines eine Tendenz eines Kippeps des Kraftfahrzeuges (1) um seine Rollachse (9) charakterisierenden Kipp-Parameters mittels mindestens einer Sensoreinrichtung (2, 22, 3, 4); Vergleichen des erfassten Wertes des Kipp-Parameters mit einem vorbestimmten Schwellenwert des Kipp-Parameters; und Aktivieren von derartigen Bremsaktivitäten an den einzelnen Rädern bzw. Rädersätzen (7) des Kraftfahrzeuges (1) für den Fall einer Überschreitung oder Erreichens des vorbestimmten Schwellenwertes durch den erfassten Wert des Kipp-Parameters, dass vorrangig der Kippwinkel bzw, die Kippwinkelbeschleuni­gung vermindert wird; und/oder Aktivieren von derartigen Bremsaktivitäten an den einzelnen Rädersätzen (7) des Kraftfahrzeuges (1) für den Fall einer Unterschreitung des vorbestimmten Schwellenwertes durch den erfassten Wert des Kipp-Parameters, dass vorrangig eine Fahrtrichtungsstabilisierung erzeugt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein System zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

DaimlerChrysler AG
Verfahren und System zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Busses
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Busses, durch Einwirken auf das Bremssystem.
Aktive und passive Sicherheitssysteme im Kraftfahrzeugbereich spielen eine immer größer werdende Rolle bei der Weiterentwicklung von Fahrzeugen. Die Erwartungen der Kunden erfordern sowohl Leistungsfähigkeit und Komfort, gerichtet auf eine zunehmende Sicherheit für die Fahrzeuginsassen.
Neben den passiven und aktiven Sicherheitssystemen, wie Air- bag, Aufprallschutz und Gurtstraffer, gewinnt mehr und mehr die aktive Fahrsicherheit mit ihren immer größer werdenden Möglichkeiten an Bedeutung. Ziel der Entwicklung ist dabei ein Kontrollsystem, das die momentane Fahrsituation schnell erfasst und sofort in eine etwaige kritische Lage aktiv eingreifen bzw. dem Fahrer ein entsprechendes Signal für eine manuelle Änderung der Fahrsituation liefern kann. Die ersten Schritte einer aktiven Fahrzeugkontrolle sind dabei bereits mit dem Antiblockiersystem ABS, der Antriebsschlupfregelung ASR oder dem Elektronischen Stabilitätsprogramm ESP gemacht worden. Bekannt sind ferner Fahrdynamikregelsysteme mit selbsttätigen Bremseneingriffen, mit denen einem Über- oder Untersteuern entgegengewirkt wird, wobei diese Systeme unter der Abkürzung „ESP" auch in Serienfahrzeuge eingebaut werden. Mit diesen Systemen können einzelne Räder gezielt abgebremst oder freigegeben werden, um ein Ausbrechen des Fahrzeugs abzufangen und dieses in der Spur zu halten. Das Fahrzeug soll folglich durch Beeinflussung des Bremsdrucks an einzelnen Rädern im wesentlichen an einer Drehung um die Fahrzeughochachse gehindert werden. Einem Entgegenwirken eines Kippvorgangs, d.h. einer Drehung um die Rollachse des Fahrzeugs wird demnach nicht Rechnung getragen.
Im Stand der Technik sind somit Fahrstabilitätssysteme bekannt, bei denen durch Bremseneingriff kritische Fahrzustände von Fahrzeugen verhindert werden, wobei als Sensoren der Lenkwinkelsensor, ein Querbeschleunigungssensor und ein Gierratensensor verwendet werden. Letzterer misst die Drehwinkelbeschleunigung und die Drehwinkelgeschwindigkeit um die Hochachse des Kraftfahrzeuges.
Der Bremseneingriff ist dabei derart programmiert, dass eine Abweichung von einer vorgegebenen Fahrtrichtung vermieden wird und dass Pendelschleuderbewegungen mit unterdrückt werden. Dabei ist das Verhindern eines Kippvorgangs des Kraftfahrzeuges ein automatischer Nebeneffekt.
Als nachteilig an diesem Ansatz gemäß dem Stand der Technik hat sich die Tatsache herausgestellt, dass ein Zielkonflikt im Bremseneingriff bei Fahrzeugen mit hoher Schwerpunktlage, beispielsweise bei Bussen, entsteht. Das Fahrzeug kann bereits zu kippen beginnen, während die Maßnahmen des Bremseneingriffs zur Fahrtrichtungsstabilisierung noch nicht ausgeschöpft sind. Somit müsste das ESP-System derart kritisch eingestellt werden, um das Kippen von beispielsweise Reisebussen zu verhindern, dass eine größere Lenkdynamik bei plötzlichen Ausweichmanövern wiederum unterbunden werden würde .
Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zu schaffen, mit welchen ein ESP-System derart modifiziert werden kann, dass Kippbewegungen durch gezieltes Aktivieren von Bremsaktivitäten entgegengewirkt werden kann, ohne eine Verminderung der Fahrdynamik in Kauf nehmen zu müssen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß verfahrensseitig durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und vorrichtungs- seitig durch das System mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass ein Wert eines eine Tendenz eines Kippens des Kraftfahrzeuges um seine Rollachse charakterisierenden Kipp- Parameters mittels mindestens einer Sensoreinrichtung erfasst wird; dieser erfasste Wert des Kipp-Parameters mit einem vorbestimmten Schwellenwert des Kipp-Parameters verglichen wird; und wahlweise entweder derartige Bremsaktivitäten an den einzelnen Rädern bzw. Rädersätzen des Kraftfahrzeuges für den Fall einer Überschreitung oder eines Erreichens des vorbestimmten Schwellenwertes durch den erfassten Wert des Kipp- Parameters aktiviert werden, dass vorrangig der Kippwinkel bzw. im Frühstadium der Kippbewegung die Kippwinkelbeschleunigung vermindert wird, und/oder dass derartige Bremsaktivitäten an den einzelnen Rädern bzw. Rädersätzen des Kraftfahrzeuges für den Fall einer Unterschreitung des vorbestimmten Schwellenwertes durch den erfassten Wert des Kipp-Parameters aktiviert werden, dass vorrangig eine Fahrtrichtungsstabilisierung erzeugt wird.
Die vorstehend verwendeten Begriffskombination „Überschreitung" und „Erreichen" ist im Sinne von „größer gleich" zu verstehen. Der vorstehend verwendete Begriff Unterschreitung ist im Sinne von „kleiner" zu verstehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das erfindungsgemäße System mit den Merkmalen des Anspruchs 6 weisen gegenüber den bekannten Lösungsansätzen gemäß dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass erst dann vorrangig auf eine Kippverhinderung umgestellt wird, wenn durch die Sensorauswertung eine gesteigerte Kippgefahr festgestellt wird, wobei bei einem geringeren Kippgefähr- dungspotential Bremsaktivitäten für eine Stabilisierung der Fahrtrichtung aktiviert werden, wodurch eine größere Lenkdynamik bei plötzlichen Ausweichmanövern im Falle einer verminderten Kippgefahr gegenüber dem Stand der Technik gewährleistet wird.
Der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Systems bietet sich nicht nur in Zusammenhang mit einteiligen Fahrzeugen, wie Personenkraftwagen, Transportern, einteiligen Lastkraftwagen, Bussen oder Anhängern an, sondern insbesondere auch mit zweiteiligen Fahrzeugen, wie aus einem Zugfahrzeug und einem Anhänger bzw. Auflieger bestehenden Fahrzeuggespannen, Gelenkbussen und dergleichen.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens und des im Anspruch 6 angegebenen Systems . Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung werden als Kipp-Para- meter die Winkellage und/oder die Winkelgeschwindigkeit und/oder die Winkelbeschleunigung als Maß für die Kipptendenz erfasst. Weitere Kippparameter sind selbstverständlich ebenfalls möglich. Bei der Fahrzeugachse, bezüglich derer diese Größen betrachtet werden, handelt es sich um die Längsachse des Fahrzeuges, die auch als Rollachse bezeichnet wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird der Schwellenwert der einzelnen Kipp-Parameter in Abhängigkeit des Fahrzeugtyps und/oder der Fahrwerkseigenschaften und/oder der Lage des Fahrzeugschwerpunktes und/oder des Reibbeiwertes zwischen Fahrbahn und Reifen vorbestimmt.
Vorzugsweise werden die Werte des Kipp-Parameters bzw. der Kipp-Parameter dynamisch erfasst und ausgewertet. Dadurch kann rechtzeitig auf kritische Situationen reagiert werden.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel werden zusätzlich zum entsprechenden Einwirken auf das Bremssystem geeignete aktive Lenkmaßnahmen, aktive Fahrwerksreaktionen, einschließlich Beeinflussung eines Querstabilisators, oder dergleichen zur Erfüllung der jeweiligen Vorgabe in Abhängigkeit von dem erfassten Wert des jeweiligen Kipp-Parameters durchgeführt. Somit werden die einzelnen Maßnahmensysteme bei einer Überschreitung des Schwellenwertes durch den jeweils erfassten Wert des jeweiligen Kipp-Parameters derart aktiviert, dass vorrangig einer Kippbewegung entgegengewirkt wird. Für den Fall einer Unterschreitung des entsprechenden zugeordneten Schwellenwertes werden die entsprechenden Maßnahmesysteme derart angesteuert, dass vorrangig die Fahrtrichtungsstabilisierung unterstützt wird. Je nachdem, wie das Fahrzeug ausgestattet ist, können ein Querstabilisator, an der Hinterachse des Fahrzeuges, oder können zwei Querstabili- satoren, an der Hinterachse und an der Vorderachse des Fahrzeuges, beeinflusst werden.
Vorzugsweise ist eine Sensoreinrichtung als Querbeschleuni- gungssensor ausgebildet und im Dachbereich des Kraftfahrzeuges angeordnet. Eine weitere Sensoreinrichtung kann beispielsweise im Bodenbereich des Kraftfahrzeuges angeordnet werden und ebenfalls als Querbeschleunigungssensor ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die jeweiligen Querbeschleuni- gungssensoren mittig bezüglich der Längsrichtung des Kraftfahrzeuges angeordnet.
Zusätzlich oder alternativ zu einem der Querbeschleunigungs- sensoren kann auch ein Drehratensensor vorgesehen sein, der eine Drehung des Fahrzeugs um eine in Fahrzeuglängsrichtung und/oder Fahrzeughochrichtung orientierte Drehachse erfasst, wobei die Signale der einzelnen Sensoreinrichtungen durch ein Steuergerät in Kombination miteinander ausgewertet werden und für die Analyse berücksichtigt werden können, inwiefern ein Schwellenwert eines bestimmten Kipp-Parameters über- bzw. unterschritten wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Rückansicht eines Kraftfahrzeuges, teilweise im Schnitt, mit einem integrierten erfindungsgemäßen System gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem integrierten erfindungsgemäßen System gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.
Anhand der Figuren 1 und 2 wird im folgenden zunächst ein System zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeuges 1, beispielsweise eines Busses 1, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 eine Rückansicht, teilweise im Schnitt, und Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen integrierten System gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass das Kraftfahrzeug 1 sowohl als Personenkraftwagen als auch als Nutzkraftwagen, Geländewagen, SUV-Wagen (Sport Utility Vehicle) oder dergleichen ausgebildet sein kann. Besonders vorteilhaft wird das erfindungsgemäße System und erfindungsgemäße Verfahren bei Kraftfahrzeugen eingesetzt, deren Schwerpunkt einen verhältnismäßig großen Abstand zur Radaufstands- fläche aufweist, wie beispielsweise bei Reisebussen oder Doppeldecker-Bussen .
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Busses 1 erläutert, was jedoch nicht als Beschränkung der vorliegenden Erfindung gesehen werden soll. Der Bus 1, wie in den Fig. 1 und 2 ersichtlich, weist vorzugsweise einen Querbeschleunigungssensor 2 auf, der vorteilhaft im vorderen Dachbereich des Busses 1 angeordnet und über eine Signalleitung 20 mit einem Steuergerät 6 bzw. einer Kipptendenz-Analysatoreinrichtung 5 verbunden ist. Ein weiterer Querbeschleunigungssensor 22, der über eine Signalleitung 20' mit dem Steuergerät 6 verbunden ist, ist vorzugsweise in genau oder in im wesentlichen vertikaler Richtung zum Querbeschleunigungssensor 2 angeordnet, beispielsgemäß im Bodenbereich des Busses 1. Hierbei wird der Abstand der beiden Querbeschleunigungssensoren 2,22 möglichst groß gewählt, sodass sich bereits geringe durch ein Kippen des Busses 1 hervorgerufene Winkelbeschleunigungen zuverlässig erfassen lassen.
Ferner ist beispielsweise ein weiterer Querbeschleunigungssensor 3 im hinteren, unteren Bereich des Busses 1 vorgesehen, welcher wiederum über eine Signalleitung 30 mit dem Steuergerät 6 bzw. der Kipptendenz-Analysatoreinrichtung 5 verbunden ist.
Die beiden Querbeschleunigungssensoren 2,22 sind vorzugsweise bezüglich der Längsachse des Busses 1 mittig, d.h. in der Symmetrieebene liegend, angeordnet, so dass Störeinflüsse von beiden Seiten des Busses 1 gleichermaßen detektiert werden können.
Zusätzlich oder alternativ zu einem der Querbeschleunigungssensoren 2,22 kann ein Drehratensensor 4 vorgesehen sein, welcher ebenfalls über eine Signalleitung 40 an das Steuergerät 6 bzw. die Kipptendenz-Analysatoreinrichtung 5 angeschlossen ist.
Das Steuergerät 6 mit integrierter Kipptendenz-Analysator- einrichtung 5 ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel über Steuerleitungen 70 jeweils mit dem Bremssystem an den einzelnen Rädern 7 bzw. den einzelnen Rädersätzen 7 des Busses 1 verbunden. Bei dem Steuergerät 6 handelt es sich im allgemeinen um einen Bremskraftmodulator, beispielsweise um ein ABS- oder ESP-Steuergerät, das neben fahrerunabhängigen Bremseingriffen eine Beeinflussung des Vortriebs des Busses 1 erlaubt .
Im folgenden soll unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung näher erläutert werden. Dabei signalisieren die beiden dickeren Pfeile in Fig. 1 die Richtung des Störeinflusses, beispielsweise die Windrichtung, und der Pfeil in Fig. 2 die Fahrtrichtung des Busses 1. Im Falle eines beispielsweise von links herrschenden Seitenwindes wird auf den Bus 1 ein Drehmoment um die in Längsrichtung des Busses 1 verlaufene Rollachse 9 im Uhrzeigersinn, dargestellt durch die dünnere Pfeillinie in Fig. 1, ausgeübt. Herrscht ein derartig großer Seitenwind vor bzw. existiert eine derart große Bodenwelle und/oder tritt im Falle einer Kurvenfahrt eine derart große Kurvenseitenkraft auf, dass das auf den Bus 1 wirkende Drehmoment den Schwerpunkt des Busses 1 durch die Drehbewegung in horizontaler Richtung über die RadaufStandsfläche des Busses 1 hinaus verlagert, so kommt es zu einem Kippvorgang des Reisebusses 1. Um solchen Kipptendenzen vorzubeugen, erfassen die Querbeschleunigungssensoren 2,22,3 und/oder der Drehratensensor 4 die durch den seitlichen Störeinfluss hervorgerufene Wankbewegung bzw. Drehbewegung des Busses um dessen Längsachse. Die erfassten Querbeschleunigungsdaten werden von den jeweiligen Sensoren 2,22,3 und 4 über die entsprechend zugeordneten Signalleitungen 20,30 und 40 an die Kipptendenz-Analysatoreinrichtung 5 gesendet. Die Kipptendenz-Analysatoreinrichtung 5 wertet die empfangenen Querbeschleunigungsdaten aus, indem beispielsweise als Kippparameter die Winkellage, die Winkelgeschwindigkeit und/oder die Winkelbeschleunigung als Maß für die Kipptendenz aufgrund des entsprechenden Störeinflusses berechnet werden. Die Kipptendenz-Analysatorein-richtung 5 ermittelt daraufhin zur Bewertung der Kippbewegung des Busses 1 auf Basis der berechneten Momentan-Werte der Kipp-Parameter unter Verwendung eines Fahrzeugmodells deren zukünftig zu erwartenden Werte. Alternativ unterbleibt die Ermittlung der zukünftig zu erwartenden Werte, und es werden die berechneten Momentan-Werte der Kipp-Parameter unmittelbar zur Bewertung der Kippbewegung des Busses 1 herangezogen. Diese berechneten Werte können vorzugsweise mit in einer Speichereinrichtung 8 (siehe Fig. 2) abgespeicherten Schwellenwerten der jeweiligen Kipp-Parameter verglichen werden. Dabei können in der Speichereinrichtung die Schwellenwerte der einzelnen Kipp-Parameter in Abhängigkeit des Fahrzeugtyps und/oder der Fahrwerkseigenschaften und/oder der Lage des Fahrzeugschwerpunktes und/oder des Reibbeiwertes zwischen Fahrbahn und Reifen und/oder weiteren Zustandsgrößen vorbestimmt und aus der Speichereinrichtung abrufbar sein. Die Bewertung der Kippbewegung des Busses 1 auf Basis des Vergleichs zwischen den Schwellenwerten und den jeweiligen Kipp-Parametern kann hierbei unter Verwendung von Fuzzy-Logik erfolgen. Handelt es sich anstelle des Busses 1 um ein aus einem Zugfahrzeug und einem Anhänger bzw. Auflieger bestehendes Fahrzeuggespann, so kann die Kippbewegung des Anhängers bzw. Aufliegers für sich selbst oder aber in Zusammenwirken mit dem Zugfahrzeug bewertet werden.
Ergibt ein Vergleich des erfassten Parameterwertes mit einem zugeordneten Schwellenwert in der Speichereinrichtung 8 durch die Kipptendenz-Analysatoreinrichtung 5 eine Überschreitung oder ein Erreichen des vorbestimmten Schwellenwertes durch den erfassten Wert des jeweiligen Kipp-Parameters, so aktiviert das Steuergerät 6 über die Steuerleitungen 70 die Bremsaktivitäten an den einzelnen Rädern 7 bzw. Rädersätzen 7 derart, dass vorrangig die Kippwinkelbeschleunigung vermindert wird, um einer kritischen Kipptendenz entgegenzuwirken. Um ein Fahrzeug bei einer vorliegenden Kipptendenz um die in Längsrichtung des Fahrzeuges orientierte Fahrzeugrollachse 9 zu stabilisieren bzw. um ein seitliches Umkippen des Busses 1 um die Rollachse 9 zu vermeiden, sind beispielsweise folgende Eingriffe in das Bremssystem des Busses 1 denkbar: Zum einen kann durch Bremsen, insbesondere gleichmäßiges Abbremsen aller Räder des Fahrzeuges, eine Verminderung der Fahrzeugge- schwindigkeit insgesamt erreicht werden. Ergänzend kann die Fahrzeuggeschwindigkeit auch durch Zurücknahme des Motormomentes reduziert werden. Zum anderen kann durch radindividuelle Bremseingriffe gezielt dem Umkippen des Busses 1 entgegengewirkt werden. Durch einen starken Bremseneingriff an ausgewählten Rädern wird der gesamte Bus 1 abgebremst. Bei den ausgewählten Rädern handelt es sich im Normalfall um Räder der dem Störeinfluss gegenüberliegenden Seite bzw. bei einem Störeinfluss aufgrund einer Bodenunebenheit um Räder mit einer niedrigeren Höhenlage, da diese in einem querdynamisch kritischen Fahrzustand eine höhere Radlast aufweisen, und somit an diesen Rädern eine große Bremskraft erzeugt werden kann. Dadurch wird vorteilhaft zum einen die Geschwindigkeit des Fahrzeugs stark verringert, wodurch gleichzeitig die auf das Fahrzeug wirkende Querbeschleunigung verringert wird. Zum anderen wird durch die Bremskraft an den dem Störeinfluss gegenüberliegenden Rädern die Seitenführungskraft verringert, wodurch das auf das Fahrzeug wirkende Kippmoment ebenfalls verringert werden kann.
Ergibt andererseits ein Vergleich des erfassten Wertes des jeweiligen Kipp-Parameters mit dem zugeordneten Schwellenwert durch die Kipptendenz-Analysatoreinrichtung 5, dass der Schwellenwert durch den erfassten Wert des Kipp-Parameters unterschritten wird, so regelt das Steuergerät 6 über die Steuerleitungen 70 die Bremsaktivitäten an den einzelnen Rädern des Busses 1 derart, dass vorrangig eine Fahrtrichtungsstabilisierung geschaffen wird. Folgender Eingriff in das Bremssystem des Busses 1 ist für eine Fahrtrichtungsstabilisierung denkbar: Die Aufstandskräfte an der oder an den Hinterachsen werden durch das Bremsen zugunsten der Aufstandskräfte an der oder an den Vorderachsen vermindert. Durch diesen Bremseingriff wird ein entsprechendes, auf das Fahrzeug wirkendes Giermoment vorzugsweise derart erzeugt, dass das Fahrzeug in eine stabile Fahrtrichtung gesteuert wird.
Somit kann durch die vorliegende Erfindung ein Zielkonflikt im Bremseneingriff vermieden werden, da aufgrund des Schwellwertkriteriums ein der jeweiligen Fahrtsituation angepasster Regeleingriff im Bremsensystem ausführbar ist. Bei einem erfassten verminderten Kippgefährdungspotential, d.h. bei einer Unterschreitung des Schwellenwertes durch den erfassten Parameterwert, ist bei plötzlichen Ausweichmanövern eine größere Lenkdynamik für eine Fahrtrichtungsstabilisierung ohne vorschnelle Durchführung eines Bremseneingriff für eine Verminderung der unkritischen Kippwinkelbeschleunigung möglich. Erst im Falle eines Überschreitens des vorbestimmten Schwellenwertes, der ein erhöhtes Kippgefährdungspotential signalisiert, wird die vorherige Bremsenregelung zum Fahrtrichtungs- stabilisieren auf eine Bremsenregelung zum Verringern der Kippwinkelbeschleunigung umgestellt. Somit wird das sensiblere System zum Verringern der Kippwinkelbeschleunigung lediglich bei einer gesteigerten Kippgefahr aktiviert, so dass vorher eine größere Lenkdynamik aufrechterhalten bleibt.
Somit weist vorzugsweise die Regelung von Bremsaktivitäten zur Verringerung einer Kippwinkelbeschleunigung bei kritischen Parameterwerten eine höhere Priorität auf als die Regelung von Bremsaktivitäten zur Fahrtrichtungsstabilisierung.
Durch das Analysieren bestimmter Kriterien zum Einleiten entweder der Maßnahme zur Verminderung der Kipptendenz oder der Maßnahme für eine Fahrtrichtungsstabilisierung können neben einer Aktivierung von geeigneten Bremsaktivitäten zusätzlich aktive Lenkmaßnahmen sowie aktive Fahrwerksreaktionen einschließlich Querstabilisatoren für die entsprechend ausgewählte Maßnahme eingeleitet werden. Somit schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren bzw. ein System, mit welchen bei einer geringen Kippgefahr beispielsweise das ESP-System derart geschaltet wird, dass der Bremseneingriff einer optimalen Spurführung und dem Verhindern des Ausbrechens einer Achse oder Schleudern des Kraftfahrzeuges Vorrang gegeben wird. Bei ansteigender Kippgefahr, d.h. bei einem Überschreiten eines bestimmten Schwellenwertes ausgewählter Kipp-Parameter wird die Eingriffs-Charakteristik bzw. der Bremseneingriff derart geändert, dass ein Kippwinkelabbau bzw. im Frühstadium des Aufbaus der Kippgefahr die Kippwinkelbeschleunigung vermindert wird.
Wie abrupt der Übergang der Eingriffs-Charakteristiken gestaltet werden muss, hängt vom Fahrzeugtyp, von seinen Fahrwerkseigenschaften, von der Lage des Schwerpunktes oder von anderen Zustandsgrößen ab. Beispielsweise muss bei einem Doppeldecker-Bus das Kippkriterium derart ausgebildet sein, dass einer Kippbewegung früher entgegengewirkt wird als bei einem normalen Reisebus, einem SUV-Fahrzeug oder einem Geländewagen.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Der Schwerpunkt des erfindungsgemäßen Gegenstandes liegt auf der Realisierung eines geeigneten Überganges von den Eingriffen, die im Rahmen einer konventionellen ESP-Regelung, d.h. einer Regelung der Gierwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeuges durchgeführt werden, zu den Eingriffen, die im Rahmen einer Kippverhinderung durchgeführt werden. In entsprechender Weise wird auch für den umgekehrten Übergang eine geeignete Vorgehensweise bereitgestellt. Der geeignete Übergang lässt sich beispielsweise durch eine geeignete Überblendung von der einen Art von Eingriffen zu der anderen Art von Eingriffen realisieren. Dabei wird beispielsweise der Abstand des Wertes des Kipp-Parameters von dem zugehörigen Schwellenwert ermittelt. Bei einem drohenden Kippvorgang werden dann in Abhängigkeit dieses Abstandes die Eingriffe zur Regelung der Gierwinkelgeschwindigkeit zurückgenommen, während die Eingriffe zur Kippverhinderung verstärkt werden. D.h. die beiden Arten von Eingriffen werden in Abhängigkeit des ermittelten Abstandes unterschiedlich stark gewichtet bzw. priorisiert. Es findet eine Überblendung von der einen Art von Eingriffen zu der anderen Art von Eingriffen statt.
Ein Schwerpunkt des erfindungsgemäßen Gegenstandes liegt auf der Kombination der beiden Eingriffsarten, bei denen es sich zum einen um das Aktivieren von derartigen Bremsaktivitäten an den einzelnen Rädern bzw. Rädersätzen des Kraftfahrzeuges handelt, durch die vorrangig der Kippwinkel bzw. die Kippwinkelbeschleunigung vermindert wird und bei denen es sich zum anderen um das Aktivieren von derartigen Bremsaktivitäten an den einzelnen Rädern bzw. Rädersätzen des Kraftfahrzeuges handelt, durch die vorrangig eine Fahrtrichtungsstabilisierung erzeugt wird, mittels eines geeignet gewählten Übergangs zwischen diesen beiden Eingriffsarten. Durch diesen Übergang soll sichergestellt werden, dass in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrsituation die richtige, d.h. diejenige Eingriffsart durchgeführt wird, die zu einer möglichst effektiven Stabilisierung des Fahrzeuges führt. Ergänzend oder alternativ soll durch den Übergang sichergestellt werden, dass der Wechsel zwischen den Eingriffsarten derart abläuft, dass es zu keiner für den Fahrer oder die Insassen des Fahrzeuges spürbaren Komfortbeeinträchtigung kommt. Neben der Auswertung des Kipp-Parameters selbst kann auch eine weitere Größe für die Realisierung des Überganges ausgewertet werden. So kann beispielsweise die zeitliche Ableitung des Kipp-Parameters ausgewertet werden. Liegt ein kippkritischer Fahrzustand mit einer großen zeitlichen Änderung des Kipp-Parameters vor, dann werden die Eingriffe zur Kippstabilisierung stärker gewichtet als die Eingriffe, die im Rahmen der Regelung der Gierwinkelgeschwindigkeit durchgeführt werden.

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
1. Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Busses, durch Einwirken auf das Bremssystem mit folgenden Schritten:
Erfassen eines Wertes eines eine Kipptendenz des Kraftfahrzeuges (1) um seine Rollachse (9) charakterisierenden Kipp-Parameters mittels mindestens einer Sensoreinrichtung (2,22,3,4);
Vergleichen des erfassten Wertes des Kipp-Parameters mit einem vorbestimmten Schwellenwert des Kipp-Parameters; und
Aktivieren von derartigen Bremsaktivitäten an den einzelnen Rädern bzw. Rädersätzen (7) des Kraftfahrzeuges (1) für den Fall einer Überschreitung oder eines Erreichens des vorbestimmten Schwellenwertes durch den erfassten Wert des Kipp-Parameters, dass vorrangig der Kippwinkel bzw. die Kippwinkelbeschleunigung vermindert wird; und/oder
Aktivieren von derartigen Bremsaktivitäten an den einzelnen Rädern bzw. Rädersätzen (7) des Kraftfahrzeuges (1) für den Fall einer Unterschreitung des vorbestimmten Schwellenwertes durch den erfassten Wert des Kipp- Parameters, dass vorrangig eine Fahrtrichtungsstabilisierung erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kipp-Parameter die Winkellage und/oder die Winkelgeschwindigkeit und/oder die Winkelbeschleunigung als Maß für die Kipptendenz erfasst werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert der einzelnen Kipp-Parameter in Abhängigkeit des Fahrzeugtyps und/oder der Fahrwerkseigenschaften und/oder der Lage des Fahrzeugschwerpunktes und/oder des Reibbeiwertes zwischen Fahrbahn und Reifen oder dergleichen vorbestimmt wird.
4. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Werte des jeweiligen Kipp-Parameters dynamisch erfasst und ausgewertet werden.
5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum entsprechenden Einwirken auf das Bremssystem geeignete aktive Lenkmaßnahmen, aktive Fahr- werksreaktionen, einschließlich Beeinflussung eines Querstabilisators, oder dergleichen entsprechend der ausgewählten Maßnahme, entweder die Kippwinkelbeschleunigung zu vermindern oder eine Fahrtrichtungsstabilisierung zu erzeugen, durchgeführt werden.
System zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Busses, durch Einwirken auf das Bremssystem, mit:
mindestens einer Sensoreinrichtung (2,22,3,4) zum Erfassen eines Wertes eines eine Kipptendenz des Kraftfahrzeuges (1) um seine Rollachse (9) charakterisierenden Kipp- Parameters;
einer Kipptendenz-Analysatoreinrichtung (5) zum Vergleichen des erfassten Wertes des Kipp-Parameters mit einem vorbestimmten Schwellenwert für den Kipp-Parameter; und mit
einem mit der Kipptendenz-Analysatoreinrichtung (5) und dem Bremssystem des Kraftfahrzeuges (1) verbundenen Steuergerät (β) zum Aktivieren von derartigen Bremsaktivitäten an den einzelnen Rädern bzw. Rädersätzen (7) des Kraftfahrzeuges (1) für den Fall einer Überschreitung o- der Erreichens des vorbestimmten Schwellenwertes durch den erfassten Wert des Kipp-Parameters, dass vorrangig der Kippwinkel bzw. die Kippwinkelbeschleunigung verminderbar ist; und/oder zum Aktivieren von derartigen Bremsaktivitäten an den einzelnen Rädern bzw. Rädersätzen (7) des Kraftfahrzeuges (1) für den Fall einer Unterschreitung des vorbestimmten Schwellenwertes durch den erfassten Wert des Kipp-Parameters, dass vorrangig eine Fahrtrichtungsstabilisierung erfolgt.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Sensoreinrichtung als im vorderen Dachbereich des Kraftfahrzeuges angeordneter Querbeschleunigungssensor (2) ausgebildet ist.
8. System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Sensoreinrichtung als im Bodenbereich des Kraftfahrzeuges (1) angeordneter Querbeschleunigungssensor (22,3) ausgebildet ist.
9. System nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Querbeschleunigungssensoren (2,22,3) mittig bezüglich der Längsrichtung des Kraftfahrzeuges (1) angeordnet sind.
10. System nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Sensoreinrichtung als Drehratensensor (4) ausgebildet ist.
11. System nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speichereinrichtung (8) für eine Abspeicherung der vorbestimmten Schwellenwerte für die jeweiligen Kipp- Parameter vorgesehen ist.
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