DE102017221957A1 - Determining the roof load of a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Ermittlung einer Dachlast eines Fahrzeugs und zur Anpassung der Fahrdynamik entsprechend der Dachlast. The invention relates to a method and a system for determining a roof load of a vehicle and for adapting the driving dynamics according to the roof load.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Ermittlung einer Dachlast eines Fahrzeugs und zur Anpassung der Fahrdynamik entsprechend der Dachlast.The invention relates to a method and a system for determining a roof load of a vehicle and for adapting the driving dynamics according to the roof load.
In der Kraftfahrzeugindustrie werden zunehmend SUVs mit einem hohen Schwerpunkt entwickelt. Der hohe Schwerpunkt eines Fahrzeugs führt zu einer deutlich höheren Kippgefahr und muss über elektronische Fahrstabilisierungssysteme (ESC) unterbunden werden. Dabei spielt die Schwerpunkthöhe in Bezug auf die Fahrzeugbreite eine entscheidende Rolle. Falls das Fahrzeug noch zusätzlich auf dem Dach beladen wird, wird der Schwerpunkt erhöht und der Hebelarm der Dachlast zum Wankpol zusätzlich verlängert. Dadurch wird auch das Kipprisiko gesteigert.In the automotive industry, SUVs are increasingly being developed with a high center of gravity. The high center of gravity of a vehicle leads to a significantly higher risk of tipping and must be prevented by electronic driving stability control systems (ESC). The center of gravity height plays a decisive role in relation to the width of the vehicle. If the vehicle is additionally loaded on the roof, the center of gravity is increased and the lever arm of the roof load to the roll pole is additionally extended. This also increases the risk of tipping.
SUV-Fahrzeuge werden in der Regel mit Fahrstabilitätsprogrammen (ESP) ausgestattet, die einen Überschlag bei Ausweichmanövern (z.B. Fishhook) verhindern. Diese können die Fahrzeugdynamik einschränken. Da die Fahrzeuge auch mit Dachlast ein sichereres Fahrverhalten zeigen müssen, jedoch kritischer sind, müssen engere ESC-Regelschwellen verwendet werden. Um das Kipprisiko zu minimieren, werden die fahrdynamischen Eigenschaften von SUVs dann derart eingeschränkt, dass der Fahrspaß darunter deutlich leidet.SUV vehicles are typically equipped with Stability Control Programs (ESP) that prevent rollover during evasive maneuvers (such as fish hooking). These can restrict the vehicle dynamics. Since the vehicles also have to show a safer driving behavior with roof load, but are more critical, tighter ESC control thresholds must be used. In order to minimize the risk of tipping, the driving dynamics of SUVs are then restricted in such a way that the driving pleasure underneath clearly suffers.
Aktuell werden in manchen Fahrzeugen Schalter (Dachträgersensoren) verbaut, die durch einen montierten Dachquerträger betätigt werden. Currently in some vehicles switch (roof rack sensors) are installed, which are operated by a mounted roof cross member.
Beispielsweise schlägt die
Die Dachträgersensoren erhöhen die Herstellungskosten und führen zu einer funktionell falschen Erkennung, da nicht eine die Kippgefahr erhöhende kritische Dachlast erkannt wird, sondern lediglich die Anwesenheit des Dachträgers. Auch wenn außer dem Dachträger selbst keine weitere Dachlast vorhanden ist, werden die engeren ESC-Regelschwellen aktiviert. Zudem kann der Sensor auch aufgrund eines Anwenderfehlers ansprechen, z.B. durch Betätigung des Schalters bei nicht geschlossener Abdeckungsklappe in der Reling.The roof rack sensors increase the manufacturing costs and lead to a functionally wrong detection, since not the risk of tipping critical roof load is detected, but only the presence of the roof rack. Even if there is no additional roof load apart from the roof rack itself, the narrower ESC control thresholds are activated. In addition, the sensor may also respond due to a user error, e.g. by pressing the switch when the cover flap is not closed in the railing.
Es war daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein System zur Verfügung zu stellen, die eine Dachlast auch ohne Dachträgersensoren erkennen und die Regelschwellen eines Fahrstabilitätsprogramms (ESP) so adaptieren, dass ohne Dachlast eine höhere Fahrdynamik ermöglicht wird, während bei Anwesenheit einer Dachlast die Sicherheit garantiert ist.It was therefore an object of the invention to provide a method and a system that recognize a roof load even without roof rack sensors and adapt the control thresholds of a driving stability program (ESP) so that a higher driving dynamics is possible without roof load, while in the presence of a roof load the security is guaranteed.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf einer Abschätzung der Wankträgheit des Fahrzeugs. Diese ist abhängig von Position und Gewicht der Beladung und lässt einen Rückschluss auf eine Dachbeladung zu. Geringe Dachlasten und Innenraumbeladungen können so von kritischen Dachbeladungen unterschieden werden, die zu einem Überschlag des Fahrzeugs führen könnten.The method according to the invention is based on an estimation of the roll inertia of the vehicle. This depends on the position and weight of the load and allows a conclusion about a roof load. Low roof loads and interior loads can thus be distinguished from critical roof loads, which could lead to a rollover of the vehicle.
Es sind bereits Verfahren zur Ermittlung des Beladungszustands eines Fahrzeugs vorgeschlagen worden, die eine Wankbewegung des Fahrzeugs nutzen.Methods have already been proposed for determining the loading state of a vehicle, which use a rolling motion of the vehicle.
Die
Aus der
Erfindungsgemäß wird die Fahrzeugträgheit durch Analyse der Wankdifferentialgleichung für den Fahrzeugaufbau geschätzt. Sie ist abhängig von Position und Gewicht der Beladung und lässt einen Rückschluss auf eine Dachbeladung zu.According to the invention, the vehicle inertia is estimated by analyzing the rolling differential equation for the vehicle body. It depends on the position and weight of the load and allows a conclusion about a roof load.
Wird eine große Masse auf dem Dach eines Fahrzeugs fixiert, ändert sich die Trägheit um die Wankachse massiv. Über einen Sensor zur Wankratenermittlung im Fahrzeug kann die Wankträgheit mittels einer Differentialgleichung berechnet werden. Da in dem Rechenmodell sowohl Querbeschleunigung als auch die Vertikalbewegung des Fahrzeugs betrachtet werden, ist die Auswertung in allen Fahrzuständen möglich.If a large mass is fixed on the roof of a vehicle, the inertia around the roll axis changes massively. The roll inertia can be calculated by means of a differential equation using a sensor for roll rate determination in the vehicle. Since both lateral acceleration and the vertical movement of the vehicle are considered in the calculation model, the evaluation is possible in all driving states.
Die Wankträgheit kann während der Fahrt anhand von fahrzeuginternen Messgrößen ermittelt werden und es kann so mit Hilfe der Beladungserkennung auf eine Dachlast geschlossen werden.The roll inertia can be determined while driving based on in-vehicle measured variables and it can be concluded so with the help of load detection on a roof load.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Ermittlung der Dachlast eines Fahrzeugs und zur Anpassung der Fahrdynamik entsprechend der Dachlast. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst mehrere Schritte.The invention relates to a method for determining the roof load of a vehicle and to adapt the driving dynamics according to the roof load. The method according to the invention comprises several steps.
In einem ersten Schritt wird die Fahrzeugmasse m ermittelt. Die Ermittlung der Fahrzeugmasse ist eine Voraussetzung für die Ermittlung der Dachlast. Alternativ kann auch die Beladung des Fahrzeugs ermittelt werden, d.h. die Masse der Zuladung. In einer Ausführungsform erfolgt die Ermittlung der Masse mit einer Genauigkeit von +/- 50kg. Zur Massenbestimmung können dem Fachmann im Prinzip bekannte Methoden eingesetzt werden, beispielsweise die in
In einem zweiten Schritt werden eine Querbeschleunigung
Mit den im zweiten Schritt gesammelten Daten erfolgt dann in einem dritten Schritt die Berechnung der Wankträgheit J des Fahrzeugs.With the data collected in the second step, the calculation of the roll inertia J of the vehicle takes place in a third step.
Die Schätzung der Wankträgheit im Fahrbetrieb geht von der Wankdifferentialgleichung aus, welche sich aus dem Momentengleichgewicht ergibt. Es gilt
- J
- das Wankträgheitsmoment;
- ω̈
- die Wankbeschleunigung;
- SWv
- die Spurweite der Vorderachse;
- SWh
- die Spurweite der Hinterachse;
- Fvl
- die Radaufstandskraft vorne links;
- Fvr
- die Radaufstandskraft vorne rechts;
- Fhl
- die Radaufstandskraft hinten links;
- Fhr
- die Radaufstandskraft hinten rechts;
- MStabi,v
- das Stabilisatormoment vorne;
- MStabi,h
- das Stabilisatormoment hinten;
- May
- das Wankmoment, mit May = m·ay Δs, worin m die Fahrzeugmasse,
ay die Querbeschleunigung undΔs der Abstand des Schwerpunkts vom Wankpol ist
- J
- the roll moment of inertia;
- w
- the roll acceleration;
- SW v
- the gauge of the front axle;
- SW h
- the gauge of the rear axle;
- F vl
- the wheel contact force front left;
- F vr
- the wheel contact force front right;
- F hl
- the wheel contact force in the back left;
- F hr
- the wheel contact force in the back right;
- M Stabi, v
- the stabilizer moment at the front;
- M Stabi, h
- the stabilizer moment behind;
- M ay
- the rolling moment, with M ay = m · a y Δs, where m is the vehicle mass,
a y the lateral acceleration and.DELTA.s the distance of the center of gravity from the roll pole is
Für die Berechnung müssen zudem die Radaufstandskräfte sowie die Querbeschleunigung und die Wankbeschleunigung bekannt sein. Die durch den Stabilisator eingebrachten Momente werden dabei achsweise mit Hilfe der Einfederungen der einzelnen Räder sowie der Drehstabsteifigkeit berechnet. Als Schwerpunkthöhe wird der Schwerpunkt des unbeladenen Fahrzeugs angenommen.For the calculation, the wheel contact forces as well as the lateral acceleration and the roll acceleration must also be known. The introduced by the stabilizer moments are calculated axle wise with the help of the compression of the individual wheels and the torsion bar stiffness. The center of gravity is the center of gravity of the unloaded vehicle.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Wankbeschleunigung ω̈ aus einer Wankrate ermittelt, die von einem im Fahrzeug vorhandenen Wankratensensor gemessen wird.In one embodiment of the method, the roll acceleration ω̈ is determined from a roll rate that is measured by a roll rate sensor present in the vehicle.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Querbeschleunigung
Die Radaufstandskräfte werden je nach Fahrwerkskonfiguration über die Einfederung des Rades und Federungskennwerte ermittelt.The wheel contact forces are determined depending on the chassis configuration on the deflection of the wheel and suspension characteristics.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Schritte zwei und drei, also die Messungen und die Berechnung der Wankträgheit
Die ermittelte Wankträgheit
Das Ergebnis des Vergleichs wird dann an ein im Fahrzeug vorhandenes System zur elektrischen Fahrstabilitätskontrolle (ESC) weitergeleitet. In einer Ausführungsform ist das ESC dafür eingerichtet, die Parameter eines Fahrstabilitätsprogramms (ESP) dem Ergebnis des Vergleichs entsprechend anzupassen. Beispielsweise kann das ESC die Fahrdynamik einschränken, wenn die ermittelte Wankträgheit J größer ist als der Schwellenwert. Alternativ kann das ESC Einschränkungen der Fahrdynamik aufheben, wenn die ermittelte Wankträgheit
Da die Gesamtbeladung ermittelt werden kann und damit der Anteil des Einflusses auf die Erhöhung der Wankträgheit bekannt ist, kann über den Änderungsanteil der Dachlast auf die Erhöhung der Wankträgheit direkt über den Vergleich mit einem Schwellenwert eine signifikante Dachlast erkannt werden. Der Schwellwert wird als Applikationsparameter angesehen und je nach Fahrzeug angepasst.Since the total load can be determined and thus the share of the influence on the increase in roll inertia is known, a significant roof load can be detected via the change in the roof load on the increase of the roll inertia directly over the comparison with a threshold value. The threshold is considered as an application parameter and adjusted according to the vehicle.
Die Ergebnisse der Dachlastermittlung werden der elektrischen Fahrstabilitätskontrolle (ESC) während der Fahrt übermittelt. Sobald das Ergebnis vorliegt, kann sie entsprechend die Parameter des Fahrstabilitätsprogramms (ESP) anpassen. Ist keine signifikante Dachlast vorhanden, kann sie die fahrdynamischen Einschränkungen während der Fahrt aufheben, so dass der Fahrer dynamischer fahren kann.The results of the roof load determination are transmitted to the electric driving stability control (ESC) while driving. Once the result is available, it can adjust the Driving Stability Program (ESP) parameters accordingly. If there is no significant roof load, it can remove the driving dynamics restrictions while driving so that the driver can drive more dynamically.
Zu den Vorteilen der Erfindung zählen Kosteneinsparung durch Wegfall des Sensors und spezieller Dachquerträger, Fahrdynamikverbesserung bei geringen Dachlasten und Vermeidung von Anwenderfehlern. Among the advantages of the invention include cost savings by eliminating the sensor and special roof cross member, driving dynamics improvement with low roof loads and avoid user error.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels illustriert und wird unter Bezugnahme auf das Beispiel und die zugehörigen Zeichnungen weiter beschrieben. Es zeigt.
-
1 eine schematische Darstellung des Kräfte- und Momentengleichgewichts an der Vorderachse eines Fahrzeugs; -
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Ermittlung der Dachlast eines Fahrzeugs und Anpassung der Fahrdynamik entsprechend der Dachlast.
-
1 a schematic representation of the forces and moment equilibrium on the front axle of a vehicle; -
2 a schematic representation of an embodiment of the system according to the invention for determining the roof load of a vehicle and adjusting the vehicle dynamics according to the roof load.
Es gilt
- J
das Wankträgheitsmoment 15 ;- ω̈
- die Wankbeschleunigung;
- SWv
- die Spurweite der Vorderachse;
- SWh
- die Spurweite der Hinterachse;
- Fvl
- die Radaufstandskraft vorne links;
- Fvr
- die Radaufstandskraft vorne rechts;
- Fhl
- die Radaufstandskraft hinten links;
- Fhr
- die Radaufstandskraft hinten rechts;
- MStabi,v
das Stabilisatormoment 14 vorne;- MStabi,h
- das Stabilisatormoment hinten;
- May
- das Wankmoment, mit May = m·ay Δs,
- J
- the roll moment of
inertia 15 ; - w
- the roll acceleration;
- SW v
- the gauge of the front axle;
- SW h
- the gauge of the rear axle;
- F vl
- the wheel contact force front left;
- F vr
- the wheel contact force front right;
- F hl
- the wheel contact force in the back left;
- F hr
- the wheel contact force in the back right;
- M Stabi, v
- the
stabilizer moment 14 forward; - M Stabi, h
- the stabilizer moment behind;
- M ay
- the rolling moment, with M ay = m · a y Δs,
Das Wankmoment
Die von Einheit
Nach Ermittlung der Wankträgheit
Das ESC
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- System zur Dachlastermittlung und Anpassung der FahrdynamikSystem for roof load determination and adaptation of vehicle dynamics
- 1111
- Schwerpunktmain emphasis
- 1212
- Wankpolrolling pole
- 1313
- Wankbewegung ωRolling motion ω
- 1414
- Stabilisatormoment MStabi,v Stabilizer torque M Stabi, v
- 1515
-
Wankträgheit
J WankträgheitJ - 2020
- Einheit zur Ermittlung der Fahrzeugmasse bzw. Masse der BeladungUnit for determining the vehicle mass or mass of the load
- 3030
-
Einheit zur Ermittlung der Wankträgheit
J des Fahrzeugs und Vergleich mit einem SchwellenwertUnstacking unitJ of the vehicle and comparison with a threshold - 3131
- Wankratensensorroll rate
- 3232
- QuerbeschleunigungssensorLateral acceleration sensor
- 4040
- ESCESC
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified |