DE10048418A1

DE10048418A1 - Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE10048418A1
Application number: DE2000148418
Authority: DE
Inventors: Pascal Munnix
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2002-04-18

Abstract

Das Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs mit folgenden Schritten; nämlich DOLLAR A Erkennen einer kritischen periodischen Fahrzeugschwingbewegung des Fahrzeugs, DOLLAR A wobei die Fahrzeugschwingbewegung eine innerhalb eines vorgegebenen kritischen Frequenzbereichs liegende Schwingfrequenz und eine oberhalb eines oberen Amplitudenschwellenwertes liegende Schwingamplitude aufweist, und Dämpfen der erkannten kritischen periodischen Fahrzeugschwingbewegung durch ein sich periodisch veränderndes Giermoment, das durch wechselseitigen Bremseingriff auf das Fahrzeug aufgebracht wird, DOLLAR A wobei das der Fahrzeugschwingbewegung entgegenwirkende Giermoment mit einer Phasenverzögerung zu der periodischen Fahrzeugschwingbewegung aufgebracht wird und eine Frequenz aufweist, die der Schwingfrequenz der periodischen Fahrzeugschwingbewegung entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft das Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs, insbesondere zur Stabilisierung von Schlingerbewe gungen, die durch einen Fahrzeuganhänger hervorgerufen werden.

Ein aus einem Zugfahrzeug und einem Anhänger bestehendes Fahr zeuggespann wird bei Überschreitung einer systembedingten kri tischen Fahrzeuggeschwindigkeit instabil. Dabei hängt die kri tische Fahrzeuggeschwindigkeit von verschiedenen Parametern des Fahrzeuggespanns ab, wie Fahrzeugmassen, Massenträgheits momente, Radabstände, Schwerpunktlagen und dergleichen.

Solange die Geschwindigkeit des Fahrzeuggespanns unterhalb der kritischen Fahrzeuggeschwindigkeit bleibt, wird eine durch eine äußere Krafteinwirkung hervorgerufene Fahrzeugschwingbewegung, insbesondere eine Pendelbewegung des Anhängers gegen über dem Zugfahrzeug, gedämpft.

Überschreitet jedoch das Fahrzeuggespann die kritische Ge schwindigkeit, die herkömmlicherweise in einem Geschwindig keitsbereich von 100 bis 140 km/h liegt, beginnt das Fahrzeug gespann selbst bei geringen einwirkenden Störungskräften zu schwingen, d. h. die Schlingerbewegung verstärkt sich. Je grö ßer die Differenz zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der kritischen Fahrgeschwindigkeit ist, desto höher ist die Zu nahme der Schlingerbewegung.

Die Anhängerschlingerbewegung besteht darin, dass das Zugfahr zeug und der daran befestigte Anhänger gegeneinander pendeln.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Zugfahrzeug F und ein daran über eine Kupplung angeschlossenen Anhänger A, die sich mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit V_f oberhalb der kritischen Fahrzeugge schwindigkeit V_krit bewegen. Durch die Schlingerbewegung ent steht eine sinusähnliche Schwingung des Knickwinkels α_k zwi schen dem Zugfahrzeug F und dem Anhänger A. Wird das Fahrzeug mit der über der kritischen Fahrzeuggeschwindigkeit V_krit lie genden Fahrzeuggeschwindigkeit V_f bewegt, kommt es zu einem Un fall, falls keine stabilisierenden Maßnahmen ergriffen werden.

Es werden daher verschiedene Verfahren zur Vermeidung von Schlingerbewegungen vorgeschlagen.

Die DE 195 36 620 A1 beschreibt ein Verfahren zur Verbesse rung der Querstabilität bei Kraftfahrzeugen, bei dem fahrzeug verzögernde Maßnahmen ergriffen werden, wenn die Amplitude der querdynamischen, innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbandes schwingenden Fahrzeuggröße einen vorgegebenen Grenzwert über schreitet. Bei diesem Verfahren werden bei Erkennung einer fahrdynamischen Schwingung Bremsverzögerungen eingeleitet. Da bei wird die Fahrzeuggeschwindigkeit V_f des Fahrzeuggespanns solange reduziert bis die kritische Geschwindigkeit V_krit unter schritten wird und dann die Schwingung von selbst abklingt. Die Fahrzeuggeschwindigkeit V_f wird durch den Bremsvorgang so lange reduziert bis Fahrgeschwindigkeit V_f unterhalb der kriti schen Geschwindigkeit V_krit liegt.

Das in der DE 195 36 620 A1 beschriebene Verfahren weißt ver schiedene Nachteile auf. Die Einleitung verzögernde Bremsein griffe zur Absenkung der Fahrzeuggeschwindigkeit V_f birgt eine erhebliche Unfallgefahr in sich. Tritt die Schlingerbewegung beispielsweise während eines Überholvorganges bei dem überho lenden Fahrzeuggespann auf, wird zur Vermeidung der Schlinger bewegung die Geschwindigkeit des überholenden Fahrzeuggespanns V_f abgesenkt bis die kritische Fahrzeuggeschwindigkeit V_krit un terschritten wird. Hierdurch wird der Überholvorgang des über holenden Fahrzeuggespanns verlangsamt bzw. unmöglich gemacht, so dass es zu einem Unfall mit einem entgegenkommenden Fahr zeug kommen kann.

Ein weiterer Nachteil, des in der DE 195 36 620 A1 beschriebe nen Verfahrens besteht darin, dass die Erkennung des Schwin gerzustandes allein auf der Überwachung von gemessenen Fahr zeuggrößen, wie der Querbeschleunigung und der Gierrate, d. h. der Drehbewegung des Fahrzeugs zu der Längsachse des Fahr zeugs, beruht. Diese Fahrzeuggrößen können aber Schwingungen aufweisen ohne dass ein Schlingern des Anhängers vorliegt. Schwingungen der gemessenen Fahrzeuggrößen, wie Querbeschleu nigung und der Fahrzeuggierrate können beispielsweise durch eine leichte Lenkbewegung des Fahrers oder bei einer Fahrt durch Spurrinnen entstehen. Ein weiteres Beispiel ist die Be schleunigung des Fahrzeugs unter wechselnden Reibwertbedingun gen. Es kann daher der Fall auftreten, dass eine Schlingerbe wegung irrtümlich erkannt und das Fahrzeug verzögert wird, ohne dass überhaupt ein Anhänger vorhanden ist oder dass eine durch den Anhänger hervorgerufene Schlingerbewegung erfolgt.

Ein weiterer Nachteil des in der DE 195 36 620 A1 beschriebe nen Verfahrens besteht darin, dass fahrzeugverzögernde Maßnah men nur dann eingeleitet werden, wenn eine Lenkbewegungsgröße eine vorgegebene Lenkschwelle nicht überschreitet. Um Brems eingriffe aufgrund von Lenkbewegungen durch den Fahrer zu un terbinden, muss die Lenkschwelle dabei so niedrig ausgelegt werden, dass eine geringe Lenkbewegung des Fahrers im Falle eines auftretenden Anhängerschlingerns zu einer Unterdrückung der verzögernden Bremseingriffe führt und so keine Stabilisie rung der Anhängerschlingerbewegung durchgeführt wird.

Aus der DE 41 27 750 C1 ist eine Vorrichtung zur Erhöhung der Pendelstabilität von Fahrzeuggespannen bekannt. Das Zugfahr zeug besitzt eine selbsttätige Zusatzlenkung bzw. eine Überla gerungslenkung, die auf dem Knickwinkel zwischen dem Zugfahr zeug und einem gezogenem Fahrzeug reagiert und automatischen Gegensteuermanöver durchführt, wenn das gezogene Fahrzeug bzw. der Anhänger unerwünschte Pendelbewegungen ausführt. Die in der DE 41 27 750 C1 beschriebene Vorrichtung hat den Nachteil, dass eine Überlagerungslenkung sehr teuer ist und somit Fahr zeuge in der Regel nicht mit einer Überlagerungslenkung aus gestattet sind. Daher ist das in der DE 41 27 750 C1 beschrie bene Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs für die große Mehrheit der Zugfahrzeuge nicht einsetzbar.

Die DE 198 43 826 A1 beschreibt ein zu der DE 41 27 750 C1 ähn liches Verfahren zur Stabilisierung eines Anhängergespanns. Dabei wird zur Unterdrückung des Schlingerbewegungen des An hängers eine Ist-Gierbewegung des Zugfahrzeug bestimmt mit ei ner Soll-Gierbewegung verglichen. Tritt eine Differenz zwi schen der Soll-Gierbewegung und der Ist-Gierbewegung auf, wird der Lenkwinkel der Räder einer lenkbaren Fahrzeugachse des Zugfahrzeugs zum Abbau der Differenz verändert. Bei Über schreitung der Schwelle wird das Fahrzeuggespann durch Steue rung der Überlagerungslenkung stabilisiert. Eine derartige Überlagerungslenkung ist allerdings sehr aufwendig und nur we nige Zugfahrzeuge sind mit einer derartigen Überlagerungslen kung ausgestattet.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Ver fahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs zu schaffen, bei dem ein Schlingerzustand sicher erkannt wird und bei dem das Fahr zeug ohne eine Überlagerungslenkung und ohne Verzögerung sta bilisiert wird.

Diese Aufgabe wird erfüllungsgemäß durch ein Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs mit den im Patentanspruch 1 an gegebenen Merkmalen gelöst.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs mit den folgenden Schritten, nämlich
Erkennen einer kritischen periodischen Fahrzeugschwingbewegung des Fahrzeugs, wobei die Fahrzeugschwingbewegung einer inner halb eines vorgegebenen kritischen Frequenzbereichs liegende Schwingfrequenz und einer oberhalb eines oberen Amplituden schwellenwertes liegende Schwingamplitude aufweist,
Dämpfen der erkannten kritischen periodischen Fahrzeugschwing bewegung durch ein sich periodisch veränderndes Giermoment, das durch wechselseitigen Bremseneingriff auf das Fahrzeug aufgebracht wird,
wobei das der Fahrzeugschwingbewegung entgegenwirkende Giermo ment mit einer Phasenverzögerung zu der periodischen Fahrzeug schwingbewegung aufgebracht wird und eine Frequenz aufweist, die der Schwingfrequenz der periodischen Fahrzeugschwingbewe gung entspricht.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Stabilisierung eines Fahr zeugs hat den Vorteil, dass keine zusätzliche Überlagerungs lenkung notwendig ist.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren zur Sta bilisierung eines Fahrzeugs besteht darin, dass die Fahrge schwindigkeit bei dem Stabilisierungsvorgang nicht vermindert wird und somit die Unfallgefahr insbesondere bei Überholvor gängen vermindert wird.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren zur Sta bilisierung eines Fahrzeugs besteht darin, dass bei einer er kannten Schlingerbewegung dass Fahrzeug unabhängig davon, ob ein Anhänger vorhanden ist ohne Verzögerung stabilisiert wird.

Das Erkennen der kritischen Fahrzeugschwingbewegung umfasst vorzugsweise folgende Schritte, nämlich
Erfassen fahrdynamischer Fahrzeugbewegungsgrößen,
Vergleichen der Amplitude von mindestens einer Fahrzeugbewegungsgröße mit einem einstellbaren oberen Amplitu denschwellenwert und
Erkennen einer kritischen periodischen Fahrzeugschwingbewe gung, wenn die Amplitude mindestens einer Fahrzeugbewegungs größe einem oberen Amplitudenschwellenwert überschreitet.

Dabei werden die fahrdynamischen Fahrzeugbewegungsgrößen vor zugsweise sensorisch erfasst.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zusätzlich der von dem Fahrer eingeschlagene Fahrzeuglenkwinkel erfasst.

Vorzugsweise werden fahrdynamische Soll-Fahrzeugbewegungsgrö ßen in Abhängigkeit von dem erfassten Fahrzeuglenkwinkel be rechnet.

Dabei werden vorzugsweise zusätzlich Fahrzeugbewegungsabwei chungen zwischen den erfassten Fahrzeugbewegungsgrößen und den berechneten Soll-Fahrzeugbewegungsgrößen berechnet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden durch Fouriertransformationen die Amplituden der Fahrzeugsbewegungsabweichungen in dem kritischen Frequenz bereich berechnet.

Vorzugsweise wird eine kritische periodische Fahrzeugschwing bewegung erkannt, wenn die Amplitude der Fahrzeugbewegungsab weichung in dem kritischen Frequenzbereich einen oberen Ampli tudenschwellenwert überschreitet.

Bei der fahrdynamischen Fahrzeugbewegungsgröße handelt es sich vorzugsweise um die Gierrate des Fahrzeugs.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zusätzlich weitere fahrdynamische Fahrzeug bewegungsgrößen erfasst, insbesondere eine auf eine Anhänger kupplung des Fahrzeugs wirkende Anhängerkupplungskraft, ein Knickwinkel zwischen dem Fahrzeug und einem durch das Fahrzeug gezogenen Anhänger, auf die Räder des Fahrzeugs wirkende Seitenkräfte sowie eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs, die Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs sowie der Schwimmwinkel des Fahrzeugs.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Dämpfung der kritischen periodischen Fahrzeugschwingbewegung durch den wechselseitigen Bremsenein griff auf das Fahrzeug erst, wenn eine erfasste Anzahl der Fahrzeugschwingungen der periodischen Fahrzeugschwingbewegung, deren Amplitude den oberen Amplitudenschwellenwert überschrei tet, eine einstellbare Mindestanzahl überschreitet.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Verfahrens zur Stabilisierung zur Stabilisierung eines Fahrzeugs erfolgt das Aufbringen des der Fahrzeug schwingbewegung entgegenwirkenden Giermoments im wesentlichen synchron zu der Gierbeschleunigung des Fahrzeugs.

Der wechselseitige Bremseneingriff zum Dämpfen der erkannten kritischen Fahrzeugschwingbewegung erfolgt an den Vorderrädern des Fahrzeugs, an den Hinterrädern des Fahrzeugs oder sowohl an den Vorder- und Hinterrädern des Fahrzeugs.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der wechselseitige Bremseneingriff zusätzlich an einem durch das Fahrzeug gezogenen Anhänger vorgenommen.

Dabei wird der wechselseitige Bremseneingriff an dem Anhänger vorzugsweise mit einer anderen Phasenverzögerung zu der perio dischen Fahrzeugschwingung vorgenommen als der wechselseitige Bremseneingriff auf das ziehende Fahrzeug.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Verfahrens wird die durch den wechselseitigen Bremseneingriff bewirkte Fahrgeschwindigkeitverzögerung durch Erhöhung des Motormoments, das von einem Fahrzeugmotor aufge bracht wird, kompensiert.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Amplitude des aufgebrachten Giermoments proportional zu der abnehmenden Am plitude der gedämpften Fahrzeugschwingbewegung abgesenkt.

Die erkannte kritische periodische Fahrzeugschwingbewegung wird vorzugsweise zur wechselseitigen Bremseneingriff gedämpft bis die Schwingamplitude einen unteren Amplitudeschwellenwert unterschreitet.

Bei der kritischen periodischen Fahrzeugschwingbewegung han delt es sich vorzugsweise um eine durch einen Anhänger hervor gerufene Anhängerschlingerbewegung.

Im weiteren werden bevorzugter Ausführungsformen des erfin dungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zur Erläuterung erfindungswesentlicher Merkmale be schrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einer aus einem Zugfahrzeug F und einem Anhänger A be stehendes Fahrzeuggespann zur Erläuterung der der Erfindung zugrunde liegenden Problematik;

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild eines Steuersystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Stabilisierungsverfah rens;

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm einer besonders bevorzugten Ausfüh rungsform des erfindungsgemäßen Stabilisierungsverfahren;

Fig. 4 ein Zeitablaufdiagramm zur Darstellung des erfindungs gemäßen Stabilisierungsverfahrens;

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der optimalen Phasenverzö gerung für das erfindungsgemäße Stabilisierungsverfahren;

Fig. 6 einen Ablaufdiagramm einer normalen Fahrzeugbewegung in einen unkritischen Geschwindigkeitsbereich;

Fig. 7 ein Zeitablaufdiagramm einer ungedämpften Fahrzeug schwingbewegung ohne Einsatz des erfindungsgemäßen Stabili sierungsverfahrens;

Fig. 8 ein Zeitablaufdiagramm bei dem eine auftretende Fahr zeugschwingbewegung durch das erfindungsgemäße Stabilisie rungsverfahren stabilisiert wird und der Bremseingriff syn chron mit der Giergeschwindigkeit erfolgt;

Fig. 9 ein Zeitablaufdiagramm bei dem eine auftretende Fahr zeugschwingbewegung mit dem erfindungsgemäßen Stabilisierungsverfahren gedämpft wird und der Bremseingriff synchron mit der Gierbeschleunigung erfolgt.

In Fig. 2 ist ein Steuersystem zur Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.

Das Steuersystem 1 enthält eine ESP-Steuerung 2, die eingangs seitig über Sensorleitungen 3, 4, 5, an verschiedene Sensoren zur Messung von Fahrzeugbewegungsgrößen angeschlossen ist. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel ist der an der Leitung 3 ange schlossene Sensor 6 ein Gierratensensor zur Messung der Gier rate des Fahrzeugs, der an der Leitung 4 angeschlossene Sensor 7 ein Querbeschleunigungssensor zur Messung der Querbeschleu nigung des Fahrzeugs und der an der Leitung 5 angeschlossene Sensor 8 ein Lenkwinkelsensor zur Messung des durch den Fahrer eingeschlagenen Fahrzeuglenkwinkels δ.

Des weiteren erhält die ESP-Steuerung 2 von vier Raddrehzahl sensoren 9, 10, 11, 12 Informationen über die Drehzahlen der verschiedenen Fahrzeugräder. Die Drehzahlsensoren 9-12 sind über Leitungen 13 bis 16 ebenfalls an die ESP-Steuerung 2 an geschlossen. Die ESP-Steuerung 2 steuert über Steuerleitungen 17, die in einer Bremsenhydraulik 18 des Fahrzeugs enthaltenen Ventile und Pumpen an. Die Bremshydraulik 18 ist über Hydrau likleitungen 19 bis 22 mit den Bremsen 23 bis 26 des Fahrzeugs verbunden.

Die Bremshydraulik 18 ist vorzugsweise zusätzlich über Hydrau likleitungen 27, 28 mit Bremsen 29, 30 eines Anhängers verbun den.

Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungs form des erfindungsgemäßen Stabilisierungsverfahrens für ein Fahrzeug.

In einem Schritt S1 werden Fahrzeugbewegungsgrößen gemessen bzw. sensorisch erfasst. Bei den erfassten fahrdynamischen Fahrzeugbewegungsgrößen handelt es sich um eine Gierrate ψ⁰ des Fahrzeugs, die durch den Sensor 6 erfasst wird, die Fahrzeug querbeschleunigung a, die durch Sensor 7 erfasst wird, sowie den Lenkwinkel δ, der mittels des Sensors 8 erfasst wird. Vor zugsweise werden weitere fahrdynamische Fahrzeugbewegungsgrö ßen zusätzlich erfasst. Diese fahrdynamischen Fahrzeugbewe gungsgrößen bzw. Fahrzeugkräfte umfassen eine auf eine Anhän gerkupplung des Fahrzeugs wirkende Anhängerkupplungskraft, ei nen Knickwinkel zwischen dem Fahrzeug und einem an das Fahr zeug angeschlossenen Anhänger und Seitenkräfte, die auf die Räder des Fahrzeugs wirken, die Quergeschwindigkeit des Fahr zeugs sowie der Schwimmwinkel des Fahrzeugs. Des weiteren wer den im Schritt S1 die Geschwindigkeit der Fahrzeugräder über die Raddrehzahlsensoren 9 bis 12 ermittelt.

In einem Schritt S2 wird die Abweichung zwischen der Gierrate ψ⁰ und einer Sollgierrate ψ⁰ _soll berechnet.

Hierzu wird aus den gemessenen Raddrehzahlen bzw. Geschwindig keiten der Fahrzeugräder zunächst die Geschwindigkeit des Fahrzeugs V_F berechnet.

In Abhängigkeit von dem eingeschlagenen Lenkwinkel δ und der berechneten Fahrzeuggeschwindigkeit V_F wird eine Sollgierrate ψ⁰ _soll entsprechend folgender Gleichung ermittelt:

ψ⁰ _soll = δ.V_F/L.(1 + V_F ²/V_CH ²) (1)

wobei δ der eingeschlagene Lenkwinkel,
V_F die berechnete Fahrzeuggeschwindigkeit,
L der Fahrzeugradabstand und
V_ch eine konstante charakteristische Geschwindigkeit des Fahr zeugs ist.

Die berechnete Sollgierate ψ⁰ _soll wird gefiltert, um den Phasen versatz zwischen Lenkbewegung und Gierverhalten des Fahrzeugs zu berücksichtigen.

Anschließend wird aus der Gierrate und der berechneten Soll gierrate die Gierratenabweichung berechnet:

Δψ⁰ = ψ⁰ _- ψ⁰ _soll (2)

Die Gierratenabweichung wird vorzugsweise anschließend hoch pass gefiltert. Aus der berechneten Gierratenabweichung wird durch Integration eine Gierwinkelabweichung des Fahrzeugs be rechnet.

Δψ = ∫ Δψ⁰ d t (3)

Die berechnete Gierwinkelabweichung ist gegenphasig, d. h. um 180° phasenversetzt zu der Gierbeschleunigung ψ⁰⁰ des Fahr zeugs, durch den im Schritt S2 vorgenommenen Berechnungsvor gang wird die fehlerhafte Erkennung eines Schlingerzustands aufgrund sinusförmiger durch den Fahrer vorgenommene Lenkbewe gungen weitgehend ausgeschlossen.

Das in Gleichung (3) berechnete Gierwinkelsignal wird hochpass gefiltert und in einem Schritt S3 einer Fouriertransformation unterzogen. Durch Fourieransformation wird die Amplitude der Gierwinkelabweichung in einem kritischen Frequenzbereich berechnet. Der kritische Frequenzbereich für Fahrzeugschwing bewegungen, die aufgrund von Anhängerschlingern hervorgerufen wird, liegt in einem Frequenzbereich von etwa 0,5 bis 1,1 Hz.

In einem Schritt S4 wird geprüft ob bereits ein Bremseingriff aktiv ist. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, dass geprüft wird, ob ein entsprechendes Flag gesetzt ist.

Falls im Schritt S4 erkannt wird, dass noch kein Bremseingriff zur Dämpfung der erkannten kritischen periodischen Fahrzeug schwingbewegung erfolgt, wird im Schritt S5 geprüft ob die Amplitude der Gierwinkelabweichung in dem kritischen Frequenz bereich einen oberen Amplitudenschwellenwert überschreitet oder nicht.

Falls der Amplitudenschwellenwert überschritten wird, d. h. die Gierwinkelabweichung von dem Soll-Gierwinkel zu groß ist, wird in einem Schritt S6 der Bremseingriff durch Setzten eines ent sprechenden Flag aktiviert.

Falls im Schritt S4 erkannt wird, dass bereits ein Eingriff aktiv ist, d. h. das entsprechende Flag bereits gesetzt ist, wird im Schritt 7 geprüft ob die Amplitude der Gierratenabwei chung in dem kritischen Frequenzbereich einen unteren Schwel lenwert unterschreitet oder nicht.

Falls die Amplitude den unteren Schwellenwert unterschreitet, wird der Bremseingriff durch Zurücksetzten des entsprechenden Flags im Schritt S8 deaktiviert.

In einer weiteren Abfrage wird im Schritt S9 geprüft ob der Bremseingriff aktiv bzw. das entsprechende Flag gesetzt ist.

Falls dies der Fall ist, wird im Schritt S10 der eigentliche Bremseingriff vorgenommen. Dabei steuert die ESP-Steuerung 2 über die Steuerleitung 17 die Bremshydraulik 18 derart an, dass durch wechselseitigen Bremseneingriff durch die Bremsen 23 bis 26 auf das Fahrzeug ein sich periodisch verändertes Giermoment aufgebracht wird. Das aufgebrachte periodisch sich veränderte Giermoment wirkt der erfassten Fahrzeugschwingbewe gung entgegen. Das sich periodisch verändernde Giermoment wird dabei mit einer Phasenverzögerung zu der erfassten Fahrzeug schwingbewegung aufgebracht, wobei es eine Frequenz besitzt, die der Schwingfrequenz der erfassten periodischen Fahrzeug schwingbewegung entspricht. Die Dämpfung der erfassten kriti schen periodischen Fahrzeugschwingbewegung durch den im Schritt S10 durchgeführten wechselseitigen Bremseneingriff er folgt vorzugsweise erst nachdem eine bestimmte Anzahl von Fahrzeugschwingungen der erfassten Fahrzeugschwingbewegung den oberen Amplitudenwert überschritten hat. Das der Fahrzeug schwingbewegung entgegenwirkende Giermoment erfolgt vorzugs weise im wesentlichen synchron zu der Gierbeschleunigung ψ⁰⁰ des Fahrzeugs. Die Amplitude des im Schritt S10 aufgebrachten Giermoments wird proportional zu der abnehmenden Amplitude der gedämpften Fahrzeugschwingbewegung gesenkt.

Die periodische Fahrzeugschwingbewegung wird durch den im Schritt S10 erfolgenden Bremseingriff gedämpft bis im Schritt S7 erkannt wird, dass die Schwingamplitude den unteren Ampli tudenschwellenwert unterschreitet. In diesem Falle wird im Schritt S8 der Bremseingriff deaktiviert, d. h. das Flag zurückgesetzt. Anschließend wird im Schritt S9 erkannt, dass das Bremsflag zurückgesetzt ist und der Ablauf kehrt zu Schritt zurück. Die Schritte S1, S2, S3, S4, S5 werden zyklisch durch laufen bis im Schritt S5 erkannt wird, dass die Amplitude der Fahrzeugbewegungsabweichung in dem kritischen Frequenzbereich den oberen Schwellenwert überschreitet.

Der im Schritt S10 vorgenommene Bremseneingriff zum Dämpfen der erkannten kritischen Fahrzeugschwingbewegung erfolgt ent weder nur an den Vorderrädern des Fahrzeugs, nur an den Hin terrädern des Fahrzeugs oder sowohl an den Vorder- und Hinter rädern des Fahrzeugs. Zusätzlich kann der wechselseitige Brem seneingriff auch an den Bremsen des Anhängers durchgeführt werden. Ein derartiger wechselseitiger Bremseneingriff an den Bremsen des Anhängers erfolgt mit einer anderen Phasenverzöge rung zu der periodischen Fahrzeugschwingung als der an den Bremsen des Zugfahrzeugs vorgenommene Bremseneingriff.

Im Schritt S10 wird vorzugsweise die durch den wechselseitigen Bremseneingriff hervorgerufene Verzögerung der Fahrzeugge schwindigkeit durch Erhöhung des von dem Fahrzeugmotor abgege benen Fahrzeugmoments kompensiert. Hierdurch wird erreicht, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit durch den Stabilisierungsvor gang unbeeinflusst bleibt und so die Gefahr eines Unfalls ins besondere bei Überholmanövern beseitigt wird.

Fig. 4 zeigt ein Zeitablaufdiagramm zur Darstellung eines durch erfindungsgemäße Verfahren hervorgerufenen Stabilisie rungsvorgangs.

Zum Zeitpunkt T₀ steigt die Amplitude der periodischen Fahr zeugschwingbewegung F, d. h. die Amplitude der Gierratenabweichung Dy⁰, an. Zum Zeitpunkt T₁ wird der obere Amplituden schwellenwert überschritten und der Stabilisierungsvorgang setzt ein. Die Stabilisierung erfolgt durch Dämpfung der kri tischen periodischen Fahrzeugschwingbewegung durch Aufbringen eines sich periodisch verändernden Giermoments G durch Ansteu ern der verschiedenen Bremsen. Das aufgebrachte Giermoment wirkt der Fahrzeugschwingbewegung entgegen. Dabei weist das aufgebrachte Giermoment eine bestimmte Phasenverzögerung zu der ermittelten periodischen Fahrzeugschwingung bzw. der ge messenen Gierrate auf. Wie man aus Fig. 4 erlernen kann, nimmt die Amplitude der Fahrzeugschwingbewegung, d. h. der Gierrate bis zum Zeitpunkt T2 ab. Die Amplitude des aufge brachten Giermoments G wird proportional zu der abnehmenden Amplitude der gedämpften Fahrzeugschwingbewegung abgesenkt. Zum Zeitpunkt T₂ unterschreitet die Amplitude der Fahrzeug schwingbewegung bzw. der Gierrate einen unteren Schwellenwert und es wird kein weiteres entgegenwirkendes Giermoment aufge bracht. Der Stabilisierungsvorgang erstreckt sich von dem Zeitpunkt T₁, bei dem der obere Schwellenwert durch die Ampli tude der Fahrzeugschwingbewegung in den kritischen Frequenzbe reich überschritten wird, bis zu dem Zeitpunkt T₂ bei dem die Amplitude der Fahrzeugschwingbewegung in dem kritischen Fre quenzbereich den unteren Amplitudenschwellenwert unterschrei tet. Der kritische Frequenzbereich ist einstellbar und wird zur Erkennung von Anhängerschlingern zwischen 0,5 und 1,1 Hz eingestellt. Der obere und untere Amplitudenschwellenwert sind ebenfalls einstellbar. Das der Fahrzeugschwingbewegung entge genwirkende Giermoment ist, wie man in Fig. 4 erkennen kann, ebenfalls ein im wesentlichen sinusförmiges Signal, wobei die Frequenz des Giermoments der Schwingfrequenz der erfassten pe riodischen Fahrzeugschwingbewegung entspricht.

Die einem Fahrzeug Schlingerzustand gemessene Gierrate ist im wesentlichen eine periodische Sinusschwingung:

Δψ⁰ = ΔA(t)sin(2πf_s.t) (4)

wobei f_s die Schwingfrequenz der Fahrzeugschwingbewegung dar stellt und A(t) die zeitabhängige Amplitude ist.

Das aufgebrachte entgegenwirkende Giermoment weist ebenfalls im wesentlichen einen sinusförmigen Verlauf auf und ist zu der ermittelten Fahrzeugschwingbewegung phasenverzögert:

G = G(t).sin(2πf_Gt - ϕ) (5)

Wobei ϕ die eingestellte Phasenverzögerung und f_G die Frequenz des eingeleiteten Giermoments ist.

Dabei gilt

f_G = f_S (6)

Die Amplitude des aufgebrachten Giermoments ist proportional zu der abnehmenden Amplitude der gedämpften Fahrzeugschwingbe wegung

G(t) = C.ΔA(t). (7)

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, dass den Wirkungsgrad des durch das erfindungsgemäße Verfahren vorgenommenen Bremseingriffs zur Stabilisierung des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Pha senverzögerung ϕ des aufgebrachten Giermoments darstellt. Ein positiver Wirkungsgrad η stellt eine stabilisierende Wirkung dar.

Wie man aus Fig. 5 erkennen kann, ist der Wirkungsgrad η des stabilisierenden Bremseingriff optimal, wenn das aufgebrachte der Fahrzeugschwingbewegung entgegenwirkende Giermoment G im wesentlichen synchron zur der Gierbeschleunigung ψ⁰⁰ des Fahr zeugs erfolgt.

Erfolgt der Eingriff im wesentlichen synchron zu der Gierrate ψ⁰ ist der Wirkungsgrad zwar noch positiv aber im wesentlichen geringer als bei der optimalen Phasenlage ϕ_opt. Durch Signal laufzeitverzögerungen besteht in diesem Falle sogar die Ge fahr, dass sich die Phasenverzögerung des aufgebrachten Gier moments zu der optimalen Phasenlage sich weiter erhöht und der Wirkungsgrad η negativ wird, d. h. der Bremseingriff destabili sierend wirkt. Diese Gefahr besteht insbesondere bei herkömm lichen Steuerungen. Erfolgt das Aufbringen des entgegenwirken den Giermoments in etwa synchron mit dem Gierwinkel ψ ist der Wirkungsgrad des Bremseingriff stark negativ und wirkt desta bilisierend.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs wird daher das der Fahrzeugschwingbewegung entgegen wirkende periodisch sich verändernde Giermoment im wesentli chen synchron zu der berechneten Gierbeschleunigung ψ⁰⁰ des Fahrzeugs aufgebracht, so dass ein Wirkungsgrad η von annä hernd eins erreicht wird.

Die Fig. 6 bis 9 zeigen verschiedene auftretende Fallkons tellationen.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Fall bewegt sich das Fahrzeug unterhalb der kritischen Fahrzeuggeschwindigkeit V_krit, bei der sich das Fahrzeug ohne einen Bremseingriff selbst stabili siert.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten Fall bewegt sich das Fahrzeug oberhalb einer kritischen Geschwindigkeit V_krit und es erfolgt kein Bremseingriff zur Stabilisierung des Fahrzeugs. In diesem Falle erhöht sich die Fahrzeugschwingbewegung, d. h. die Gier geschwindigkeit ψ⁰ und die Gierbeschleunigung ψ⁰⁰ ungedämpft bis das Fahrzeug außer Kontrolle gerät.

Fig. 8 zeigt eine Fallkonstellation bei der sich das Fahrzeug oberhalb einer kritischen Fahrzeuggeschwindigkeit V_krit befindet und eine auftretende Fahrzeugschwingbewegung durch das erfin dungsgemäße Verfahren stabilisiert wird. Bei dem in Fig. 8 dargestellten Fall erfolgt der Bremseingriff E im wesentlichen synchron zu der Gierrate ψ⁰ bzw. Giergeschwindigkeit. Wie man aus Fig. 8 erkennen kann, wird eine Dämpfung der Gierge schwindigkeit und der Gierbeschleunigung erreicht, jedoch ist der Wirkungsgrad η des Bremseingriffs nicht optimal, so dass die Dämpfung relativ geringfügig ist.

Fig. 9 zeigt eine Fallkonstellation bei der durch das Fahr zeug oberhalb einer kritischen Geschwindigkeit V_krit befindet und eine auftretende Fahrzeugschwingbewegung mit dem erfin dungsgemäßen Verfahren stabilisiert wird. Bei dem in Fig. 9 dargestellten Fall wird der Bremseingriff E im wesentlichen synchron mit der Gierbeschleunigung ψ⁰⁰ durchgeführt, d. h. mit einer optimalen Phasenlage ϕ_opt. Wie man aus Fig. 9 erkennen kann, wird durch den Bremseingriff E eine schnelle Dämpfung der Giergeschwindigkeit ψ⁰ und der Gierbeschleunigung ψ⁰⁰ er reicht, d. h. die Fahrzeugschwingbewegung wird innerhalb kurzer Zeit stabilisiert. Der Wirkungsgrad η befestigt nahezu eins.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ohne Vorsehen einer Zusatzlenkung eine rasche Stabilisierung von Fahrzeugschlin gerbewegungen. Dabei werden auch Lenkbewegungen, die durch den Fahrer durchgeführt werden, berücksichtigt. Durch das erfin dungsgemäße Stabilisierungsverfahren kann die Fahrgeschwindig keit des Fahrzeugs beibehalten werden, so dass eine Bremsver zögerung des Fahrzeugs, insbesondere bei Überholvorgängen, nicht auftritt. Für den Fall, dass das Fahrzeug ohne Anhänger schlingert wirkt der Eingriff stabilisierend und das Fahrver halten wird nicht verschlechtert. Das erfindungsgemäße Verfah ren ist in einfacher Weise durch vorhandene ESP-Regler durch führbar. Der Bremseingriff findet vorzugsweise nur dann statt, wenn ein berechneter Schräglaufwinkel klein ist.

Claims

1. Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs mit folgenden Schritten:

a) Erkennen einer kritischen periodischen Fahrzeug schwingbewegung des Fahrzeugs, wobei die Fahrzeugschwingbewegung eine innerhalb eines vorgegebenen kritischen Frequenzbereichs liegende Schwing frequenz (f_S) und eine oberhalb eines oberen Amplituden schwellenwertes liegende Schwingamplitude aufweist;
b) Dämpfen der erkannten kritischen periodischen Fahr zeugschwingbewegung durch ein sich periodisch verändernder Giermoment (G), das durch wechselseitigen Bremseneingriff auf das Fahrzeug aufgebracht wird, wobei das der Fahrzeugschwingbewegung entgegenwirkende Giermoment (G) mit einer Phasenverzögerung (ϕ) zu der pe riodischen Fahrzeugschwingbewegung aufgebracht wird und eine Frequenz (f_G) aufweist, die der Schwingfrequenz (f_s) der periodischen Fahrzeugschwingbewegung entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennen der kritischen Fahrzeugschwingbewegung die fol genden Schritte umfasst:
Erfassen fahrdynamischer Fahrzeugbewegungsgrößen, Vergleichen der Amplitude von mindestens einer Fahrzeugbe wegungsgröße mit einem einstellbaren oberen Amplituden schwellenwert und
Erkennen einer kritischen periodischen Fahrzeugschwingbe wegung, wenn die Amplitude von mindestens einer Fahrzeug bewegungsgröße den oberen Amplitudenschwellenwert über schreitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die fahrdynamischen Fahrzeugbewegungsgrößen senso risch erfasst oder aus sensorisch erfassten fahrdynami schen Fahrzeugbewegungsgrößen berechnet werden.

4. Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs dadurch ge kennzeichnet, dass der durch den Fahrer eingeschlagene Lenkwinkel δ erfasst wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass fahrdynamische Soll-Fahrzeugbewe gungsgrößen in Abhängigkeit von dem erfassten Lenkwinkel berechnet werden.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Fahrzeugbewegungsabweichungen zwi schen den erfassten Fahrzeugbewegungsgrößen und den be rechneten Soll-Fahrzeugbewegungsgrößen berechnet werden.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass durch Fouriertransformationen die Amplitude der Fahrzeugbewegungsabweichungen in dem kriti schen Frequenzbereich berechnet werden.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine kritische periodische Fahrzeug schwingungsbewegung erkannt wird, wenn die Amplitude der Fahrzeugabweichung in den kritischen Frequenzbereich den oberen Amplitudenschwellenwert überschreitet.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine der fahrdynamischen Fahrzeugbewegungsgrößen die Gier rate des Fahrzeugs ist.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren fahrdynamischen Fahr zeugbewegungsgrößen
eine auf eine Anhängerkupplung des Fahrzeugs wirkende An hängerkupplungskraft,
einen Knickwinkel zwischen dem Fahrzeugs und einem durch das Fahrzeug gezogenen Anhänger,
auf die Räder des Fahrzeugs wirkende Seitenkräfte, sowie
eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs, eine Quergeschwin digkeit des Fahrzeugs sowie den Schwimmwinkel des Fahr zeugs umfassen.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung der kritischen periodi schen Fahrzeugschwingbewegung durch einen wechselseitigen Bremseneingriff auf das Fahrzeug erfolgt, wenn eine er fasste Anzahl der Fahrzeugschwingungen der periodischen Fahrzeugschwingbewegung, deren Amplitude den oberen Ampli tudeschwellenwert überschreitet, höher ist als eine ein stellbare Mindestanzahl.

12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das der Fahrzeugschwingbewegung ent gegenwirkende Giermoment im wesentlichen synchron zu der Gierbeschleunigung des Fahrzeugs aufgebracht wird.

13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der wechselseitige Bremseneingriff zum Dämpfen der erkannten kritischen Fahrzeugschwingbewe gung
an den Vorderrädern des Fahrzeugs,
an der Hinterrädern des Fahrzeugs oder sowohl an den Vor derrädern und den Hinterrädern des Fahrzeugs erfolgt.

14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der wechselseitige Bremseneingriff zusätzlich an einem durch das Fahrzeug gezogenen Anhänger vorgenommen wird.

15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der wechselseitige Bremseneingriff an dem Anhänger mit einer anderen Phasenverzögerung zu der periodischen Fahrzeugschwingbewegung vorgenommen wird als der wechselseitige Bremseneingriff auf das Fahrzeug.

16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die durch den wechselseitigen Brem seneingriff bewirkte Fahrgeschwindigkeitsverzögerung durch Erhöhung des von einem Fahrzeugmotor abgegebenen Motormo ments kompensiert wird.

17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude des aufgebrachten Gier moments proportional zu der abnehmenden Amplitude der ge dämpften Fahrzeugschwingbewegung gesenkt wird.

18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die erkannte kritische Fahrzeug schwingbewegung durch wechselseitigen Bremseneingriff ge dämpft wird bis die Schwingamplitude einen unteren Amplitudenschwellenwert unterschreitet.

19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die kritische periodische Fahrzeug schwingbewegung eine durch einen Anhänger hervorgerufene Anhängerschlingerbewegung ist.

20. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der wechselseitige Bremseneingriff einen durch den Fahrer veranlassten Bremsenvorgang überla gert wird.

21. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass während des Stabilisierungsvorgangs die Stabilisierungsfunktionen eines in dem Fahrzeug ent haltene ESR-Reglers passiviert werden.