DE10053605B4

DE10053605B4 - System und Verfahren zum Ermitteln der Schwerpunktshöhe eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE10053605B4
Application number: DE10053605A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Hessmert; Jost Brachert; Thomas Sauter; Helmut Wandel; Norbert Polzin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-10-28
Filing date: 2000-10-28
Publication date: 2012-08-23
Anticipated expiration: 2020-10-29
Also published as: US6678633B2; DE10053605A1; GB2368918A; US20020165690A1; GB2368918B; GB0125939D0

Abstract

System zum Ermitteln der Schwerpunktshöhe eines Fahrzeugs mit — Mitteln (10), mit denen eine Differenz von Radaufstandskräften bestimmt wird und — Mitteln (12), mit denen eine Querbeschleunigung bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (14), mit denen Vergleichswerte bestimmt werden, enthalten sind, welche die Änderung der Differenz von Radaufstandskräften mit der Änderung der Querbeschleunigung vergleichen, und dass Mittel (16), mit denen ein Wankmodell ausgewertet wird, enthalten sind, welche aus den Vergleichswerten die Schwerpunktshöhe bestimmen.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Ermitteln der Schwerpunktshöhe eines Fahrzeugs mit Mitteln, mit denen eine Differenz von Radaufstandskräften bestimmt wird und Mitteln, mit denen eine Querbeschleunigung bestimmt wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Ermitteln der Schwerpunktshöhe eines Fahrzeugs mit den Schritten: Bestimmen einer Differenz von Radaufstandskräften und Bestimmen einer Querbeschleunigung.
Stand der Technik
Bei extremen Bedingungen können Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, umkippen. Dies ist besonders dann der Fall, wenn der Schwerpunkt eines Fahrzeugs relativ hoch liegt. In diesen Fällen kann eine Kurvenfahrt mit überhöhter Geschwindigkeit ausreichen, das Fahrzeug zum Kippen zu bringen. Aber auch bei Fahrzeugen, deren Schwerpunkt so tief liegt, dass sie bei einer stationären Kurvenfahrt nicht kippen, kann es bei dynamischen Fahrmanövern, beispielsweise bei Wechselkurven, zu einem Aufschaukeln bis zum Umkippen kommen. In jedem Fall ist die Neigung zum Umkippen jedoch umso grösser, je höher der Schwerpunkt des Fahrzeugs liegt, wobei zu beachten ist, dass sich der Schwerpunkt aufgrund der Beladung des Fahrzeugs, beispielsweise durch zusätzliche Dachlasten, signifikant verschieben kann.
Es wurde bereits vorgeschlagen, die Lage des Schwerpunkts eines Fahrzeugs zu messen und auf der Grundlage dieser Messergebnisse die Fahrdynamikregelung eines Fahrzeugs zu beeinflussen und um letztlich ein Umkippen zu verhindern. Allerdings kann ein solches System, welches auf der Messung von Seitenkräften beim definierten Durchfahren einer Kurve beruht, das Umkippen bei dynamischen Fahrmanövern, beispielsweise bei Wechselkurven, mitunter nicht verhindern.
Aus der DE 199 04 216 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen und Erkennen der Kippgefahr eines Fahrzeuges mittels dynamischer Erkennung von Änderungen des Fahrzeugschwerpunktes bekannt. Der Kern besteht darin, dass das Fahrzeug in einer Kurvenfahrt betrieben wird, dass während der Kurvenfahrt an mindestens zwei Rädern mit der jeweiligen Radlast korrespondierende erste Zustandsgrößen erfasst werden, dass die erfassten ersten Zustandsgrößen mit die jeweilige Kurvenfahrt repräsentierenden Referenzwerten verglichen werden und dass aus den Abweichungen zwischen den erfassten ersten Zustandsgrößen und den Referenzwerten eine entsprechende Schwerpunktveränderung berechnet wird.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemässen System dadurch auf, dass Mittel enthalten sind, mit denen Vergleichswerte bestimmt werden, welche die Änderung der Differenz von Radaufstandskräften mit der Änderung der Querbeschleunigung vergleichen, und dass Mittel zur Auswertung eines Wankmodells enthalten sind, welche aus den Vergleichswerten die Schwerpunktshöhe bestimmen. Auf diese Weise ist es möglich, neben einem statischen Fahrverhalten, welches beispielsweise beim definierten Durchfahren einer Kurve vorliegt, auch das Fahrverhalten unter extremen Bedingungen zu beeinflussen, welches beispielsweise bei Wechselkurven auftritt. Ein Wankmodell, welches die Wankbewegung des Fahrzeugs moduliert, kann aus dem Vergleich der Änderung der Randaufstandskraftdifferenz mit der Änderung der Querbeschleunigung die Schwerpunktshöhe ermitteln. Somit kann bestimmt werden, ob Gegenmassnahmen gegen ein bevorstehendes Umkippen zu treffen sind.
Vorzugsweise messen die Mittel, mit denen die Differenz von Radaufstandskräften bestimmt wird, Radaufstandskräfte auf der linken und der rechten Fahrzeugseite durch Sensoren, und sie berechnen eine Differenz zwischen den gemessenen Radaufstandskräften. Dies kann besonders vorteilhaft sein, da bei vielen Fahrzeugen Sensoren zum Messen der Radaufstandskräfte ohnehin vorhanden sind, beispielsweise bei Kraftfahrzeugen, die mit ABS (Antiblockiersystem) oder ASR (Antischlupfregelung) ausgestattet sind.
Es kann aber auch nützlich sein, dass die Mittel, mit denen die Differenz von Radaufstandskräften bestimmt wird, Sensoren zur direkten Messung aufweisen. Derartige Sensoren können beispielsweise am Stabilisator des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Durch die direkte Messung der Differenz erübrigt sich eine Berechnung der Differenz aus den Absolutwerten.
Bevorzugt weisen die Mittel, mit denen eine Querbeschleunigung bestimmt wird, Mittel auf, mit denen die Querbeschleunigung gemessen wird. Hieraus ergeben sich zuverlässige Werte, so dass die Schwerpunktshöhe genau bestimmt werden kann.
Es kann aber auch vorteilhaft sein, dass die Mittel, mit denen eine Querbeschleunigung bestimmt wird, Mittel aufweisen, mit denen die Querbeschleunigung geschätzt wird. Durch die Verwendung von Schätzalgorithmen ist es möglich, den Messaufwand am Fahrzeug zu verringern und mithin die Anzahl der Fahrzeugbauteile. Da Schätzalgorithmen ausserdem ohnehin beispielsweise bei ASR verwendet werden, stellt deren Verwendung eine besonders rationelle Massnahme dar.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Mittel, mit denen ein Wankmodell ausgewertet wird, ein Trägheitsmoment um eine kritische Achse bestimmen, wobei aus dem Trägheitsmoment die Schwerpunktshöhe bestimmbar ist. Da das Trägheitsmoment eine charakteristische Grösse im Zusammenhang mit der bei einem Kippen vorliegenden Rotationsbewegung ist, eignet sich dieses besonders, um eine nachfolgende Bestimmung der Schwerpunktshöhe zu ermöglichen.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn Mittel, mit denen eine Querbeschleunigungsschwelle in Abhängigkeit der Schwerpunktshöhe geändert wird, enthalten sind. So kann die Querbeschleunigungsschwelle, ab der eine Reduzierung der Motorleistung oder ein Abbremsen des Fahrzeugs erfolgt, bei steigender Schwerpunktshöhe vermindert werden.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemässen Verfahren dadurch auf, dass Vergleichswerte bestimmt werden, indem die Änderung der Differenz von Radaufstandskräften mit der Änderung der Querbeschleunigung verglichen wird, und dass mit Hilfe eines Wankmodells aus den Vergleichswerten die Schwerpunktshöhe bestimmt wird. Auf diese Weise ist es möglich, neben einem statischen Fahrverhalten, welches beispielsweise beim definierten Durchfahren einer Kurve vorliegt, auch das Fahrverhalten unter extremen Bedingungen zu beeinflussen, welches beispielsweise bei Wechselkurven auftritt. Ein Wankmodell, welches die Wankbewegung des Fahrzeugs moduliert, kann aus dem Vergleich der Änderung der Randaufstandskraftdifferenz mit der Änderung der Querbeschleunigung die Schwerpunktshöhe ermitteln. Somit kann bestimmt werden, ob Gegenmassnahmen gegen ein bevorstehendes Umkippen zu treffen sind.
Vorzugsweise wird die Differenz von Radaufstandskräften bestimmt, indem Radaufstandskräfte auf der linken und der rechten Fahrzeugseite durch Sensoren gemessen werden und eine Differenz zwischen den gemessenen Radaufstandskräften berechnet wird. Dies kann besonders vorteilhaft sein, da bei vielen Fahrzeugen Sensoren zum Messen der Radaufstandskräfte ohnehin vorhanden sind, beispielsweise bei Kraftfahrzeugen, die mit ABS (Antiblockiersystem) oder ASR (Antischlupfregelung) ausgestattet sind.
Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn die Differenz von Radaufstandskräften durch direkte Messung mit Sensoren bestimmt wird. Derartige Sensoren können beispielsweise am Stabilisator des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Durch die direkte Messung der Differenz erübrigt sich eine Berechnung der Differenz aus den Absolutwerten.
Vorzugsweise wird die Querbeschleunigung gemessen. Hieraus ergeben sich zuverlässige Werte, so dass die Schwerpunktshöhe genau bestimmt werden kann.
Ebenfalls kann nützlich sein, wenn die Querbeschleunigung geschätzt wird. Durch die Verwendung von Schätzalgorithmen ist es möglich, den Messaufwand am Fahrzeug zu verringern und mithin die Anzahl der Fahrzeugbauteile. Da Schätzalgorithmen ausserdem ohnehin beispielsweise bei ASR verwendet werden, stellt deren Verwendung eine besonders rationelle Massnahme dar.
Vorzugsweise wird ein Trägheitsmoment um eine kritische Achse bestimmt, und aus dem Trägheitsmoment wird die Schwerpunktshöhe bestimmt. Da das Trägheitsmoment eine charakteristische Grösse im Zusammenhang mit der bei einem Kippen vorliegenden Rotationsbewegung ist, eignet sich dieses besonders, um eine nachfolgende Bestimmung der Schwerpunktshöhe zu ermöglichen.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn eine Querbeschleunigungsschwelle in Abhängigkeit der Schwerpunktshöhe geändert wird. So kann die Querbeschleunigungsschwelle, ab der eine Reduzierung der Motorleistung oder ein Abbremsen des Fahrzeugs erfolgt, bei steigender Schwerpunktshöhe vermindert werden.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zu Grunde, dass ein Umkippen von Fahrzeugen auch bei dynamischen Fahrmanövern, beispielsweise bei Wechselkurven, verhindert werden kann. Dies wird durch die Verwendung eines Wankmodells erreicht, welches die Wankbewegung des Fahrzeugs modelliert, so dass auch dynamische Fahrmanöver, welche sich stark vom definierten Durchfahren einer Kurve unterscheiden, geregelt werden können.
Zeichnung
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitende Zeichnung anhand einer bevorzugten Ausführungsform beispielhaft erläutert.
Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Systems.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Systems. Stellvertretend für die Räder eines Kraftfahrzeuges ist ein Rad 100 dargestellt. An diesem Rad wird eine Radaufstandskraft gemessen. Ebenfalls werden die Radaufstandskräfte an den anderen Rädern gemessen. Diese Messwerte werden den Mitteln 10 zum bestimmen einer Differenz von Radaufstandskräften eingegeben, wo nachfolgend die Differenz der Radaufstandskräfte auf der linken und der rechten Fahrzeugseite berechnet wird. Weiterhin wird von den Mitteln 12 eine Querbeschleunigung bestimmt, wobei den Mitteln 12 beispielsweise Messwerte zugeführt werden, die an geeigneter Stelle des Kraftfahrzeugs gemessen werden. Die Differenzwerte der Radaufstandskräfte und die bestimmten Querbeschleunigungen werden Mitteln 14 zu Bestimmen von Vergleichswerten eingegeben, welche beispielsweise den Anstieg der Radaufstandskraftdifferenz mit dem Anstieg der Querbeschleunigung vergleichen. Aus diesen Vergleichswerten wird in Verbindung mit einem Wankmodell in den Mitteln 16 die Schwerpunktshöhe berechnet. Diese Schwerpunktshöhe wird Mitteln 18 zum Ändern einer Querbeschleunigungsschwelle zugeführt. Diese Mittel 18 können dann beispielsweise bei steigender Schwerpunktshöhe ein Abbremsen des Fahrzeuges in der dargestellten Weise veranlassen, oder es kann bei steigender Schwerpunktshöhe die Motorleistung vermindert werden.

Claims

System zum Ermitteln der Schwerpunktshöhe eines Fahrzeugs mit – Mitteln (10), mit denen eine Differenz von Radaufstandskräften bestimmt wird und – Mitteln (12), mit denen eine Querbeschleunigung bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (14), mit denen Vergleichswerte bestimmt werden, enthalten sind, welche die Änderung der Differenz von Radaufstandskräften mit der Änderung der Querbeschleunigung vergleichen, und dass Mittel (16), mit denen ein Wankmodell ausgewertet wird, enthalten sind, welche aus den Vergleichswerten die Schwerpunktshöhe bestimmen.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (10), mit denen die Differenz von Radaufstandskräften bestimmt wird, Radaufstandskräfte auf der linken und der rechten Fahrzeugseite durch Sensoren messen und eine Differenz zwischen den gemessenen Radaufstandskräften berechnen.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (10), mit denen die Differenz von Radaufstandskräften bestimmt wird, Sensoren zur direkten Messung aufweisen.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (12), mit denen eine Querbeschleunigung bestimmt wird, Mittel aufweisen, mit denen die Querbeschleunigung gemessen wird.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (12), mit denen eine Querbeschleunigung bestimmt wird, Mittel aufweisen, mit denen die Querbeschleunigung geschätzt wird.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (16), mit denen ein Wankmodell ausgewertet wird, ein Trägheitsmoment um eine kritische Achse bestimmen, wobei aus dem Trägheitsmoment die Schwerpunktshöhe bestimmbar ist.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (18), mit denen eine Querbeschleunigungsschwelle in Abhängigkeit der Schwerpunktshöhe geändert wird, enthalten sind.
Verfahren zum Ermitteln der Schwerpunktshöhe eines Fahrzeugs mit den Schritten: – Bestimmen einer Differenz von Radaufstandskräften und – Bestimmen einer Querbeschleunigung, – dadurch gekennzeichnet, – dass Vergleichswerte bestimmt werden, indem die Änderung der Differenz von Radaufstandskräften mit der Änderung der Querbeschleunigung verglichen wird, und – dass mittels eines Wankmodells aus den Vergleichswerten die Schwerpunktshöhe bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz von Radaufstandskräften bestimmt wird, indem Radaufstandskräfte auf der linken und der rechten Fahrzeugseite durch Sensoren gemessen werden und eine Differenz zwischen den gemessenen Radaufstandskräften berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, das die Differenz von Radaufstandskräften durch direkte Messung mit Sensoren bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Querbeschleunigung gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Querbeschleunigung geschätzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägheitsmoment um eine kritische Achse bestimmt wird und dass aus dem Trägheitsmoment die Schwerpunktshöhe bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querbeschleunigungsschwelle in Abhängigkeit der Schwerpunktshöhe geändert wird.