DE102004010296B4

DE102004010296B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Dämpfung von Anhänger-Pendelschwingungen

Info

Publication number: DE102004010296B4
Application number: DE102004010296.1A
Authority: DE
Inventors: Gero Nenninger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2022-08-04
Anticipated expiration: 2024-03-04
Also published as: DE102004010296A1; FR2855807B1; FR2855807A1

Abstract

Verfahren zur Stabilisierung eines aus einem Zugfahrzeug sowie einem Anhänger oder Auflieger bestehenden Fahrzeuggespanns,- bei dem bei einer erkannten Schlingerbewegung des Anhängers oder Aufliegers zur Dämpfung der Schlingerbewegung Bremseingriffe durchgeführt werden, wobei- zuerst symmetrische Bremseingriffe bzgl. der Räder wenigstens einer Achse durchgeführt werden und- unsymmetrische Bremseingriffe bzgl. der Räder wenigstens einer Achse dann durchgeführt werden, wenn durch die symmetrischen Bremseingriffe nicht ein vorgegebenes Soll-Abklingverhalten der Schlingerbewegung erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, dass- das Soll-Abklingverhalten der Schlingerbewegung durch einen ermittelten zeitlichen Soll-Verlauf einer Differenzgröße (vGiSoDecTol), in welche wenigstens eine querdynamische Fahrzeuggröße eingeht, gegeben ist,- dass es sich bei der Differenzgröße um die Differenzamplitude, welche sich als Amplitude der Differenz zwischen Soll-Giergeschwindigkeit und Ist-Giergeschwindigkeit ergibt, handelt und- dass es sich bei dem Soll-Verlauf (vGiSoDecTol) um eine Soll-Abklingkurve für die Differenzamplitude handelt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dämpfung von Anhänger-Pendelschwingungen.
Aus der DE 199 64 048 A1 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zum Stabilisieren eines Straßenfahrzeugs bekannt. Bei dem Straßenfahrzeug handelt es sich insbesondere um einen Personenkraftwagen mit einem durch das Kraftfahrzeug gezogenen Anhänger. Dabei wird das Straßenfahrzeug in Bezug auf Schlingerbewegungen überwacht. Bei Erkennung einer Schlingerbewegung wird dem Straßenfahrzeug automatisch ein Giermoment aufgeprägt, das der Schlingerbewegung im wesentlichen gegenphasig ist.
Aus der DE 100 31 266 A1 ist eine Vorrichtung zur Erkennung einer Pendelbewegung eines Fahrzeuges bekannt. Hierzu enthält die Vorrichtung wenigstens ein erstes Ermittlungsmittel, mit dem eine Querdynamikgröße, die die Querdynamik des Fahrzeuges repräsentiert, ermittelt wird. Ferner enthält sie zweite Ermittlungsmittel, mit denen eine Geschwindigkeitsgröße, die die Geschwindigkeit des Fahrzeuges beschreibt, ermittelt wird. Mit Hilfe von dritten Ermittlungsmitteln wird in Abhängigkeit der wenigstens einen Querdynamikgröße und der Geschwindigkeitsgröße ermittelt, ob eine Pendelbewegung des Fahrzeuges vorliegt. Hierzu wird zumindest überprüft, ob die wenigstens eine Querdynamikgröße größer als ein zugehöriger Schwellenwert und die Geschwindigkeitsgröße größer als ein zugehöriger Schwellenwert ist. Eine Pendelbewegung des Fahrzeuges liegt dann vor, wenn die Querdynamikgröße größer als der zugehörige Schwellenwert und wenn die Geschwindigkeitsgröße größer als der zugehörige Schwellenwert ist.
Aus der DE 100 07 526 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stabilisierung eines Fahrdynamikzustandes eines Gespannes bekannt. Dazu wird eine Eingangsgröße, wie die Gierrate, ermittelt und ausgewertet. Schwingt die Eingangsgröße, dann liegt ein instabiler fahrdynamischer Zustand vor. Dann wird in ein Fahrdynamiksystem eingegriffen, um die Stabilität des Fahrzustandes wieder herzustellen.
Die Merkmale der Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche sind der DE 100 07 526 A1 entnommen.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines aus einem Zugfahrzeug sowie einem Anhänger oder Auflieger bestehenden Fahrzeuggespanns,

- bei dem bei einer erkannten Schlingerbewegung des Anhängers oder Aufliegers zur Dämpfung der Schlingerbewegung Bremseingriffe durchgeführt werden.

Dabei ist vorgesehen, dass

- dass zuerst symmetrische Bremseingriffe bzgl. der Räder wenigstens einer Achse durchgeführt werden und
- dass unsymmetrische Bremseingriffe bzgl. der Räder wenigstens einer Achse dann durchgeführt werden, wenn durch die symmetrischen Bremseingriffe nicht das gewünschte Abklingverhalten der Schlingerbewegung erreicht wird.

Damit wird das Zugfahrzeug rascher stabilisiert, als es durch die Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit durch gleichmäßiges aktives Bremsen aller 4 Räder alleine erreicht werden kann. Unter dem Begriff der symmetrischen Bremseingriffe bzgl. der Räder wenigstens einer Achse wird dabei verstanden, dass beide Räder einer Achse gleich stark gebremst werden, beispielsweise werden die Bremsbeläge mit gleicher Intensität an die Bremsscheiben gepresst. Bei unsymmetrischen Bremseingriffen bzgl. der Räder wenigstens einer Achse werden beide Räder der Achse unterschiedlich stark gebremst. Dadurch entsteht (bei gleichem Reibwert der Fahrbahn auf beiden Seiten des Fahrzeugs) ein Giermoment auf das Fahrzeug.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass das Soll-Abklingverhalten der Schlingerbewegung durch einen ermittelten zeitlichen Soll-Verlauf einer Differenzgröße (vGiSoDecTol), in welche wenigstens eine querdynamische Fahrzeuggröße eingeht, gegeben ist,
Damit wird es ermöglicht, ein Soll-Abklingverhalten der Schwingung vorzugeben. Die Differenzgröße kann sich beispielsweise aus der Differenz zwischen einer querdynamischen Fahrzeuggröße und einer Fahrerwunschgröße (z.B. Soll-Gierrate) zusammensetzen. Anstelle der Differenzgröße kann auch eine querdynamische Größe (z.B. die Ist-Giergeschwindigkeit) betrachtet werden.
Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen,

- dass es sich bei der Differenzgröße um die Differenzamplitude, welche sich als Amplitude der Differenz zwischen Soll-Giergeschwindigkeit und Ist-Giergeschwindigkeit ergibt, handelt und
- dass es sich bei dem Soll-Verlauf (vGiSoDecTol) um eine Soll-Abklingkurve für die Differenzamplitude handelt.

Die Giergeschwindigkeitsamplitude stellt ein relativ einfach zu ermittelndes Maß für die Intensität der Schlingerbewegung dar. Ein Gierratensensor ist in zahlreichen modernen Fahrzeugen bereits serienmäßig vorhanden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,

- dass die Soll-Abklingkurve für die Differenzamplitude ausgehend bzw. abhängig von einem geschätzten Maximalwert für die Differenzamplitude ermittelt wird,
- wobei der geschätzte Maximalwert zum Zeitpunkt des Erkennens eines dämpfungsbedürftigen Schlingerzustands des Fahrzeugs entweder vorliegt oder zu diesem Zeitpunkt ermittelt wird.

Durch den geschätzten Maximalwert bietet sich insbesondere die Möglichkeit, den schlimmsten anzunehmenden Fall („worst case“) zu betrachten.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelabweichung ermittelt wird, welche sich als Differenz

- zwischen der (momentanen) Giergeschwindigkeitsdifferenz (BPAus), welche sich als Differenz zwischen der momentanen Ist-Giergeschwindigkeit und der momentanen Soll-Giergeschwindigkeit ergibt
- und dem mit dem extrapolierten zeitlichen Verlauf für den momentanen Zeitpunkt extrapolierten Wert der Differenzgröße ergibt und

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die unsymmetrischen Bremsseingriffe dann beendet werden, wenn der Betrag der Regelabweichung einen weiteren vorgegebenen Grenzwert wieder unterschreitet. Dadurch werden unnötige unsymmetrische Bremseingriffe vermieden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dass aus der Regelabweichung ein durch den unsymmetrischen Bremseingriff aufzubringendes Soll-Giermoment ermittelt wird. Aus diesem Sollgiermoment kann die erforderliche Bremsintensität für den unsymmetrischen Bremseingriff ermittelt werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass aus der Regelabweichung ermittelt wird, auf welcher Fahrzeugseite der unsymmetrische Bremseingriff erfolgen soll. Dazu kann beispielsweise das Vorzeichen der Regelabweichung herangezogen werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine vorliegende Schlingerbewegung anhand der Auswertung des zeitlichen Verlaufs einer Differenzgröße, in welche wenigstens eine querdynamische Fahrdynamikgröße eingeht, erkannt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Stabilisierung eines aus einem Zugfahrzeug sowie einem Anhänger oder Auflieger bestehenden Fahrzeuggespanns enthält Bremsmittel, mit denen bei einer erkannten Schlingerbewegung des Anhängers oder Aufliegers zur Dämpfung der Schlingerbewegung Bremseingriffe durchgeführt werden. Die Bremsmittel sind so ausgestaltet,

- dass zuerst symmetrische Bremseingriffe durchgeführt werden und
- dass unsymmetrische Bremseingriffe dann durchgeführt werden, wenn durch die symmetrischen Bremseingriffe nicht das gewünschte Abklingverhalten der Schlingerbewegung erreicht wird.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Soll-Abklingverhalten der Schlingerbewegung durch einen ermittelten zeitlichen Soll-Verlauf einer Differenzgröße (vGiSoDecTol), in welche wenigstens eine querdynamische Fahrzeuggröße eingeht, gegeben ist.
Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen,

Die vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens äußern sich selbstverständlich auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt.
Figurenliste
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen 1 bis 2 dargestellt.

1 zeigt den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
2 zeigt das Prinzip der Bildung der Regelabweichung.

Ausführungsbeispiele
Bei einem Fahrzeuggespann können (z.B. bedingt durch Seitenwind) Schlingerbewegungen auftreten, bei denen der Anhänger um seine Hochachse schwingt und über die Anhängerkupplung auch das Zugfahrzeug zu Schwingungen anregt. Ist die Fahrzeuggeschwindigkeit v unterhalb der sogenannten kritischen Geschwindigkeit vkrit, dann sind die Schwingungen gedämpft, bei v = vkrit ungedämpft und für v > vkrit klingen die Schwingungen auf. Der Wert der kritischen Geschwindigkeit hängt u.a. von Geometriedaten wie Radstand, Deichsellänge, Schräglaufsteifigkeiten der Achsen, Masse und Gierträgheitsmoment des Fahrzeugs und Anhängers ab. Er bewegt sich bei PKW-Gespannen typischerweise im Bereich 90 km/h bis 130 km/h.
Die Schlingerbewegung des Fahrzeuggespanns bildet sich einem periodischen Übersteuern des Zugfahrzeugs ab. Ziel ist es, diesem Verhalten durch Aufbringen gezielter Bremsmomente an einzelnen Rädern entgegenzuwirken, die dem Übersteuern gegengerichtete Giermomente hervorrufen.
Dabei umfasst der Bremseingriff 2 Komponenten:
Komponente 1:
Symmetrische Bremseingriffe an allen 4 Rädern des Fahrzeugs werden als Maßnahme gegen die Schlingerbewegung verwendet. Damit soll insbesondere die Fahrzeuggeschwindigkeit unter die kritische Fahrzeuggeschwindigkeit abgesenkt werden.
Komponente 2:
Alternativ oder zusätzlich bzw. überlagernd zu den symmetrischen Bremseingriffen werden für den Fall, dass die symmetrischen Eingriffe nicht zur erwarteten Dämpfung der Schlingerbewegung führen, unsymmetrische Bremseneingriffe auf nur einer Fahrzeugseite durchgeführt. Dabei können alle Räder einer Fahrzeugseite oder auch nur ein Rad einer Fahrzeugseite gebremst werden.
Durch die Erfindung werden ein geeigneter Sollwert für das Verhalten der Pendelschwingung während des symmetrischen Bremseingriffs ermittelt sowie die darauf aufbauende Regelabweichung berechnet. Aus dieser Regelabweichung werden anschließend die erforderlichen Bremsmomente an den einzelnen Rädern bestimmt. Diese erzeugen ein Giermoment, welches der Gierbewegung des Zugfahrzeugs und damit des Fahrzeuggespanns entgegenwirkt. Damit wird das Zugfahrzeug rascher stabilisiert, als es durch die Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit durch aktives Bremsen aller 4 Räder alleine erreicht werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in 1 dargestellt. Dazu werden die beiden folgenden Eingangsgrößen betrachtet:

- der geschätzte Maximalwert der Differenzamplitude vGiAmpMax sowie
- die (möglicherweise gefilterte, insbesondere bandpassgefilterte) Giergeschwindigkeitsdifferenz BPaus.

Ein wesentliches Merkmal dieser Ausführungsform ist, dass als Eingangsgröße die Differenz zwischen der Ist-Giergeschwindigkeit (wie sie beispielsweise mit einem Gierratensensor ermittelt wird) und der Soll-Giergeschwindigkeit (welche den Fahrerwunsch repräsentiert und welche häufig aus Lenkwinkel, Fahrzeuggeschwindigkeit sowie weiteren als konstant angenommenen Größen wie der charakteristischen Geschwindigkeit nach dem Einspur-Modell ermittelt wird) betrachtet wird. D.h. die Differenzamplitude stellt die Amplitude der Differenz zwischen Ist-Giergeschwindigkeit und Soll-Giergeschwindigkeit dar. Entsprechend stellt die Giergeschwindigkeitsdifferenz Bpaus die Differenz zwischen Ist-Giergeschwindigkeit und Soll-Giergeschwindigkeit dar.
Aus der Größe vGiAmpMax wird in Block 100 die gewünschte Abklingkurve bzw. das gewünschte Abklingverhalten vGiSoDecTol für die Differenzamplitude der Schlingerbewegung während der Phasen symmetrischen Bremsens bestimmt.
Anschließend wird in Block 101 durch Bildung der Differenz zwischen vGiSoDecTol und BPAus die Regelabweichung bestimmt. Überschreitet die Giergeschwindigkeitsdifferenz betragsmäßig die zum aktuellen Zeitpunkt durch vGiSoDecTol vorgegebene Maximalamplitude, dann wird in Block 101 die Regelabweichung evGiTol berechnet. Um sehr kurze überlagerte unsymmetrische Bremseingriffe gegen Ende der Stabilisierungsphase zu vermeiden, wird die Größe evGiTol in Block 102 durch eine tote Zone abgeschwächt. Insbesondere ist es mit der toten Zone in Block 102 möglich, ein Hystereseverhalten bzgl. des unsymmetrischen Bremseingriffs zu erzeugen, d.h. der unsymmetrische Bremseingriff setzt ein, wenn die Regelabweichung bzw. deren Betrag einen ersten Grenzwert übersteigt und der unsymmetrische Bremseingriff wird erst dann beendet, wenn die Regelabweichung bzw. deren Betrag einen zweiten Grenzwert unterschreitet. Der zweite Grenzwert kann vom ersten Grenzwert verscheiden sein, insbesondere wird der zweite Grenzwert kleiner als der erste Grenzwert sein.
Aufgrund der resultierenden Regelabweichung wird mit Hilfe eines proportionalen Verstärkungsfaktors das Giermoment MsoDifTol bestimmt. Anschließend wird in Block 106 dieses Giermoment in Bremsmomente an der Vorderachse MbVAaTol und der Hinterachse MbHAaTol umgerechnet und danach in Block 104 auf die linken bzw. rechten Räder der Achsen verteilt, deren aktive Bremsung der Schlingerbewegung entgegenwirkt.
Der Einfluss des Anhängers auf die Schräglaufwinkel kann durch die in 1 mit 105 gekennzeichneten Zusatzsignale berücksichtigt werden. Insbesondere kann eine Vorzeichenkorrektur der Schräglaufwinkel erfolgen.
Das Prinzip der Bildung der Regelabweichung ist in 2 dargestellt. Dabei ist in Abszissenrichtung die Zeit t in Sekunden und in Ordinatenrichtung eine dimensionslose Größe, welche ein Maß für die Amplitude der Schlingerbewegung darstellt, aufgetragen.
Zum eingezeichneten Zeitpunkt t0 werde das Vorliegen eines dämpfungsbedürftigen Schlingerzustandes festgestellt. Ausgehend vom ermittelten vorliegenden Maximalwert vGiAmpMax der Differenzamplitude wird nun dessen gewünschte Abklingkurve bzw. Soll-Abklingkurve vGiSoDecTol ermittelt, wie sie durch Bremseingriffe erreicht werden soll.
Zugleich wird auch der Verlauf BPAus der Giergeschwindigkeitsdifferenz ermittelt. Liegt der Wert von BPAus außerhalb der durch vGiSoDecTol vorgebenen Hüllkurven (d.h. unterhalb oder oberhalb), dann wird ergänzend zum (geplanten) symmetrischen Bremseingriff (auf dessen Basis auch die Abklingkurve vGiSoDecTol ermittelt wurde) ein unsymmetrischer Bremseingriff überlagert.
Bei BPaus kann es sich dabei auch um eine „aufbereitete Giergeschwindigkeitsdifferenz“ handeln, insbesondere um eine mit einem Tiefpass oder einem Bandpass gefilterte Giergeschwindigkeitsdifferenz handeln.
Damit beruht die Schlingererkennung auf der Analyse der Differenz zwischen Ist-Giergeschwindigkeit und Soll-Giergeschwindigkeit. Dabei geht in die Soll-Giergeschwindigkeit insbesondere der Fahrerwunsch, z.B. über den Lenkwinkel, ein.

Claims

Verfahren zur Stabilisierung eines aus einem Zugfahrzeug sowie einem Anhänger oder Auflieger bestehenden Fahrzeuggespanns, - bei dem bei einer erkannten Schlingerbewegung des Anhängers oder Aufliegers zur Dämpfung der Schlingerbewegung Bremseingriffe durchgeführt werden, wobei - zuerst symmetrische Bremseingriffe bzgl. der Räder wenigstens einer Achse durchgeführt werden und - unsymmetrische Bremseingriffe bzgl. der Räder wenigstens einer Achse dann durchgeführt werden, wenn durch die symmetrischen Bremseingriffe nicht ein vorgegebenes Soll-Abklingverhalten der Schlingerbewegung erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, dass - das Soll-Abklingverhalten der Schlingerbewegung durch einen ermittelten zeitlichen Soll-Verlauf einer Differenzgröße (vGiSoDecTol), in welche wenigstens eine querdynamische Fahrzeuggröße eingeht, gegeben ist, - dass es sich bei der Differenzgröße um die Differenzamplitude, welche sich als Amplitude der Differenz zwischen Soll-Giergeschwindigkeit und Ist-Giergeschwindigkeit ergibt, handelt und - dass es sich bei dem Soll-Verlauf (vGiSoDecTol) um eine Soll-Abklingkurve für die Differenzamplitude handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass die Soll-Abklingkurve für die Differenzamplitude (vGiSoDecTol) abhängig von einem geschätzten Maximalwert (vGiAmpMax) für die Differenzamplitude durch zeitliche Extrapolation ermittelt wird, - wobei der geschätzte Maximalwert entweder zum Zeitpunkt des Erkennens eines dämpfungsbedürftigen Schlingerzustands des Fahrzeugs vorliegt oder zu diesem Zeitpunkt ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelabweichung (evGiTol) ermittelt wird, welche sich als Differenz - zwischen der momentanen Giergeschwindigkeitsdifferenz (BPAus), welche sich als Differenz zwischen der momentanen Ist-Giergeschwindigkeit und der momentanen Soll-Giergeschwindigkeit ergibt, - und dem aus dem zeitlichen Soll-Verlauf für den momentanen Zeitpunkt entnommenen Soll-Wert der Differenzgröße ((vGiSoDecTol)) ergibt und dass unsymmetrische Bremseingriffe dann durchgeführt werden, wenn der Betrag der Regelabweichung (evGiTol) einen vorgegebenen ersten Grenzwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die unsymmetrischen Bremsseingriffe dann beendet werden, wenn der Betrag der Regelabweichung (evGiTol) einen vorgegebenen zweiten Grenzwert wieder unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Regelabweichung ein durch den unsymmetrischen Bremseingriff aufzubringendes Soll-Giermoment (MSoDifTol) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Regelabweichung ermittelt wird, auf welcher Fahrzeugseite der unsymmetrische Bremseingriff erfolgen soll.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorliegende Schlingerbewegung anhand der Auswertung des zeitlichen Verlaufs einer Differenzgröße (vGiSoDecTol), in welche wenigstens eine querdynamische Fahrzeuggröße eingeht, erkannt wird.
Vorrichtung zur Stabilisierung eines aus einem Zugfahrzeug sowie einem Anhänger oder Auflieger bestehenden Fahrzeuggespanns, - welche Bremsmittel enthält, mit denen bei einer erkannten Schlingerbewegung des Anhängers oder Aufliegers zur Dämpfung der Schlingerbewegung Bremseingriffe durchgeführt werden, wobei die Bremsmittel so ausgestaltet sind, - dass zuerst symmetrische Bremseingriffe bzgl. der Räder wenigstens einer Achse durchgeführt werden und - dass unsymmetrische Bremseingriffe bzgl. der Räder wenigstens einer Achse dann durchgeführt werden, wenn durch die symmetrischen Bremseingriffe nicht ein vorgegebenes Soll-Abklingverhalten der Schlingerbewegung erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, dass - das Soll-Abklingverhalten der Schlingerbewegung durch einen ermittelten zeitlichen Soll-Verlauf einer Differenzgröße (vGiSoDecTol), in welche wenigstens eine querdynamische Fahrzeuggröße eingeht, gegeben ist, - dass es sich bei der Differenzgröße um die Differenzamplitude, welche sich als Amplitude der Differenz zwischen Soll-Giergeschwindigkeit und Ist-Giergeschwindigkeit ergibt, handelt und - dass es sich bei dem Soll-Verlauf (vGiSoDecTol) um eine Soll-Abklingkurve für die Differenzamplitude handelt.