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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Hang- und/oder Steigungserkennung eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und dem Oberbegriff von Anspruch 11.
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Moderne Kraftfahrzeuge und insbesondere Geländefahrzeuge sind mit Niveauregelungen ausgebildet, um beispielsweise durch Straßen- oder Geländeunebenheiten hervorgerufene Niveauunterschiede auszugleichen. Hierzu umfasst die Niveauregelung Stellorgane zur Anpassung der Niveaulage eines Kraftfahrzeuges, die beispielsweise als Luftfedern ausgebildet und von einem Kompressor angesteuert werden. Des weiteren umfasst die Niveauregelung Neigungs- und/oder Abstandssensoren, sogenannte Fahrzeughöhensensoren, zur Erfassung des Abstandes zum Fahrbahnuntergrund. Die Daten dieser Sensorik werden von einem Steuergerät ausgewertet und der Kompressor derart angesteuert, dass dieser die Luftfedern ansteuert, dass eine als Sollwert eingestellte Niveaulage eingeregelt wird.
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Die Vorgänge zum Ausregeln des Fahrzeugs parallel zur Fahrbahnebene benötigen Zeit. Dies kann dazu führen, dass das Fahrzeug beim Übergang von einem stark geneigten Straßenverlauf in einen ebenen Straßenverlauf Bodenfreiheit verliert.
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Es ist daher beispielsweise aus der
DE 698 06 719 T2 eine Bestimmungsvorrichtung bekannt, um das Gefälle eines Straßenverlaufs zu ermitteln und gegebenenfalls die Niveauregelung zu deaktivieren. Wenn die Bestimmungsvorrichtung ermittelt, dass eine erfasste Beschleunigung niedriger als eine vorbestimmte Beschleunigung ist und eine erfasste Fahrzeughöhe um mindestens einen vorbestimmten Wert gegenüber einer Soll-Niveaulage verschoben ist, dann wird bestimmt, dass das Fahrzeug auf einer geneigten Straße ist. Die aus der
DE 698 06 719 T2 bekannte Bestimmungsvorrichtung basiert auf der Annahme, dass es für ein gewöhnliches Fahrzeug auf einer steilen geneigten Strecke unmöglich ist, mit einer mittleren oder hohen Geschwindigkeit zu fahren.
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Anstelle einer Bestimmungsvorrichtung sind Neigungssensoren zur Ermittlung eines Gefälles denkbar. Derartige Sensoren weisen jedoch einen komplizierten Aufbau auf und sind folglich teuer in der Herstellung.
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Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur verbesserten Hang- und/oder Steigungserkennung eines Kraftfahrzeuges zu schaffen.
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Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 11. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Hierzu werden eine Geschwindigkeit und eine Quer- und/oder eine Längsbeschleunigung eines Fahrzeugs ermittelt. Eine Hang- oder eine Steigungssituation wird angenommen, wenn der Betrag der Geschwindigkeit kleiner einem Grenzwert vGlmax ist und der Betrag der Querbeschleunigung größer einem Grenzwert aqmax und/oder der Betrag der Längsbeschleunigung größer einem Grenzwert almax ist. Dabei ist es denkbar, mehrere Grenzwerte vGlmax zu definieren, beispielsweise für Rückwärts- und Vorwärtsfahrten und/oder zur Unterscheidung von Berg- und Talfahrten. Jedem Grenzwerte vGlmax sind dabei geschwindigkeitsabhängige oder feste Grenzwerte aqmax und/oder almax zugeordnet. Rückwärtsfahrten des Fahrzeugs sind durch Betragswerte berücksichtigbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Absenken und/oder Ausheben an mindestens einem Rad und/oder einer Achse durch einen Fahrzeughöhensensor erfasst und für die Ermittlung einer Hang- oder einer Steigungssituation berücksichtigt. Bei einer Bergfahrt senkt sich die Hinterachse eines Fahrzeugs aufgrund einer Schwerpunktsverlagerung ab und die Vorderachse hebt aus. Bei einer Talfahrt kehren sich die Verhältnisse um, so dass sich die Vorderachse absenkt und die Hinterachse aushebt. Durch diese Informationen ist eine Erfassung einer Hang- oder einer Steigungssituation weiter verbesserbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform werden Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungssignale einer Niveauregelung über einen Fahrzeug-Bus zur Verfügung gestellt. Der Fahrzeug-Bus ist beispielsweise ein CAN-Bus oder ein FlexRay-Bus. Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungssignale werden für eine Vielzahl an Programmen zur Verbesserung der Fahrdynamik verwendet, beispielsweise ESP und/oder ASR. Die Signale werden an einer geeigneten Stelle erfasst und über den Fahrzeug-Bus weiteren Anwendungen zur Verfügung gestellt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird bei Erkennung einer Hang- oder einer Steigungssituation und/oder eines Geländebetriebs die Niveauregelung automatisch deaktiviert und/oder Regelschwellen der Niveauregelung werden aufgeweitet. Durch eine Aufweitung der Regelschwellen wird nur noch bei größeren Niveauabweichungen geregelt. Eine Deaktivierung erfolgt vorzugsweise nachdem eine Soll-Niveaulage eingeregelt und/oder fixiert wurde. Unter Einregelung der Soll-Niveaulage wird dabei auch ein Vorgang verstanden, wo eine Ist-Niveaulage als Soll-Niveaulage übernommen wird. Bei Fahrten im Gelände oder einer unebenen Fahrbahn versucht eine automatische Niveauregelung ständig die Standhöhenunterschiede an den einzelnen Rädern auszugleichen. Bei wechselnder Einfederung der Räder beim Durchfahren eines wechselseitigen Welle-Tal-Abschnittes hat das Ausregeln als Folge, dass von einem Moment auf den nächsten die Standhöhenunterschiede genau entgegengesetzt zu den Anforderungen sind, d. h. eine gerade ausgeregelte Bodenfreiheit an einem Rad wird im nächsten Moment an diesem zu niedrig sein. Die Niveauregelung ist also unsinnig und führt ausschließlich zu einer starken Belastung der Ansteuerorgane. Erfindungsgemäß bleibt das Fahrzeug nach einem Einregelvorgang in einem bestimmten Niveau, so dass sich der Fahrer auf eine entsprechende Bodenfreiheit einstellen kann, die sich nicht mehr durch zwischenzeitliche Regelvorgänge ändert.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das Fahrzeug bei Erkennung einer Hang- oder einer Steigungssituation und/oder eines Geländebetriebs auf oder unter eine minimale Grenzgeschwindigkeit vGlmin abgeregelt. Unterhalb einer minimalen Grenzgeschwindigkeit vGlmin ist eine Zeitverzögerung der Regelvorgänge ohne Bedeutung, so dass eine Niveauregelung auch im Geländebetrieb und/oder bei einer Hang- oder einer Steigungssituation zugelassen ist. Liegt eine anliegende Geschwindigkeit jedoch deutlich über der minimalen Grenzgeschwindigkeit vGlmin, so beeinträchtigt ein Abregeln auf die minimale Grenzgeschwindigkeit vGlmin den Fahrkomfort stärker als eine Deaktivierung der Niveauregelung. Die Grenzgeschwindigkeit vGlmin wird vorzugsweise in Abhängigkeit einer Soll-Niveaulage bestimmt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Geländebetrieb der Niveauregelung durch einen Fahrer manuell bestimmbar. Das Fahrzeug ist hierfür mit einer Ein- und/oder Ausgabeeinheit ausgebildet. Durch die Ein- und/oder Ausgabeeinheit sind vorzugsweise weitere Vorgaben für die Niveauregelung manuell eingebbar. Beispielsweise kann ein Fahrer ein gewünschtes Soll-Niveau vorgeben.
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In einer weiteren Ausführungsform ist ein Geländemodus der Niveauregelung automatisch erkennbar, wenn der Fahrer ein Allradgetriebe in die Untersetzung, den sogenannten „Low Range” schaltet.
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In einer weiteren Ausführungsform wird bei Erkennen einer Geschwindigkeit größer vGlmax die Geschwindigkeit abgeregelt und die Soll-Niveaulage eingeregelt und fixiert. Die Geschwindigkeit vGlmax ist dabei mindestens abhängig von der Soll-Niveaulage. Bei höheren Niveaulagen stellt sich das Problem, dass der Schwerpunkt des Kraftfahrzeuges nach oben verschoben wird. Dies kann bei höheren Kraftfahrzeuggeschwindigkeiten zu einem Stabilitätsproblem führen, so dass die Gefahr des Umkippens des Kraftfahrzeuges besteht. Durch ein Abregeln auf Grenzgeschwindigkeiten vGlmax werden kritische Fahrdynamikzustände vermieden. Daneben ist es denkbar, zur Vermeidung dieses Problems bei Überschreiten einer Grenzgeschwindigkeit vGlmax automatisch auf ein tieferes Niveau zu regeln. Dabei werden jedoch die Ansteuerorgane und/oder die Stellorgane der Niveauregelung oftmals unnötig stark beansprucht, was die Lebensdauer der Ansteuerorgane und/oder der Stellorgane verringert und eine unnötige Geräuschbelästigung für den Fahrer darstellt. Die Begrenzung der Geschwindigkeit erfolgt vorzugsweise durch ein Motorsteuergerät und/oder ein elektrisches Stabilitätsprogramm, da dort die Geschwindigkeit sehr leicht begrenzt werden kann und/oder die Grenzgeschwindigkeiten für die Niveaulagen bereits vorhanden sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Stellorgane als Luftfedern und das Ansteuerorgan als Kompressor ausgebildet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Fig. zeigen:
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1 Fahrzeuge mit Niveauregelung an einer staken Steigung,
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2 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur automatischen Niveauregelung und
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1 zeigt Fahrzeuge 1, 1', 1'' mit in 2 dargestellten Niveauregelungen an einer starken Steigung. Aufgrund der Steigung kommt es zu einer Verlagerung des Schwerpunkts des Fahrzeugs 1. Die Schwerpunktsverlagerung verursacht Federungsvorgänge, so dass eine Hinterachse 10 des Fahrzeugs 1 eintaucht und eine Vorderachse 12 aushebt. Die Niveauregelung des Fahrzeugs 1 erkennt diese Federungsvorgänge und versucht, das Fahrzeug 1 parallel zu einer Fahrbahnebene 2 auszuregeln. Die Niveauregelung umfasst hierfür nichtdargestellte Luftfedern und Kompressoren. Hält dieser Zustand längere Zeit an, regelt die Niveauregelung derart, dass die Luftfeder der Vorderachse 12 entlüftet wird und sich damit die Vorderachse 12 absenkt und die Luftfeder der Hinterachse 10 befüllt wird und sich damit die Hinterachse 10 anhebt. 1 zeigt weiter das Fahrzeug 1' mit Hinterachse 10' und Vorderachse 12', welches parallel zur Fahrbahnebene 2 ausgeregelt ist. Fährt der Fahrer über die dargestellte Bergkuppe 20, so kehren sich die Verhältnisse um. Das Fahrzeug 1'' ist bereits über die Bergkuppe 20 gefahren ist. Dabei taucht eine Vorderachse 12'' des Fahrzeugs 1'' ein und eine Hinterachse 10'' hebt aus. Aufgrund einer noch anliegenden Verstärkung durch eine Niveauregelung kann diese Bewegung des Fahrzeugs 1'' stärker ausfallen, als bei einem Fahrzeug ohne Niveauregelung. Dies kann dazu führen, dass das Fahrzeug 1'' an Bodenfreiheit verliert und unter Umständen sogar aufsetzt. Selbstverständlich regelt die Niveauregelung diesen Zustand mit einer gewissen Zeitverzögerung wieder aus.
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Um einen Verlust der Bodenfreiheit bei Überfahren einer Bergkuppe und/oder beim Übergang eines Hangs in einen ebenen Straßenverlauf zu vermeiden, ist die Niveauregelung erfindungsgemäß bei Erkennung einer starken Steigung oder einer starken Neigung automatisch deaktivierbar. Eine Steigung oder eine Neigung wird dabei erkannt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb eines Grenzwertes vGlmax liegt und die Querbeschleunigung größer einem Grenzwert aqmax und/oder die Längsbeschleunigung größer einem Grenzwert almax ist.
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Unkritische Geländesituationen sind erkennbar, wenn die Querbeschleunigung kleiner einem Grenzwert aqmin und die Längsbeschleunigung kleiner einem Grenzwert almin ist.
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Fährt das Fahrzeug 1' mit einer Geschwindigkeit kleiner oder gleich einer minimalen Grenzgeschwindigkeit vGlmin über die Bergkuppe 20, so bleibt für die Niveauregelung unabhängig von der Steigung des Geländes ausreichend Zeit, um einen Verlust der Bodenfreiheit zu verhindern.
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Um zu vermeiden, dass die Niveauregelung im Geländebetrieb dauernd versucht, die ständig wechselnde Bodenzustände auszugleichen, wird im Geländebetrieb die Niveauregelung deaktiviert oder die Regelschwellen werden aufgeweitet. Das hat zur Folge, dass maximal noch bei starken Niveauabweichungen ein Eingriff erfolgt.
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2 zeigt eine Vorrichtung zur automatischen Niveauregelung. Die Vorrichtung zur automatischen Niveauregelung umfasst eine Ein- und Ausgabeeinheit 3, ein Steuergerät 4, einen Kompressor 5, eine Kommunikationseinheit 6, den Fahrzeugrädern 7, 7' zugeordnete Luftfedern 8, 8' und den Fahrzeugrädern 7, 7' zugeordnete Fahrzeughöhensensoren 9, 9'. Vorzugsweise ist jedem der vier Räder eines Fahrzeugs eine Luftfeder und ein Höhensensor zugeordnet. Es ist jedoch auch denkbar, einer Vorder- und/oder einer Hinterachse des Fahrzeugs nur eine Luftfeder und/oder einen Fahrzeughöhensensor zu zuordnen.
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Über die Ein- und Ausgabeeinheit 3 kann der Fahrer eine Niveauregelung in einen Geländemodus schalten und/oder eine gewünschte Soll-Niveaulage einstellen und gegebenenfalls fixieren. Des weiteren kann sich der Fahrer die eingestellte Niveaulage anzeigen lassen. Über die Ein- und Ausgabeeinheit 3 werden der Modus und/oder die eingestellte Soll-Niveaulage an das Steuergerät 4 übermittelt. Das Steuergerät 4 ermittelt aus den Daten der Fahrzeughöhensensoren 9, 9' eine Ist-Niveaulage und steuert entsprechend den Kompressor 5 an, der die Luftfedern 8, 8' entsprechend aufbläst oder veranlasst abzublasen, so dass die gewünschte Soll-Niveaulage erreicht wird. Dabei werden im Geländemodus die Regelschwellen aufgeweitet.
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Schaltet der Fahrer das Allradgetriebe in die Untersetzung, so wird diese Information dem Steuergerät 4 über die Kommunikationseinheit 6 übermittelt, so dass die Niveauregelung in den Geländemodus schaltet.
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Wie bereits erläutert, werden Regelvorgänge nicht ausgeführt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb eines Grenzwertes vGlmax liegt und die Querbeschleunigung größer einem Grenzwert aqmax und/oder die Längsbeschleunigung größer einem Grenzwert almax ist. Anliegende Geschwindigkeits- und Beschleunigungssignale werden von einem elektronischen Stabilitätsprogramm erfasst und über einen CAN-Bus an die Kommunikationseinheit 6 übertragen. Sie stehen dadurch dem Steuergerät 4 zur Verfügung.
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Regelvorgänge werden wieder zugelassen, wenn der Geländebetrieb verlassen wird oder die Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb der minimalen Grenzgeschwindigkeit vGlmin liegt oder die Querbeschleunigung kleiner einem Grenzwert aqmin und die Längsbeschleunigung kleiner einem Grenzwert almin ist.
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Vorzugsweise unterscheidet die Niveauregelung fünf Soll-Niveaulagen: „Gelände”, „Hoch”, „Normal”, „Tief” und „Beladen”. Es ist jedoch auch eine stufenlose Einstellung von Soll-Niveaulagen denkbar.
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Wird die Soll-Niveaulage „Hoch” eingestellt, so kann eine fahrdynamische Anpassung der Ist-Niveaulage an eine von der Kommunikationseinheit 6 zur Verfügung gestellte Ist-Geschwindigkeit erfolgen. Sollte also die eingestellte Niveaulage bei der Ist-Geschwindigkeit zu Instabilitäten führen, so kann die Ist-Niveaulage heruntergeregelt werden. Um jedoch eine starke Belastung der Luftfedern 8, 8' und/oder des Kompressors 5 zu vermeiden ist es möglich, bestimmte Soll-Niveaulagen zu fixieren.
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Wird nun beispielsweise die Soll-Niveaulage „Hoch” fixiert, so dieser Steuerbefehl an das Steuergerät 4 und von dort über die Kommunikationseinheit 6 an ein nicht dargestelltes Motorsteuergerät oder direkt an das Motorsteuergerät übertragen. Aufgrund dieses Steuerbefehls regelt das Motorsteuergerät die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges auf eine fahrdynamische Grenzgeschwindigkeit vgrenz ab, bei der das Kraftfahrzeug bei der gewählten Niveaulage noch stabil ist. Da somit die fahrdynamische Grenzgeschwindigkeit nicht überschritten werden kann, muss die Niveaulage auch nicht aus fahrdynamischen Gründen angepasst werden.
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Bei der Niveaulage „Gelände” kann eine bestimmte Niveaulage, die der Fahrer eingestellt hat, fixiert werden. Das Kraftfahrzeug bleibt nach einem Einregelvorgang in der bestimmten Niveaulage, so dass sich der Fahrer auf die entsprechende Bodenfreiheit einstellen kann, die sich nicht mehr durch zwischenzeitliche Regelvorgänge ändert. Das Kraftfahrzeug verhält sich also wie ein Fahrzeug mit ungeregeltem Fahrwerk. Dabei kann der fixierten Niveaulage ebenfalls eine Grenzgeschwindigkeit zugeordnet werden, wobei dies im Regelfall jedoch nicht notwendig ist. Die Grenzgeschwindigkeit zu der gewählten Niveaulage „Gelände” muss nicht gleich der Grenzgeschwindigkeit bei der fixierten Niveaulage „Hoch” sein.
