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Die
Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Wankstabilisierung
eines Kraftfahrzeuges, insbesondere von Bussen, Transportern, Geländewagen
oder dergleichen. Die Erfindung kann auch bei sogenannten Sport
Utility Vehicles (SUV) eingesetzt werden.
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Aktive
und passive Sicherheitssysteme im Kraftfahrzeugbereich spielen eine
immer größer werdende
Rolle bei der Weiterentwicklung von Fahrzeugen. Die Erwartungen
der Kunden erfordern sowohl Leistungsfähigkeit und Komfort, gerichtet
auf eine zunehmende Sicherheit für
die Fahrzeuginsassen.
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Neben
den passiven und aktiven Sicherheitssystemen, wie Airbag, Aufprallschutz
und Gurtstraffer, gewinnt mehr und mehr die aktive Fahrsicherheit
mit ihren immer größer werdenden
Möglichkeiten
an Bedeutung. Ziel der Entwicklung ist dabei ein Kontrollsystem,
das die momentane Fahrsituation schnell erfasst und sofort in eine
etwaige kritische Lage aktiv eingreifen bzw. dem Fahrer ein entsprechendes
Signal für
eine manuelle Änderung
der Fahrsituation liefern kann. Die ersten Schritte einer aktiven
Fahrzeugkontrolle sind dabei bereits mit dem ABS, dem ASR oder dem
elektronischen Stabilitätsprogramm
ESP gemacht worden.
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Beispielsweise
wird eine Geradeausfahrt von Kraftfahrzeugen, insbesondere bei hohen
Fahrgeschwindigkeiten oder bei Kraftfahrzeugen mit einer erhöhten Vertikalausdehnung,
durch Seitenwind oder durch Bodenunebenheiten beeinflusst. Somit
ergibt sich insbesondere bei Fahrzeugen, bei denen ein großer Abstand
zwischen dem Angriffspunkt der resultierenden Windkraft und dem
Fahrzeugschwerpunkt bzw. ein großer Abstand zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt
und der Radaufstandsfläche
besteht, beispielsweise bei Bussen, Transportern, Geländewagen
oder dergleichen, bei Einwirkung von Seitenwind oder von Bodenunebenheiten
ein Drehmoment um die in Längsrichtung
verlaufende Rollachse des Fahrzeugs. Ein seitliches Drehen des Schwerpunkts
führt wenigstens
zu einem instabilen Fahrzustand und im Falle eines Herausdrehens
des Schwerpunktes des Fahrzeugs über
den Auflagepunkt Reifen-Straße
hinaus kommt es sogar zu einem Kippvorgang des Kraftfahrzeuges.
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Bekannt
sind bisher technische Fahrzeugausrüstungen, wie beispielsweise
aktives Fahrwerk oder aktiver Drehstabilisator. Diese Ansätze weisen
allerdings den Nachteil auf, dass sie einerseits äußerst aufwendig
sind und andererseits nicht vorrangig darauf ausgelegt sind, von
außen
eingeleitete Störeffekte,
wie beispielsweise Seitenwind oder Bodenunebenheiten, zu kompensieren.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift
DT 23 31 616 A1 beschreibt eine Vorrichtung,
bei welcher an zwei gegenüberliegenden
Seiten des Fahrzeugs ein Druckaufnehmer für den durch den Seitenwind
erzeugten Luftdruck vorgesehen ist, und ein durch den Differenzdruck
auf beiden Fahrzeugseiten gesteuertes Stellglied den Vorderachsträger des
Fahrzeugs relativ zu dem Fahr zeuglängsträger verschiebt, wodurch ein
Radeinschlag im Sinne einer Gegenlenkung bewirkt wird.
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Diese
Vorrichtung gemäß dem Stand
der Technik weist den Nachteil auf, dass druckbetätigte Arbeitszylinder
großer
Abmessungen zum Verändern der
relativen Lagen der Bauelemente notwendig werden. Dies erfordert
hohe Herstellungskosten und einen großen Platzbedarf. Ferner erfolgt
die Verstellung nicht immer ruckfrei, so dass der Fahrer irritiert werden
könnte.
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Die
Druckschrift
DE 28
44 413 A1 beschreibt eine Regelungseinrichtung zur Wankstabilisierung
eines Fahrzeugs, die über
hydraulisch verstellbare Federbeine ein bei Kurvenfahrt der Kurvenneigung
des Fahrzeugaufbaus entgegengerichtetes Stabilisierungsmoment bewirkt.
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Besonders
nachteilig an diesem Ansatz ist die Tatsache, dass das jeweils vordere
und hintere Federbein mit gleichem Druck beaufschlagt wird. Dadurch
wird beispielsweise bei einem schnellen Anlenken des Fahrzeugs an
der Vorderachse eine große, sprunghaft
ansteigende Schwerkraft verursacht, die Pendelbewegungen des Fahrzeugs
um die Hochachse bewirkt. Derartige Pendelbewegungen sind mit schwingenden
Seitenkräften
und veränderlichen Schräglaufwinkeln
an den Fahrzeugreifen verbunden, so dass sich ein unsicheres Fahrverhalten
des Fahrzeugs ergibt.
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Ferner
beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift
DE 38 21 610 A1 eine Regelungseinrichtung
zur Wankstabilisierung eines Fahrzeugs mit zwischen den Radträgern oder
Radführungselementen
und dem Fahrzeugaufbau angeordneten krafterzeugenden Stellgliedern,
die in Abhängigkeit
von den etwa vertikalen Radabständen
vom Fahrzeugaufbau, der Querbeschleunigung des Fahrzeugs und dem Lenkraddrehwinkel
ein den Wankbewegungen entgegenwirkendes Wankmoment am Fahrzeugaufbau bewirken.
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Bei
diesem Ansatz hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt,
dass zusätzliche krafterzeugende
Stellglieder in dem Fahrzeug vorgesehen werden müssen, was nicht nur zu einem
zusätzlichen
Arbeitsaufwand und zu zusätzlichen
Herstellungskosten, sondern insbesondere auch zu einer Erhöhung des
Kraftstoffverbrauchs aufgrund des zusätzlichen Energiebedarfs der
krafterzeugenden Stellglieder führt.
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Somit
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die oben
beschriebenen Nachteile zu beseitigen und eine kostengünstigere
Maßnahme
zu schaffen, mit welcher die Wankstabilität von Fahrzeugen, insbesondere
mit kritisch hoher Schwerpunktlage, verbessert werden kann, wobei sowohl
vom Fahrzeug induzierte Störungen,
wie beispielsweise Lenkradverreissungen oder ein ESP-Eingriff, als
auch äußere Störungen,
wie beispielsweise Seitenwindböen
oder Bodenunebenheiten, gemildert werden können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß vorrichtungsseitig
durch das System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und verfahrensseitig
durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin,
dass mindestens eine im Dachbereich des Kraftfahrzeuges, also eine
im oberen Bereich bzw. in Dachnähe
des Kraftfahrzeugs angeordnete Querbeschleunigungs-Sensoreinrichtung zum
Erfassen einer auf das Kraftfahrzeug wirkenden Querbeschleunigung
vorgesehen ist, wobei ein Steuergerät mit der mindestens einen
Querbeschleunigungs-Sensoreinrichtung zum Empfangen der erfassten
Querbeschleunigungsdaten verbunden ist. Ferner ist mindestens eine
Stoßdämpfereinrichtung, die
jeweils einem Rad des Kraftfahrzeuges zugeordnet ist, mit einer
regelbaren Härteeinstellung
ausgestattet, wobei das Steuergerät mit der mindestens einen
Stoßdämpfereinrichtung
zum dynamischen Einstellen einer die erfasste Querbeschleunigung
kompensierenden Stoßdämpferhärte der
Stoßdämpfereinrichtung
verbunden ist. Vorzugsweise ist jedem Rad des Kraftfahrzeuges ein
mit einer regelbaren Härteeinstellung
ausgestatteter Stoßdämpfer zugeordnet
und jeweils mit dem Steuergerät
verbunden.
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Das
erfindungsgemäße System
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das erfindungsgemäße Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 6 weist gegenüber den bekannten Lösungsansätzen gemäß dem Stand
der Technik den Vorteil auf, durch einen geringen Mehraufwand und
somit durch kostengünstige
Maßnahmen
den Fahrkomfort und die Straßenlage
stabilitätsunterstützend zu
beeinflussen. Ferner kann durch ein neues Bewertungskriterium des
Störeinflusses
ein Regel-Algorithmus aktiviert werden, der auf sowohl innere als
auch äußere Störungen gleichermaßen Anwendung
findet. Die Härtegrade
der einzelnen Stoßdämpfer können entsprechend
der Größe und der
Richtung der Störeinflüsse bezüglich ihrer
Zugstufe und bezüglich
ihrer Druckstufe jeweils derart eingestellt werden, dass eine dem durch
die Störung
verursachten Drehmoment entgegenwirkende Kraft durch die entsprechend
geregelten Stoßdämpfer erzeugt
und einer Kipptendenz entgegengewirkt wird.
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In
den Unteransprüchen
finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des
im Anspruch 1 angegebenen Systems und des im Anspruch 6 angegebenen
Verfahrens.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung sind, wie oben bereits erwähnt, jedem
Rad des Kraftfahrzeuges mindestens eine eine regelbare Härteeinstellung
aufweisende Stoßdämpfereinrichtung
zugeordnet, welche jeweils mit dem Steuergerät verbunden ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die mindestens eine Querbeschleunigungs-Sensoreinrichtung
bezüglich
der Längsachse des
Fahrzeugs mittig in dem vorderen Dachbereich des Kraftfahrzeuges
angeordnet. Somit können
sowohl links- als auch rechtsseitige Störeinflüsse gleichermaßen mittels
einer einzigen Sensoreinrichtung erfasst werden. Ferner ist der
Auslenkungswinkel der Querbeschleunigungs-Sensoreinrichtung im Dachbereich
bezüglich
der Rollachse des Fahrzeugs bei drehmomenterzeugenden Einflüssen am
größten, wodurch
das System eine höhere
Sensibilität
bezüglich
derartiger Störeinflüsse aufweist.
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Vorzugsweise
erfasst die mindestens eine Querbeschleunigungs-Sensoreinrichtung das zeitliche Differential
der Querbeschleunigung. Somit können
genauere Aussagen über
auf das Fahrzeug wirkende Drehmomente über vorbestimmte Zeiträume getroffen
werden.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel sind
zusätzlich
zu der (oder den) Querbeschleunigungs-Sensoreinrichtung(en) weitere
Querbeschleunigungssensoren an dem Fahrzeug montiert, beispielsweise
im vorderen und/oder im hinteren Radachsenbereich. Die von den zusätzlichen
Sensoreinrichtungen aufgenommenen Signale können ebenfalls an das gemeinsame
Steuergerät
gesendet und getrennt oder gemeinsam mit den Signalen des im Dachbereich
des Fahrzeugs vorgesehenen Querbeschleunigungssensors ausgewertet
werden.
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Vorzugsweise
werden die Zugfeder-Dämpferhärten der
Stoßdämpfereinrichtungen
auf der Seite des Fahrzeugs vergrößert, von welcher die auf das Fahrzeug
einwirkende Querbeschleunigungs kraft herrührt. Vorzugsweise werden alternativ
oder zusätzlich
die Druckfeder-Dämpferhärten der
Stoßdämpfereinrichtungen
auf der gegenüberliegenden Seite
derjenigen Seite des Kraftfahrzeuges vergrößert, von welcher die störenden Querbeschleunigungskräfte herrühren. Somit
können
alle Stoßdämpfereinrichtungen
oder lediglich die sich auf der Seite der Störungskraft befindlichen Stoßdämpfereinrichtungen
entsprechend dynamisch geregelt werden, um die jeweilige Querbeschleunigung
zu kompensieren. Dies kann auch bei einer Pendelbewegung des Kraftfahrzeuges
durchgeführt
werden, so dass durch eine dynamische Regelung diese Pendelbewegung in
einen stabilen Fahrtzustand rückgeführt werden kann.
Hierbei ist es vorstellbar, im Steuergerät derartige Regel-Algorithmen
abzulegen, dass eine Rückpendelbewegung
des Kraftfahrzeugs erkannt und frühzeitig ein der Rückpendelbewegung
entgegenwirkender gegenphasiger Regeleingriff in die Stoßdämpfereinrichtungen
durchgeführt
wird.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel kann
zusätzlich
zur Querbeschleunigung der Lenkwinkel des Fahrzeugs erfasst werden
und für
die Regelung der geeigneten Stoßdämpferhärten mitberücksichtigt
werden. Die zur genauen Regelung der Stoßdämpferhärten zu berücksichtigenden Einflüsse lassen
sich beispielsweise mittels eines geeigneten Fahrzeugmodells erfassen,
das das fahrdynamische Verhalten des Fahrzeugs beschreibt.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
erläutert.
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Die
Figur illustriert eine schematische Rückansicht eines Fahrzeugs,
teilweise im Schnitt, mit einem System zur Wank stabilisierung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß der Figur
weist das Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Reisebus 1,
einen Querbeschleunigungssensor 2 auf, der vorzugsweise
bezüglich
der Längsachse
des Reisebusses mittig im vorderen Dachbereich des Reisebusses 1 angeordnet
ist. Dabei kann der Querbeschleunigungssensor 2 unter dem
Dachblech des Reisebusses angeordnet sein. Der Querbeschleunigungssensor 2 ist
vorzugsweise über
eine Signalleitung 20 mit einem Steuergerät 3 verbunden,
welches ebenfalls in dem Kraftfahrzeug bzw. dem Reisebus 1 vorgesehen
ist.
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Hierbei
können
je nach Kraftfahrzeugtyp Regel-Algorithmen unterschiedlicher Komplexität im Steuergerät 3 abgelegt
sein. In vielen Fällen
ist es im Sinne einer Kostenersparnis ausreichend, wenn eine Bewertung
der vom Querbeschleunigungssensor 2 bereitgestellten Daten
auf Basis empirisch ermittelter fahrzeugspezifischer Modelle durchgeführt wird,
wobei die eigentliche Bewertung der Daten dann unter Verwendung
von Fuzzy-Logik erfolgen kann.
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Ferner
weist das erfindungsgemäße System gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
Stoßdämpfereinrichtungen 4 auf,
wobei jeweils eine Stoßdämpfereinrichtung 4 einem
Rad bzw. einem Rädersatz 6 des
Kraftfahrzeuges 1 zugeordnet ist. Die Stoßdämpfereinrichtungen 4 sind
jeweils ebenfalls über
Signalleitungen 40 mit dem Steuergerät 3 verbunden und
weisen eine regelbare Härteeinstellung auf.
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Im
folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figur näher erläutert. Durch
den Querbeschleunigungssensor 2 wird eine Krafteinwirkung
auf das Fahrzeug 1, beispielsweise durch eine in Pfeilrichtung
vorherrschende Seitenwindböe,
gemessen. Dabei kann zusätzlich
oder alternativ das zeitliche Differential der Querbeschleunigung,
d.h. die Ableitung nach der Zeit, erfasst oder aus der Querbeschleunigung
ermittelt werden. Somit wird für
eine sicherere Aussage die Beschleunigung über eine gewisse Zeitspanne
detektiert, um unnötige
Wankstabilisierungen aufgrund unkritischer Einflüsse zu vermeiden.
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Die
erfassten Querbeschleunigungsinformationen bzw. Informationen der
zeitlichen Differentiale der Querbeschleunigung werden über die
Signalleitung 20 von dem Querbeschleunigungssensor 2 an das
Steuergerät 3 gesendet.
Das Steuergerät 3 wertet
abschließend
diese empfangenen Informationen aus und bewertet mittels eines Bewertungskriteriums den
Störeinfluss.
Im Falle einer die Stabilität
des Fahrzeugs kritisch beeinflussenden Störgröße sendet das Steuergerät über die
Steuerleitungen 40 Steuersignale an die jeweiligen Stoßdämpfereinrichtungen 4,
um die Ausfeder-Dämpferhärten beispielsweise
auf der Fahrzeugseite zu verstärken,
von welcher die Störbeschleunigung
herrührt.
Beispielsweise werden die Stoßdämpfereinrichtungen 4 bei
einem in Pfeilrichtung in der Figur vorherrschenden Seitenwind auf
der rechten vorderen und der rechten hinteren Seite des Fahrzeugs 1 in
der Zugstufe verhärtet.
Somit wird durch die Vergrößerung der
Zughärte
einem Drehmoment des Kraftfahrzeuges um die Rollachse 5 entgegen
dem Uhrzeigersinn gemäß der Figur
entgegengewirkt. Eine Minderung der Fahrkomforts tritt hierbei nicht
auf.
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Alternativ
oder gleichzeitig kann der Härtegrad
der Druckstufe der Stoßdämpfereinrichtungen 4 auf
der gegenüberliegenden
Seite derjenigen Seite, von welcher die Windeinwirkung herrührt, d.h.
in der Figur auf der linken Seite des Kraftfahrzeuges 1,
härter
eingestellt werden, um somit ebenfalls dem Drehmoment um die Rollachse 5 entgegen
dem Uhrzeigersinn entgegenzuwirken.
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Bei
einem möglichen
Rückpendeln
des Fahrzeugaufbaus kann das Steuergerät 3 vorzugsweise die
Härtegrade
der einzelnen Stoßdämpfereinrichtungen 4 individuell
dynamisch derart steuern, dass der Pendelbewegung entgegengewirkt
und das Fahrzeug in einen stabilen Fahrzustand rückgeführt wird.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung kann der oben beschriebene Regelmechanismus
mit bereits in dem Kraftfahrzeug vorgesehenen Fahrwerksregelmechanismen,
wie beispielsweise einem integrierten ESP-System, verknüpft werden.
Beispielsweise können
weitere Querbeschleunigungssensoren, z.B. im vorderen und hinteren
Radachsenbereich des Fahrzeugs, vorgesehen werden, deren Signale
mit den Signalen des Querbeschleunigungssensors 2 im oberen
Dachbereich des Fahrzeugs 1 für ein komplexeres Dynamikmodell
kombiniert werden. Ebenfalls kann zusätzlich der Lenkwinkel des Fahrzeugs
erfasst, ausgewertet und bei einer entsprechenden Stoßdämpferregelung
durch das Steuergerät
mitberücksichtigt
werden.
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Es
ist für
einen Fachmann offensichtlich, dass der Querbeschleunigungssensor 2 im
oberen Dachbereich des Kraftfahrzeuges 1 auch Signale für weitere
Regeleingriffe erfassen und liefern kann, wie beispielsweise für den Eingriff
auf das aktive Fahrwerk oder für
einen aktiven Drehstabilisator, für eine Vorhaltung bezüglich eines
Korrekturwinkels einer aktiven Lenkung und/oder für eine Vergrößerung einer
dynamischen Servo-Unterstützung
für eine
Lenkungskompensation des Störeinflusses.
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Somit
schafft die vorliegende Erfindung ein System und ein Verfahren zur
Wankstabilisierung eines Kraftfahrzeuges, insbesondere von Bussen, Transportern,
Geländewagen
oder dergleichen, bei seitlichen Störeinflüssen, wie Seitenwind oder Bodenunebenheiten
bzw. Bodenneigungen, um eine Seitenneigung des Fahrzeugs durch entsprechende Regelung
der Stoßdämpferhärten der
den einzelnen Rädern
zugeordneten Stoßdämpfereinrichtungen
zu kompensieren. Vorteilhaft kann der Differentialquotient der Querbeschleunigung
herangezogen werden, um die Härte
der Zugstufe bzw. die Härte
der Druckstufe auf der gegenüberliegenden
Seite massiv zu verändern.
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Ferner
weist der Querbeschleunigungssensor aufgrund seiner Lage im vorderen
Dachbereich des Kraftfahrzeuges eine besonders große Empfindlichkeit
gegen Wankstörungen
auf. Diese Empfindlichkeit ist wesentlich höher als die eines Drehratensensors
um die Längsachse
und ist somit aussagekräftiger
bezüglich
der Gesamtheit der Störmöglichkeit,
auch von überlagerten
Störmöglichkeiten.
Prinzipiell ist es aber auch vorstellbar, anstelle des Querbeschleunigungssensors 2 einen
Drehratensensor entsprechend hoher Auflösung zu verwenden.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern
auf vielfältige
Weise modifizierbar.