DE102004035577A1 - Stabilization device and method for driving stabilization of a vehicle by using a spectral analysis - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Stabilisierungsvorrichtung und ein Verfahren zur Fahrstabilisierung eines Fahrzeugs (10). Es werden die folgenden Schritte durchgeführt: DOLLAR A Erfassen von einen Fahrzustand des Fahrzeugs (10) charakterisierenden Messwerten, DOLLAR A Anwendung einer Spektralanalyse auf die Messwerte und Ausgabe und/oder Auswertung eines den Beladungszustand des Fahrzeugs (10) charakterisierenden charakteristischen Maßes (67) anhand der Spektralanalyse, wobei die Messwerte mit einer vom Beladungszustand des Fahrzeugs (10) abhängigen Wankbewegung des Fahrzeugs (10) korrelieren.The invention relates to a stabilization device and a method for driving stabilization of a vehicle (10). The following steps are carried out: DOLLAR A Measuring values characterizing a driving state of the vehicle (10), DOLLAR A applying a spectral analysis to the measured values and outputting and / or evaluating a characteristic measure (67) characterizing the load state of the vehicle (10) the spectral analysis, wherein the measured values correlate with a rolling motion of the vehicle (10) which depends on the loading state of the vehicle (10).
Description
Die Erfindung betrifft eine Stabilisierungsvorrichtung zur Fahrstabilisierung eines Fahrzeugs, mit Erfassungsmitteln zum Erfassen von einen Fahrzustand des Fahrzeugs charakterisierenden Messwerten, und mit Auswertemitteln zur Anwendung einer Spektralanalyse auf die Messwerte und ein entsprechendes Verfahren.The The invention relates to a stabilization device for driving stabilization a vehicle, with detection means for detecting a driving condition of the vehicle characterizing measured values, and with evaluation means to apply a spectral analysis to the measured values and a corresponding Method.
Ein
derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise
aus der deutschen Offenlegungsschrift
Aus
der deutschen Patentschrift
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zuverlässige Vorrichtungen und Verfahren anzugeben, mit denen ein Maß ermittelt werden kann, das den Beladungszustand des Fahrzeugs charakterisiert, insbesondere ein Maß, das sowohl die Masse der Ladung als auch deren Schwerpunkthöhe berücksichtigt.It Therefore, the object of the present invention is reliable devices and to provide a method by which a measure can be established characterizes the loading state of the vehicle, in particular a measure, taking into account both the mass of the cargo and its center of gravity.
Diese Aufgabe wird durch eine Stabilisierungsvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der vorgesehen ist dass die Messwerte mit einer vom Beladungszustand des Fahrzeugs abhängigen Wankbewegung des Fahrzeugs korrelieren, und dass die Auswertemittel zur Ausgabe und/oder Auswertung eines den Beladungszustand des Fahrzeugs charakterisierenden charakteristischen Maßes anhand der Spektralanalyse ausgestaltet sind. Ferner sind ein erfindungsgemäßes Verfahren sowie ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Stabilisierungsvorrichtung zur Lösung der Aufgabe vorgesehen.These Task is achieved by a stabilizing device of the beginning solved kind, in which is provided that the measured values with one of the load condition dependent on the vehicle Rolling motion of the vehicle correlate, and that the evaluation means for outputting and / or evaluating a load state of the vehicle characterizing characteristic measure based on the spectral analysis designed are. Further, an inventive method and a vehicle with a stabilizing device according to the invention to the solution the task provided.
Ein Grundgedanke der Erfindung ist, eine Wankbewegung des Fahrzeugs um eine Wankachse, die beispielsweise durch Kurvenfahrt verursacht ist, durch eine Spektralanalyse zu analysieren, beispielsweise durch eine Fourieranalyse, eine Fast-Fourier-Transformation oder dergleichen. Auf diese Weise wird ein charakteristisches Spektrum ermittelt, anhand dessen die erfindungsgemäße Stabilisierungsvorrichtung das charakteristische Maß ermittelt, das den Beladungszustand des Fahrzeugs charakterisiert. Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um einen Lastkraftwagen oder Lieferwagen, jedenfalls um ein Fahrzeug, das eine vergleichsweise große Zuladung im Vergleich zu seinem Leergewicht ermöglicht.One The basic idea of the invention is a rolling movement of the vehicle about a roll axis caused by, for example, cornering is to analyze by a spectral analysis, for example by a Fourier analysis, a Fast Fourier transform or similar. In this way, a characteristic spectrum determined, based on which the stabilizing device according to the invention determines the characteristic measure which characterizes the loading condition of the vehicle. In which vehicle according to the invention it is preferably a truck or van, in any case, a vehicle that has a comparatively large payload compared to its curb weight allows.
In dem charakteristischen Spektrum sind einer oder mehrere beladungsabhängige Eigenfrequenzwertkennwerte des Fahrzeugs enthalten, die die erfindungsgemäße Stabilisierungsvorrichtung analysiert, um das charakteristische Maß zu ermitteln.In The characteristic spectrum is one or more load-dependent eigenfrequency value characteristics of the vehicle containing the stabilizing device according to the invention analyzed to determine the characteristic measure.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Stabilisierungsvorrichtung Auswahlmittel aufweist, mit denen sie Regelungs-Parameter auswählen und/oder skalieren kann und die jeweiligen Parameter, beispielsweise im Rahmen von Parametersätzen, an eine Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung des Fahrzeugs übermittelt. Die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung stabilisiert das Fahrzeug in Abhängigkeit von dem jeweiligen Parametersatz. Die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung, die vorzugsweise einen Bestandteil der erfindungsgemäßen Stabilisierungsvorrichtung bildet, enthält beispielsweise ein Antiblockiersystem, eine Antriebschlupfregelung, einen Fahrzustandsregler oder dergleichen.A preferred embodiment The invention provides that the stabilization device selection means which allows it to select and / or scale control parameters and the respective parameters, for example in the context of parameter sets transmits a driving stabilization control device of the vehicle. The driving stabilization control device stabilizes the vehicle dependent on from the respective parameter set. The driving stabilization control device, preferably a component of the stabilizing device according to the invention forms, contains For example, an anti-lock braking system, a traction control, a driving state controller or the like.
Die Messwerte, die die erfindungsgemäße Stabilisierungsvorrichtung spektral analysiert, enthalten beispielsweise eine Wankbewegung des Fahrzeugs direkt charakterisierende Messwerte, beispielsweise Wankwinkel- oder Wankwinkeländerungsmesswerte (Wankraten-Messwerte) und/oder Federwegsmesswerte, und/oder die Wankbewegung indirekt charakterisierende Messwerte, beispielsweise Drehzahlmesswerte, Querbeschleunigungsmesswerte und/oder Raddrehzahl-Messwerte und/oder Fahrgeschwindigkeitsmesswerte oder dergleichen, aus denen Wankwinkel-Werte ermittelbar sind, wie später im Rahmen des Ausführungsbeispiels noch beschrieben wird.The Measured values representing the stabilizing device according to the invention spectrally analyzed, contain, for example, a rolling motion directly characterizing measured values of the vehicle, for example roll angle or roll angle change measurements (Roll rate measurements) and / or spring travel measurements, and / or the Wankbewegung indirectly characterizing measured values, for example Speed readings, lateral acceleration readings, and / or wheel speed readings and / or vehicle speed measurements or the like, from which Roll angle values can be determined, as later in the context of the embodiment will be described.
Die Dynamik des Wankverhaltens des Fahrzeugs wird zum einen durch das Eigenschwingverhalten des Feder-Massen-Dämpfer-Systems des Fahrzeugsaufbaus bestimmt, zum anderen aber auch durch von außen auf das Fahrzeug einwirkende Größen, beispielsweise Lenkbewegungen des Fahrers, Unebenheiten der Fahrbahn oder dergleichen. Diese Dynamik des Wankverhaltens drückt sich in einem charakteristischem Spektrum bzw. einem Schwingungsprofil aus, dass die Stabilisierungsvorrichtung analysiert. Dabei werden beispielsweise Teile des Spektrums, die der Beladung zugeordnet sind, analysiert, während andere Anteile des Spektrums, die beispielsweise durch Lenkbewegungen des Fahrers verursacht sind, sozusagen ausgeblendet werden. Die Erfindung macht sich dabei die typische Eigenschaft eines Fahrzeugs zu Nutze, dass sich Fahrwerkselemente, beispielsweise Federung, Dämpfung und dergleichen, des Fahrzeugs über die Lebensdauer nicht ändern, wohingegen die Beladung des Fahrzeugs sich auf das Frequenzverhalten auswirkt. Eine verhältnismäßig große Beladung, d.h. eine große Masse und/oder ein hoher Schwerpunkt, führt typischerweise zu kleinen Amplituden bei kleinen Frequenzen, während eine kleine Zuladung mit niedrigem Schwerpunkt relativ hohe Amplituden bei hohen Frequenzen hervorruft. Entsprechend dieser Erkennt nis bilden die Auswertemittel ein charakteristisches Maß, das den Beladungszustand des Fahrzeugs repräsentiert.The Dynamics of the roll behavior of the vehicle is on the one hand by the Self-oscillating behavior of the spring-mass-damper system of the vehicle body determines on the other hand, but also by externally acting on the vehicle Sizes, for example Steering movements of the driver, unevenness of the road or the like. This dynamic of roll behavior is expressed in a characteristic spectrum or a vibration profile that the stabilization device analyzed. In this example, parts of the spectrum, the associated with the loading analyzed while other portions of the spectrum, which are caused for example by steering movements of the driver, to be hidden, so to speak. The invention is doing the typical characteristic of a vehicle that chassis elements, for example, suspension, damping and the like, of the vehicle do not change the lifespan, whereas the loading of the vehicle is related to the frequency behavior effect. A relatively large load, i.e. a big Mass and / or a high center of gravity typically results in small ones Amplitudes at low frequencies, while a small payload with low center of gravity relatively high amplitudes at high frequencies causes. The evaluation means form according to this recognition characteristic measure, which represents the loading condition of the vehicle.
Die erfindungsgemäße Stabilisierungsvorrichtung ist vorzugsweise dazu ausgestaltet, Schwingungsanregungen des Fahrzeugs, die von außen auf das Fahrzeug wirken und nicht durch die Beladung verursacht sind, sozusagen auszublenden. Solche von außen aufgeprägte Anregungen sind beispielsweise schnelle Lenkbewegungen des Fahrers. Lenkbewegungen eines Fahrers liegen jedoch üblicherweise in einem Bereich von etwa 0 bis 0,5 Hertz, so dass die Beladung des Fahrzeugs Amplituden bei Frequenzen oberhalb dieser Grenzfrequenz betrifft.The Stabilizing device according to the invention is preferably adapted to vibration excitations of the vehicle, the outside act on the vehicle and are not caused by the load, to hide, so to speak. Such externally impressed suggestions are, for example fast steering movements of the driver. Steering movements of a driver however, are usually in a range of about 0 to 0.5 hertz, allowing the loading the vehicle amplitudes at frequencies above this cutoff frequency concerns.
Allerdings ist es möglich, dass beispielsweise dynamische Lenkanregungen des Fahrers zu Frequenzen im charakteristischen Spektrum führen, die oberhalb dieser Grenzfrequenz von etwa 0,5 Hz liegen. Um diese Frequenzen "auszublenden", können die Auswertemittel zweckmäßigerweise verschiedene Maßnahmen durchführen. Eine erste Möglichkeit besteht beispielsweise darin, einen Lenkwinkel oder eine Lenkwinkeländerung einer Spektralanalyse zu unterziehen, die beispielsweise zur Grundlage einer Fourier-Transformation zu machen. Ferner kann als weitere Möglichkeit ein Lenkwinkelgradient, d.h. eine Lenkwinkeländerung analysiert werden. Es versteht sich, dass auch weitere Bedingungen bei der Spektralanalyse des charakteristischen Maßes berücksichtigt werden können, beispielsweise eine minimale/maximale Gierrate, ein Lenkwinkelminimum oder -maximum, ein Gierratenänderungsminimum oder -maximum oder dergleichen.Indeed Is it possible, that, for example, dynamic steering excitations of the driver to frequencies in the characteristic spectrum, which are above this cutoff frequency of about 0.5 Hz. Around Frequencies "hide", the Evaluation means expediently different measures carry out. A first possibility For example, it is a steering angle or a steering angle change To undergo a spectral analysis, for example, the basis to do a Fourier transform. Further, as another possibility a steering angle gradient, i. a steering angle change are analyzed. It is understood that also other conditions in the spectral analysis of the characteristic measure considered can be for example, a minimum / maximum yaw rate, a steering angle minimum or maximum, a yaw rate change minimum or -maximum or the like.
Zweckmäßigerweise wird die Spektralanalyse auf eine Messwertreihe angewandt. Wenn eine vorbestimmte Anzahl von Messwerten durch neue Messwerte ersetzt worden ist, wird die Spektral analyse wiederholt. Die vorbestimmte Anzahl kann eine, zwei oder mehrere oder vorteilhaft auch alle Messwerte einer jeweiligen Messwertreihe umfassen.Conveniently, the spectral analysis is applied to a series of measurements. If replaced a predetermined number of measured values with new measured values has been repeated, the spectral analysis is repeated. The predetermined one Number can be one, two or more or advantageously also all measured values a respective series of measurements.
Die Fahrstabilisierungsregelungseinrichtung, die zweckmäßigerweise einen Bestandteil der erfindungsgemäßen Stabilisierungsvorrichtung bildet, kann z.B. eines oder mehrere der folgenden Systeme umfassen:
- – ein Antiblockiersystem
- – eine Antriebsschlupfregelung
- – einen Fahrzustandsregler
- – einen Kippverhinderungsregler
- – einen Querbeschleunigungsbegrenzer
- – ein elektrisches oder elektrohydraulisches Bremssystem (Sensotronic Brake Control = SBC)
- – eine aktive Federung (Active Body Control = ABC)
- – eine aktive Wankstabilisierung (Active Roll Control = ARC)
- – ein elektrisches Lenksystem (Steer-by-Wire = SBW).
- - an anti-lock system
- - A traction control system
- - a driving state controller
- - a tilt prevention controller
- - a lateral acceleration limiter
- - an electric or electrohydraulic brake system (Sensotronic Brake Control = SBC)
- - an active suspension (Active Body Control = ABC)
- - active roll control (ARC)
- - An electric steering system (steer-by-wire = SBW).
Die erfindungsgemäße Stabilisierungsvorrichtung kann in Hardware und/oder Software realisiert sein.The Stabilizing device according to the invention can be implemented in hardware and / or software.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:following becomes an embodiment the invention explained in more detail with reference to the drawing. Showing:
Das
in den Figuren dargestellte erfindungsgemäße Fahrzeug
Das
Fahrzeug
Die
Bremsen
Die
Drehzahlsensoren
Ferner
kann die Stabilisierungsvorrichtung
An
einem Lenkrad
Die
Stabilisierungsvorrichtung
Die
Stabilisierungsvorrichtung
Ferner
wertet die Stabilisierungsvorrichtung
Weiterhin
wertet die Stabilisierungsvorrichtung
Bei
einer Kurvenfahrt, die in
Die
Stabilisierungsvorrichtung
Das
Fahrstabilisierungs-Regelungs-Modul
Das
Wankwinkelmodul
Die
Erfassungsmittel
Die
Auswertemittel
Die
Interpretationsmittel
Die
Auswahlmittel
Die
zweckmäßigerweise
vorhandenen Überwachungsmittel
Es
versteht sich, dass die vorgenannten Mittel
Die
Auswertemittel
In
verhältnismäßig größerem Maße wird
die Wankbewegung jedoch durch einen Lenkvorgang des Fahrzeugs
Das
Wankwinkelmodul
Eine
andere Variante, die nachfolgend dargestellt wird, benötigt keinen
zusätzlichen
Wanksensor um eine Drehbewegung, d.h. eine Wankbewegung, des Aufbaus
Das
nachfolgend vorgestellte Verfahren verwendet Drehzahlmesswerte,
Querbeschleunigungsmesswerte sowie Gierratenmesswerte, die beispielsweise
von den Sensoren
Eine
auf den Horizont bezogene Querbeschleunigung ay des
Fahrzeugs
In
Das
Wankwinkelmodul
Der
Wankwinkel φ ist
ein Maß für die Winkeldifferenz
zwischen dem Aufbau
Zu
diskreten, äquidistant
Zeitpunkten ti wird der jeweilige Wankwinkel φ nun von
dem Wankwinkelmodul
Die Fourierkoeffizienten cl sind beispielsweise komplexe Zahlen, deren absoluter Betrag |cl| als Amplitude einer Frequenz l interpretiert werden kann.The Fourier coefficients c l are, for example, complex numbers whose absolute value | c l | can be interpreted as the amplitude of a frequency l.
Auf
diese Weise ermittelt das Wankwinkelmodul
Wenn
das Spektrum, d.h. die Koeffizienten cl bzw.
deren Betrag beispielsweise einen festen oder frequenzabhängigen Grenzwert
SWC überschreiten,
wird die jeweilige Frequenz ermittelt, bei der der Grenzwert SWC überschritten
wird. Beispielsweise überschreitet
das Spektrum
Das
Spektrum
Ein
lediglich beispielhaft eingezeichnetes Spektrum
Das
charakteristische Spektrum
Um
durch äußere Einflüsse, beispielsweise
Lenkung, Fahrbahnunebenheiten, Seitenwind oder dergleichen verursachte
Einflüsse
auf das charakteristische Spektrum sozusagen auszu blenden, führt das
Wankwinkelmodul
Die Frequenz
The frequency
Andererseits
ist es möglich,
dass externe Anregungen, beispielsweise hochfrequente Fahrbahnstöße oder
dergleichen, Maxima bei hohen Frequenzen erzeugen, beispielsweise
bei der Frequenz
Ferner
ist es möglich,
dass beispielsweise durch eine entsprechende Lenkbewegung, eine äußere Anregung
oder dergleichen weitere Maxima innerhalb des Frequenzbandes
Beispielsweise
wertet das Wankwinkelmodul
Das
erfindungsgemäße Verfahren
läuft z.B.
folgendermaßen
ab:
Zunächst
werden Messwerte im Rahmen einer Datensammlung erfasst, beispielsweise
Messwerte für
Querbeschleunigungen, Drehzahlen, Gierrate und Lenkwinkel, die zur
Ermittlung von Werten im Rahmen der Formeln (1) bis (5) benötigt werden.The method according to the invention runs, for example, as follows:
First of all, measured values are recorded as part of a data collection, for example measured values for lateral accelerations, rotational speeds, yaw rate and steering angle, which are required to determine values within the formulas (1) to (5).
Diese
Messwerte werden zyklisch zu den Zeitpunkten ti z.B.
mit einer Samplingzeit Δt
= ti+1 – ti erfasst. Die erfassten Messwerte werden
in einem Speicherbereich
In
einem nächsten
Arbeitsschritt überprüft das Wankwinkelmodul
Das
Wankwinkelmodul
Die
Spektralanalyse des Lenkwinkelsignals
Es
versteht sich, dass auch die gemäß der Gleichung
(5) ermittelten Fourierkoeffizienten zweckmäßigerweise durch Cluster-Bildung
im interessierenden Frequenzband
Beim
Ausführungsbeispiel
wird das jeweilige Spektrum mit einem festen oder frequenzabhängigen Grenzwert
verglichen, der mit der aktuellen Beladung hsm
(Produkt aus Schwerpunktshöhe
und Beladungsmasse) des Fahrzeugs
Das
charakteristische Maß
Wenn
die Beladungsmasse m bekannt ist, kann das Wankwinkelmodul
Das
Wankwinkelmodul
Das
Wankwinkelmodul
- – wenn eine vorbestimmte Anzahl von Spektralanalysen durchgeführt ist bzw. ein vorbestimmte Anzahl von Zeitfenstern durchlaufen ist,
- – wenn das charakteristische Maß bzw. die Eigenfrequenzen innerhalb definierter Schranken, beispielsweise oberhalb eines unteren und/oder unterhalb eines oberen Grenzwertes liegen,
- – die
Varianz der Eigenfrequenzen bzw. von Werten des charakteristischen
Maßes
67 einen vorbestimmten Grenzwert nicht überschreitet.
- If a predetermined number of spectral analyzes has been carried out or has passed through a predetermined number of time windows,
- If the characteristic measure or the natural frequencies are within defined limits, for example above a lower limit and / or below an upper limit value,
- - the variance of the natural frequencies or values of the characteristic measure
67 does not exceed a predetermined limit.
Nach
einer vorbestimmten Haltephase, beispielsweise nach Abstellen des
Motors
Es
versteht sich, dass weitere Varianten der Erfindung ohne weiteres
möglich
sind:
Beispielsweise kann das Wankwinkelmodul
For example, the roll angle module
Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass die Gleichungen (3) und (4) auf die Erdbeschleunigung bezogen sind.It it is not absolutely necessary that equations (3) and (4) are related to the gravitational acceleration.
Das
Wankwinkelmodul
Claims (31)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
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|
8143 | Withdrawn due to claiming internal priority |