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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Schätzung der
Schwerpunktlage eines Fahrzeugs, mit einer Erfassungseinrichtung,
die eine auf eine Gewichtslast hinweisende Gewichtslastgröße ermittelt,
und mit einer Auswerteeinheit, die auf Basis der ermittelten Gewichtslastgröße eine
die Schwerpunktlage des Fahrzeugs wiedergebende Schwerpunktlagengröße bestimmt.
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Eine
derartige Einrichtung zur Bestimmung der Schwerpunktlage eines Fahrzeugs
geht aus der Druckschrift
DE
37 11 239 C2 hervor. Die bekannte Einrichtung weist eine
Belastungsmesseinrichtung auf, die aus wenigstens drei Druck- und/oder
Dehnungsmesseinrichtungen besteht, die am Fahrwerk des Fahrzeugs
nahe einer Abstützstelle
zur Fahrbahn angebracht sind. Da die an den Abstützstellen jeweils auftretenden
Gewichtskräfte
naturgemäß je nach
Ort der am Fahrzeug angreifenden Lasten verschieden sind, kann durch
Auswertung der von der Belastungsmesseinrichtung erfassten Messwerte
unmittelbar auf die momentane Schwerpunktlage des Fahrzeugs geschlossen
werden. Aufgrund der gewählten
räumlichen
Anordnung der Belastungsmesseinrichtung wird diese nahezu mit dem
gesamten Gewicht des Fahrzeugs beaufschlagt. Die sich daraus ergebenden
erhöhten
Anforderungen an die Belastbarkeit der verwendeten Druck- und/oder Dehnungsmesseinrichtungen
führen
zu entsprechend hohen konstruktiven Kosten, die einen Einsatz der
bekannten Einrichtung in erster Linie im gewerblichen Nutzfahrzeugbe reich,
nicht aber beispielsweise im wesentlich kostenkritischeren Personenkraftfahrzeugbereich
erlauben.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass diese eine kostengünstige und
für die
meisten Anwendungsfälle
ausreichend genaue Schätzung
der Schwerpunktlage des Fahrzeugs ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die
Vorrichtung zur Schätzung
der Schwerpunktlage eines Fahrzeugs weist neben einer Erfassungseinrichtung,
die eine auf eine Gewichtslast hinweisende Gewichtslastgröße ermittelt,
weiterhin eine Auswerteeinheit auf, die auf Basis der ermittelten
Gewichtslastgröße eine
die Schwerpunktlage des Fahrzeugs wiedergebende Schwerpunktlagengröße bestimmt.
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Die
Erfindung basiert nun auf der Erkenntnis, dass eine in Nähe des Fahrzeugbodens
lokalisierte Zusatzlast, beispielsweise in Form von Fahrzeuginsassen
oder von im Lade- bzw. Kofferraum des Fahrzeugs befindlichem Gepäck, zu wesentlich
geringeren Auswirkungen auf die Schwerpunktlage des Fahrzeugs führt als
eine im Dachbereich des Fahrzeugs aufgebrachte Zusatzlast vergleichbaren
Gewichts. Dies gilt insbesondere im Falle von Fahrzeugen erhöhter Bauform,
zu denen typischerweise Geländewagen,
Kleinbusse, Kombifahrzeuge, Kleintransporter und dergleichen gehören. Es
ist daher für die
meisten Anwendungsfälle
ausreichend, wenn zur Schätzung
der Schwerpunktlage anstelle des gesamten Gewichts des Fahrzeugs
im wesentlichen nur die im Dachbereich des Fahrzeugs aufgebrachte bzw.
aufbringbare Zusatzlast Berücksichtigung
findet. Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, dass die Erfassungseinrichtung in räumlicher
Nähe der
im Dachbereich des Fahrzeugs aufgebrachten bzw. aufbringbaren Zusatzlast
angeordnet ist, wobei die Schwerpunktlagengröße auf Basis der auf die Zusatz last
hinweisenden Gewichtslastgröße bestimmt wird.
Diese Vorgehensweise stellt an die Belastbarkeit der verwendeten
Erfassungseinrichtung vergleichsweise geringe Anforderungen, sodass
es möglich
ist, eine kostengünstige
Alternative zur Schätzung
der Schwerpunktlage des Fahrzeugs zu realisieren.
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Vorteilhafte
Ausführungen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Da
die momentane Höhe
des Fahrzeugschwerpunkts im Falle von auf das Fahrzeug wirkenden
Querbeschleunigungen, wie sie beim Durchfahren einer Kurve, bei
Durchführung
eines Ausweichmanövers,
im Falle einer geneigten Fahrbahn oder aufgrund von Seitenwindeinflüssen auftreten,
erheblichen Einfluss auf das querdynamische Verhalten des Fahrzeugs
hat, ist es insbesondere zur Beurteilung der Querstabilität des Fahrzeugs
von Vorteil, wenn die Schwerpunktlagengröße die Lage des Fahrzeugschwerpunkts
in vertikaler Richtung zur Fahrbahnoberfläche wiedergibt. Hierbei kann
es sich bei der Schwerpunktlagengröße um eine die absolute oder
relative Lage des Fahrzeugschwerpunkts in vertikaler Richtung zur
Fahrbahnoberfläche
beschreibende Abstandsgröße handeln.
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Eine
besonders genaue Schätzung
der Schwerpunktlage ist möglich,
wenn es sich bei der Erfassungseinrichtung um eine gewichtslastsensitive Sensoreinrichtung
handelt. Die gewichtslastsensitive Sensoreinrichtung umfasst beispielsweise
wenigstens einen zur Messung des Gewichts bzw. der Gewichtsverteilung
der Zusatzlast vorgesehenen Dehnungsmessstreifen. Das Funktionsprinzip
eines derartigen Dehnungsmessstreifens ist aus der Fachliteratur
hinreichend bekannt und soll an dieser Stelle nicht näher erläutert werden.
Die Gewichtslagengröße liegt
dann in Form eines sich mit dem Gewicht bzw. der Gewichtsverteilung
der Zusatzlast verändernden
Widerstandssignals vor, das eine genaue Schätzung der Schwerpunktlage des
Fahrzeugs sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung zur
Fahrbahnoberfläche
erlaubt.
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Zusätzlich oder
alternativ kann die Erfassungseinrichtung auch in Gestalt einer
einfachen Schalteinrichtung ausgebildet sein, die bei Aufbringen
der Zusatzlast oder eines zur Aufnahme der Zusatzlast vorgesehenen
Dachlastträgers
ihren Schaltzustand in eindeutiger Weise ändert. Ein derartiger Dachlastträger – üblicherweise
auch als Gepäckträger bezeichnet – dient
beispielsweise der sicheren Befestigung einer Dachbox, von Ski-
bzw. Fahrrad-Haltern, oder beliebiger anderer Dachlasten.
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Bei
der Schalteinrichtung handelt es sich entweder um einen Lastschalter,
der seinen Schaltzustand bei Über-
bzw. Unterschreiten einer bestimmten Auslösekraft ändert, oder aber um einen lastfrei schaltenden
elektromechanischen oder elektronischen Schalter, beispielsweise
eine Kontaktstrecke, die bei Aufbringen der Zusatzlast oder des
Dachlastträgers
geschlossen wird, einen Sicherheitsschalter, der bei manuellem Öffnen einer
Schutzabdeckung einer zur Befestigung des Dachlastträgers vorgesehenen
Montageöffnung
betätigt
wird, einen Reed-Schalter
oder einen funkgesteuerten Schalter. Letzterer kann einen der Zusatzlast
zugeordneten aktiven oder passiven Transponder geringer Reichweite
und eine im Dachbereich des Fahrzeugs angeordnete Empfangseinrichtung
umfassen. Erkennt die Empfangseinrichtung das Vorhandensein des
Transponders und damit der Zusatzlast im Dachbereich des Fahrzeugs,
so wird ein entsprechendes Schaltsignal erzeugt.
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Im
Falle der vorstehende beschriebenen Schalteinrichtungen liegt die
Gewichtslastgröße typischerweise
in Form eines leicht auszuwertenden binären Schaltzustandssignals vor,
das unmittelbar darauf hinweist, ob die Zusatzlast bzw. der Dachlastträger vorhanden
ist oder nicht.
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Welche
der vorstehend aufgeführten
Erfassungseinrichtungen letztlich verwendet wird, hängt neben
dem jeweiligen Anwendungsfall und dem dabei zu vertretenden Aufwand
vor allem auch von der Genauigkeit ab, die in Zusammenhang mit der
Bestimmung der Schwerpunktlagengröße erreicht werden soll.
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Um
eine zuverlässige
Erfassung der Zusatzlast bzw. des Dachlastträgers zu gewährleisten, ist die Erfassungseinrichtung
in größtmöglicher
räumlicher
Nähe der
Zusatzlast bzw. des Dachlastträgers, also
unmittelbar im Dachbereich des Fahrzeugs angeordnet. Dementsprechend
ist es von Vorteil, wenn die Erfassungseinrichtung im Seitenbereich
eines Dachrahmens des Fahrzeugs und/oder im Dachbereich einer der
Karosseriesäulen
des Fahrzeugs angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ besteht
die Möglichkeit,
dass die Erfassungseinrichtung dem Dachlastträger zugeordnet ist, wobei die
Signale der Erfassungseinrichtung in diesem Fall vorzugsweise drahtlos
an die Auswerteeinheit übertragen
werden. Die damit verbundene Verringerung des Verdrahtungsaufwands
ermöglicht
zugleich eine besonders einfache Nachrüstbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Weiterhin
besteht die Möglichkeit,
dass die Bestimmung der Schwerpunktlagengröße vor Fahrtantritt, also bei
Stillstand des Fahrzeugs erfolgt. In diesem Fall wird vermieden,
dass fahrdynamische Effekte in Form zeitlich veränderlicher Störkräfte auf die
Erfassungseinrichtung einwirken und so zu einer fehlerhaften Ermittlung
der Gewichtslastgröße führen. Derartige
Störkräfte treten
typischerweise beim Beschleunigen bzw. Verzögern des Fahrzeugs, beim Durchfahren
einer Kurve, bei Durchführung
eines Ausweichmanövers,
im Falle einer geneigten Fahrbahn oder aufgrund von Seitenwindeinflüssen auf.
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Für viele
Anwendungsfälle
genügt
eine Bestimmung der Schwerpunktlagengröße entsprechend vorgegebener
Klassifikationsstufen, wodurch sich die zur Schätzung der Schwerpunktlage erforderliche
und von der Auswerteeinheit letztlich zur Verfügung zu stellende Rechenkapazität auf ein
notwendiges Mindestmaß reduzieren
lässt.
Gibt die Schwerpunktlagengröße die Lage
des Fahrzeugschwerpunkts in vertikaler Richtung zur Fahrbahnoberfläche wieder,
so kann die Klassifikation entsprechend linguistischer Zustände wie „low" oder „high" erfolgen.
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Vorteilhafterweise
wird die Schwerpunktlagengröße zur Anpassung
der Auslösecharakteristik eines
im Fahrzeug angeordneten Fahrerassistenzsystems und/oder zur Parametrisierung
eines dem Fahrerassistenzsystem zugrunde liegenden Fahrzeugmodells
verwendet, wobei es sich bei dem Fahrerassistenzsystem um ein System
zur Regelung der Gierrate des Fahrzeugs, also beispielsweise ein Elektronisches
Stabilitäts-Programm
(ESP), handeln kann.
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Das
Elektronische Stabilitäts-Programm dient
hierbei der Verhinderung bzw. Verringerung querdynamischer Instabilitäten des
Fahrzeugs, indem bei Erfüllung
einer die Auslösecharakteristik
des Elektronischen Stabilitäts-Programms
bestimmenden Auslösebedingung
fahrzeugstabilisierende Maßnahmen
gemäß einem
dem Elektronischen Stabilitäts-Programm
zugrunde liegenden Fahrzeugmodell durchgeführt werden. Da die momentane
Lage des Fahrzeugschwerpunkts erheblichen Einfluss auf das querdynamische
Verhalten des Fahrzeugs hat, lässt sich
durch entsprechende in Abhängigkeit
der Schwerpunktlagengröße vorgenommene
Anpassung der Auslösecharakteristik
des Elektronischen Stabilitäts-Programms
bzw. durch entsprechende mittels der Schwerpunktlagengröße vorgenommene
Parametrisierung des dem Elektronischen Stabilitäts-Programm zugrunde liegenden
Fahrzeugsmodells erreichen, dass unabhängig von der momentanen Höhe des Fahrzeugschwerpunkts
eine sichere und situationsgerechte Auslösung bzw. Durchführung der
fahrzeugstabilisierenden Gegenmaßnahmen gewährleistet ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Dabei
zeigt die einzige Figur ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Schätzung
der Schwerpunktlage eines Fahrzeugs.
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Die
Vorrichtung weist neben einer Erfassungseinrichtung 10, 11,
die eine auf eine Gewichtslast hinweisende Gewichtslastgröße zl ermittelt, weiterhin eine Auswerteeinheit 13 auf,
die auf Basis der ermittelten Gewichtslastgröße zl eine
die Schwerpunktlage des Fahrzeugs 14 wiedergebende Schwerpunktlagengröße hsp bestimmt. Die Erfassungseinrichtung 10, 11 ist
hierbei in räumlicher Nähe einer
im Dachbereich des Fahrzeugs 14 aufbringbaren Zusatzlast 12 angeordnet,
wobei die Schwerpunktlagengröße hsp auf Basis der auf die Zusatzlast 12 hinweisenden
Gewichtslastgröße zl bestimmt wird. Durch die besondere räumliche
Anordnung der Erfassungseinrichtung 10, 11 wird
bei der Schätzung
der Schwerpunktlage des Fahrzeugs 14 im wesentlichen nur
die im Dachbereich des Fahrzeugs 14 aufgebrachte bzw. aufbringbare
Zusatzlast 12 berücksichtigt.
Beispielsgemäß wird die
Zusatzlast 12 durch eine auf einem Dachlastträger befestigte
Dachbox gebildet, wobei anstelle der Dachbox auch ein Ski- bzw.
Fahrradhalter, oder eine beliebige andere Dachlast vorgesehen sein
kann.
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Die
Schwerpunktlagengröße hsp soll im folgenden ohne Einschränkung der
Allgemeinheit die Lage des Fahrzeugschwerpunkts in vertikaler Richtung
zur Fahrbahnoberfläche
wiedergeben. Die Bestimmung der Schwerpunktlagengröße hsp erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel
entsprechend vorgegebener Klassifikationsstufen, die jeweils die
momentane Höhe
des Fahrzeugschwerpunkts in Gestalt linguistischer Zustände wiedergeben.
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Bei
der Erfassungseinrichtung 10, 11 handelt es sich
um eine gewichtslastsensitive Sensoreinrichtung, die wenigstens
einen zur Messung des Gewichts der Zusatzlast 12 vorgesehenen
Dehnungsmessstreifen umfasst. Die Gewichtslastgröße zl liegt in
diesem Fall in Form eines sich mit dem Gewicht der Zusatzlast 12 ändernden
Widerstandssignals vor, das der Auswerteeinheit 13 zur
Bestimmung der Schwerpunktlagengröße hsp zugeführt wird.
Stellt die Auswerteeinheit 13 durch Auswertung des Widerstandssignals
fest, dass das Gewicht der Zusatzlast 12 größer ist
als ein für
eine maßgebliche
Erhöhung des
Fahrzeugsschwerpunkts charakteristischer Schwellenwert, so nimmt
die Schwerpunktlagengröße hsp den Zustand „high" ein. Andernfalls wird auf eine bestenfalls
unerhebliche Erhöhung
des Fahrzeugsschwerpunkts geschlossen, und die Schwerpunktlagengröße hsp nimmt dementsprechend den komplementären Zustand „low" ein.
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Eine
maßgebliche
Erhöhung
des Fahrzeugschwerpunkts liegt insbesondere dann vor, wenn das Gewicht
der Zusatzlast 12 einen Wert zwischen 50 und 100 kg·g – die Größe g bezeichnet
hierbei die Erdbeschleunigung – erreicht,
wobei ein oberer Wert durch die maximal zulässige Dachlast gegeben ist. Der
genaue Wert, bei dem eine maßgebliche
Erhöhung
des Fahrzeugschwerpunkts vorliegt, hängt letztlich von der Fahrzeuggeometrie,
insbesondere von der Fahrzeughöhe,
und der Höhe
des Fahrzeugschwerpunkts, den das Fahrzeug 14 in unbeladenem Zustand
aufweist, ab.
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Anstelle
der dargestellten zweistufigen Bestimmung der Schwerpunktlagengröße hsp ist auch eine beliebig feinere bzw. sogar
kontinuierliche Abstufung der Zustände vorstellbar, beispielsweise
in Form entsprechender Fuzzy-Zustände bzw. einer Fuzzy-Partitionierung.
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Zusätzlich oder
alternativ ist die Erfassungseinrichtung 10, 11 in
Gestalt einer Schalteinrichtung ausgebildet, die bei Aufbringen
der Zusatzlast 12 oder des zur Aufnahme der Zusatzlast 12 vorgesehenen
Dachlastträgers
ihren Schaltzustand in eindeutiger Weise ändert.
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Bei
der Schalteinrichtung handelt es sich entweder um einen Lastschalter,
der seinen Schaltzustand bei Über-
bzw. Unterschreiten einer bestimmten Auslösekraft ändert, oder aber um einen lastfrei schaltenden
elektromechanischen oder elektronischen Schalter, beispielsweise
eine Kontaktstrecke, die bei Aufbringen der Zusatzlast 12 oder
des Dachlastträgers
ge schlossen wird, einen Sicherheitsschalter, der bei manuellem Öffnen einer
Schutzabdeckung einer zur Befestigung des Dachlastträgers vorgesehenen
Montageöffnung
betätigt
wird, einen Reed-Schalter oder einen funkgesteuerten Schalter. Die
Gewichtslastgröße zl liegt dann in Form eines binären Schaltzustandssignals
vor, das unmittelbar auf das Vorhandensein der Zusatzlast 12 bzw.
des Dachlastträgers
und damit auf das tatsächliche
oder potentielle Vorliegen einer maßgeblichen Erhöhung des Fahrzeugsschwerpunkts
hinweist. Das Schaltzustandssignal der Schalteinrichtung wird der
Auswerteeinheit 13 zugeführt. Stellt die Auswerteeinheit 13 durch
Auswertung des Schaltzustandssignals fest, dass die Schalteinrichtung
einen Schaltzustand aufweist, der auf das Vorhandensein der Zusatzlast 12 bzw.
des Dachlastträgers
hinweist, so nimmt die Schwerpunktlagengröße hsp den
Zustand „high" ein. Andernfalls
wird darauf geschlossen, dass weder eine Zusatzlast 12 noch
ein Dachlastträger
vorhanden ist, und die Schwerpunktlagengröße hsp nimmt dementsprechend
den komplementären
Zustand „low" ein.
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Um
eine zuverlässige
Erfassung der Zusatzlast 12 bzw. des zur Aufnahme der Zusatzlast 12 vorgesehenen
Dachlastträgers
zu gewährleisten,
ist die Erfassungseinrichtung 10, 11 in größtmöglicher
Nähe der
Zusatzlast 12 bzw. des Dachlastträgers angeordnet, beispielsgemäß im Seitenbereich
eines Dachrahmens des Fahrzeugs 14 und/oder im Dachbereich einer
der Karosseriesäulen
des Fahrzeugs 14. Zusätzlich
oder alternativ ist die Erfassungseinrichtung 10, 11 dem
Dachlastträger
zugeordnet, wobei die Signale der Erfassungseinrichtung 10, 11 in
diesem Fall drahtlos an die Auswerteeinheit 13 übermittelt werden.
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Die
Bestimmung der Schwerpunktlagengröße hsp erfolgt
jeweils vor Fahrtantritt, also bei Stillstand des Fahrzeugs 14,
beispielsweise unmittelbar bei Aufbringen der Zusatzlast 12 bzw.
des Dachlastträgers.
In diesem Fall wird vermieden, dass fahrdynamische Effekte in Form
zeitlich veränderlicher Stör kräfte auf
die Erfassungseinrichtung 10, 11 einwirken und
so zu einer fehlerhaften Ermittlung der zur Bestimmung der Schwerpunktlagengröße hsp herangezogen Gewichtslastgröße zl führen.
Derartige Störkräfte treten
typischerweise beim Beschleunigen bzw. Verzögern des Fahrzeugs 14,
beim Durchfahren einer Kurve, bei Durchführung eines Ausweichmanövers, im
Falle einer geneigten Fahrbahn oder aufgrund von Seitenwindeinflüssen auf.
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Die
so bestimmte Schwerpunktlagengröße hsp wird unter anderem zur Anpassung der Auslösecharakteristik
eines im Fahrzeug 14 angeordneten Fahrerassistenzsystems 20 und/oder
zur Parametrisierung eines dem Fahrerassistenzsystem 20 zugrunde
liegenden Fahrzeugmodells herangezogen, wobei es sich bei dem Fahrerassistenzsystem 20 um ein
System zur Regelung der Gierrate des Fahrzeugs 14, im vorliegenden
Fall ein Elektronisches Stabilitäts-Programm
(ESP), handelt.
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Das
Elektronische Stabilitäts-Programm dient
hierbei der Verhinderung bzw. Verringerung querdynamischer Instabilitäten des
Fahrzeugs 14, indem bei Erfüllung einer die Auslösecharakteristik
des Elektronischen Stabilitäts-Programms
bestimmenden Auslösebedingung
fahrzeugstabilisierende Maßnahmen
gemäß eines
dem Elektronischen Stabilitäts-Programm
zugrunde liegenden Fahrzeugmodells durchgeführt werden. Da eine Erhöhung des Fahrzeugschwerpunkts
erhebliche Auswirkungen auf das querdynamische Verhalten des Fahrzeugs 14 hat,
wird die Auslösecharakteristik
des Elektronischen Stabilitäts-Programms
in Abhängigkeit
der Schwerpunktlagengröße hsp derart angepasst bzw. das dem Elektronischen
Stabilitäts-Programm
zugrunde liegende Fahrzeugmodell mittels der Schwerpunktlagengröße hsp derart parametrisiert, dass unabhängig von
der momentanen Höhe
des Fahrzeugschwerpunkts eine sichere und situationsgerechte Auslösung bzw.
Durchführung
der fahrzeugstabilisierenden Maßnahmen
gewährleistet
ist.
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Um
den Fahrer auf das Vorliegen eines erhöhten Fahrzeugschwerpunkts aufmerksam
zu machen, wird in Abhängigkeit
der Schwerpunktlagengröße hsp eine zur Ausgabe eines optischen und/oder akustischen
Fahrerhinweises vorgesehene Signalgebereinheit 21 angesteuert,
wobei die Ausgabe der Fahrerinformation dann erfolgt, wenn auf eine
maßgebliche
Erhöhung
des Fahrzeugschwerpunkts geschlossen wird, wenn also die Schwerpunktlagengröße hsp den Zustand „high" aufweist.
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Sollte
es beispielsweise aufgrund von Inkompatibilitäten zwischen dem zur Aufnahme
der Zusatzlast 12 vorgesehenen Dachlastträger (Fremdfabrikat
o.ä.) und
der Erfassungseinrichtung 10, 11 unmöglich sein,
eine Bestimmung der momentanen Schwerpunktlagengröße durchzuführen, so
besteht die Möglichkeit,
dass der Fahrer deren Zustand („high" oder „low") manuell an einem im Fahrzeug 14 angeordneten
Bedienelement 22 vorgibt.