DE102006044425B4 - Method for rollover stabilization of motor vehicles - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Reduzieren der Kippgefahr eines Fahrzeugs (1) durch einen automatischen Bremseingriff an wenigstens einem Rad (2a-2d), wobei der Bremseingriff an wenigstens zwei, auf unterschiedlichen Längsseiten des Fahrzeugs (1) angeordneten Rädern (2a-2d) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremseingriff an einem kurveninneren Vorderrad (2b) und einem kurvenäußeren Hinterrad (2c) durchgeführt wird.Method for reducing the risk of a vehicle (1) tipping over by an automatic braking intervention on at least one wheel (2a-2d), the braking intervention being carried out on at least two wheels (2a-2d) arranged on different longitudinal sides of the vehicle (1), characterized in that characterized in that the braking intervention is carried out on a front wheel (2b) on the inside of the curve and on a rear wheel (2c) on the outside of the curve.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren der Kippgefahr eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.The invention relates to a method for reducing the risk of a vehicle tipping over according to the preamble of patent claim 1, and a corresponding device according to the preamble of patent claim 7.
Vor allem bei Fahrzeugen mit hohem Schwerpunkt und weicher Federung, wie z.B. Geländefahrzeugen, besteht die Gefahr, dass das Fahrzeug bei hohen Kurvengeschwindigkeiten oder heftigen Lenkmanövern umkippt. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Systeme zur Kippstabilisierung bekannt, die das Umkippen des Fahrzeugs verhindern sollen. Die bekannten Systeme analysieren üblicherweise mittels verschiedener Sensoren die Kippgefahr des Fahrzeugs und greifen, wenn eine kippkritische Situation erkannt wurde, mittels der Radbremsen in den Fahrbetrieb ein. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen wird in der Regel das kurvenäußere Vorderrad oder das kurvenäußere Vorder- und Hinterrad gleichzeitig gebremst. Dadurch reduziert sich einerseits die Fahrgeschwindigkeit, wodurch die Querbeschleunigung quadratisch abnimmt, andererseits führt der Bremseingriff aber auch zu einem zusätzlichen Giermoment in Richtung der Kurvenaußenseite. Das Fahrzeug erfährt also einen untersteuernden Impuls, der bewirkt, dass sich das Fahrzeug aus der Kurve heraus dreht. Dies kann dazu führen, dass das Fahrzeug seine Fahrspur schnell verlässt und in eine andere kritische Situation gerät.Especially in vehicles with a high center of gravity and soft suspension, such as off-road vehicles, there is a risk of the vehicle tipping over at high cornering speeds or heavy steering manoeuvres. Various systems for rollover stabilization are known from the prior art, which are intended to prevent the vehicle from tipping over. The known systems usually use various sensors to analyze the risk of the vehicle tipping over and intervene in driving operation by means of the wheel brakes when a critical tipping situation has been identified. In the systems known from the prior art, the front wheel on the outside of the curve or the front and rear wheels on the outside of the curve are usually braked simultaneously. On the one hand, this reduces the driving speed, whereby the lateral acceleration decreases quadratically, but on the other hand, the braking intervention also leads to an additional yawing moment in the direction of the outside of the curve. Thus, the vehicle experiences an understeering momentum that causes the vehicle to spin out of the turn. This can cause the vehicle to quickly leave its lane and get into another critical situation.
Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Reduzieren der Kippgefahr eines Fahrzeugs zu schaffen, das die Fahrtrichtung des Fahrzeugs nicht beeinflusst.It is therefore the object of the present invention to provide a method for reducing the risk of a vehicle tipping over, which does not influence the direction of travel of the vehicle.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patenanspruch 1 sowie im Patentanspruch 7 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.This object is achieved according to the invention by the features specified in patent claim 1 and in patent claim 7 . Further configurations of the invention are the subject matter of dependent claims.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, im Falle eines kippkritischen Fahrzustands wenigstens zwei Räder, die auf unterschiedlichen Längsseiten des Fahrzeugs angeordnet sind, zu bremsen und die Bremskräfte an den Rädern dabei so auszulegen, dass der Bremseingriff insgesamt im Wesentlichen giermomentneutral ist. Dies hat den Vorteil, dass die Fahrgeschwindigkeit und damit auch die Querbeschleunigung des Fahrzeugs reduziert werden können, ohne gleichzeitig das Gierverhalten des Fahrzeugs zu beeinflussen.An essential aspect of the invention consists in braking at least two wheels, which are arranged on different longitudinal sides of the vehicle, in the event of a rollover-critical driving state, and in doing so interpreting the braking forces on the wheels in such a way that the braking intervention overall is essentially yaw moment-neutral. This has the advantage that the driving speed and thus also the lateral acceleration of the vehicle can be reduced without influencing the yaw behavior of the vehicle at the same time.
Erfindungsgemäß werden das kurveninnere Vorderrad und gleichzeitig das kurvenäußere Hinterrad gebremst. Bei einer Kurvenfahrt weisen sowohl das kurveninnere Vorderrad als auch das kurvenäußere Hinterrad vergleichsweise hohe Aufstandskräfte auf, so dass der automatische Bremseingriff an diesen Rädern am besten umgesetzt werden kann. Die Bremskräfte können daher relativ groß gewählt werden. Die Fahrzeuggeschwindigkeit und damit auch die Fliehkraft nehmen dadurch schnell ab. Bei der Auswahl der abzubremsenden Räder ist insbesondere das kurveninnere Hinterrad zu vermeiden, da dieses bei hohen Querbeschleunigungen als erstes vom Boden abhebt.According to the invention, the front wheel on the inside of the curve and the rear wheel on the outside of the curve are braked at the same time. When cornering, both the front wheel on the inside of the curve and the rear wheel on the outside of the curve have comparatively high contact forces, so that the automatic braking intervention can be implemented best on these wheels. The braking forces can therefore be selected to be relatively large. The vehicle speed and thus also the centrifugal force decrease rapidly as a result. When selecting the wheels to be braked, the rear wheel on the inside of the curve should be avoided in particular, as this is the first to lift off the ground in the event of high lateral acceleration.
Der Bremseingriff an den ausgewählten Rädern erfolgt vorzugsweise geregelt; insbesondere wird der Rad-Bremsschlupf auf einen Sollwert geregelt. Der Soll-Bremsschlupf für die einzelnen Räder wird vorzugsweise mittels eines Algorithmus berechnet. Die Soll-Bremsschlupfwerte für das kurveninnere Vorderrad und das kurvenäußere Hinterrad ergeben sich beispielsweise aus folgender Berechnung:
Dabei ist FB die Bremskraft und Fs die Seitenkraft, α der Schräglaufwinkel, µres der Fahrbahnreibwert und FN die Aufstandskraft am jeweiligen Rad. Damit die Bremseingriffe an den beiden Rädern giermomentneutral sind, müssen die Schlupfwerte für das kurveninnere Vorderrad λVR und das kurvenäußere Hinterrad λHL so gewählt werden, dass sich das Giermoment nicht ändert. Die Giermomentenbilanz ergibt sich somit zu (wobei der Lenkwinkel einfachheitshalber vernachlässigt wird):
Die Indizes VR bzw. HL bezeichnen dabei das kurveninnere Vorderrad (hier vorne rechts) bzw. das kurvenäußere Hinterrad (hier hinten links).The indices VR and HL designate the front wheel on the inside of the curve (here, front right) and the rear wheel on the outside of the curve (here, back left).
Der Radschlupf λVR und λHL kann z. B. abhängig von einer Differenz ΔaY zwischen der tatsächlichen Querbeschleunigung und einer maximal zulässigen Querbeschleunigung berechnet werden. Dabei ist ΔaY die überschüssige Querbeschleunigung, die es zu kompensieren gilt. Für die gewünschte Querbeschleunigungsänderung ΔaY kann beispielsweise folgende Gleichung angesetzt werden:
Die Gleichung (3) in Verbindung mit Gleichung (2) und die Gleichung (4) bilden dabei ein Gleichungssystem, bestehend aus zwei Gleichungen für zwei Unbekannte (λVR und λHL), die somit aus dem Gleichungssystem berechnet werden können. Dabei werden der Schräglaufwinkel α, die Fahrbahnreibwerte µ und die Aufstandskräfte FN als bekannt vorausgesetzt. Wahlweise könnten natürlich auch Kennlinien für den Sollschlupf bzw. Sollschlupfänderungen hinterlegt sein, aus denen der jeweilige Wert für die gebremsten Räder in Abhängigkeit von der gewünschten Querbeschleunigungsänderung ΔaY ausgelesen werden könnte.Equation (3) in conjunction with equation (2) and equation (4) form a system of equations consisting of two equations for two unknowns (λ VR and λ HL ), which can thus be calculated from the system of equations. The slip angle α, the road surface friction μ and the contact forces F N are assumed to be known. Optionally, of course, characteristic curves for the setpoint slip or setpoint slip changes could also be stored, from which the respective value for the braked wheels could be read as a function of the desired transverse acceleration change Δa Y .
Anstelle der gewünschten Reduzierung der Querbeschleunigung ΔaY könnte beispielsweise auch ein PID-Regelgesetz verwendet werden. In diesem Fall müsste die linke Seite der Gleichung (4) ersetzt werden durch:
Figurenlistecharacter list
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem System zur Kippstabilisierung.
-
1 a schematic view of a vehicle with a system for rollover stabilization.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die Sensorik 6 umfasst vorzugsweise einen Querbeschleunigungs- und einen Lenkradwinkelsensor. Zusätzlich könnte z. B. auch ein Wankratensensor vorgesehen sein, der die Wankrate um eine Längsachse des Fahrzeugs misst. Durch Auswertung des Querbeschleunigungs- und Lenkradwinkelsignals und gegebenenfalls auch des Wankratensignals kann eine Kippgefahr relativ gut erkannt werden. Der Algorithmus 5 definiert vorzugsweise einen Indikator (Parameter), der ein Maß für die Kippgefahr ist. Wenn dieser Indikator, wie z. B. eine effektive Querbeschleunigung, einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, wird ein automatischer Bremseingriff an ausgewählten Rädern 2a-2d des Fahrzeugs aktiviert.The
Um die Kippgefahr des Fahrzeugs zu verringern, werden das kurveninnere Vorderrad 2b und das kurvenäußere Hinterrad 2c gebremst. Im dargestellten Beispiel von
Der Algorithmus 5 umfasst einen Schlupfregler, der einen vorgegebenen Soll-Bremsschlupf an den ausgewählten Rädern 2b, 2c einstellt. Der einzustellende Soll-Bremsschlupf wird dabei so berechnet, dass insgesamt ein Bremseingriff durchgeführt wird, der giermomentneutral ist. D.h. es entsteht kein zusätzliches Giermoment ΔMz um die Hochachse des Fahrzeugs.
Die Soll-Bremsschlupfwerte können beispielsweise aus dem Gleichungssystem (2 bis 4) berechnet werden, das vorstehend beschrieben wurde.The target braking slip values can be calculated, for example, from the equation system (2 to 4) described above.
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