DE102007017691A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Vermeiden einer Kipptendenz eines Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermeiden einer Kipptendenz eines Fahrzeugs (1) bei Kurvenfahrt mit den Verfahrensschritten Erkennen eines Abhebens oder eines beginnenden Abhebens von zumindest einem Rad (VAi; HAi) des Fahrzeugs (1) auf seiner Kurveninnenseite (3) mittels einer Erkennungseinrichtung (11) und Vermeiden einer Kipptendenz des Fahrzeugs (1) durch sofortiges gesteuertes Aufbringen einer Kraft auf zumindest ein vorderes Rad (VAi; VAa; HAi; HAa); wobei im Falle des Abhebens eines Rads (HAi) der Hinterachse zumindest ein Vorderrad (VAi; VAa) der Vorderachse (VA) auf der Kurvenaußenseite (4) mit der Kraft beaufschlagt wird und im Falle eines Abhebens eines Rads der Vorderachse (VAi) zumindest ein Rad der Hinterachse (HAi) auf der Kurveninnenseite (3) mit der Kraft beaufschlagt wird; und eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermeiden einer Kipptendenz eines Fahrzeugs.
  • Derartige Verfahren und Vorrichtungen werden zum Beispiel in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um bei einer Kurvenfahrt ein Kippen des Fahrzeugs um eine in der Fahrzeuglängsrichtung orientierte Drehachse zu verhindern. Jede Kippneigung eines Fahrzeugs beginnt damit, dass ein oder zwei Räder an der Kurveninnenseite eines durch eine Kurve fahrenden Fahrzeugs von der Fahrbahn abheben. Diese werden auch als so genannte „Radabheber" bezeichnet.
  • Diese Radabheber sind durch geeignete fahrdynamische Signale einer Erkennungseinrichtung, wie sie zum Beispiel in einem ESP-System vorhanden ist, zu erkennen. Solche Signale können beispielsweise von verschiedenen Sensoren erzeugt und von der Erkennungseinrichtung verarbeitet werden, wobei die Erkennungseinrichtung auch in der Lage ist, weitere Informationen aus diesen Signalen durch Berechnung anderer fahrdynamischen Größen, wie zum Beispiel Wankwinkel und Giermoment, zu berechnen. Die fahrdynamischen Signale sind beispielsweise Radgeschwindigkeit/-drehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeit, Querbeschleunigung und Längsbeschleunigung des Fahrzeugs, Lenkwinkel und dergleichen. Weitere Messgrößen können zum Beispiel das auf das jeweilige Rad wirkende Antriebsmoment sowie ein Federweg des jeweiligen Rades sein.
  • Anhand dieser Signale ermittelt die Erkennungseinrichtung mit Hilfe bestimmter Rechenalgorithmen zum Beispiel im Vergleich mit gespeicherten Schwellwerten, ob eine Gefahr für das Fahrzeug vorhanden ist. Ist dies der Fall, so werden Aktuatormittel, beispielsweise Bremsen, Motorsteuerung, aktiver Druckaufbau, zur Beeinflussung der Räder und/oder Warnsignale für den Fahrer aktiviert. Die dabei auf die anderen Räder aufgebrachten Kräfte vermindern (verhindern) zusammen mit einem Fahrzeugschwerpunktvektor im Ansatz ein mögliches Kippen des Fahrzeugs und verringern dadurch die Seitenführung der Räder mit Bodenhaftung.
  • Die DE 102 08 619 A1 beschreibt ein Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung abgehobener Fahrzeugräder, wobei sie von einem Verfahren zur Erkennung eines querdynamisch gefährlichen Betriebszustandes des Fahrzeugs ausgeht, bei dem für wenigstens ein Rad einer Achse eine die Raddrehzahl beschreibende erste Größe ermittelt wird, daraus eine die Fahrzeugquerdynamik beschreibende erste Größe ermittelt wird, aus Sensorsignalen wenigstens eine die Fahrzeugquerdynamik beschreibende zweite Größe ermittelt wird und wenigstens abhängig von der ersten Größe und der zweiten Größe der querdynamisch gefährliche Betriebszustand erkannt wird. Der querdynamisch gefährliche Betriebszustand ist durch das Abheben dieses Rades der Achse von der Fahrbahn oder durch eine diesem Rad unmittelbar drohende Gefahr des Abhebens definiert und die Ermittlung dieses gefährlichen Zustands erfolgt in Abhängigkeit von dem auf diese Achse wirkenden Motormoment.
  • Es gibt jedoch Zustände, bei welchen das Fahrzeugverhalten stabil sein kann und wobei das ESP-System keine Unter/Übersteuertendenz erkennen kann. Aufschaukelnde Lenkbewegungen können jedoch zu Radabhebern führen.
  • Insbesondere bei geringeren Fahrzeuggeschwindigkeiten, beispielsweise im Bereich von 30 bis 40 km/h, ist es schwierig, einen gefährlichen Betriebszustand zu erkennen. Dies ist auch besonders bei solchen Fahrzeugen der Fall, deren Schwerpunkt durch Beladung relativ zur Fahrbahnoberfläche höher und/oder seitlich verschoben ist und ein Kippen begünstigt. Ebenfalls gehören zu dieser Gruppe Fahrzeuge wie Transporter, Wohnmobile und Fahrzeuge mit Dachbeladung.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermeiden einer Kipptendenz eines Fahrzeugs bereitzustellen, wobei die oben genannten Nachteile behoben bzw. wesentlich vermindert werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass bei Vorliegen einer typischen Radabhebersensierung eine sofortige Aktivierung von Aktuatoren auf die Räder erfolgt, welche in einer bestimmten Relation zu dem Radabheber stehen.
  • Diese gesteuerte Aktivierung als Vorsteuermaßnahme ergibt gegenüber einem Regelalgorithmus einen Zeitvorteil, welcher in einer Gefahrensituation entscheidend sein kann.
  • Dadurch wird eine Kipptendenz des Fahrzeugs schon im Ansatz verringert bzw. verhindert.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Vermeiden einer Kipptendenz eines Fahrzeugs bei Kurvenfahrt weist folgende Verfahrensschritte auf:
    Erkennen eines Abhebens oder eines beginnenden Abhebens von zumindest einem Rad des Fahrzeugs auf seiner Kurveninnenseite mittels einer Erkennungseinrichtung; und
    Vermeiden einer Kipptendenz des Fahrzeugs (1) durch sofortiges gesteuertes Aufbringen einer Kraft auf zumindest ein anderes Rad;
    wobei im Falle eines Abhebens eines Rads der Hinterachse zumindest ein Vorderrad der Vorderachse auf der Kurvenaußenseite mit der Kraft beaufschlagt wird, und im Falle eines Abhebens eines Rads der Vorderachse zumindest ein Rad der Hinterachse auf der Kurveninnenseite mit der Kraft beaufschlagt wird.
  • Durch die eindeutige Zuordnung der mit der Kraft zu beaufschlagenden Räder zu dem jeweils abhebenden Rad ist ein Zeitvorteil geschaffen. Bei Kurvenfahrten mit Transportern auch mit geringer Geschwindigkeit, was zum Beispiel auf einem Firmengelände zum Rangieren häufig vorkommt, wobei insbesondere eine Ladung noch nicht vollständig gesichert sein kann, ist das erfindungsgemäße Verfahren von Vorteil, da ein Kippen schon im Ansatz verhindert wird.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
  • Es ist besonders vorteilhaft, bei einem Abheben eines Vorderrades auf der Kurveninnenseite auf der gleichen Seite des Fahrzeugs zumindest ein Hinterrad mit einer Kraft zu beaufschlagen. Diese Kraft kann zum Beispiel ein aktiver Druckaufbau sein, wobei dabei durch ein von diesem mit der Kraft beaufschlagten Hinterrad ausgehenden Kraftvektor zum Schwerpunkt des Fahrzeugs dieses auf alle Räder zurückgeführt wird.
  • Es ist in einer Ausführung vorgesehen, dass die auf das korrespondierende Rad aufgebrachte Kraft eine Druckkraft, die im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse des korrespondierenden Rads verläuft, oder/und eine Längskraft ist.
  • Dabei kann eine Kombination beider Kräfte an einem Rad oder auf verschiedene Räder verteilt möglich sein.
  • Auch ein aktiver Bremseingriff an den Rädern mit Bodenhaftung oder bei allen Rädern kann zusätzlich oder einzeln erfolgen. Die Kräfte können auch hintereinander oder sich überschneidend aufgebracht werden.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Vermeidung einer Kipptendenz eines Fahrzeugs bei Kurvenfahrt, mit einer Erkennungseinrichtung zur Erkennung eines Abhebens eines Rads des Fahrzeugs; und einer Steuereinrichtung zur Aktivierung eines Aktuators zum Aufbringen einer Kraft auf zumindest ein anderes Rad, ist dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines Abhebens eines Rads der Hinterachse ein Aktuator für zumindest ein Vorderrad der Vorderachse auf der Kurvenaußenseite aktiviert ist, und im Falle eines Abhebens eines Rads der Vorderachse ein Aktuator für zumindest ein Rad der Hinterachse auf der Kurveninnenseite aktiviert ist. Derartige Aktuatoren können hydraulisch, pneumatisch, elektromechanisch oder dergleichen ausgebildet sein.
  • Die Erkennungseinrichtung kann eine schon vorhandene Einrichtung in einem ESP-System sein. Somit ist nur die Steuereinrichtung zur direkten Steuerung der Aktuatoren zusätzlich notwendig. Auch diese Einrichtung kann ein schon vorhandener Bestandteil in dem ESP-System sein.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:
  • 1 eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug in einer Kurve;
  • 2 eine schematische Frontansicht des Fahrzeugs nach 1;
  • 3 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
  • 4 einen Ausschnitt eines Blockdiagramms eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Gleiche Bezugszeichen sind in den Figuren der Zeichnung gleichen oder funktionsgleichen Komponenten zugeordnet, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist. Die Figuren sind weiterhin wo erforderlich mit Koordinatensystemen zur Orientierung versehen.
  • In 1 ist eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug 1 bei einer Durchfahrt einer Kurve mit einem Kurvenverlauf 2 gezeigt. Hierbei bezeichnet der Index „i" eine Kurveninnenseite 3 und der Index „a" eine Kurvenaußenseite 4.
  • Das Fahrzeug 1 ist in einer Linkskurve mit eingeschlagenen Vorderrädern VAi und VAa und einem Hinterräderpaar HAi und HAa gezeigt. Bei der Kurvenfahrt wirken an dem Fahrzeug 1 Kräfte, die vereinfacht dargestellt sind. Eine Fliehkraft 6 wirkt am Schwerpunkt 5 des Fahrzeugs 1 zur Außenseite der Kurve bzw. in y-Richtung, das heißt in Querrichtung, des Fahrzeugs. An jedem Rad VAi, VAa, HAi, HAa wirkt jeweils eine Seitenführungskraft 8 (nur für das rechte Vorderrad gezeigt) zur Kurveninnenseite 3 hin. Weiterhin wirkt an jedem Rad VAi, VAa, HAi, HAa eine Längskraft 7, wenn das Fahrzeug 1 mit Allradantrieb ausgerüstet ist. Die Längskraft 7 kann auch eine Bremskraft sein. Bei einem Fahrzeug 1 mit nur einer angetriebenen Achse wirkt die Längskraft 7 nur bei dieser.
  • Zur Einwirkung dieser Kräfte zeigt 2 eine schematisierte Vorderansicht des in 1 gezeigten Fahrzeugs 1. Die Längskraft 7 und die Seitenführungskraft 8 wirken an der Auflagefläche eines jeden Rades (hier nur für das Vorderrad VAa gezeigt) auf einer Fahrbahn 16.
  • Das Fahrzeug 1 ist zum Beispiel ein Transporter, welcher eine Dachlast 9 und eine Beladung im Inneren aufweist. Sein Schwerpunkt 5 liegt unbeladen möglichst nahe an der Fahrbahn 16. Durch die Beladung ist der Schwerpunkt 5 zum Schwerpunkt 5' verschoben. Ein Verrutschen der Innenladung kann beispielsweise den Schwerpunkt 5 zusätzlich in den (nur beispielhaft angedeuteten) Schwerpunkt 5'' verschieben. In diesem Schwerpunkt 5, 5', 5'' greift nun (vereinfacht) die Fliehkraft 6 an.
  • Nun wird Bezug auf 1 und 2 genommen.
  • Bei einer Gefahrensituation durch Querkräfte, wie beispielsweise der Fliehkraft 6, die unter anderem von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, kann ein kurveninneres Rad VAi oder HAi oder beide von der Fahrbahn abheben. Dieses ist aus 2 leicht zu ersehen, da die Fliehkraft ein Kippmoment zum Beispiel um eine Achse bewirken kann, die in Längsrichtung x des Fahrzeugs 1 orientiert ist. Diese Achse kann zum Beispiel durch die Auflagefläche des rechten Vorderrads VAa verlaufen. Dieser Zustand wird von einer Erkennungseinrichtung 11 (siehe 3) mittels Sensoren erkannt. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht nun vor, dass bei Erkennen dieses Abhebens bzw. schon bei beginnendem Abheben, ein relativ zu dem sich abhebenden Rad VAi oder HAi zugeordnetes Rad mit einer Kraft beaufschlagt wird.
  • Bei einem Radabheber des kurveninneren Hinterrades HAi (1) wird zumindest auf das kurvenäußere Vorderrad VAa eine Kraft aufgebracht. Diese Kraft ist zum Beispiel eine Druckkraft F, die ein Aktuator 12 hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch oder in Kombination davon in z-Richtung auf das Rad VAa aufbringt. Dadurch wird das sich abhebende Hinterrad HAi wieder auf die Fahrbahn 16 gedrückt.
  • Es ist auch möglich, dass gleichzeitig das kurvenäußere Hinterrad HAa ebenfalls durch einen Aktuator 12 mit einer Druck kraft F beaufschlagt wird und die oben beschriebene Wirkung erhöht.
  • Hebt jedoch das kurveninnere Vorderrad VAi ab, so wird auf der gleichen Seite das kurveninnere Hinterrad HAi mit der Kraft beaufschlagt. Dabei wirkt diese Kraft durch ein Kraftvektorpaar mit dem Schwerpunkt dergestalt, dass das Fahrzeug 1 wieder mit dem abgehobenen Rad VAi auf die Fahrbahn 16 zurückgeführt wird.
  • Es ist auch möglich, dass die auf die jeweiligen dem abgehobenen Rad zugeordneten Räder mit der Längskraft 7 beaufschlagt werden, indem sie zum Beispiel kurzzeitig gebremst werden. Das hat zur Folge, dass die Seitenführungskraft 8 dieses Rades verringert wird (siehe 2). Dabei kann die Seitenführungskraft 8 so gering werden (siehe Kamm'scher Kreis), dass das jeweilige Rad zur Kurvenaußenseite 4 rutscht, wobei die Räder der Kurveninnenseite 3 des Fahrzeugs 1 mit Hilfe der Gewichtskraft des Fahrzeugs 1, die im Schwerpunkt 5, 5', 5'' angreift, wieder auf die Fahrbahn 16 zurückgeführt werden.
  • Auch eine Kombination dieser Krafteinwirkungen, ein aufeinanderfolgende oder sich überlappende Einwirkung ist möglich.
  • 3 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Das Fahrzeug 1 weist die Erkennungseinrichtung 11, zum Beispiel in einem ESP-System, auf, welche mit einer Steuereinrichtung 10 verbunden ist. Die Steuereinrichtung 10 ist direkt mit den Aktuatoren der Räder VAa,i und HAa,i verbunden.
  • Sobald die Erkennungseinrichtung 11 ein abgehobenes Rad bzw. den Beginn eines Abhebens anhand von einstellbaren Kriterien mit Sensoren, zum Beispiel Weggebern an den Federbeinen der Räder VAa,i und HAa,i und Beschleunigungssensoren, feststellt, aktiviert die Steuereinrichtung 10 den/die dem jeweiligen abgehobenen Rad bzw. dem sich abzuheben beginnenden Rad zugeordneten Aktuator/en 12. Diese Festlegung der Zuordnung kann zum Beispiel softwaremäßig in der Steuereinrichtung 10 festlegbar sein. Dabei kann diese Vorsteuermaßnahmen zunächst eine festlegbare Krafteinwirkungsgröße sein, welche durch die Erkennungseinrichtung 11 bzw. das ESP-System nachträglich noch geregelt werden kann.
  • Diese Krafteinwirkungsgröße kann auch von weiteren Faktoren abhängig sein, wobei die Fahrzeuggeometrie (Transporter, PKW mit Dachgepäckträger, Lastwagen) und Anzahl der Achsen und Räder (zum Beispiel Zwillingsreifen) mit einbezogen sein können, um zu entscheiden ob beide kurvenäußeren Räder oder nur eins mit der Kraft beaufschlagt wird.
  • 4 zeigt schließlich einen Ausschnitt eines Blockdiagramms eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Erkennungseinrichtung 11 eine Auswerteeinheit 13, einen ersten Vergleicher 14 und einen zweiten Vergleicher 15 aufweist.
  • Die Auswerteeinheit 13 ist mit einer nicht dargestellten Sensorik (Pfeil von links) verbunden und wertet deren Signale aus. Ihr Ausgang ist mit dem ersten Vergleicher 14, dem zweiten Vergleicher 15 und einem Eingang der Steuereinrichtung 10 verbunden. Der erste Vergleicher 14 vergleicht das Ausgangssignal der Auswerteeinheit 13 mit einem ersten einstellbaren Schwellwert, zum Beispiel in einem bestimmten Regelalgorithmus. Gleichzeitig vergleicht der zweite Vergleicher 15 das Ausgangssignal der Auswerteeinheit 13 mit einem zweiten Schwellwert, der auch einstellbar ist und niedriger sein kann als der erste Schwellwert. Dieses kann ohne Algorithmus erfolgen und somit die Aktuatoren 12 über die Steuereinheit 10 schneller aktivieren. Dadurch kann die Kippneigung des Fahr zeugs 1 schon im Anfangsstadium so beeinflusst werden, dass sie vermieden bzw. verringert wird.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
  • Es ist denkbar, dass die Steuereinrichtung 10 als ein Bestandteil der Erkennungseinrichtung 11 ausgebildet ist.
  • Weiterhin kann die Steuereinrichtung 10 so ausgebildet sein, dass die Aktivierung der Aktuatoren 12 anschwellend, pulsierend oder abnehmend erfolgt. Auch ein bestimmter Ablauf hierfür kann fahrzeugspezifisch eingefügt sein.

Claims (3)

  1. Verfahren zum Vermeiden einer Kipptendenz eines Fahrzeugs (1) bei Kurvenfahrt mit folgenden Verfahrensschritten: – Erkennen eines Abhebens oder eines beginnenden Abhebens von zumindest einem Rad (VAi; HAi) des Fahrzeugs (1) auf seiner Kurveninnenseite (3) mittels einer Erkennungseinrichtung (11); und – Vermeiden einer Kipptendenz des Fahrzeugs (1) durch sofortiges gesteuertes Aufbringen einer Kraft auf zumindest ein anderes Rad (VAi; VAa; HAi; HAa); wobei im Falle eines Abhebens eines Rads (HAi) der Hinterachse zumindest ein Vorderrad (VAi; VAa) der Vorderachse (VA) auf der Kurvenaußenseite (4) mit der Kraft beaufschlagt wird, und im Falle eines Abhebens eines Rads der Vorderachse (VAi) zumindest ein Rad der Hinterachse (HAi) auf der Kurveninnenseite (3) mit der Kraft beaufschlagt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf das korrespondierende Rad (VAi; VAa; HAi; HAa) aufgebrachte Kraft eine Druckkraft (F), die im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse des korrespondierenden Rads (VAi; VAa; HAi; HAa) verläuft, oder/und eine Längskraft (7) ist.
  3. Vorrichtung zur Vermeidung einer Kipptendenz eines Fahrzeugs (1) bei Kurvenfahrt, mit: einer Erkennungseinrichtung (11) zur Erkennung eines Abhebens eines Rads (VAi; HAi) des Fahrzeugs (1); und einer Steuereinrichtung (10) zur Aktivierung eines Aktuators (12) zum Aufbringen einer Kraft auf zumindest ein anderes Rad (VAi; VAa; HAi; HAa), dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines Abhebens eines Rads (HAi) der Hinterachse ein Aktuator (12) für zumindest ein Vorderrad (VAi; VAa) der Vorderachse (VA) auf der Kurvenaußenseite (4) aktiviert ist, und im Falle eines Abhebens eines Rads (VAi) der Vorderachse (VA) ein Aktuator (12) für zumindest ein Rad der Hinterachse (HAi) auf der Kurveninnenseite (3) aktiviert ist.
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DE102019201130A1 (de) * 2019-01-29 2020-07-30 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und mobile Transportvorrichtung zum Transportieren mindestens eines Transportgutes

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