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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Stabilisierung eines
Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Aus
der
DE 102 47 991
A1 ist ein Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs
bekannt, bei dem die Gierrate des Fahrzeuges sensorisch gemessen und
der Ermittlung des Fahrzeug-Schwimmwinkels zu Grunde gelegt wird.
Hierfür wird die Differenz zwischen der gemessenen Gierrate
mit einer über ein Global Positioning System (GPS) ermittelten
Gierrate bestimmt, wobei der Schwimmwinkel durch Integration dieser
Differenz ermittelt wird. Der Schwimmwinkel wird anschließend
einem Fahrdynamikregelsystem zur Fahrzeugstabilisierung zugeführt.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Fahrzeug mit einfach
durchzuführenden Maßnahmen zu stabilisieren.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben
zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Dem
erfindungsgemäßen Verfahren liegt insbesondere
die Fahrsituation zu Grunde, dass das Fahrzeug geringfügig übersteuert,
ohne dass ein Schwellenwert beispielsweise für die Gierrate
erreicht wird. Hält das geringfügige Übersteuern über einen
längeren Zeitraum an, so steigt der Schwimmwinkel an, ohne
dass dies zu einem stabilisierenden Eingriff beispielsweise über
ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) führt.
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Um
derartige Fahrsituationen frühzeitig zu erkennen und entsprechende
Gegenmaßnahmen einleiten zu können, wird bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren zur Stabilisierung
des Fahrzeugs die Ist-Gierrate während eines Fahrmanövers
gemessen, bei dem das Fahrzeug mit einem vorgegebenen, definierten
Lenkwinkelverlauf gefahren wird. Überschreitet der Zuwachs
der Differenz von Ist-Gierrate und Soll-Gierrate, welche dem Fahrmanöver
zugeordnet ist, einen Schwellenwert, so erfolgt der stabilisierende
Eingriff.
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Mit
dieser Vorgehensweise kann auch ein langsames Davondriften der Ist-Gierrate
und ein damit einhergehendes Entfernen von der Soll-Gierrate zu
einem stabilisierenden Eingriff führen, auch wenn die Schwellenwerte,
welche für einen Eingriff eines Fahrerassistenzsystems
wie beispielsweise ESP in Standard-Fällen erfüllt
sein müssen, noch nicht erreicht worden sind. Der beim
vorliegenden Verfahren festgelegte Schwellenwert gilt für
die spezielle Fahrsituation, in welcher das Fahrzeug mit einem definierten
Lenkwinkel gesteuert wird. Es findet somit eine Beschränkung
auf ausgewählte Fahrmanöver statt, so dass die
ansonsten gültigen Kriterien für das Eingreifen
eines Fahrerassistenzsystems nicht berührt werden. Auf
diese Weise wird vielmehr in zusätzlichen Fahrsituationen
ein Eingriff des Fahrerassistenzsystems ermöglicht und
einer drohenden Instabilität in diesen speziellen Fahrsituationen
vorgebeugt.
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Die
Fahrmanöver, bei denen das erfindungsgemäße
Verfahren durchgeführt wird, sind zweckmäßigerweise
in einem Regel- bzw. Steuergerät des Fahrzeugs abgespeichert
und können sensorisch detektiert werden. Es handelt sich
um Lenkmanöver, bei denen die Lenkvorgabe durch den Fahrer
einem definierten Lenkmuster entspricht.
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Gemäß einer
einfachen, vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass
das erfindungsgemäße Verfahren bei einem konstanten
Lenkwinkel durchgeführt wird. In dieser Fahrsituation hält
der Fahrer das Lenkrad mit konstantem Lenkwinkel in einer ausgelenkten
Position, wodurch sich ein entsprechender Radlenkwinkel an den lenkbaren
Rädern des Fahrzeuges einstellt und im Falle ausreichend
hoher Reibwerte sich das Fahrzeug in einer stabilen Kurvenfahrt
befindet. Dieses Fahrmanöver kann anhand einer Überwachung
des vom Fahrer vorgegebenen Lenkradwinkels detektiert werden, woraufhin
das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt
werden kann. Auch bei konstanter Kurvenfahrt kann das Problem auftreten,
dass auf Grund von Lastwechselreaktionen oder Radschlupf das Fahrzeug
zu driften beginnt und allmählich in eine Übersteuerungslage gerät.
Durch einen Vergleich der Ist- mit der Soll-Gierrate, die bei konstanter
Kurvenfahrt ebenfalls konstant sein muss, kann das Driften frühzeitig detektiert
und eine gegensteuernde, stabilisierende Maßnahme getroffen
werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf
eine konstante Kurvenfahrt beschränkt. Grundsätzlich
kommen auch sonstige Fahrmanöver mit Lenkwinkeleinschlag
in Betracht. Wesentlich hierbei ist jedoch, dass ein definiertes
Fahrmanöver gefahren wird, das selbsttätig erkannt
werden kann und dem eine Soll-Gierrate zugeordnet ist. Über
den Vergleich zwischen Soll- und Ist-Gierrate können instabile
oder instabil werdende Fahrzustände frühzeitig
detektiert bzw. im Ansatz unterbunden werden.
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Das
Verfahren ist grundsätzlich auch bei Geradeausfahrt, also
bei einem Lenkwinkeleinschlag gleich Null durchführbar.
Auch bei Geradeausfahrt können beispielsweise auf Grund äußerer
Störungen wie Windeinflüsse oder Fahrbahnunebenheiten
Verdrehungen des Fahrzeugs um die Fahrzeughochachse auftreten, was über
die Ist-Gierrate detektiert wird.
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Der
Schwellenwert, um den die Differenz von Ist-Gierrate und Soll-Gierrate
abweichen muss, damit ein stabilisierender Eingriff durchgeführt
wird, wird zweckmäßigerweise in Abhängigkeit
von aktuellen Zustandsgrößen des Fahrzeuges berechnet,
beispielsweise abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit.
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Grundsätzlich
sind bei Kurvenfahrt je nach aktuellem Reibwert verschieden hohe
Kurvengeschwindigkeiten möglich, bei denen sich das Fahrzeug
noch in einem stabilen Fahrzustand befindet. Sinkt dagegen der Reibwert
ab bzw. wird die Geschwindigkeit erhöht, so können
keine ausreichend hohen Seitenführungskräfte an
den Reifen aufgebaut werden und das Fahrzeug gerät in eine
instabile Fahrsituation. Durch eine Anpassung des Schwellenwertes,
der für den Vergleich des Zuwachses der Differenz von Ist-
und Soll-Gierrate herangezogen wird, ist eine variable Anpassung
an die aktuelle Fahrsituation sowie an die aktuellen Umweltbedingungen möglich.
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Insbesondere
für den Fall, dass das erfindungsgemäße
Verfahren bei einem konstanten Lenkwinkeleinschlag durchgeführt
wird, empfiehlt es sich, vor dem Start des Verfahrens zunächst
eine Warte- bzw. Haltezeit abzuwarten, um sicherzustellen, dass mit
dem Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens das
Fahrzeug sich im eingeschwungenen Zustand befindet. Die Dauer der
Wartezeit wird entweder fest vorgegeben oder hängt von
weiteren Parameter bzw. Zustandsgrößen ab, beispielsweise
von der Höhe des Lenkwinkeleinschlages oder der Fahrzeuggeschwindigkeit.
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Gemäß einer
zweckmäßigen Ausführung ist vorgesehen,
dass der stabilisierende Eingriff in Abhängigkeit der Höhe
des Straßenreibwerts, also des Reibwerts zwischen Reifen
und Straßenoberfläche, bzw. einer mit dem Straßenreibwert
korrelierenden Zustandsgröße durchgeführt
wird. Hintergrund ist, dass niedrige Straßenreibwerte identifiziert
werden, die mit kleineren, übertragbaren Seitenführungskräften
einhergehen. Da die Ist-Gierrate grundsätzlich unabhängig
von der aktuellen Straßenreibung auch sehr große
Werte erreichen kann, beispielsweise im Falle eines Übersteuerns
des Fahrzeuges, ist die Unterscheidung sinnvoll, ob ein festgestellter
Gierratenanstieg während des betrachteten Fahrmanövers
auf ein Übersteuern des Fahrzeugs oder eine Erhöhung des
Straßenreibwerts zurückgeht. Bei einer Reduzierung
des Straßenreibwerts, beispielsweise auf Grund einer nassen
oder vereisten Fahrbahn, kann innerhalb kürzester Zeit
eine instabile Fahrsituation eintreten, die einen stabilisierenden
Eingriff über ein Fahrerassistenzsystem erforderlich macht.
Dieser Eingriff erfolgt insbesondere noch vor dem stabilisierenden
Eingriff im Falle der einen Schwellenwert überschreitenden
Abweichung zwischen Ist- und Soll-Gierrate.
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Als
Maß für den Straßenreibwert wird gemäß bevorzugter
Ausführung die aktuell auf das Fahrzeug wirkende Querbeschleunigung
bestimmt, beispielsweise sensorisch gemessen.
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Um
den Zuwachs in der Differenz von Ist- und Soll-Gierrate zu bestimmen,
wird zweckmäßigerweise von der Abweichung zwischen
Ist- und Soll-Gierrate zum aktuellen Zeitpunkt die Abweichung zwischen
Ist- und Soll-Gierrate zu einem vorangegangenen Zeitpunkt subtrahiert,
insbesondere zum Startzeitpunkt des Verfahrens. Auf diese Weise kommt
nur eine anwachsende Differenz zwischen Ist- und Soll-Gierrate zum
Tragen, wohingegen eine zum Startzeitpunkt bereits bestehende Differenz
außer Betracht bleibt.
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Der
Schwellenwert, welcher dem Anstieg der Ist-Gierrate zugeordnet ist
und der vom Straßenreibwert bzw. der mit dem Straßenreibwert
korrelierenden Zustandsgröße abhängt,
wird bevorzugt in der Weise festgelegt, dass mit sinkendem Straßenreibwert
bzw. mit sinkender Zustandsgröße, welche mit dem
Straßenreibwert korreliert, auch der Schwellenwert abnimmt.
Dies bedeutet für den Fall, dass die Querbeschleunigung
als korrelierende Zustandsgröße für den
Straßenreibwert betrachtet wird, dass eine sinkende Querbeschleunigung,
die bei einem bestimmten Fahrmanöver gemessen wird, auf
einen entsprechend sinkenden Straßenreibwert schließen lässt,
woraufhin der Schwellenwert reduziert wird, mit dem die Änderung
der Ist-Gierrate verglichen wird. Bereits kleinere Änderungen
der Ist-Gierrate führen demzufolge bereits zu einem stabilisierenden
Eingriff.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren läuft in einem
Regel- bzw. Steuergerät in einem Fahrzeug ab, welches zweckmäßigerweise
Bestandteil eines Fahrerassistenzsystem ist, mit dem in den Fahrzustand des
Fahrzeuges eingegriffen werden kann. Bei dem Fahrerassistenzsystem
handelt es sich vorzugsweise um ein elektronisches Stabilitätsprogramm
(ESP). Es sind aber auch Anwendungen beispielsweise in aktiven Fahrwerkssystemen,
in Brems- oder Lenksystemen möglich.
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und
der Zeichnung zu entnehmen, in der ein Ablaufdiagramm mit den einzelnen
Verfahrensschritten zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens dargestellt ist.
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Wie
in dem Ablaufdiagramm dargestellt, wird zunächst in einem
ersten Verfahrensschritt V1 der aktuell vom Fahrer vorgegebene Lenkwinkel δ bestimmt,
beispielsweise mithilfe eines Lenkwinkelsensors. Darüber
hinaus kann im ersten Verfahrensschritt V1 auch die Soll-Gierrate ψ .d ermittelt werden, die als Funktion
des aktuell eingestellten Lenkwinkels δ zu bestimmen ist.
Des Weiteren kann ein Schwellenwert Δψ .Lim berechnet
werden, der für einen Vergleich zwischen der Soll-Gierrate ψ .d und einer gemessenen Ist-Gierrate ψ .m im Verfahrensschritt V7 zu Grunde gelegt
wird; der Schwellenwert Δψ .Lim kann seinerseits
von weiteren Zustandsgrößen abhängen, insbesondere
von der Fahrzeuggeschwindigkeit vx. Der
Schwellenwert Δψ .Lim kann
auch als Funktion der Querbeschleunigung ay bestimmt
werden, wobei grundsätzlich der Zusammenhang gilt, dass
kleinere Querbeschleunigungen ay auch einen
kleineren Schwellenwert Δψ .Lim zur
Folge haben. Hintergrund ist, dass die Querbeschleunigung ay mit dem Straßenreibwert μ korreliert
und bei kleineren Straßenreibwerten μ auch nur
geringere Seitenführungskräfte übertragbar
sind.
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Im
nächsten Verfahrensschritt V2 wird abgefragt, ob aktuell
ein Lenkmanöver durchgeführt wird, welches geeignet
ist, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektierung
einer davondriftenden Ist-Gierrate durchgeführt werden
kann. Bei derartigen Lenkmanövern handelt es sich insbesondere
um Fahrsituationen mit konstantem Lenkradwinkel δ, wobei
bevorzugt ein Lenkwinkeleinschlag vorausgesetzt wird, also ein Lenkradwinkel δ ≠ 0.
Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße
Verfahren aber auch bei Geradeausfahrt durchgeführt werden,
also bei δ = 0.
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Sofern
die Abfrage gemäß Verfahrensschritt V2 ergibt,
dass keine für die Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens erforderliche Lenksituation vorliegt – im Ausführungsbeispiel
ein konstanter Lenkwinkel δ –, so wird der nein-Verzweigung
(„N”) folgend wieder zum ersten Verfahrensschritt
V1 zurückgekehrt und es werden in zyklischen Abständen erneut
der Lenkwinkel δ sowie die daraus resultierende Soll-Gierrate ψ .d bestimmt.
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Ergibt
dagegen die Abfrage gemäß Verfahrensschritt V2,
dass der eingeschlagene Lenkwinkel δ konstant ist, so liegt
eine Fahrsituation vor, in der das erfindungsgemäße
Verfahren durchgeführt werden kann. In diesem Fall wird
der ja-Verzweigung („Y”) folgend zum nächsten
Verfahrensschritt V3 fortgefahren.
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Im
Verfahrensschritt V3 wird abgefragt, ob nach dem Einschlagen des
Lenkwinkels eine Halte- bzw. Wartezeit tmin verstrichen
ist. Damit soll sichergestellt werden, dass Schwingungen des Fahrzeuges,
hervorgerufen durch eine Lenkwinkeländerung, bereits abgeklungen
sind. Sofern die Halte- bzw. Wartezeit tmin noch
nicht verstrichen ist, wird der nein-Verzweigung folgend wieder
zum Beginn des Verfahrensschrittes V3 zurückgekehrt und
in zyklischen Abständen erneut die Abfrage gestartet. Sofern
die Halte- bzw. Wartezeit tmin verstrichen
ist, wird zum nächsten Verfahrensschritt V4 fortgefahren.
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Im
Verfahrensschritt V4 werden weitere Fahrzustandsgrößen
bestimmt, und zwar werden die Querbeschleunigung ay sowie
die Ist-Gierrate ψ .m mithilfe geeigneter
Sensoren gemessen.
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Im
nächsten Verfahrensschritt V5 wird abgefragt, ob die Differenz
von Ist-Gierrate ψ .m und Soll-Gierrate ψ .d zum aktuellen Zeitpunkt t des Verfahrens
abzüglich der Differenz von Ist-Gierrate ψ .m und Soll-Gierrate ψ .d zum Startzeitpunkt t0 den
Schwellenwert Δψ .Lim überschreitet.
Da die Differenz von Ist-Gierrate ψ .m und
Soll-Gierrate ψ .d zum Startzeitpunkt
t0 abgezogen wird, findet nur der Zuwachs
der Differenz von Ist-Gierrate ψ .m und
Soll-Gierrate ψ .d zum aktuellen Zeitpunkt
t gegenüber dem Startzeitpunkt t0 Berücksichtigung.
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Ergibt
die Abfrage nach Verfahrensschritt V5, dass der zugeordnete Schwellenwert Δψ .Lim überschritten wird, so liegt
eine verhältnismäßig hohe Änderung
der Gierrate ψ .m vor, was auf einen
instabilen Fahrzustand schließen lässt. In diesem
Fall wird der ja-Verzweigung folgend zum Verfahrensschritt V6 fortgefahren,
gemäß dem ein Fahrerassistenzsystem zur Stabilisierung
des Fahrzeugs aktiviert wird, beispielsweise ein ESP-System.
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Ergibt
dagegen die Abfrage nach Verfahrensschritt V5, dass der Schwellenwert Δψ .Lim nicht überschritten wird,
wird der nein-Verzweigung folgend wieder zum ersten Verfahrensschritt
V1 zurückgekehrt und es beginnt der gesamte Zyklus von
Neuem. In diesem Fall liegen Ist- und Soll-Gierrate noch verhältnismäßig
nahe beieinander bzw. sind deckungsgleich, so dass kein Eingriff über
ein Fahrerassistenzsystem erforderlich ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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