DE102009005123B4

DE102009005123B4 - Fahrzeugstabilitäts-Steuersystem und Verfahren

Info

Publication number: DE102009005123B4
Application number: DE102009005123.6A
Authority: DE
Inventors: Jianbo Lu; Len JOHNSON; Joseph Carr Meyers
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2008-01-23
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2023-09-28
Anticipated expiration: 2029-01-20
Also published as: US9352731B2; US20120209490A1; US20140012477A1; US8532906B2; US20090187324A1; US10328915B2; US20160339884A1; DE102009005123A1

Abstract

Verfahren zum Gewährleisten einer von einem Fahrer beabsichtigten Geschwindigkeit eines Fahrzeugs während einer Bergfahrt, wobei das Verfahren aufweist:Empfangen von Signalen, die zu einer Querbeschleunigung, einer Längsbeschleunigung, einer Gierrate, einer Wankrate und einer Nickrate korrespondieren,Berechnen eines Fahrzeugnickwinkels aus der Querbeschleunigung, der Längsbeschleunigung, der Gierrate, der Wankrate und der Nickrate,Berechnen eines Längsgeschwindigkeitsgradienten aus dem aus der Querbeschleunigung, der Längsbeschleunigung, der Gierrate, der Wankrate und der Nickrate berechneten Fahrzeugnickwinkel,Bestimmen, ob der Längsgeschwindigkeitsgradient im Wesentlichen nahe an Null ist, undÄndern einer Gaseingabe des Fahrzeugs zum Ändern der Fahrzeuggeschwindigkeit, wenn der Längsgeschwindigkeitsgradient nicht im Wesentlichen nahe an Null ist.

Description

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Kraftfahrzeugstabilitäts-Steuersystem, das Funktionen bereitstellt, wie beispielsweise eine Berganfahrsteuerung bzw. Berghaltesteuerung (Hill Hold Control), eine Bergabfahrtssteuerung (Hill Descent Control) und andere Stabilitätsmerkmale, wie beispielsweise das Beibehalten einer von einem Fahrer gewünschten Geschwindigkeit auf Steigungen und Gefällen und das Reduzieren einer kinematischen Energie des Fahrzeugs, wenn das Fahrzeug außer Kontrolle gerät.
Derzeit weisen viele Fahrzeugstabilitäts-Steuerungen eine elektronische Stabilitätssteuerungs (ESC - Electronic Stability Control) -Funktion und eine Wanksteuerungs (RSC - Roll Stability Control) -Funktion auf. Die erstgenannte ist vorgesehen zum Steuern einer Gierbewegung und einer bestimmten Driftbewegung des Fahrzeugs, so dass das Fahrzeug auf der Straße gehalten wird, wohingegen die letztere vorgesehen ist zum Steuern einer Wankbewegung des Fahrzeugs, so dass eine Fahrzeugdivergenz bzw. ein Fahrzeugüberschlagen vermieden wird.
ESC-Systeme wurden in letzter Zeit so verbessert, dass sie eine Berganfahrsteuerungs- bzw. Berghaltesteuerungs-Funktion aufweisen, die verhindert, dass ein Fahrzeug bei Berganfahrten unbeabsichtigt zurückrollt. Um dies zu realisieren, kann Bremsdruck automatisch aufrechterhalten werden oder kann eine Hilfskupplung bzw. Zusatzkupplung in Eingriff gebracht werden, so dass verhindert wird, dass das Fahrzeug rückwärts rollt, bis der Fahrer das Gaspedal niederdrückt oder einen bestimmten Druck auf das Gaspedal aufbringt. Existierende Berganfahrsteuerungs-Systeme sind beispielsweise in dem ESPlus®-Produkt von Bosch und in dem US-Patent US 6 616 572 B2 offenbart.
Das US-Patent US 6 616 572 B2 offenbart, dass Eingaben für das System zur Berganfahrsteuerung ein Gradienten-Bewertungsmittel, ein Schaltgetriebezug-Erfassungsmittel und ein Fußbremsenbetätigungs-Erfassungsmittel aufweisen. Das Gradienten-Bewertungsmittel ist so offenbart, dass es Signale von einem Gangschaltungs-Positionssensor, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, einem Beschleunigungssensor und einem Eingangs- und einem AusgangsWellen-Drehzahlsensor erfasst oder eine Bewertung auf Basis eines Signals von einem Neigungswinkelsensor durchführt.
Das ESPlus®-Produkt von Bosch kann Berghaltebedingungen bestimmen, wenn ein Fahrzeug gestoppt ist, kann jedoch weniger zuverlässig oder weniger geeignet sein, wenn sich das Fahrzeug bewegt oder fährt, insbesondere auf einer kurvigen und hügligen Straße, da ein Berggradient indirekt mittels beispielsweise der Längsbeschleunigung und einer Referenzgeschwindigkeit des Fahrzeugs geschätzt wird. Solch ein Schätzwert kann ungenau sein, wenn ein Fahrzeug dynamisch auf einer kurvigen und hügligen Straße gefahren wird, wo sowohl eine Quergeschwindigkeit als auch eine Gierrate des Fahrzeugs hoch sind.
Übliche ESC-Sensorgruppen bzw. ESC-Sensoranordnungen weisen einen Querbeschleunigungsmesser und einen Gierratensensor auf. Ein Längsbeschleunigungsmesser kann bei Vierradantrieb-Fahrzeugen zusätzlich vorgesehen sein. Übliche RSC-Sensorgruppen bzw. RSC-Sensoranordnungen weisen zusätzlich zu den in ESC-Sensoranordnungen vorgesehenen Sensoren einen Wankratensensor auf. Daher sind in RSC-Sensoranordnungen zwei Winkelratensensoren bzw. Winkelgeschwindigkeitssensoren und zwei Beschleunigungsmesser vorgesehen.
Aus der DE 10 2006 042 961 A1 ist ferner ein dynamisch bestimmte Fahrzeugzustände verwendendes, integriertes Fahrzeugsteuersystem bekannt. Außerdem ist ein Verfahren zur Erhöhung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs aus der DE 10 2004 035 004 A1 offenbart. Der DE 197 02 312 A1 ist eine Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Längsgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs zu entnehmen. Eine bekannte Beschleunigungs/Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit ist aus der DE 10 2005 046 986 A1 bekannt. Ferner offenbart die DE 199 38 935 A1 ein Bremssystemsteuerverfahren. Außerdem sind eine Antirutsch-Steuervorrichtung aus der DE 30 05 572 A1 und ein Kraftfahrzeug mit Allradantrieb und Antischlupfeinrichtung aus der DE 37 21 629 A1 bekannt.
Die Erfindung kann sich mit einem oder mehreren der oben genannten Aspekte befassen, wobei der Erfindung die Aufgabe zugrunde liegt, gegenüber dem Stand der Technik verbesserte, den Betrieb des Fahrzeugs unterstützende Verfahren bereitzustellen. Dies wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und mit einem Verfahren gemäß Anspruch 3 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen definiert.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsformen beschrieben.

1 illustriert 5-Sensor-Eingaben und andere Eingaben für eine Stabilitäts-Steuervorrichtung gemäß exemplarischen Ausführungsformen der Erfindung.
2 zeigt ein Logikablaufdiagramm zum Verhindern eines Rückwärtsrutschens oder Rückwärtsrollens eines Fahrzeugs gemäß exemplarischen Ausführungsformen der Erfindung.
3 zeigt ein Logikablaufdiagramm zum Gewährleisten einer von einem Fahrer beabsichtigten Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß exemplarischen Ausführungsformen der Erfindung.

Das Hinzufügen eines Nickratensensors zu einer RSC-Sensoranordnung kann eine zuverlässige und direkte Berechnung eines Fahrzeugnickwinkels ermöglichen. Der Fahrzeugnickwinkel kann umgewandelt werden zum Bestimmen eines von einem fahrenden Fahrzeug erfahrenen Straßengradienten, was zu einer vertrauenswürdigen und verlässlichen Differenzierung zwischen ansteigenden/abfallenden Fahroberflächen und ebenen Fahroberflächen führt.
Die Erfindung sieht unter Verwendung einer 5-Sensor-Anordnung, die mit einer Fahrzeugbremssteuervorrichtung zusammen wirken kann, das Verbessern einer Fahrzeugstabilitätssteuerung vor zum Erzielen einer Berganfahrsteuerungs- bzw. Berghaltesteuerungs-Funktion und einer Berg-Geschwindigkeits-Gewährleistungs-Funktion sowie einer Steuerungsverlust-Unfallminderung auf einer Oberfläche mit geringem µ (geringem Reibungskoeffizienten). Eine Straßengradienteninformation wird bestimmt und verwendet zum Befehlen von Bremssteuerungen bzw. Bremssteuereingriffen. Eine 5-Sensor-Anordnung zur Verwendung gemäß der Erfindung kann beispielsweise einen Längsbeschleunigungsmesser, einen Querbeschleunigungsmesser, einen Wankratensensor, einen Gierratensensor und einen Nickratensensor aufweisen. Als eine Alternative zu einer 5-Sensor-Anordnung kann gemäß der Erfindung ein 6-Sensor-Trägheitsmesseinheit (IMU - Inertial Measurement Unit) -Sensor vorgesehen sein. Die Sensoreingaben sind in 1 dargestellt. Eine IMU ist ein Einzeleinheit-Elektronikmodul, das Winkelgeschwindigkeitsdaten und Linearbeschleunigungsdaten sammelt. Ein IMU-Gehäuse enthält typischerweise zwei separate Sensoren. Ein erster Sensor ist eine Beschleunigungsmesser-Dreiergruppe, die drei analoge Signale erzeugt, die die von einem Fahrzeug erzeugten und daran wirkenden Beschleunigungen entlang jeder seiner Achsen beschreiben (das heißt eine Querbeschleunigung, eine Längsbeschleunigung und eine Vertikalbeschleunigung). Der zweite Sensor ist eine Winkelratensensor-Dreiergruppe, die drei analoge Signale ausgibt, die die Fahrzeugwinkelrate bzw. Fahrzeugwinkelgeschwindigkeit um jede der Sensorachsen beschreiben (das heißt eine Wankrate, eine Nickrate und eine Gierrate).
Im Folgenden kann der Begriff „5-Sensor-Anordnung“ beispielsweise eine RSC-Sensorgruppe bzw. RSC-Sensoranordnung mit einem zusätzlichen Nickratensensor, eine IMU-Sensorgruppe bzw. IMU-Sensoranordnung oder eine IMU-Sensoranordnung mit entferntem Vertikalbeschleunigungsmesser umfassen. Der Fahrzeugnickwinkel wird auf Basis einer Eingabe von einer 5-Sensor-Anordnung bestimmt. Daten von diesen Sensoren können von einem Prozessor, wie beispielsweise einem IMU-Mikroprozessor, gesammelt werden, bevor sie zum Bestimmen, ob ein Rückwärtsrutschen oder Rückwärtsrollen auftritt und ob die Fahrzeuggeschwindigkeit beim Fahren auf Steigungen oder Gefällen mit einer vom Fahrer beabsichtigten Geschwindigkeit übereinstimmt, wenn mit anderen die vom Fahrer beabsichtigte Geschwindigkeit kennzeichnenden Daten, wie beispielsweise einer Gaseingabe, verglichen, an eine Steuervorrichtung an dem Fahrzeug, wie beispielsweise eine Stabilitäts-Steuervorrichtung, gesendet werden. Eine Gaseingabe wird typischerweise mittels einer Drosselklappenposition gemessen bzw. bestimmt. Ein Motordrehmomentbefehl kann auf Basis einer von dem Fahrer initiierten bzw. bewirkten Drosselklappenposition berechnet werden.
Eine durch Verwendung einer 5-Sensor-Anordnung erzielte Fahrzeugzustandsinformation, welche eine Straßengradientenbestimmung enthält, ermöglicht es, dass ein erfindungsgemäßes System eine verbesserte Fahrzeugstabilität, einschließlich einer Berganfahrsteuerung bzw. Berghaltesteuerung, bereitstellt, sogar wenn sich das Fahrzeug bewegt, zum Beispiel einen sich schlängelnden Berg hinauffährt oder hinabfährt, und verhindert, dass das Fahrzeug auf nassen und anderen Oberflächen mit geringer Reibung rutscht. Zum Erfassen eines Steuerungsverlustes über ein Fahrzeug infolge des Rutschens auf einer Oberfläche mit geringer Reibung, wie beispielsweise einer nassen Oberfläche, wird der Längsgeschwindigkeitsgradient des Fahrzeugs - aus einer nickwertkompensierten Längsbeschleunigung - mit einer aus Raddrehzahlsensoreingaben, wie beispielsweise den in ABS-Algorithmen verwendeten, berechneten Referenzgeschwindigkeit verglichen. Während die erstere ein vorzeichenbehafteter Wert ist, ist die letztere ein vorzeichenloser Wert. Daher kann die erstere eine Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs von einer Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs differenzieren bzw. unterscheiden, wohingegen die letztere entgegengesetzte Fahrzeugfahrtrichtungen nicht differenzieren kann. Das Erkennen eines Steuerungsverlustes über ein Fahrzeug auf einer Oberfläche mit geringer Reibung kann ferner einen Driftwinkelwert erfordern. Ein Steuerungsverlust über ein Fahrzeug auf einer Oberfläche mit geringer Reibung kann durch eine kleine Vorwärtsgeschwindigkeit oder eine kleine/große Rückwärtsgeschwindigkeit zusammen mit einem signifikant großen Driftwinkel gekennzeichnet sein. Wenn ein Fahrzeug in einen Steuerungsverlust hineinrutscht, ist es normalerweise wünschenswert, das Fahrzeug so schnell wie möglich zu stoppen unter Verwendung von beispielsweise einer 4-Rad-ABS-Bremsung oder eines Bremsens des Fahrzeugs mittels eines Individuell- bzw. Einzel-Bremsens, so dass durch das Bremsen verursachte Reifenkräfte in eine zu einem Rutschgeschwindigkeitsvektor (welcher aus den Werten der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und Geschwindigkeit bestimmt wird) entgegensetzte Richtung gerichtet sind. Auf diese Weise kann eine auf dem Steuerungsverlust basierende kinematische Energie des Fahrzeugs reduziert werden, so dass ein sekundärer Zusammenstoß gelindert wird.
Durch Verwendung der Eingabe bzw. Eingaben von einer 5-Sensor-Anordnung kann ein dynamischer Nickwinkel eines Fahrzeugs berechnet werden und zum Schätzen eines Gradienten der Straße verwendet werden, auf welcher das Fahrzeug fährt, sogar wenn das Fahrzeug auf einer hügligen Straße eine Kurvenfahrt durchführt. Der aus Messwerten von einer 5-Sensor-Anordnung bestimmte dynamische Nickwinkel θ_y eines Fahrzeugs ist eine Angabe für eine Winkelposition einer Fahrzeugkarosserie relativ zur Horizontalebene oder dem Meeresspiegel. Indem der Nickwinkel θ_yr des Fahrzeugs wegen seiner Aufhängungsbewegung (auch als Chassisnickwinkel oder relativer Nickwinkel bezeichnet (siehe US-Patent US 6 556 908 B1 )) entfernt wird, kann der momentane Straßengradient (Road Grade) θ_y-Straße bestimmt werden als θ_y-Straße = θ_y-θ_yr.
Unter Verwendung eines Längsbeschleunigungsmesswertes wird der Nickwinkel des Fahrzeugs wie folgt bestimmt: $θ_{v} = \frac{a_{x} - {\dot{v}}_{x r e f} + ω_{z} v_{y}}{g},$
wobei a_x die Ausgabe des Längsbeschleunigungsmessers in der 5-Sensor-Anordnung ist, v̇_xref die zeitliche Ableitung der Längsgeschwindigkeit v_x des Fahrzeugs ist, ω_z die Ausgabe des Gierratensensors in der 5-Sensor-Anordnung ist, v_y die auf der Querachse der Sensoranordnung definierte Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs ist und g die Schwerkraft ist. Die Längsgeschwindigkeit v_x kann eine Variable sein, die auf Basis der Raddrehzahlsensor-Signale und der anderen bei Bremssteuerungen verwendeten berechneten Signale geschätzt wird. Die Längsgeschwindigkeit v_x wird stark von den Reifenrollradien beeinflusst (siehe beispielsweise die US-Patente US 6 915 193 B2 und US 6 847 875 B2 ). Die Quergeschwindigkeit v_y ist ebenfalls eine geschätzte Variable (siehe beispielsweise US-Patent US 6 725 140 B2 )).
Bei derzeitigen ESC-Sensorsystemen wird, da nicht genügend Information zum Bestimmen der Quergeschwindigkeit v_y vorhanden ist, die obige Nickwinkelberechnung vereinfacht zu: $θ_{y} = \frac{a_{x}}{g},$
welche eine gute Angabe für den Fahrzeugnickwinkel ist, wenn das Fahrzeug gestoppt ist (das heißt v̇_xref = 0 und ω_z = 0). In Fällen, in denen ein Fahrzeug auf einer hügligen Straße fährt, beispielsweise mit 0,5 rad/s Gierrate und bei 45 Meilen pro Stunde (mph) sowie einem Driftwinkel von 5 Grad, bringt die Verwendung der obigen Berechnung wenigstens 5 Grad Fehler in die Nickwinkelschätzung mit ein. In Anbetracht der potenziellen Fehler in der Längsgeschwindigkeit v_x wird der Fehler in der Nickwinkelberechnung in der obigen Gleichung (2) noch größer werden.
Der Straßengradient kann bestimmt werden unter Verwendung des globalen oder dynamischen Nickwinkels des Fahrzeugs (oder genauer gesagt des Nickwinkels des Sensorrahmens des Fahrzeugs) und dann berücksichtigen (zum Beispiel subtrahieren) des relativen Nickwinkels des Fahrzeugs zum Bestimmen des Straßengradienten. Der relative Nickwinkel ist ein aufhängungsverursachter Nickwinkel und der Straßengradient ist eine Durchschnitts-Straßenoberflächen-Winkelposition relativ zum Meeresspiegel. Bei Dynamikereignissen, die dem Fahrzeug eine Längskraft beaufschlagen (zum Beispiel Bremsen, Beschleunigen, Lenken usw.), kann bewirkt werden, dass zwischen der Horizontalebene des Fahrzeugs und dem Gradienten der Straße, auf welcher das Fahrzeug fährt, ein Relativwinkel vorhanden ist. Wenn sich ein Fahrzeug in einem Stabilzustand befindet, können die Horizontalebene des Fahrzeugs und der Gradient der Straße, auf welcher das Fahrzeug fährt, als gleich angenommen werden. Eine Bestimmung des Nickwinkels eines Fahrzeugs (der Fahrzeugkarosserie-Winkelposition in Bezug auf den bzw. relativ zum Meeresspiegel) ist in den US-Patenten US 7 222 007 B2 und US 7 239 949 B2 als Bestimmung eines globalen Nickwinkels beschrieben, wobei die gesamten Offenbarungen dieser Patente hierin durch Bezugnahme aufgenommen werden. Eine Bestimmung des relativen Nickwinkels oder aufhängungsverursachten Nickwinkels ist in dem US-Patent US 6 556 908 B1 beschrieben, wobei die gesamte Offenbarung dieses Patents durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
Bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung wird der Fahrzeugnickwinkel von der Stabilitäts-Steuervorrichtung, beispielsweise in deren Zustandsschätzeinrichtung, empfangen oder berechnet, wobei die Stabilitäts-Steuervorrichtung den Straßengradienten bestimmt und ferner andere Eingaben empfängt, wie beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit oder Raddrehzahlen an mehreren Radpositionen, die Querbeschleunigung, die Längsbeschleunigung, die Gierrate und den Driftwinkel. Diese Eingaben und ihre möglichen Quellen sind in der exemplarischen Ausführungsform von 1 dargestellt. Gemäß bestimmten Ausführungsformen der Erfindung kann die Stabilitäts-Steuervorrichtung für die Erfindung relevante Fahrzeugbetriebszustände, beispielsweise durch Anwenden diverser Algorithmen, schätzen und vorhersagen, wie in den US-Patenten US 7 222 007 B2 und US 7 239 949 B2 beschrieben. Es ist wie nachstehend erläutert zu verstehen, dass eine geeignete bzw. bestimmte Steuervorrichtung die Sensoreingaben empfangen kann und den Fahrzeugzustand gemäß der Erfindung schätzen und vorhersagen kann oder eine dezentralisierte bzw. verteilte Berechnung von diversen Teilmengen bzw. Teilsätzen der Schätzung und Vorhersage des Fahrzeugzustandes vorgesehen sein kann.
Gemäß diversen Ausführungsformen der Erfindung kann die Bestimmung des Straßengradienten durch eine Fahrzeugstabilitäts-Steuervorrichtung, wie beispielsweise eine Zustandsschätzeinrichtung, die in eine RSC-Steuervorrichtung eingebettet bzw. integriert ist, durchgeführt werden. Eine Steuerung des Fahrzeugbremsens für identifizierte bzw. bestimmte Szenarien, wie beispielsweise Rückwärtsrutschen, Rückwärtsrollen und in Steuerungsverlust Rutschen, kann realisiert werden in Reaktion auf eine bzw. auf Basis einer Straßengradientenbestimmung und andere(r) Sensoreingaben und unter Verwendung der gleichen Steuervorrichtung oder einer separaten Steuervorrichtung, wie beispielsweise einer RSC-Bremssteuervorrichtung. Die Erfindung sieht ferner eine geeignete bzw. bestimmte Steuervorrichtung vor zum Bestimmen eines Straßengradienten und/oder zum Bestimmen eines Betrages an durchzuführendem Fahrzeugbremsen zum Aufrechterhalten von Stabilität gemäß der Erfindung oder eine verteilte bzw. dezentralisierte Berechnung von diversen Teilmengen bzw. Teilsätzen für die Bestimmung des Straßengradienten und/oder eines Betrages an durchzuführendem Fahrzeugbremsen zum Aufrechterhalten von Stabilität gemäß der Erfindung. Das Berechnen des Straßengradienten und eines Betrages von durchzuführendem Fahrzeugbremsen zum Aufrechterhalten von Stabilität in der gleichen Steuervorrichtung / dem gleichen Modul, das das Bremsen aktiviert, kann die Leistungsfähigkeit des gesamten hierin beschriebenen Fahrzeugstabilitäts-Steuersystems verbessern. Gemäß bestimmten Ausführungsformen der Erfindung überwacht das System kontinuierlich Sensoreingaben zum Verhindern von Rückwärtsrollen bei Bergstillständen und Bestimmen und Beibehalten bzw. Gewährleisten einer von einem Fahrer gewünschten Geschwindigkeit während zum Beispiel Gebirgsfahrten und zum Bremsen eines Fahrzeugs, so dass während eines Steuerungsverlustszenarios einem Fahrzeugrutschen entgegengewirkt wird.
Auf trockenen Straßen kann ein Fahrzeug ein Rückwärtsrollen erfahren, wenn ein Fahrer das Fahren beginnt und das Getriebe nicht korrekt und rechtzeitig in Eingriff gelangt. Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung sehen zum Erfassen eines Rückwärtsrollens das Verwenden des Straßengradienten, von Raddrehzahlen bzw. Radgeschwindigkeiten, eines Längsgeschwindigkeitsgradienten (einer nickwertkompensierten Längsbeschleunigung), eines Getriebezustands, einer letzten Fahrzeugzustandsinformation, eines Fußbremsen- und eines Feststellbremsen-Zustands und eines Kupplungszustandes für ein Manuellgetriebe bei Verfügbarkeit vor. Wenn Zweirichtungs-Raddrehzahlsensoren vorgesehen sind, kann eine Rückwärtsrollerfassung erzielt werden durch einfaches Überprüfen, ob die Raddrehzahlsensoren solch ein Rückwärtsrollen anzeigen.
Auf einer Straße mit geringer Reibung (zum Beispiel einer nassen oder vereisten Straße) kann ein Fahrzeug, sogar wenn ESC aktiviert ist, ein signifikantes Driften erfahren. Während solch eines Driftens kann ein Fahrer die Kontrolle über sein Fahrzeug verlieren und das Fahrzeug kann in ein Rückwärtsrutschen gelangen oder in eine andere Richtung rutschen. Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung sehen die Verwendung des Straßengradienten, der Radgeschwindigkeit bzw. Raddrehzahl, des Driftwinkels und des Längsgeschwindigkeitsgradienten des Fahrzeugs vor zum Erfassen eines Rückwärtsrutschens.
Wenn das System ein Rückwärtsrutschen oder ein Rückwärtsrollen infolge des Fahrens auf einer geneigten Straße oder ein in Steuerungsverlust Rutschen auf einer hügligen oder einer relativ ebenen Oberfläche erfasst, kann das Bremssystem des Fahrzeugs verwendet werden zum Verhindern eines Rückwärtsrutschens oder Rückwärtsrollens durch Ausführen einer 4-Rad-Bremsung, beispielsweise einer ABS-Bremsung, so dass das Fahrzeug so schnell wie möglich gestoppt wird. Ein rechtzeitiges Stoppen eines rückwärtsrutschenden Fahrzeugs kann das Auftreten von Unfällen verhindern und dabei helfen, jeglichen Einfluss von möglichen Panikaktionen des Fahrers zu reduzieren. Das Bremsen kann aktiviert werden, sobald ein Rückwärtsrutschen oder ein Rückwärtsrollen erfasst wird, wenn sich das Fahrzeug auf einem Berg nicht im Rückwärtsgang befindet. Es kann als ausreichend Bremsdruck zugeführt erachtet werden, wenn die Räder eines Fahrzeugs gestoppt wurden, wobei der Bremsdruck vermindert werden kann, wenn der Fahrer die Fahrzeugbremse oder das Fahrzeuggaspedal in einem geeigneten Ausmaß drückbetätigt.
Zusätzlich zu einer Berghaltesteuerung bzw. Berganfahrsteuerung (Hill Hold Control) sieht die Erfindung das Verwenden eines Längsgeschwindigkeitsgradienten (Longitudinal Velocity Gradient) des Fahrzeugs zum Durchführen einer Fahrzeuggeschwindigkeitssteuerung während einer Bergfahrt vor. Indem beispielsweise der Längsgeschwindigkeitsgradient des Fahrzeugs einer Steuervorrichtung, wie beispielsweise einer Bremssteuervorrichtung oder einer Motorsteuervorrichtung, bereitgestellt wird, kann während einer Bergauffahrt und während einer Bergabfahrt eine konstante oder beabsichtigte Geschwindigkeit des Fahrzeugs - pro-aktiv anstatt reaktiv - erzielt werden. Während des Bergfahrens wird eine erfasste Längsbeschleunigung immer einen Schwerkrafteinfluss enthalten und eine die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs regulierende Regelung wird daher fehlerhaft sein. Während eines Steigungs- oder eines Gefälle-Fahrens wird eine konstante oder beabsichtigte Geschwindigkeit gewährleistet, indem unter Verwendung des Längsgeschwindigkeitsgradienten der Effekt der Schwerkraft (das heißt die fehlerhaften Messwerte, die diese an den Längsbeschleunigungssensoren bewirkt) herausfaktorisiert. Da hierbei die Zielgeschwindigkeit des Fahrzeugs nicht benötigt wird, stellt die Längsgeschwindigkeitsgradient-Regelung eine Flexibilität bereit zum Gewährleisten bzw. Beibehalten einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs, wie sie direkt vor dem Eintreten des Fahrzeugs in einen Steuerzustand vorhanden ist.
Bei Verwendung einer Nickwinkelberechnung kann der Längsgeschwindigkeitsgradient oder eine nickwertkompensierte Längsbeschleunigung während einer Bergfahrt mit der folgenden Gleichung erhalten werden: ${\dot{v}}_{x} = a_{y} - g sin θ_{y} .$
Somit kann der genaue bzw. exakte Längsgeschwindigkeitsgradient eines Fahrzeugs aus der Längsbeschleunigung, der Gierrate, dem Driftwinkel und dem globalen Nickwinkel des Fahrzeugs bestimmt werden. Der Längsgeschwindigkeitsgradient entfernt den Effekt der Schwerkraft aus einem Längsbeschleunigungsmesswert. Daher kann die Bestimmung des Längsgeschwindigkeitsgradienten verwendet werden zum Erzielen einer wahren Charakterisierung einer Geschwindigkeitsänderungsrate eines Fahrzeugs.
Bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung können zum Gewährleisten bzw. Aufrechthalten einer konstanten oder beabsichtigten Geschwindigkeit auf Steigungen und Gefällen ein Bremsen und ein Gasgeben verwendet werden, so dass verhindert wird, dass das Fahrzeug bergab eine ungewünschte Geschwindigkeit gewinnt oder bergauf zu viel Geschwindigkeit verliert. Solch eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Gewährleistung kann einem Fahrzeug eine verbesserte Kraftstoffeffizienz bzw. Kraftstoffausnutzung bereitstellen, sogar wenn das Fahrzeug nicht auf einer geneigten, insbesondere ansteigenden, Oberfläche fährt.
Während eines Bergabfahrens würde, wenn der Straßengradient tief genug ist, so dass ein im Leerlauf fahrendes Fahrzeug eine bestimmte Geschwindigkeit beibehält, eine Vergrößerung der Gaseingabe die Kraftstoffausnutzung verringern. Zum Gewährleisten oder Erhöhen der Kraftstoffausnutzung sehen bestimmte Ausführungsformen der Erfindung ein elektronisches Steuern des Gases, insbesondere der Drosselklappe, vor, so dass die Gaseingabe eines Fahrers außer Kraft gesetzt wird. Zusätzlich kann, wenn das Fahrzeug auf einer Straße fährt, die einen in einem mittleren Bereich abfallenden Straßengradienten hat, die Gaseingabe des Fahrers so angepasst werden, dass der Straßengradient reflektiert bzw. berücksichtigt wird und ein notwendiger Minimalbetrag an Kraftstoff zum Bewegen des Fahrzeugs hinzugefügt wird. Wenn das Straßengradienten-Gefälle extrem ist, kann ein Bremsen initiiert bzw. eingeleitet werden, so dass der Längsgeschwindigkeitsgradient reguliert wird.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen der Erfindung kann während eines Bergauffahrens, wenn der Straßengradient sehr groß ist, das Antriebssteuersystem (Traction Control System) des Fahrzeugs ermöglicht bzw. aktiviert werden, so dass schnell auf eine Gasanforderung eines Fahrers zum Vorwärtsbewegen des Fahrzeugs reagiert wird. Wenn der Straßengradient groß ist, kann ein Fahrsteuerungssystem bzw. eine Geschwindigkeitsregelung des Fahrzeugs ein Steuerschema initiieren, das sich an den Straßengradienten anpasst, so dass der Längsgeschwindigkeitsgradient des Fahrzeugs reguliert wird. Wenn der Straßengradient in einem mittleren Bereich ist, kann die normale Fahrsteuerung bzw. Geschwindigkeitsregelung verwendet werden.
Wie in der exemplarischen Ausführungsform von 1 dargestellt, kann, wenn eine Fahrzeugzustandsschätzeinrichtung (welche in der dargestellten Ausführungsform in die Stabilitäts-Steuervorrichtung eingebettet bzw. integriert sein würde) bestimmt, dass das Gas oder die Bremsen des Fahrzeugs aktiviert bzw. betätigt werden sollten, beispielsweise zum Aufrechterhalten bzw. Gewährleisten einer von einem Fahrer beabsichtigten Geschwindigkeit während einer Bergfahrt, eine Bremsanforderung an eine Bremssteuervorrichtung gesendet werden und/oder eine Gasanforderung an eine Gassteuervorrichtung, insbesondere eine Drosselklappensteuervorrichtung, gesendet werden. Während Bremsen zum Vermindern der Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet werden kann, beispielsweise auf eine von einem Fahrer gewünschte Geschwindigkeit oder zum Verhindern eines ungewünschten Rückwärtsrollens oder Rückwärtsrutschens, kann eine Gassteuerung bzw. Drosselklappensteuerung sowohl zum Vergrößern als auch zum Vermindern der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs verwendet werden, beispielsweise zum Gewährleisten bzw. Aufrechterhalten einer von einem Fahrer beabsichtigten Geschwindigkeit während einer Bergfahrt. Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung sehen es vor, dass gewartet wird, dass ein Fahrer den Druck von dem Gas nimmt, was anzeigt, dass der Fahrer nicht länger die Geschwindigkeit beibehalten oder erhöhen möchte, bevor die Steuerung des Gases des Fahrzeugs übernommen wird zum Vermindern der Gaseingabe.
2 zeigt ein Logikablaufdiagramm zum Verhindern eines Rückwärtsrutschens oder Rückwärtsrollens eines Fahrzeugs (wenn der Rückwärtsgang nicht aktiviert ist) gemäß bestimmten Ausführungsformen der Erfindung. Wie gezeigt, überwacht das System die oben beschriebenen Eingaben zum Bestimmen, ob das Fahrzeug ein Rückwärtsrutschen oder ein Rückwärtsrollen erfährt, wenn die Straßengradientenerfassung eine Bergfahrsituation signalisiert. Wenn ein Rückwärtsrutschen oder ein Rückwärtsrollen erfasst wird, wenn das Fahrzeug auf einer geneigten Straße gefahren wird, bestimmt die Stabilitäts-Steuervorrichtung einen geeigneten Bremsbetrag zum Verhindern des Rückwärtsrutschens oder des Rückwärtsrollens. Gemäß bestimmten Ausführungsformen der Erfindung kann ein geeigneter Betrag von Bremsdruck als proportional zu den gemessenen Raddrehzahlen bzw. Radgeschwindigkeiten und/oder dem Längsgeschwindigkeitsgradienten berechnet werden, wie durch Bremssteuerungen berechnet und auf Basis der Größe des Straßengradienten festgelegt bzw. geplant. Der berechnete geeignete Betrag von Bremsdruck kann als Bremsbetrag-Anforderung an die Bremssteuervorrichtung gesendet werden. Die Bremssteuervorrichtung setzt das Fahrzeugbremsen-Steuersystem gemäß der Bremsbetrag-Anforderung von der Stabilitätsvorrichtung in Gang. Das Bremsen kann aufrechterhalten werden, bis das Fahrzeug stabilisiert ist (zum Beispiel ein Rückwärtsrutschen, ein Rückwärtsrollen oder Steuerungsverlust infolge von Rutschen beendet wurde) oder der Fahrer die Steuerung des Fahrzeugs übernimmt. Beispielsweise kann während eines Steigungs-(Bergauf-) Fahrens ein während Rückwärtsrutschens, Rückwärtsrollens oder eines Steuerungsverlustes während Rutschens eine große Gaseingabe anfordernder Fahrer bewirken, dass das System damit aufhört, Bremsdruck aufzubringen.
Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung sehen zusätzlich vor, dass ein Vorwärtsrollen eines Fahrzeugs während Berganfahrten, wenn das Fahrzeug bergabwärts weisend geparkt ist, so dass ein Fahrer zum Verhindern von Vorwärtsrollen im Rückwärtsgang starten muss, verhindert wird. Ein Vorwärtsrollen in solch einer Situation könnte nur ermöglicht werden, wenn durch den Fahrer ein Neutralgang oder ein Vorwärtsgang eingelegt wird. Auf Basis der obigen Lehren der Erfindung würden Fachleute verstehen bzw. erkennen, wie solch eine Vorwärtsrollverhinderung implementiert bzw. realisiert werden würde.
3 zeigt ein Logikablaufdiagramm zum Gewährleisten bzw. Aufrechterhalten einer von einem Fahrer beabsichtigten Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Wie gezeigt, überwacht das System die oben beschriebenen Eingaben zum Bestimmen, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit von der vom Fahrer beabsichtigten Geschwindigkeit abweicht. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit im Wesentlichen gleich der vom Fahrer beabsichtigten Geschwindigkeit ist, betätigt die Stabilitäts-Steuervorrichtung oder die Fahrsteuerungs-Steuervorrichtung nicht das Fahrzeugbremssystem oder das Fahrzeuggassystem. Ob die aktuelle und die beabsichtigte Geschwindigkeit eines Fahrzeugs für die Zwecke der Erfindung „im Wesentlichen gleich“ sind, ist anwendungsspezifisch und wird durch Verwenden eines akzeptablen Fehlerbereichs bestimmt. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit um ein bestimmtes Ausmaß größer als die vom Fahrer beabsichtigte Geschwindigkeit ist, da das Fahrzeug zum Beispiel beim Herunterfahren eines Berges Geschwindigkeit aufnimmt, bestimmt die Stabilitäts-Steuervorrichtung einen Bremsbetrag, der das Fahrzeug verlangsamen wird und der bewirken wird, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit sich der vom Fahrer beabsichtigten Geschwindigkeit angleicht, welche als die Fahrzeuggeschwindigkeit direkt vor der Fahrzeugfahrt auf einer geneigten Straße gemessen werden kann. Die Stabilitäts-Steuervorrichtung sendet die Bremsbetrag-Anforderung an die Bremssteuervorrichtung. Die Bremssteuervorrichtung setzt das Fahrzeugbremssystem gemäß der Bremsbetrag-Anforderung von der Stabilitäts-Steuervorrichtung in Gang.
Wie auf der rechten Seite des Logikablaufdiagramms für die exemplarische Ausführungsform von 3 gezeigt, bestimmt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit um ein bestimmtes Ausmaß geringer als die vom Fahrer beabsichtigte Geschwindigkeit ist, beispielsweise weil das Fahrzeug beim Bergauffahren Geschwindigkeit verliert, die Steuervorrichtung einen Gaserhöhungsbetrag, der die Fahrzeuggeschwindigkeit vergrößern wird, so dass sie sich an die vom Fahrer beabsichtigte Geschwindigkeit angleicht. Der Gaserhöhungsbetrag kann proportional zu der Differenz zwischen der vom Fahrer beabsichtigten Geschwindigkeit und der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs sein. Die Stabilitäts-Steuervorrichtung sendet die Gaserhöhungsbetrag-Anforderung an die Gassteuervorrichtung, welche das Fahrzeuggas, insbesondere die Fahrzeugdrosselklappe, gemäß der Gaserhöhungsbetrag-Anforderung von der Stabilitäts-Steuervorrichtung betätigen kann.
Zum Gewährleisten bzw. Aufrechterhalten einer konstanten Fahrzeuggeschwindigkeit und somit Erhöhen der Kraftstoffausnutzung wird der Längsgeschwindigkeitsgradient, wie beispielsweise der in Gleichung (3) berechnete, welcher ein vorzeichenbehafteter Wert ist, durch Anpassen bzw. Einstellen der Gaseingabe so nah wie möglich an Null gehalten. Der Vorteil des Regulierens bzw. Regelns des Längsgeschwindigkeitsgradienten besteht darin, dass die vom Fahrer beabsichtigte Geschwindigkeit nicht spezifiziert werden muss, da das System die Fahrzeuggeschwindigkeit automatisch so nahe wie möglich an der Fahrzeuggeschwindigkeit direkt vor der Steuerungsaktivierung halten kann. Daher ist kein Schema vom Typ einer Geschwindigkeitsregelung bzw. eines Tempomaten notwendig, obwohl die Erfindung bestimmte Ausführungsformen vorsieht, die ein Schema vom Typ einer Geschwindigkeitsregelung bzw. eines Tempomaten verwenden können zum Initiieren einer erfindungsgemäßen Geschwindigkeits-Gewährleistung.
Während die Erfindung in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen offenbart wurde, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen, sollte erkannt werden, dass die Erfindung ohne vom Prinzip der Erfindung abzuweichen in unterschiedlichen Weisen realisiert werden kann. Daher sollte die Erfindung so verstanden werden, dass sie alle möglichen Ausführungsformen umfasst, welche ohne von dem in den anhängenden Ansprüchen dargelegten Prinzip der Erfindung abzuweichen realisiert werden können.
Für die Zwecke dieser Beschreibung und der anhängenden Ansprüche sind, wenn nicht anderweitig angegeben, alle Zahlen, die Mengen, Prozentsätze oder Verhältnisse angeben, und andere in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendete numerische Werte so zu verstehen, dass sie in allen Fällen durch den Begriff „etwa“ modifiziert sind. Demgemäß sind, wenn nicht gegensätzlich angegeben, die in der schriftlichen Beschreibung und den Ansprüchen dargelegten numerischen Parameter Näherungswerte, die in Abhängigkeit von den gewünschten, von der Erfindung zu erzielen angestrebten Eigenschaften variieren können. Allermindestens und nicht als ein Versuch die Anwendung der Doktrin von Äquivalenten zum Umfang der Ansprüche zu beschränken sollte jeder numerische Parameter zumindest im Lichte der Anzahl von angegeben signifikanten Stellen und durch Anwenden üblicher Rundungstechniken interpretiert werden.
Es ist zu bemerken, dass wie in dieser Beschreibung und den anhängenden Ansprüchen verwendet, die Einzahlformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ Mehrzahl-Bezugnahmen mit einschließen, wenn nicht ausdrücklich und unmissverständlich auf eine Einzahl-Bezugnahme beschränkt. Daher umfasst beispielsweise eine Bezugnahme auf „einen Sensor“ zwei oder mehr unterschiedliche Beschränkungseinrichtungen bzw. Sensoren. Wie hierin verwendet, sind der Begriff „umfassen“ . bzw. „aufweisen“ und seine grammatischen Varianten als nicht beschränkend vorgesehen, so dass das Aufführen von Elementen in einer Liste nicht dem Ausschluss anderer ähnlicher Elemente dient, die die aufgelisteten Elemente substituieren oder diesen hinzugefügt werden können.

Claims

Verfahren zum Gewährleisten einer von einem Fahrer beabsichtigten Geschwindigkeit eines Fahrzeugs während einer Bergfahrt, wobei das Verfahren aufweist: Empfangen von Signalen, die zu einer Querbeschleunigung, einer Längsbeschleunigung, einer Gierrate, einer Wankrate und einer Nickrate korrespondieren, Berechnen eines Fahrzeugnickwinkels aus der Querbeschleunigung, der Längsbeschleunigung, der Gierrate, der Wankrate und der Nickrate, Berechnen eines Längsgeschwindigkeitsgradienten aus dem aus der Querbeschleunigung, der Längsbeschleunigung, der Gierrate, der Wankrate und der Nickrate berechneten Fahrzeugnickwinkel, Bestimmen, ob der Längsgeschwindigkeitsgradient im Wesentlichen nahe an Null ist, und Ändern einer Gaseingabe des Fahrzeugs zum Ändern der Fahrzeuggeschwindigkeit, wenn der Längsgeschwindigkeitsgradient nicht im Wesentlichen nahe an Null ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Signale, die zu der Querbeschleunigung, der Längsbeschleunigung, der Gierrate, der Wankrate und der Nickrate korrespondieren, von einer 5-Sensor-Anordnung empfangen werden.
Verfahren zum Gewährleisten einer konstanten Fahrzeuggeschwindigkeit, wobei das Verfahren aufweist: Empfangen von Signalen, die zu einer Querbeschleunigung, einer Längsbeschleunigung, einer Gierrate, einer Wankrate und einer Nickrate korrespondieren, Berechnen eines Fahrzeugnickwinkels aus der Querbeschleunigung, der Längsbeschleunigung, der Gierrate, der Wankrate und der Nickrate, Berechnen eines Längsgeschwindigkeitsgradienten aus dem aus der Querbeschleunigung, der Längsbeschleunigung, der Gierrate, der Wankrate und der Nickrate berechneten Fahrzeugnickwinkel, und Halten des Längsgeschwindigkeitsgradienten im Wesentlichen auf Null.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei der Längsgeschwindigkeitsgradient im Wesentlichen auf Null gehalten wird, indem eine Gaseingabe des Fahrzeugs geändert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei der Längsgeschwindigkeitsgradient im Wesentlichen auf Null gehalten wird, indem die Bremsen des Fahrzeugs betätigt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die Signale, die zu der Querbeschleunigung, der Längsbeschleunigung, der Gierrate, der Wankrate und der Nickrate korrespondieren, von einer 5-Sensor-Anordnung empfangen werden.