DE102010028109A1

DE102010028109A1 - Verfahren zur Verbesserung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102010028109A1
Application number: DE102010028109A
Authority: DE
Inventors: Rainer Brueggemann; Andreas Reize; Philipp Frueh
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2010-04-22
Publication date: 2011-10-27
Also published as: US20110264328A1; US8504244B2

Abstract

Bei einem Verfahren zur Verbesserung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs wird situationsbezogen eine Trajektorie ermittelt, der das Fahrzeug folgen soll, wobei ein Aktivlenksystem und/oder eine Bremseinrichtung im Fahrzeug in der Weise eingestellt werden, dass zumindest eine querdynamische Fahrzeugzustandsgröße innerhalb eines zugeordneten Grenzwerts liegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
Aus der DE 195 06 364 C2 ist ein Fahrzeugsteuersystem bekannt, bei dem mithilfe einer Navigationsvorrichtung die gegenwärtige Position eines Fahrzeugs sowie der Kurs zu einem Bestimmungsort bestimmt wird. Über diese Informationen werden die Fahrzeuggeschwindigkeit sowie ein Lenksystem zum Steuern des Lenkwinkels so eingestellt, dass eine Kurve sicher durchfahren werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Fahrstabilität eines Fahrzeugs über automatische Eingriffe eines Aktivlenksystems und/oder einer Bremseinrichtung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verbesserung der Fahrstabilität kann in Fahrzeugen eingesetzt werden voraus, die mit einer ansteuerbaren Bremseinrichtung sowie mit einem Aktivlenksystem ausgestattet sind, wobei die Bremseinrichtung über Stellsignale beispielsweise eines Fahrerassistenzsystems selbsttätig einstellbar ist und das Aktivlenksystem selbsttätig in der Weise angesteuert werden kann, dass auch ohne Eingriff durch den Fahrer das Fahrzeug einer gewünschten Trajektorie folgt. Bei dem Aktivlenksystem handelt es sich insbesondere um ein Lenksystem mit einem Überlagerungslenkgetriebe, welches es erlaubt, dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel einen Zusatzlenkwinkel zu überlagern. Der Überlagerungslenkwinkel kann durch Ansteuerung eines Aktuators im Überlagerungslenkgetriebe eingestellt werden.
Grundsätzlich soll das Aktivlenksystem auch adaptive Servolenkungen umfassen, über die zwar kein Zusatzlenkwinkel erzeugbar ist, jedoch durch das selbsttätige Aufbringen eines Lenkmomentes der Winkel der lenkbaren Räder beeinflussbar ist.
Das Fahrzeug ist des Weiteren mit einer Sensorik zur Fahrspur- und/oder Hinderniserkennung ausgestattet, um auf der Grundlage der Fahrspurerkennung bzw. Hinderniserkennung in der Fahrspur eine Trajektorie bzw. Ausweichtrajektorie bestimmen zu können. Es handelt sich bei der Sensorik um eine Umfeldsensorik, die insbesondere als optisches System ausgeführt, insbesondere videobasiert ist, wobei gegebenenfalls auch Radar-, Lidar-, Ultraschall oder sonstige Umfeldsensoriken in Betracht kommen. Zweckmäßigerweise ist das Fahrzeug darüber hinaus mit einer weiteren Sensorik zur Zustandsgrößenerkennung ausgestattet, also zur Ermittlung von dynamischen Zustandsgrößen in Längs-, Quer- und/oder Hochrichtung auf Lage-, Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsebene. Es kommen sowohl translatorische als auch rotatorische Zustandsgrößen in Betracht. Beispielsweise ist die Sensorik Bestandteil eines elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) und umfasst einen Querbeschieunigungssensor, einen Gierratensensor sowie Drehratensensoren in den Fahrzeugrädern zur Ermittlung der Radgeschwindigkeiten. Vorzugsweise gehört zu der Sensorik auch die Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verbesserung der Fahrstabilität ist vorgesehen, dass situationsbezogen auf der Grundlage der Fahrspur- und/oder Hinderniserkennung eine Trajektorie ermittelt wird, woraufhin das Aktivlenksystem und/oder die Bremseinrichtung in der Weise eingestellt werden, dass zumindest eine querdynamische Fahrzeugzustandsgröße einen zugeordneten Grenzwert nicht überschreitet. Bei der querdynamischen Zustandsgröße handelt es sich beispielsweise um die Fahrzeugquerbeschleunigung oder die Gierrate. Mit dieser Vorgehensweise ist es möglich, sowohl eine Kurvenfahrt ohne Hindernis als auch eine Ausweichfahrt um ein Hindernis mit höchstmöglicher Fahrstabilität durchzuführen. Bei dem Hindernis kann es sich um ein Fremdfahrzeug handeln, das beispielsweise umfahren oder überholt werden soll, wofür ein einfacher oder doppelter Spurwechsel erforderlich ist. In Betracht kommen als Hindernis aber auch feststehende oder quasi-stationäre Hindernisse, beispielsweise Personen.
Durch die Vorgabe des Grenzwerts für die querdynamische Fahrzeugzustandsgröße ist ein Kriterium für die Stabilität gegeben, wobei über das Aktivlenksystem und die Bremseinrichtung zwei verschiedene Eingriffsmöglichkeiten für das Einhalten des Grenzwerts bestehen. Dadurch ist die Möglichkeit eröffnet, unter Einhaltung des Grenzwerts eine Trajektorienschar zu bestimmen, wobei das Fahrzeug jede Trajektorie aus der Trajektorienschar unter Berücksichtigung des Grenzwerts befahren kann. Für die konkrete Auswahl aus der Trajektorienschar kann ein weiteres Kriterium formuliert werden, das insbesondere das Verhältnis der Betätigung von Aktivlenkung zur Bremseinrichtung betrifft. So kann es beispielsweise zweckmäßig sein, bevorzugt die Aktivlenkung anzusteuern und die Bremseinrichtung nur ergänzend zu betätigen, wobei dieser Vorgehensweise beispielsweise eine Trajektorie mit einem maximal möglichen Radius zugrunde liegt. In diesem Fall sind die in Querrichtung auftretenden Kräfte und Beschleunigungen trotz der zumindest annähernden Beibehaltung der Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb der zulässigen Grenzwerte. Sofern die Grenzwerte mit der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit nicht eingehalten werden können, wird ergänzend zur Reduzierung der Geschwindigkeit die Bremseinrichtung betätigt.
Grundsätzlich möglich ist auch eine Ausführung, bei der zunächst die Fahrzeuggeschwindigkeit reduziert wird, bevor ein selbsttätiger Lenkwinkeleinschlag erfolgt.
In einer vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass die Parametrierung des Aktivlenksystems und/oder der Bremseinrichtung in Abhängigkeit der Schwerpunktslage durchgeführt wird. Hierbei wird insbesondere die Höhe der Schwerpunktslage bestimmt, vorzugsweise gemäß einer Näherungsfunktion aus der Gesamtmasse des Fahrzeugs, welche aus Informationen eines Beschleunigungssensors und dem Antriebsmoment des Antriebsmotors im Fahrzeug bestimmt werden kann. Die Höhe der Schwerpunktslage in Richtung der Fahrzeughochachse wird vorzugsweise linear in Abhängigkeit von der Fahrzeugmasse bestimmt, wobei die Höhe mit zunehmender Fahrzeugmasse ansteigt.
Zusätzlich oder alternativ zur Höhe der Schwerpunktslage kann auch die Position des Schwerpunkts in Fahrzeuglängsrichtung berücksichtigt werden, die aus Drehzahldifferenzen zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern des Fahrzeugs bestimmt werden kann.
Insbesondere die Höhe der aktuellen Schwerpunktslage im Fahrzeug hat einen signifikanten Einfluss auf die Fahrstabilität. Je höher die Schwerpunktslage, umso größer ist die Gefahr des Umkippens bei Kurvenfahrt, was insbesondere im Falle von Nutzfahrzeugen zu berücksichtigen ist. Über die Parametrierung des Aktivlenksystems bzw. der Bremseinrichtung kann der erhöhten Kippgefahr Rechnung getragen werden, beispielsweise dergestalt, dass Grenzwerte, insbesondere im Hinblick auf querdynamische Fahrzustandsgrößen, herabgesetzt werden. Dementsprechend wird beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit durch Betätigen der Bremseinrichtung im Vergleich zu tiefen Schwerpunktslagen stärker reduziert.
Zusätzlich oder alternativ zur Einflussnahme auf die Parametrierung von Aktivlenksystem und/oder Bremseinrichtung kann die Schwerpunktslage auch bei der Auswahl der Trajektorie berücksichtigt werden. Hierbei kann insbesondere in Abhängigkeit der vertikalen Position der Schwerpunktslage eine Trajektorie mit geeignetem Radius gewählt werden, wobei zur Reduzierung der Kippgefahr mit zunehmender Höhe der Schwerpunktslage Trajektorien mit größeren Radien vorteilhaft sind.
Des Weiteren ist es auch möglich, eine Schwerpunktsverschiebung in Querrichtung zu berücksichtigen, was gegebenenfalls aus querdynamischen Zustandsgrößen oder aus Drehzahldifferenzen zwischen den linken und rechten Fahrzeugrädern bestimmt werden kann.
Das Verfahren zur Verbesserung der Fahrstabilität läuft in einem Regel- bzw. Steuergerät im Fahrzeug ab, in welchem Sensordaten als Eingangsgrößen verwertet und wie vorbeschrieben Stellsignale zur Ansteuerung des Aktivlenksystems bzw. der Bremseinrichtung erzeugt werden. Es kann zweckmäßig sein, die Bremseinrichtung über ein Fahrerassistenzsystem anzusteuern, beispielsweise über ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP). Das Regel- bzw. Steuergerät kann Bestandteil dieses Fahrerassistenzsystems oder als separate Baueinheit ausgebildet sein, welche mit dem Fahrerassistenzsystem kommuniziert.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Kurvenfahrt eines Fahrzeugs mit zwei verschiedenen Trajektorien mit unterschiedlichen Radien,
2 ein Fahrzeug während eines Ausweichmanövers,
3 ein Blockschaltbild mit verschiedenen Ablaufschritten zur Durchführung des Verfahrens zur Verbesserung der Fahrstabilität.
1 zeigt ein Fahrzeug 1 während der Einfahrt in eine Kurvenbahn 2. Dargestellt ist das Fahrzeug 1 in verschiedenen Positionen zu Beginn bzw. innerhalb der Kurve, wobei die weiter fortgeschrittenen Positionen des Fahrzeugs in der Kurve mit 1' und 1'' bezeichnet sind. In die Kurvenbahn 2 sind zwei verschiedene Trajektorien 3 und 4 eingetragen, wobei das Fahrzeug 1 der mit durchgezogenem Strich gezeichneten ersten Trajektorie 3 folgt, die den größeren Kurvenradius r₂ aufweist. Die zweite Trajektorie 4, die mit gestrichelter Linie eingetragen ist, weist demgegenüber einen kleineren Radius r₁ auf. Beide Trajektorien 3, 4 bewegen sich innerhalb der Kurvenbahn 2. Aufgrund des größeren Radius r₂ auf der Trajektorie 3 unterliegt das Fahrzeug 1, welches dieser Trajektorie 3 folgt, geringeren Fahrzeugquerbeschleunigungen.
In 2 ist eine Fahrsituation auf gerader Fahrbahn 5 dargestellt. Das Fahrzeug 1 führt einen Fahrspurwechsel durch, um ein voraus befindliches Fremdfahrzeug 6 zu umfahren. Eingetragen sind analog zum Ausführungsbeispiel gemäß 1 zwei Trajektorien 3 (durchgezogener Strich) und 4 (strichlierte Linie), von denen das Fahrzeug der ersten Trajektorie 3 folgt, die sich gegenüber der zweiten Trajektorie 4 durch größere Radien und damit durch kleinere Querbeschleunigungen bzw. Querkräfte auszeichnet. Die beiden Trajektorien 3 und 4 stehen exemplarisch für eine Trajektorienschar, welche jeweils innerhalb der Fahrbahn liegen und auf der das Fahrzeug 1 grundsätzlich fahren kann, um das Hindernis 6 zu umfahren. Die konkrete Auswahl der Trajektorie kann anhand weiterer Kriterien getroffen werden, die insbesondere querdynamische Fahrzeugzustandsgrößen betreffen, welche innerhalb zugeordneter Grenzwerte liegen müssen.
In 3 ist ein Blockdiagramm mit einzelnen Blöcken 10 bis 14 abgebildet, die verschiedene Verfahrensschritte zur Verbesserung bzw. Aufrechterhaltung der Fahrstabilität des Fahrzeugs symbolisieren. Die Blöcke 10 bis 14 mit den zugehörigen Verfahrensschritten laufen in einem Regel- bzw. Steuergerät ab.
In einem ersten Block 10 wird überprüft, ob aktuell eine Fahrsituation vorliegt, in der eine erhöhte Kippgefahr des Fahrzeugs besteht. Die Überprüfung erfolgt in Abhängigkeit von Signalen eines elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP), dessen Sensorik Messwerte für die Querbeschleunigung, den Lenkwinkel und die Gierrate liefert. Das Ergebnis der Ermittlung aus dem Block 10 wird als Eingangsgröße einem nachfolgenden Block 11 zugeführt, das zusätzlich Signale aus einem Block 12 als Eingangsgröße erhält, wobei im Block 12 eine Umfelderkennung in Abhängigkeit von Umfeld-Eingangssignalen durchgeführt wird. Bei den Umfeld-Eingangssignalen handelt es sich um Eingangsgrößen einer Umfeldsensorik, die insbesondere eine Videokamera zur Fahrspur- und/oder Hinderniserkennung umfasst. Darüber hinaus kann die Umfeldsensorik aber auch beispielsweise ein Radarsystem umfassen.
Im Block 11 werden aus den Eingangssignalen der Blöcke 10 und 12 Stellsignale generiert, die zum einen einer Aktivlenkung 13 und zum anderen einer Bremseinrichtung 14 bzw. einem Aggregat zugeführt werden, welches die Bremseinrichtung 14 mit einem Bremsdruck beaufschlagt. Bei diesem Aggregat kann es sich beispielsweise um eine Hydraulikpumpe des ESP-Systems handeln.
Die im Block 11 durchgeführte Berechnung der Eingriffe, welche erforderlich sind, um das Fahrzeug auf einer gewünschten Trajektorie zu bewegen, können anhand verschiedener Kriterien bzw. Funktionale bestimmt werden. Hierbei wird insbesondere eine querdynamische Fahrzeugzustandsgröße berücksichtigt, beispielsweise die Querbeschleunigung oder die Gierrate, welche einen zugeordneten Grenzwert nicht überschreiten darf. Des Weiteren wird zweckmäßigerweise die Position des Schwerpunkts berücksichtigt, insbesondere die vertikale Lage und gegebenenfalls auch die Lage in Fahrzeuglängsrichtung.
Die Ansteuerung der Aktivlenkung 13 und der Bremseinrichtung 14 erfolgt in der Weise, dass die genannten Kriterien erfüllt werden. Zusätzlich kann eine Hierarchie in der Ansteuerung von Aktivlenkung und Bremseinrichtung berücksichtigt werden, beispielsweise dergestalt, dass bevorzugt die Aktivlenkung angesteuert wird und lediglich ergänzend die Bremseinrichtung, sofern dies unter dem Gesichtspunkt der Fahrstabilität durchführbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19506364 C2 [0002]

Claims

Verfahren zur Verbesserung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs (1), das mit einem Aktivlenksystem und mit einer Bremseinrichtung zur Bremsmomenteinstellung sowie mit einer Sensorik zur Fahrspur- und/oder Hinderniserkennung ausgestattet ist, wobei situationsbezogen eine Trajektorie (3, 4) ermittelt wird und das Aktivlenksystem und/oder die Bremseinrichtung in der Weise eingestellt werden, dass zumindest eine querdynamische Fahrzeugzustandsgröße innerhalb eines zugeordneten Grenzwerts liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der Trajektorie (3, 4) die Schwerpunktslage des Fahrzeugs (1) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Parametrierung des Aktivlenksystems und/oder der Bremseinrichtung in Abhängigkeit der Schwerpunktslage durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Schwerpunktslage näherungsweise aus der Gesamtmasse des Fahrzeugs (1) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmasse des Fahrzeugs (1) aus Informationen eines Beschleunigungssensors und dem Antriebsmoment des Antriebsmotors im Fahrzeug (1) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Schwerpunkts in Fahrzeuglängsrichtung aus den Drehzahldifferenzen zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trajektorie (3, 4) gewählt wird, die unter Einhaltung des Grenzwerts der querdynamischen Fahrzeugzustandsgröße bevorzugt über eine Betätigung des Aktivlenksystems befahrbar ist, wobei die Bremseinrichtung ergänzend zum Aktivlenksystem betätigt wird.
Regel- bzw. Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Fahrzeug mit einem Regel- bzw. Steuergerät nach Anspruch 8, mit einem Aktivlenksystem und mit einer Bremseinrichtung sowie mit einer Sensorik zur Fahrspur- und/oder Hinderniserkennung.
Fahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung über ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) ansteuerbar ist.