DE102016000306A1

DE102016000306A1 - Stabilisierungssystem zum Verringern von Gespannschwingungen in einem Gespann mit einem Zugfahrzeug und einem vom Zugfahrzeug gezogenen Anhanger sowie Verfahren und Computerprogrammprodukt zum Betreiben bzw. Ansteuern dieses Stabilisierungssystems

Info

Publication number: DE102016000306A1
Application number: DE102016000306.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Behrendt
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-01-13
Filing date: 2016-01-13
Publication date: 2017-07-13

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stabilisierungssystem zum Verringern von Gespannschwingungen in einem Gespann (10) mit einem Zugfahrzeug (12) und einem vom Zugfahrzeug (12) gezogenen Anhänger (14), wobei das Zugfahrzeug (12) zwei oder mehrere Achsen (18) mit mindestens zwei Rädern (24) pro Achse (18) aufweist und das Stabilisierungssystem (28) eine Anzahl von Bremsen (26), wobei jeweils eine Bremse (26) einem der Räder (24) des Zugfahrzeugs (12) zugeordnet ist, eine Anzahl von Sensoren (34) zum Erfassen des Betriebszustands des Zugfahrzeugs (12) und des Anhängers (14) und zum Erzeugen von entsprechenden Signalen und eine Steuereinheit (32) umfasst, welche aus den von den Sensoren (34) erzeugten Signalen die Frequenz der Gespannschwingungen ermittelt und derart ansteuernd auf die Bremsen (26) wirkt, dass die Bremsen (26) unter Berücksichtigung der ermittelten Frequenz der Gespannschwingungen betätigt werden. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt zum Betreiben bzw. Ansteuern dieses Stabilisierungssystems.

Description

Die vorliegende Erfindung eine betrifft ein Stabilisierungssystem zum Verringern von Gespannschwingungen in einem Gespann mit einem Zugfahrzeug und einem vom Zugfahrzeug gezogenen Anhänger. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt zum Betreiben bzw. Ansteuern dieses Stabilisierungssystems.
Im Rahmen dieser Anmeldung soll unter einem Gespann eine Kombination aus einem Zugfahrzeug und einem Anhänger verstanden werden, wobei als Zugfahrzeug ein PKW oder ein Kleintransporter verwendet wird. Die aktiven Eingriffe des Stabilisierungssystems sind erfindungsgemäß auf das Zugfahrzeug beschränkt und umfassen die Räder des Anhängers nicht, auch wenn der Anhänger eine Auflaufbremse aufweisen kann. Die Anhänger, die bei derartigen Gespannen verwendet werden, sind beispielsweise Wohnwagen, Bootsanhänger oder Anhänger aten tatsächlich vom Anhänger stammen oder nicht. Um aus den gemessenen Gier der transportierten Gegenstände und der Verteilung des Gewichts innerhalb des Anhängers weist jedes Gespann eine kritische Geschwindigkeit auf, oberhalb welcher das Gespann beginnt, sich aufzuschwingen. Diese Schwingungen werden im Folgenden als Gespannschwingungen bezeichnet, die sich aus den Schwingungen des Fahrzeugs und des Anhängers zusammensetzen.
In diesem Fall führt der Anhänger insbesondere Drehungen um seine Hochachse aus, die auch als Gierbewegungen bezeichnet werden, die auf das Zugfahrzeug übertragen werden. Weiterhin können Gierbewegungen des Anhängers aufgrund von mehr oder weniger starken Lenkbewegungen des Zugfahrzeugs, insbesondere beim Ausweichen eines Hindernisses, induziert werden. Diese Gierbewegungen führen zu einer Destabilisierung des Gespanns, so dass der Fahrer nicht mehr die volle Kontrolle über das Zugfahrzeug hat, was zu gefährlichen Verkehrssituationen führen kann. Der Fahrer hat grundsätzlich die Möglichkeit, die Gierbewegungen durch Gegenlenken und/oder durch eine Geschwindigkeitsreduzierung insbesondere durch Bremsen zu reduzieren. Bremst der Fahrer jedoch zu stark ab oder lenkt zu stark gegen, kann es dazu kommen, dass die Gierbewegungen verstärkt werden und somit das Gespann weiter an Stabilität verliert.
Moderne Fahrzeuge verfügen über sogenannte Fahrdynamik-Regelungssysteme, welche eine Vielzahl von Fahrparametern berücksichtigen, um durch gezieltes Abbremsen der einzelnen Räder des Zugfahrzeugs, durch Vermindern des vom Antriebsmotor abgegebenen Drehmoments und/oder durch gezielte Lenkeingriffe das Zugfahrzeug erst gar nicht in einen instabilen Fahrzustand kommen zu lassen oder das Zugfahrzeug schnell wieder in einen stabilen Fahrzustand zu überführen. Derartige Fahrdynamik-Regelungssysteme können ein Stabilisierungssystem umfassen, welches die durch einen Anhänger verursachten Einflüsse auf den Fahrzustand des Zugfahrzeugs berücksichtigt und entsprechende Gegenmaßnahmen einleitet. Derartige Stabilisierungssysteme werden auch als Anhänger-Schwenkdämpfung (Trailer Sway Mitigation, TSM oder Trailer Stability Assistant, TSA) bezeichnet. Zu den Gegenmaßnahmen gehört insbesondere das gezielte Abbremsen der einzelnen Räder des Zugfahrzeugs oder das gezielte Gegenlenken. Eine wesentliche Größe, die bekannte Stabilisierungssysteme zum Stabilisieren des Fahrzustands des Zugfahrzeugs berücksichtigen, ist die Gierrate, welche die Drehung des Anhängers um die Hochachse beschreibt. Auch unter Berücksichtigung der Gierrate können die vom Stabilisierungssystem eingeleiteten Gegenmaßnahmen zu einer Überkompensation führen, die zusätzliche Energie in das Gespann einleitet, wodurch die Gespannschwingungen zunehmen und das Gespann zusätzlich destabilisiert wird.
Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Stabilisierungssystem, ein Verfahren zum Betreiben des Stabilisierungssystems sowie ein entsprechendes Fahrzeug und ein Computerprogrammprodukt zum Ansteuern des Stabilisierungssystems anzugeben, mit welchem es möglich ist, ein Gespann aus einem Zugfahrzeug und einem vom Zugfahrzeug gezogenen Anhänger möglichst wirksam in einem stabilen Fahrzustand zu halten oder das Gespann möglichst wirksam in einen stabilen Fahrzustand zu überführen.
Diese Aufgabe wird mit den in den Ansprüchen 1, 7, 11, 13 und 14 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Stabilisierungssystem zum Verringern von Gespannschwingungen in einem Gespann mit einem Zugfahrzeug und einem vom Zugfahrzeug gezogenen Anhänger, wobei das Zugfahrzeug eine Anzahl von Rädern, eine Anzahl von Bremsen, wobei jeweils eine Bremse einem der Räder des Zugfahrzeugs zugeordnet ist, und eine Lenkeinrichtung aufweist, mit welcher zumindest eines der Räder lenkbar ist, und das Stabilisierungssystem eine Anzahl von Sensoren zum Erfassen des Betriebszustands des Zugfahrzeugs und des Anhängers und zum Erzeugen von entsprechenden Signalen, und eine Steuereinheit umfasst, welche aus den von den Sensoren erzeugten Signalen die Frequenz der Gespannschwingungen ermittelt und derart ansteuernd auf die Bremsen und/oder die Lenkeinrichtung wirkt, dass die Bremsen und/oder die Lenkeinrichtung unter Berücksichtigung der ermittelten Frequenz der Gespannschwingungen betätigt werden.
Wie eingangs erwähnt, berücksichtigen bekannte Stabilisierungssysteme für Anhänger hauptsächlich die Gierrate, mit welcher sich das Gespann um die Hochachse dreht. Die Gierrate bezeichnet dabei die Winkeländerung, mit welcher das Gespann von einer neutralen Nulllage abweicht. Dabei ist die Gierraten-Amplitude ein Maß für die Stärke der Gespannschwingung. Wie eingangs ebenfalls erwähnt, werden als Gegenmaßnahmen die einzelnen Bremsen der Räder des Zugfahrzeugs entsprechend abgebremst. Alternativ oder kumulativ kann die Lenkeinrichtung entsprechend betätigt werden. Allerdings wird bei bekannten Stabilisierungssystemen die Frequenz der Gespannschwingung nicht für die Stärke der Gegenmaßnahmen berücksichtigt. Physikalisch gesehen ist eine Erhöhung der Schwingfrequenz hauptsächlich durch folgende Änderungen am Gespann zu erreichen:

– Absenken des Massenträgheitsmoments des Anhängers
– Absenken des Gewichts des Anhängers
– Verkürzung der Deichsellänge des Anhängers
– Verringerung des Abstands zwischen Kugelkopf und Hinterachse des Fahrzeugs

Hierbei beschreibt die Deichsellänge den Abstand zwischen dem Kugelkopf der Anhängerkupplung oder dem Zugmaul der Deichsel und der Achse des Anhängers. Für mehrachsige Anhänger lässt sich eine effektive Deichsellänge angeben, beispielsweise als der Abstand eines Punktes zwischen dem Zugmaul und einem zwischen den beiden Achsen des Anhängers liegenden Punkt.
Weist die Gespannschwingung eine hohe Frequenz auf, so kann es zu einer Überkompensation kommen, wodurch zusätzliche Energie in das Gespann eingebracht wird und die Gespannschwingungen vergrößert werden. Folglich ist das hier vorgestellte Stabilisierungssystem so eingerichtet, dass die Frequenz der Gespannschwingungen beim Ansteuern der Bremsen und/oder der Lenkeinrichtung berücksichtigt wird. Mit dem hier vorgestellten Stabilisierungssystem werden die Gespannschwingungen deutlich sicherer und effektiver abgebaut und Überkompensationen verhindert, wodurch der Fahrzustand des Gespanns besser stabilisiert wird.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Steuereinheit in Abhängigkeit der ermittelten Frequenz der Gespannschwingungen derart ansteuernd auf die Bremsen wirken, dass diese asymmetrisch betätigt werden. Unter einer asymmetrischen Betätigung der Bremsen versteht man, dass jede einzelne Bremse des Zugfahrzeugs mit einer eigenen Bremskraft beaufschlagt wird, die sich von der Bremskraft der anderen Räder unterscheidet. Beispielsweise kann das vordere linke Rad mit einer Bremskraft beaufschlagt werden, die deutlich höher ist als diejenige des vorderen rechten Rades. Zudem ist es auch möglich, dass ein Rad oder mehrere Räder mit gar keiner Bremskraft beaufschlagt werden, während die anderen Räder mit unterschiedlichen Bremskräften beaufschlagt werden. Die asymmetrische Betätigung der Bremsen bewirkt, dass dem Zugfahrzeug ein Drehmoment um die Hochachse auf geprägt wird, welches dem Drehmoment, welches durch die Gespannschwingungen vom Anhänger auf das Zugfahrzeug übertragen wird, entgegenwirkt. Hierdurch werden die Gespannschwingungen abgebaut und folglich das Gespann stabilisiert.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Steuereinheit in Abhängigkeit der ermittelten Frequenz der Gespannschwingungen derart ansteuernd auf die Bremsen wirken, dass zumindest die Bremsen, die den auf derselben Achse angeordneten Rädern zugeordnet sind, zumindest teilweise symmetrisch betätigt werden. Unter einer symmetrischen Betätigung der Bremsen versteht man, dass die Bremsen mit derselben Bremskraft beaufschlagt werden. Da beim Bremsen eines in Hauptfahrtrichtung fahrenden Zugfahrzeugs eine Drehbewegung um die Querachse hervorgerufen wird, durch welche die Vorderachse belastet und die Hinterachse entlastet wird, kann über die Vorderräder eine höhere Bremskraft auf die Straße übertragen werden. Insofern kann es sinnvoll sein, die beiden Vorderräder mit einer stärkeren symmetrischen Bremskraft zu beaufschlagen als die Hinterräder. Solange die Räder einer Achse mit derselben Bremskraft beaufschlagt werden, soll zumindest bezogen auf diese Räder von einer symmetrischen Ansteuerung der Räder gesprochen werden, auch wenn die Räder einer anderen Achse mit einer anderen Bremskraft beaufschlagt werden.
In einer alternativen Ausführungsform wirkt die Steuereinheit in Abhängigkeit der ermittelten Frequenz der Gespannschwingungen derart ansteuernd auf die Lenkeinrichtung, dass die Lenkung ein Moment überlagern kann. In dieser Ausführungsform kann die Steuereinheit derart ansteuernd auf die Lenkeinrichtung wirken, dass durch ein angefordertes Überlagerungsmoment eine Winkeländerung eingestellt wird. Unter einem Überlagerungsmoment versteht man, dass die Steuereinheit eine zusätzlich zum Fahrermoment eine eigene Momenten-Anforderung an die Lenkung sendet. Diese Anforderung bewirkt, dass dem Zugfahrzeug ein Drehmoment um die Hochachse aufgeprägt wird, welches dem Drehmoment, das durch die Anhängerschwingungen vom Anhänger auf das Zugfahrzeug übertragen wird, entgegenwirkt. Hierdurch werden die Gespannschwingungen abgebaut und folglich das Gespann stabilisiert.
Wie eingangs erwähnt, können Gespannschwingungen nicht nur dadurch abgebaut werden, dass die Räder des Zugfahrzeugs asymmetrisch abgebremst werden, sondern auch dadurch, dass die Geschwindigkeit des Gespanns insgesamt verringert wird. An dieser Stelle soll darauf hingewiesen werden, dass eine asymmetrische Abbremsung der Räder oder ein Lenkeingriff nicht zwangsläufig zu einer spürbaren Geschwindigkeitsreduzierung des Gespanns führen muss, die als solche zu einem Abbau der Gespannschwingungen führt. Wenn es erforderlich oder ausreichend sein sollte, zum Abbauen der Gespannschwingungen die Geschwindigkeit des Gespanns zu reduzieren, wird dies insbesondere durch eine symmetrische Abbremsung der Räder umgesetzt. In den meisten Fallen wird allerdings eine Kombination aus einer symmetrischen, einer asymmetrischen Ansteuerung der Bremsen und einem Lenkeingriff notwendig sein.
Aus folgenden Gründen ist dies kein Widerspruch: Gedanklich muss die Bremskraft, mit welcher eine Bremse beaufschlagt wird, in einen symmetrischen und einen asymmetrischen Anteil untergliedert werden. Will man einerseits die Geschwindigkeit des Gespanns reduzieren und andererseits ein Drehmoment auf das Zugfahrzeugaufträgen, welches dem von den Gespannschwingungen auf das Fahrzeug induzierten Drehmoment entgegengesetzt ist, werden die Bremsen wie folgt angesteuert: Zumindest die Räder, die auf derselben Achse angeordnet sind, werden mit dem selben symmetrischen Anteil der Bremskraft beaufschlagt, um die Geschwindigkeit des Gespanns zu reduzieren. Um weiterhin ein Drehmoment auf das Zugfahrzeug aufzubringen, weist die Bremskraft zusätzlich einen asymmetrischen Anteil auf, der dafür sorgt, dass die an den einzelnen Rädern anliegende Bremskraft unterschiedlich ist, wodurch ein Drehmoment auf das Zugfahrzeug aufgebracht wird. Aufgrund der Berücksichtigung der Frequenz der Gespannschwingungen wird das Verhältnis der symmetrischen, der asymmetrischen Bremskraft und des Lenkeingriffs so eingestellt, dass eine Überkompensation und ein hierdurch hervorgerufenes erneutes Aufschwingen des Anhängers vermieden und die Gespannschwingungen schnell und zuverlässig abgebaut werden. Gespannschwingungen mit geringerer Frequenz können mit einem stärkeren asymmetrischen Anteil an der Bremskraft kompensiert werden als Gespannschwingungen mit höherer Frequenz, ohne dass es zu einer Überkompensation kommt. Folglich kann die zur Verfügung stehende Bremskraft mit dem hier vorgestellten Stabilisierungssystem deutlich weitergehender ausgeschöpft werden, als es bei bekannten Stabilisierungssystemen der Fall ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das Zugfahrzeug eine Antriebseinrichtung aufweisen und die Steuereinheit unter Berücksichtigung der ermittelten Frequenz der Gespannschwingungen ansteuernd auf die Antriebseinrichtung wirken. Die Antriebseinrichtung soll einen Antriebsmotor und einen hiermit verbundenen Antriebsstrang umfassen, der das vom Antriebsmotor bereitgestellte Drehmoment auf die Räder überträgt. Je nach Situation können die Gespannschwingungen allein dadurch abgebaut werden, dass die Geschwindigkeit des Gespanns reduziert wird. Hierzu kann es genügen, das vom Antriebsmotor abgegebene Drehmoment mit einer entsprechenden Ansteuerung mit der Steuereinheit zu reduzieren. Darüber hinaus kann die Steuereinheit den Antriebsmotor derart ansteuern, dass für den Fall einer Betätigung der Bremsen und/oder der Lenkeinrichtung der Antriebsmotor kein oder nur ein geringes Drehmoment abgibt, um die Wirkung der Bremsen und/oder der Lenkeinrichtung nicht zu stören. Je nach Ausgestaltung des Antriebsstrangs kann dieser in der Lage sein, das vom Antriebsmotor bereitgestellte Drehmoment gezielt auf die angetriebenen Räder zu verteilen („torque vectoring”). Hierdurch können einzelne Räder asymmetrisch beschleunigt werden, wodurch es analog zu einer asymmetrischen Abbremsung möglich ist, die Gespannschwingungen abzubauen. Es besteht die Wahl, die Antriebseinrichtung, die Bremsen und die Lenkeinrichtung gemeinsam oder in jeder beliebigen Kombination, auch nur eine der hier genannten Einrichtungen, einzusetzen, um die Gespannschwingungen abzubauen.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Steuereinheit ein Anteil eines Fahrdynamik-Regelungssystems sein. Wie ebenfalls eingangs erwähnt, weisen moderne Fahrzeuge Fahrdynamik-Regelungssysteme auf, welche bereits eine Vielzahl von Fahrzeugparametern verarbeiten und entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten, um den Fahrzustand zu stabilisieren. Es bietet sich daher an, die Steuereinheit des hier vorgestellten Stabilisierungssystems in die bereits vorhandenen Fahrdynamik-Regelungssysteme zu integrieren. Im optimalen Fall muss gar keine separate Steuereinheit vorgesehen, sondern nur noch der Regelungsalgorithmus ergänzt oder geändert werden.
Eine Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest einer der Sensoren als Gierratensensor, Querbeschleunigungssensor, Radgeschwindigkeitssensor oder Lenkwinkelsensor ausgebildet ist. Dabei wird angestrebt, die Frequenz aus den üblicherweise im Fahrzeug vorhandenen Sensoren zu berechnen. Aus dem typischen Signalverlauf der eben genannten Sensoren ist es sehr einfach und ohne einen hohen Rechenaufwand möglich, die Gespannfrequenz zu ermitteln, was nun am Beispiel des Gierratensensors näher erklärt wird. Ein Gierratensensor misst, wie schnell sich ein Gegenstand, in diesem Fall das Fahrzeug, aus der neutralen Nulllage heraus dreht. Das Stabilisierungssystem kann eine Plausibilitätsprüfung durchführen, ob die gemessenen Gierraten tatsächlich vom Anhänger stammen oder nicht. Um aus den gemessenen Gierraten auf die Frequenz der Gespannschwingungen zu schließen, müssen nur noch die Zeitpunkte, zu denen das Gespann die Nulllage durchläuft und die Zeit zwischen den Nulllagen ermittelt werden, was auf relativ einfache Weise umgesetzt werden kann. Insofern führt ein Gierratensensor dazu, dass die Frequenz der Gespannschwingungen ermittelt werden kann, wodurch der Rechenalgorithmus einfach und folglich weniger störanfällig ausgebildet werden kann. Da die Anhänger selbst im Regelfall keine derartigen Sensoren aufweisen, wird nur auf die im Fahrzeug vorhandenen Sensoren zurückgegriffen, welche die Schwingungen des Gespanns und nicht des Anhängers ermitteln können. Da aber mit einem Abbau der Gespannschwingungen auch ein Abbau der Anhängerschwingungen einhergeht, ist die Tatsache, dass die Anhängerschwingungen als solche nicht ermittelt werden können, nicht von Nachteil.
Eine Ausgestaltung der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Stabilisierungssystems insbesondere nach einem der vorherigen Ausführungsformen zum Verringern von Gespannschwingungen in einem Gespann mit einem Zugfahrzeug und einem vom Zugfahrzeug gezogenen Anhänger, umfassend folgende Schritte:

– Ermitteln der Frequenz der Gespannschwingungen mittels der Steuereinheit unter Verwendung der von den Sensoren erzeugten Signalen, und
– Ansteuern der Bremsen und/oder der Lenkeinrichtung mittels der Steuereinheit derart, dass die Bremsen und oder die Lenkeinrichtung unter Berücksichtigung der ermittelten Frequenz der Gespannschwingungen betätigt werden.

Die technischen Effekte und Vorteile, die sich mit dem vorschlagsgemäßen Verfahren erreichen lassen, entsprechen denjenigen, die für das vorschlagsgemäße Stabilisierungssystem erörtert worden sind. Zusammenfassend sei darauf hingewiesen, dass es unter Verwendung der Frequenz der Gespannschwingungen möglich ist, die Haupteinflussparameter des Anhängers wie Massenträgheitsmoment, Gewichts des Anhängers, Deichsellänge des Anhängers etc. abzuschätzen und beim Abbremsen der Räder zu berücksichtigen. Hierdurch wird insbesondere bei Anhängern mit hoher Schwingfrequenz eine Überkompensation der Gespannschwingungen vermieden, die zu einem erneuten Aufschwingen des Anhängers und zu einer Erhöhung der Gespannschwingungen führen kann. Die Gespannschwingungen können unter Berücksichtigung ihrer Frequenz deutlich besser und zuverlässiger abgebaut werden, wodurch das Gespann in einen stabilen Fahrzustand überführt werden.
In einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens weist das Zugfahrzeug eine Antriebseinrichtung auf, wobei die Steuereinheit unter Berücksichtigung der ermittelten Frequenz der Gespannschwingungen ansteuernd auf die Antriebseinrichtung wirkt. Auch hierdurch können die Gespannschwingungen durch eine Reduzierung des von der Antriebseinrichtung auf die Räder aufgebrachten Drehmoments und die hieraus resultierende Geschwindigkeitsverringerung gezielt abgebaut werden. Ferner können die Gespannschwingungen durch ein gezieltes Beschleunigen einzelner Räder abgebaut werden.
In einer weiteren Ausgestaltung kann das Verfahren den Schritt des asymmetrischen Ansteuerns der Bremsen in Abhängigkeit der ermittelten Frequenz der Gespannschwingungen mittels der Steuereinheit umfassen. Unter einer asymmetrischen Betätigung der Bremsen versteht man, dass jede einzelne Bremse des Zugfahrzeugs mit einer eigenen Bremskraft beaufschlagt wird, die sich von der Bremskraft der anderen Räder unterscheidet. Beispielsweise kann das vordere linke Rad mit einer Bremskraft beaufschlagt werden, die deutlich höher ist als diejenige des vorderen rechten Rades. Zudem ist es auch möglich, dass ein Rad oder mehrere Räder mit gar keiner Bremskraft beaufschlagt werden, während die anderen Räder mit unterschiedlichen Bremskräften beaufschlagt werden. Die asymmetrische Betätigung der Bremsen bewirkt, dass dem Zugfahrzeug ein Drehmoment um die Hochachse auf geprägt wird, welches dem Drehmoment, welches durch die Gespannschwingungen vom Anhänger auf das Zugfahrzeug übertragen wird, entgegenwirkt. Hierdurch werden die Gespannschwingungen abgebaut und folglich das Gespann stabilisiert.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann das Verfahren den Schritt des symmetrischen Ansteuerns in Abhängigkeit der ermittelten Frequenz der Gespannschwingungen mittels der Steuereinheit zumindest der Bremsen umfassen, die auf derselben Achse angeordneten Rädern zugeordnet sind. Unter einer symmetrischen Betätigung der Bremsen versteht man, dass die Bremsen mit derselben Bremskraft beaufschlagt werden. Da beim Bremsen eines in Hauptfahrtrichtung fahrenden Zugfahrzeugs eine Drehbewegung um die Querachse hervorgerufen wird, durch welche die Vorderachse belastet und die Hinterachse entlastet wird, kann über die Vorderräder eine höhere Bremskraft auf die Straße übertragen werden. Insofern kann es sinnvoll sein, die beiden Vorderräder mit einer stärkeren symmetrischen Bremskraft zu beaufschlagen als die Hinterräder, wodurch die Geschwindigkeit des Gespanns schnell reduziert werden kann, was bereits ausreichen kann, um die Gespannschwingungen zu reduzieren. Häufig wird aber eine Kombination aus einer symmetrischen und asymmetrischen Ansteuerung der Bremsen vorgenommen, um die Gespannschwingungen schnell reduzieren zu können.
Eine Ausführung der Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, welcher auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zum Ansteuern eines Stabilisierungssystems insbesondere nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsformen zum Verringern von Gespannschwingungen in einem Gespann mit einem Zugfahrzeug und einem vom Zugfahrzeug gezogenen Anhänger, umfassend folgende Schritte:

Es bietet sich hierbei an, das Medium in die Steuereinheit zu integrieren oder mit der Steuereinheit in Kommunikation treten zu lassen, so dass die Steuereinheit den Programmcode ausführen kann. Die technischen Effekte und Vorteile, die sich mit dem vorschlagsgemäßen Verfahren erreichen lassen, entsprechen denjenigen, die für das vorschlagsgemäße Stabilisierungssystem erörtert worden sind. Zusammenfassend sei darauf hingewiesen, dass es unter Verwendung der Frequenz der Gespannschwingungen möglich ist, die Haupteinflussparameter des Anhängers wie Massenträgheitsmoment, Gewichts des Anhängers, Deichsellänge des Anhängers etc. abzuschätzen und beim Abbremsen der Räder und/oder beim Ansteuern der Lenkeinrichtung zu berücksichtigen. Hierdurch wird insbesondere bei Anhängern mit hoher Schwingfrequenz eine Überkompensation der Gespannschwingungen vermieden, die zu einem erneuten Aufschwingen des Anhängers und zu einer Erhöhung der Gespannschwingungen führen kann. Die Gespannschwingungen können unter Berücksichtigung ihrer Frequenz deutlich besser und zuverlässiger abgebaut werden, wodurch das Gespann und insbesondere das Zugfahrzeug in einen stabilen Fahrzustand überführt werden.
In einer weiteren Ausführung führt das Computerprogrammprodukt folgenden Schritt aus:

– Ansteuern der Antriebseinrichtung unter Berücksichtigung der ermittelten Frequenz der Gespannschwingungen.

Hierbei weist das Zugfahrzeug eine Antriebseinrichtung auf, die es ermöglicht, die Gespannschwingungen durch eine Reduzierung des von der Antriebseinrichtung auf die Räder aufgebrachten Drehmoments und die hieraus resultierende Geschwindigkeitsverringerung gezielt abzubauen. Ferner können die Gespannschwingungen durch ein gezieltes Beschleunigen einzelner Räder abgebaut werden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung betrifft eine Steuereinheit mit einem Computerprogrammprodukt nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungen. Die technischen Effekte und Vorteile, die sich mit dem vorschlagsgemäßen Fahrzeug erreichen lassen, entsprechen denjenigen, die für das vorschlagsgemäße Computerprogrammprodukt erörtert worden sind.
Eine Ausbildung der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Zugfahrzeug mit einem Stabilisierungssystem insbesondere nach einem der zuvor erläuterten Ausführungsformen. Die technischen Effekte und Vorteile, die sich mit dem vorschlagsgemäßen Fahrzeug erreichen lassen, entsprechen denjenigen, die für das vorschlagsgemäße Stabilisierungssystem erörtert worden sind. Zusammenfassend sei darauf hingewiesen, dass es unter Verwendung der Frequenz der Gespannschwingungen möglich ist, die Haupteinflussparameter des Anhängers wie Massenträgheitsmoment, Gewichts des Anhängers, Deichsellänge des Anhängers etc. abzuschätzen und beim Abbremsen der Räder und/oder beim Ansteuern der Lenkeinrichtung zu berücksichtigen. Hierdurch wird insbesondere bei Anhängern mit hoher Schwingfrequenz eine Überkompensation der Gespannschwingungen vermieden, die zu einem erneuten Aufschwingen des Anhängers und zu einer Erhöhung der Gespannschwingungen führen kann. Die Gespannschwingungen können unter Berücksichtigung ihrer Frequenz deutlich besser und zuverlässiger abgebaut werden, wodurch das Gespann in einen stabilen Fahrzustand überführt werden.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
1 eine schematische Draufsicht auf ein Gespann mit einem Zugfahrzeug und einem Anhänger,
2 eine graphische Darstellung der Gierrate des Anhängers,
3 eine prinzipielle Darstellung der Wirkungsweise eines Stabilisierungssystems nach dem Stand der Technik,
4 eine prinzipielle Darstellung der Wirkungsweise eines vorschlagsgemäßen Stabilisierungssystems,
5 eine graphische Darstellung des Massenträgheitsmoments eines Anhängers über der Frequenz der Gespannschwingungen, und
6 eine graphische Darstellung des symmetrischen und des asymmetrischen Anteils an der Bremskraft der Frequenz über der Anhängerschwingung.
In 1 ist ein Gespann 10 anhand einer prinzipiellen Darstellung gezeigt, welches ein Zugfahrzeug 12 und einen Anhänger 14 umfasst. Das Zugfahrzeug 12 und in der Anhänger 14 sind über eine Kupplung 16 auf bekannte Weise miteinander verbunden. Das Zugfahrzeug 12 weist zwei Achsen 18, nämlich eine Vorderachse 20 und eine Hinterachse 22 auf. Der Vorderachse 20 sind zwei Räder 24 ₁ und 24 ₂ und der Hinterachse 22 zwei Räder 24 ₃ und 24 ₄ zugeordnet, die jeweils eine Bremse 26 aufweisen. Weiterhin weist das Zugfahrzeug 12 eine Antriebseinrichtung 27 auf, mit welchem das Zugfahrzeug 12 angetrieben wird. Die Antriebseinrichtung 27 umfasst dabei einen Antriebsmotor 29 und einen Antriebsstrang 31. Im dargestellten Beispiel sollen die Räder 24 ₁ und 24 ₂ der Vorderachse 20 angetrieben sein, wobei das Zugfahrzeug auch über einen Hinter- oder Allradantrieb verfügen kann. Weiterhin weist das Zugfahrzeug 12 eine Lenkeinrichtung 33 auf.
Jede Bremse 26 kann über ein Stabilisierungssystem 28 einzeln angesteuert werden, um eine Bremskraft auf das betreffende Rad 24 aufzubringen. Zudem kann das Stabilisierungssystem 28 die Antriebseinrichtung 27 und die Lenkeinrichtung 33 ansteuern. Hierzu ist das Stabilisierungssystem 28 über geeignete Leitungen 30 mit den jeweiligen Bremsen 26, der Antriebseinrichtung 27 und der Lenkeinrichtung 33 verbunden. Das Stabilisierungssystem 28 umfasst eine Steuereinheit 32 und eine Anzahl von Sensoren 34, mit denen der Fahrzustand des Zugfahrzeugs charakterisiert werden kann. Die Sensoren 34 können Geschwindigkeitssensoren, Beschleunigungssensoren und Gierratensensoren umfassen, um nur einige zu nennen. Da moderne Fahrzeuge über ein Fahrdynamik-Regelungssystem 36 verfügen, ist im dargestellten Ausführungsbeispiel die Steuereinheit 32 in das Fahrdynamik-Regelungssystem 36 integriert.
Der Anhänger 14 weist eine Anhängerachse 38 mit zwei Anhängerrädern 40 auf, die auch von einer Auflaufbremse 41 gebremst werden können, allerdings ist die Auflaufbremse 41 nicht Teil des Stabilisierungssystems 28, insbesondere deshalb, da nicht jeder Anhänger 14 über eine Auflaufbremse 41 verfügt. Sowohl das Zugfahrzeug 12 als auch der Anhänger 14 weisen eine Längsachse L auf, welche in 1 deckungsgleich sind. Folglich befindet sich der Anhänger 14 in einer neutralen Nulllage in Bezug auf das Zugfahrzeug 12.
In 2 sind die vom Gierratensensor registrierten Gespannschwingungen über der Zeit t aufgetragen. Im dargestellten Beispiel schwingt der Anhänger 14 mit mehr oder weniger großer Gierrate R_G um die neutrale Nulllage, allerdings durchquert der Anhänger 14 immer nach in etwa derselben Zeit d die neutrale Nulllage, in welcher der Gierrate R_G 0°/s beträgt. Die Zeit d ist im Wesentlichen abhängig vom den Haupteinflussgrößen des Anhängers 14, wie Massenträgheitsmoment, Gewichts des Anhängers, Deichsellänge des Anhängers 14 im angehängten Zustand. Da die Zeit d für einen gegebenen Anhänger 14 im angehängten Zustand in etwa gleich bleibt, ist die Frequenz der vom Anhänger 14 verursachten Schwingung ebenfalls in etwa gleich. Diese Frequenz kann beim Ansteuern der Bremsen 26, der Antriebseinrichtung 27 und der Lenkeinrichtung 33 berücksichtigt werden.
Weiterhin kann der zeitliche Verlauf der Gespannschwingungen dahingehend geprüft werden, ob die Schwingungen tatsächlich von einem Anhänger 14 stammen oder nicht. Zunächst kann das Stabilisierungssystem 28 prüfen, ob ein Stecker für die Anhängerbeleuchtung in die Steckdose des Zugfahrzeugs 12 eingesteckt ist. Ist dies der Fall, greift das Stabilisierungssystem 28 erst dann ein, wenn eine Anzahl von Schwingungen eine kritische Amplitude überschritten wird. Hierdurch wird verhindert, dass Schwingungen, die auch im normalen Betrieb des Zugfahrzeugs 12 auftreten, beispielsweise dann zu Fehleingriffen führen, wenn ein Fahrradträger mit Beleuchtung an der Kupplung 16 befestigt ist und der Stecker der Beleuchtung in die Steckdose des Zugfahrzeugs 12 eingesteckt ist.
In 3 ist die Wirkweise eines Stabilisierungssystems nach dem Stand der Technik prinzipiell dargestellt. Die Steuereinheit 32 des Stabilisierungssystems 28 empfängt die Signale von einer Anzahl von den Sensoren 34, die den Fahrzustand des Zugfahrzeugs 12 charakterisieren. Die Sensoren 34 können beispielsweise die momentane Geschwindigkeit v, den momentanen Lenkwinkel β, die momentane Gierrate R_G, die momentane Längsbeschleunigung a_l und die momentane Querbeschleunigung a_c messen und in entsprechende Signale umwandeln, die von der Steuereinheit 32 mittels eines Rechenalgorithmus ausgewertet werden. Als Ergebnis der Auswertung dieser Signale generiert die Steuereinheit 32 Ausgangssignale, die festlegen, ob und wenn ja eine symmetrische Bremsung B_S und/oder asymmetrische Bremsung B_A erfolgen soll und mit welcher Bremskraft B insgesamt die einzelnen Räder 24 beaufschlagt werden sollen. Diese Ausgangssignale werden an eine elektrohydraulische Einheit 42 gesendet, welche die Bremsen 26 der vier Räder 24 des Zugfahrzeugs 12 mit einem entsprechenden Bremsdruck ansteuert.
In 4 ist die Wirkweise eines vorschlagsgemäßen Stabilisierungssystems 28 anhand einer prinzipiellen Darstellung gezeigt. Die Wirkweise des vorschlagsgemäßen Stabilisierungssystems 28 gleicht weitgehend demjenigen, welches in 3 dargestellt ist, allerdings wird insbesondere aus den Signalen des Gierratensensors die Frequenz der Gespannschwingungen ermittelt und im Rechenalgorithmus berücksichtigt. Die von der Steuereinheit 32 generierten Ausgangssignale unterscheiden sich daher von den Ausgangssignalen, die von einem bekannten Stabilisierungssystem 28 erzeugt werden, da sie die Frequenz der Gespannschwingungen bei der Ermittlung des symmetrischen und asymmetrischen Anteils an der Bremskraft B berücksichtigen, was mit den Graphen X und Y symbolisch dargestellt ist. Die detaillierte Abhängigkeit ist in 6 dargestellt. Zudem können die Ausgangssignale Informationen darüber enthalten, ob unter Berücksichtigung der Frequenz der Gespannschwingungen der momentane Lenkwinkel β geändert werden soll und wenn ja wie. Die Lenkeinrichtung 33 wird entsprechend von der Steuereinheit 32 angesteuert. Darüber hinaus können die Ausgangssignale Informationen darüber enthalten, ob unter Berücksichtigung der Frequenz der Gespannschwingungen das von der Antriebseinrichtung 27 abgegebene Drehmoment M geändert und/oder anders auf die Räder 24 verteilt werden soll. Die Antriebseinrichtung 27 wird entsprechend von der Steuereinheit 32 angesteuert.
In 5 ist die prinzipielle Abhängigkeit der Frequenz f der Gespannschwingungen vom Massenträgheitsmoment I, der Deichsellänge dl und des Gewichts m des betreffenden Anhängers 14 aufgetragen. Man erkennt, dass ein Anhänger 14 mit einem höheren Massenträgheitsmoment I Gespannschwingungen mit einer geringeren Frequenz f verursacht als ein Anhänger 14 mit einem geringeren Massenträgheitsmoment. Annäherungsweise weist ein größerer und schwererer Anhänger 14, beispielsweise ein Wohnwagen, ein höheres Massenträgheitsmoment I auf als ein kleinerer leichterer Anhänger 14, beispielsweise ein Transportanhänger, mit dem kleinere Gegenstände wie Gartenabfälle transportiert werden können.
In 6 ist annäherungsweise der Zusammenhang zwischen der Frequenz der Gespannschwingungen f und der Bremskraft B bei einer symmetrischen Bremsung B_S und einer asymmetrischen Bremsung B_A sowie des Lenkwinkels β aufgetragen, um eine Überkompensation vermeiden. Bei geringeren Gespannschwingfrequenzen f kann der asymmetrische Anteil B_A an der Bremskraft B höher sein als bei höheren Gespannschwingfrequenzen f. Ferner kann der Lenkwinkel β bei geringeren Gespannschwingfrequenzen f größer sein als bei höheren Gespannschwingfrequenzen f. Unter Berücksichtigung des in 5 aufgetragenen Zusammenhangs zwischen der Frequenz f der Gespannschwingungen und des Massenträgheitsmoments I des Anhängers 14 heißt dies, dass annäherungsweise schwerere Anhänger 14 mit einem höheren Massenträgheitsmoment I mit einem höheren asymmetrischen Anteil B_A an der Bremskraft B gebremst und mit einem höheren Lenkwinkel β beaufschlagt werden können als leichtere Anhänger 14 mit einem geringeren Massenträgheitsmoment I, um eine Überkompensation zu vermeiden. Der prinzipielle Zusammenhang des asymmetrischen Anteils B_A an der Bremskraft B und des Lenkwinkels β von der Frequenz f ist symbolisch in Graph X und der prinzipielle Zusammenhang des symmetrischen Anteils B_S in Graph Y der 4 dargestellt.
Da vorstehend lediglich eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, sei klargestellt, dass grundsätzlich eine Vielzahl von Variationen und Abweichungen möglich sind. Es sei ferner klargestellt, dass die beschriebenen Ausführungsformen lediglich Beispiele darstellen, die den Schutzbereich, die Anwendbarkeit oder den Aufbau nicht einschränken. Vielmehr stellen die Zusammenfassung und die beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine praktische Anleitung für den Fachmann dar, auf deren Grundlage der Fachmann zu zumindest einer beispielhaften Ausführungsform gelangen kann. Dabei ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass verschiedene Veränderungen betreffend die Funktion und die Anordnung der unter Bezugnahme auf die in den beispielhaften Ausführungsformen beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass von dem Bereich der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalenten abgewichen wird.
Bezugszeichenliste

10: Gespann
12: Zugfahrzeug
14: Anhänger
16: Kupplung
18: Achsen
20: Vorderachsen
22: Hinterachsen
24: Räder
26: Bremse
27: Antriebseinrichtung
28: Stabilisierungssystem
29: Antriebsmotor
30: Leitungen
31: Antriebsstrang
32: Steuereinheit
33: Lenkeinrichtung
34: Sensoren
36: Fahrdynamik-Regelungssystem
38: Anhängerachse
40: Anhängerräder
41: Auflaufbremse
42: elektrohydraulische Einheit
a_c: Querbeschleunigung
a_l: Längsbeschleunigung
B: Bremskraft
B_A: Bremskraft bei einer asymmetrische Bremsung
B_S: Bremskraft bei einer symmetrische Bremsung
d: Zeit
dl: Deichsellänge
f: Frequenz
I: Massenträgheitsmoment
M: Drehmoment
m: Gewicht des Anhängers
L: Längsachse
R_G: Gierrate
v: Geschwindigkeit
α: Winkel
β: Lenkwinkel

Claims

Stabilisierungssystem zum Verringern von Gespannschwingungen in einem Gespann (10) mit einem Zugfahrzeug (12) und einem vom Zugfahrzeug (12) gezogenen Anhänger (14), wobei das Zugfahrzeug (12) – eine Anzahl von Rädern (24), – eine Anzahl von Bremsen (26), wobei jeweils eine Bremse (26) einem der Räder (24) des Zugfahrzeugs (12) zugeordnet ist, und – eine Lenkeinrichtung (33) aufweist, mit welcher zumindest eines der Räder (24) lenkbar ist, und das Stabilisierungssystem (28) umfasst: – eine Anzahl von Sensoren (34) zum Erfassen des Betriebszustands des Zugfahrzeugs (12) und des Anhängers (14) und zum Erzeugen von entsprechenden Signalen, und – eine Steuereinheit (32), welche aus den von den Sensoren (34) erzeugten Signalen die Frequenz der Gespannschwingungen ermittelt und derart ansteuernd auf die Bremsen (26) und/oder die Lenkeinrichtung (33) wirkt, dass die Bremsen (26) und/oder die Lenkeinrichtung (33) unter Berücksichtigung der ermittelten Frequenz der Gespannschwingungen betätigt werden.
Stabilisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (32) in Abhängigkeit der ermittelten Frequenz der Gespannschwingungen derart ansteuernd auf die Bremsen (26) wirkt, dass diese asymmetrisch betätigt werden.
Stabilisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (32) in Abhängigkeit der ermittelten Frequenz der Gespannschwingungen derart ansteuernd auf die Bremsen (26) wirkt, dass zumindest die Bremsen (26), die den auf derselben Achse (18) angeordneten Rädern (24) zugeordnet sind, zumindest teilweise symmetrisch betätigt werden.
Stabilisierungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (32) in Abhängigkeit der ermittelten Frequenz der Gespannschwingungen derart ansteuernd auf die Lenkeinrichtung (33) wirkt, dass diese ein Moment überlagern kann.
Stabilisierungssystem insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugfahrzeug (12) eine Antriebseinrichtung (27) aufweist und die Steuereinheit (32) unter Berücksichtigung der ermittelten Frequenz der Gespannschwingungen ansteuernd auf die Antriebseinrichtung (27) wirkt.
Stabilisierungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Sensoren (34) als ein Gierratensensor, Querbeschleunigungssensor, Radgeschwindigkeitssensor oder Lenkwinkelsensor ausgebildet ist.
Verfahren zum Betreiben eines Stabilisierungssystems insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche zum Verringern von Gespannschwingungen in einem Gespann (10) mit einem Zugfahrzeug (12) und einem vom Zugfahrzeug (12) gezogenen Anhänger (14), umfassend folgende Schritte: – Ermitteln der Frequenz der Gespannschwingungen mittels der Steuereinheit (32) unter Verwendung der von den Sensoren (34) erzeugten Signalen, und – Ansteuern der Bremsen (26) und/oder der Lenkeinrichtung (33) mittels der Steuereinheit (32) derart, dass die Bremsen (26) und oder die Lenkeinrichtung (33) unter Berücksichtigung der ermittelten Frequenz der Gespannschwingungen betätigt werden.
Verfahren insbesondere nach Anspruch 7, wobei das Zugfahrzeug (12) eine Antriebseinrichtung (27) aufweist und die Steuereinheit (32) unter Berücksichtigung der ermittelten Frequenz der Gespannschwingungen ansteuernd auf die Antriebseinrichtung (27) wirkt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, umfassend folgenden Schritt: – asymmetrisches Ansteuern der Bremsen (26) mittels der Steuereinheit (32) in Abhängigkeit der ermittelten Frequenz der Gespannschwingungen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, umfassend folgenden Schritt: – symmetrisches Ansteuern in Abhängigkeit der ermittelten Frequenz der Gespannschwingungen mittels der Steuereinheit (32) zumindest der Bremsen (26), die auf derselben Achse (18) angeordneten Rädern (24) zugeordnet sind.
Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, welcher auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zum Ansteuern eines Stabilisierungssystems insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Verringern von Gespannschwingungen in einem Gespann (10) mit einem Zugfahrzeug (12) und einem vom Zugfahrzeug (12) gezogenen Anhänger (14), umfassend folgende Schritte: – Ermitteln der Frequenz der Gespannschwingungen unter Verwendung der von den Sensoren (34) erzeugten Signalen, und – Ansteuern der Bremsen (26) und/oder der Lenkeinrichtung (33) derart, dass die Bremsen (26) und oder die Lenkeinrichtung (33) unter Berücksichtigung der ermittelten Frequenz der Gespannschwingungen betätigt werden.
Computerprogrammprodukt insbesondere nach Anspruch 11, wobei das Zugfahrzeug (12) eine Antriebseinrichtung (27) aufweist, umfassend folgenden Schritt: – Ansteuern der Antriebseinrichtung (27) unter Berücksichtigung der ermittelten Frequenz der Gespannschwingungen.
Steuereinheit mit einem Computerprogrammprodukt nach einem der Ansprüche 11 oder 12.
Fahrzeug, insbesondere Zugfahrzeug mit einem Stabilisierungssystem nacheinem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder einem Computerprogrammprodukt nach einem der Ansprüche 11 oder 12 und/oder einer Steuereinheit nach Anspruch 13.