DE102019201358A1

DE102019201358A1 - Verfahren zum Abschätzen der Wankbewegung eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102019201358A1
Application number: DE102019201358.9A
Authority: DE
Inventors: Mina Kaldas
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-02-04
Filing date: 2019-02-04
Publication date: 2020-08-06

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Abschätzen der Wankbewegung eines Kraftfahrzeuges (1), welches eine Vorrichtung zur elektronischen Dämpferregelung (3) mit einem Sensor zur Bestimmung der vertikalen Beschleunigung des Kraftfahrzeuges und eine Vorrichtung zur Fahrdynamikregelung (2) mit einer Einrichtung zum Abschätzen der lateralen Beschleunigung des Kraftfahrzeuges (1) umfasst, beschrieben. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: - Bestimmen (5) der vertikalen Beschleunigung (A) des Kraftfahrzeuges (1) mittels des Sensors der Vorrichtung zur elektronischen Dämpferregelung (3), - Abschätzen (6) der lateralen Beschleunigung (A) des Kraftfahrzeuges (1) mittels der Vorrichtung zur Fahrdynamikregelung (2), und - Berechnen (7) der Wankbewegung des Kraftfahrzeuges (1) aus der bestimmten vertikalen Beschleunigung (A) und der abgeschätzten lateralen Beschleunigung (A).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschätzen der Wankbewegung, insbesondere des Wankwinkels, der Wankwinkelgeschwindigkeit und der Wankwinkelbeschleunigung, eines Kraftfahrzeuges. Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zum Abschätzen der Wankbewegung eines Kraftfahrzeuges und ein Kraftfahrzeug.
Kraftfahrzeuge sind üblicherweise mit einer Vielzahl an Fahrassistenzsystemen ausgestattet. Diese Fahrerassistenzsysteme erfordern dabei jeweils in der Regel eine Anzahl an Sensoren, Auswertungs- und Steuereinheiten. Die gesamte Fahrzeugsteuerung weist damit ein hohes Maß an Komplexität auf und die erforderlichen Zusatzkomponenten beanspruchen üblicherweise zusätzlichen Stauraum.
Beispiele für häufig vorhandene Fahrerassistenzsysteme sind eine Fahrdynamikregelung und eine elektronische Dämpferregelung. Eine elektronische Dämpferregelung bzw. ein elektronisches Dämpfungssystem wird auch als CCD-Vorrichtung (CCD - Continuously Controlled Damping) bezeichnet. Bei einem elektronischen Dämpfungssystem wird die Dämpfungskraft jedes Stoßdämpfers unter Berücksichtigung der Fahrsituation für jedes Rad separat geregelt. Eine Fahrdynamikregelung (ESC - Electronic Stability Control) bzw. Elektronische Stabilitätskontrolle wird auch als ESP für Elektronisches Stabilitätsprogramm abgekürzt. Die Fahrdynamikregelung bezeichnet ein elektronisch gesteuertes Fahrassistenzsystem für Kraftfahrzeuge, das durch gezieltes Abbremsen einzelner Räder dem Ausbrechen des Wagens entgegenwirkt.
Im Rahmen von verschiedenen Fahrerassistenzsystemen ist die Bestimmung bzw. die Kenntnis der Wankbewegung des Kraftfahrzeuges, insbesondere des Wankwinkels, von Bedeutung. In dem Dokument JP 2007 230 348 A wird beispielsweise eine Vorrichtung zur Fahrdynamikregelung beschrieben, wobei die jeweilige laterale Beschleunigung auf der Grundlage der lateral wirkenden Kräfte mittels entsprechender Kraftsensoren für jedes Rad bestimmt wird und auf dieser Grundlage der Wankwinkel bestimmt wird. Ein Verfahren zur Bestimmung des Wankwinkels eines Fahrzeuges unter Verwendung einer Abschätzung der Straßenneigung ist in dem Dokument US 6,840,584 B2 beschrieben. In dem Dokument US 5,085,458 wird unter anderem eine Wankwinkelbeschleunigung basierend auf der vorderen rechten und vorderen linken Vertikalbeschleunigung, insbesondere der Differenz der Vertikalbeschleunigungen abgeleitet. Im Rahmen des Dokuments US 2008/0262690 A1 wird eine Steuervorrichtung beschrieben, in welcher die Wankbewegung des Fahrzeuges auf der Basis von Sensorsignalen bestimmt und berücksichtigt wird. In dem Dokument US 7,590,481 B2 wird im Rahmen eines Steuersystems die Wankbewegung ohne einen Wankbeschleunigungssensor bestimmt, wobei auf Daten von einem Nickwinkelbeschleunigungssensor und einem Gierratensensor genutzt werden.
Weitere Verfahren und Vorrichtungen, in welchen die Rollbewegung des Fahrzeuges eine Rolle spielt und bestimmt wird, sind in den Dokumenten US 5,515,274 , OH, J. et al., Vehicle Roll and Pitch Angle Estimation Using a Costeffective Six-dimensional Inertial Measurement Unit, (Research Paper), July 26, 2012. Journal of Automobile Engineering, Vol.227, No.4, P.p. 577 - 590, NILSSON, A. et al., Estimation of Vehicle Roll Angle, (Web Page), Industrial Electrical Engineering and Automation, RAO, N. et al., An Approach to Rollover Stability in Vehicles using Suspension Relative Position Sensors and Lateral Acceleration Sensors, (Research Paper), December 2005, beschrieben.
Vor dem beschriebenen Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Abschätzen der Wankbewegung zur Verfügung zu stellen, welches die Komplexität, die Kosten und den erforderlichen Stauraum im Zusammenhang mit Fahrerassistenzsystemen reduziert. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Abschätzen der Wankbewegung eines Kraftfahrzeuges gemäß Patentanspruch 1, durch eine Vorrichtung zum Abschätzen der Wankbewegung gemäß Patentanspruch 6 und durch ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 7 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abschätzen der Wankbewegung, insbesondere zum Abschätzen des Wankwinkels und/oder der Wankwinkelgeschwindigkeit und/oder der Wankwinkelbeschleunigung, eines Kraftfahrzeugs bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug, welches eine Vorrichtung zur elektronischen Dämpferregelung mit einem Sensor zur Bestimmung der vertikalen Beschleunigung des Kraftfahrzeuges und eine Vorrichtung zur Fahrdynamikregelung mit einer Einrichtung zum Abschätzen der lateralen Beschleunigung des Kraftfahrzeuges umfasst.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte: Die vertikale Beschleunigung A_z des Kraftfahrzeuges wird mittels des Sensors der Vorrichtung zur elektronischen Dämpferregelung bestimmt. Die laterale Beschleunigung A_y des Kraftfahrzeuges wird mittels der Vorrichtung zur Fahrdynamikregelung abgeschätzt. Die Wankbewegung des Kraftfahrzeuges wird aus der bestimmten vertikalen Beschleunigung A_z und der abgeschätzten lateralen Beschleunigung A_y berechnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass es auf einem einfachen Abschätzungskonzept basiert, dass keine zusätzlichen Sensoren erforderlich sind und damit sowohl die Komplexität der Bestimmung der Wankbewegung reduziert wird, sowie Kosten und Stauraum eingespart werden.
Vorteilhafterweise wird der Wankwinkel Θ aus dem Quotienten bzw. dem Verhältnis der bestimmten vertikalen Beschleunigung A_z und der abgeschätzten lateralen Beschleunigung A_y berechnet, zum Beispiel gemäß tan θ = A_z / A_y oder gemäß θ = A_z/ A_y berechnet. Weiterhin kann mittels der lateralen Beschleunigung A_y die laterale Geschwindigkeit V_y bestimmt werden und die Wankwinkelgeschwindigkeit ω aus dem Quotienten der vertikalen Beschleunigung A_z und der lateralen Geschwindigkeit V_y berechnet werden, beispielsweise gemäß ω = A_z/V_y. In einer weiteren Variante kann mittels der lateralen Beschleunigung A_z die laterale Verschiebung bzw. Translation D_y bestimmt werden und die Wankwinkelbeschleunigung α aus dem Quotienten der vertikalen Beschleunigung A_z und der lateralen Verschiebung D_y berechnet werden, beispielsweise gemäß α = A_z/D_y.
Mittels der vorliegenden Erfindung können also sämtliche Wankbewegungsparameter, also sowohl der Wankwinkel, als auch die Wankwinkelgeschwindigkeit und die Wankwinkelbeschleunigung sehr einfach und kostengünstig berechnet werden, wobei insbesondere keinerlei zusätzliche Sensoren oder Auswertungseinrichtungen erforderlich sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abschätzen der Wankbewegung eines Kraftfahrzeuges ist dazu ausgelegt, ein zuvor beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Die Vorrichtung hat die bereits beschriebenen Vorteile. Sie zeichnet sind insbesondere dadurch aus, dass sie Sensoren einer Vorrichtung zur Fahrdynamikregelung und einer Vorrichtung zur elektronischen Dämpferregelung nutzt und somit faktisch keinen eigenen bzw. zusätzlichen Stauraum erfordert.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abschätzen der Wankbewegung eines Kraftfahrzeuges. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug hat die bereits genannten Merkmale und Vorteile. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich um einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen, ein Minibus oder einen Bus handeln.
Die Figuren zeigen:

1 zeigt schematisch das Prinzip, auf welchem das erfindungsgemäße Verfahren basiert, anhand eines Kraftfahrzeuges.
2 zeigt schematisch eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flussdiagramms.
3 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.

Die 1 zeigt schematisch das Prinzip, auf welchem das erfindungsgemäße Verfahren basiert, anhand eines Kraftfahrzeuges. Das Kraftfahrzeug umfasst eine Vorrichtung zur elektronischen Dämpferregelung 3 mit einem Sensor zur Bestimmung der vertikalen Beschleunigung des Kraftfahrzeuges und eine Vorrichtung zur Fahrdynamikregelung 2 mit einer Einrichtung zum Abschätzen der lateralen Beschleunigung des Kraftfahrzeuges.
Das gezeigte Kraftfahrzeug 1 weist eine in die Zeichenebene hineinragende bzw. aus dieser herausragende x-Achse bzw. Längsachse oder longitudinale Achse auf. Die laterale Achse bzw. y-Achse steht dabei senkrecht auf der Längsachse. Senkrecht auf der lateralen Achse und der Längsachse steht die vertikale z-Achse. Im Falle einer Wankbewegung des Kraftfahrzeuges 1 dreht sich die laterale Achse bzw. y-Achse um einen Wankwinkel θ zur vertikalen Achse bzw. z-Achse.
Zur Bestimmung des Wankwinkels θ wird mittels des Sensors zur Bestimmung der vertikalen Beschleunigung der Vorrichtung zur elektronischen Dämpferregelung 3 die vertikale Beschleunigung A_z bestimmt. Weiterhin wird die laterale Beschleunigung A_y mittels der Vorrichtung zur Fahrdynamikregelung 2 abgeschätzt. Aus dem Verhältnis von A_z und A_y kann der Wankwinkel θ gemäß tan θ = A_z/ A_y oder gemäß θ = A_z/ A_y berechnet werden.
Mittels der lateralen Beschleunigung A_y kann zudem die laterale Geschwindigkeit V_y bestimmt werden und die Wankwinkelgeschwindigkeit ω kann aus dem Quotienten der vertikalen Beschleunigung A_z und der lateralen Geschwindigkeit V_y berechnet werden. Weiterhin kann mittels der lateralen Beschleunigung A_z die laterale Verschiebung D_y bestimmt werden und die Wankwinkelbeschleunigung α kann aus dem Quotienten der vertikalen Beschleunigung A_z und der lateralen Verschiebung D_y gemäß α = A_z/ D_y berechnet werden.
Die 2 zeigt schematisch eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flussdiagramms. In Schritt 5 wird die vertikale Beschleunigung des Kraftfahrzeuges mittels des Sensors der Vorrichtung zur elektronischen Dämpferregelung bestimmt. In Schritt 6 wird die laterale Beschleunigung des Kraftfahrzeuges mittels der Vorrichtung zur Fahrdynamikregelung abgeschätzt. Die Schritte 5 und 6 können auch in einer anderen Reihenfolge oder gleichzeitig durchgeführt werden. Anschließend wird in einem Schritt 7 die Wankbewegung, insbesondere der Wankwinkel und/oder die Wankwinkel-Geschwindigkeit und/oder die WankwinkelBeschleunigung, aus der bestimmten vertikalen Beschleunigung und der abgeschätzten lateralen Beschleunigung bestimmt.
Die 3 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1. Das Kraftfahrzeug umfasst eine Vorrichtung zur elektronischen Dämpferregelung 3 mit einem Sensor zur Bestimmung der vertikalen Beschleunigung des Kraftfahrzeuges, eine Vorrichtung zur Fahrdynamikregelung 2 mit einer Einrichtung zum Abschätzen der lateralen Beschleunigung des Kraftfahrzeuges und eine erfindungsgemäße Vorrichtung 4 zum Abschätzen der Wankbewegung des Kraftfahrzeuges 1. Die Vorrichtung 4 ist zur Datenübertragung mit der Vorrichtung zur elektronischen Dämpferregelung 3 und der Vorrichtung zur Fahrdynamikregelung 2 verbunden und dazu ausgelegt, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Vorrichtung zur Fahrdynamikregelung
3: Vorrichtung zur elektronischen Dämpferregelung
4: Vorrichtung zum Abschätzen der Wankbewegung
5: Bestimmen der vertikalen Beschleunigung
6: Bestimmen der lateralen Beschleunigung des Kraftfahrzeuges
7: Bestimmen der Wankbewegung des Kraftfahrzeuges
A_y: lateralen Beschleunigung
A_z: vertikale Beschleunigung
Θ: Wankwinkel

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

JP 2007230348 A [0004]
US 6840584 B2 [0004]
US 5085458 [0004]
US 2008/0262690 A1 [0004]
US 7590481 B2 [0004]
US 5515274 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

OH, J. et al., Vehicle Roll and Pitch Angle Estimation Using a Costeffective Six-dimensional Inertial Measurement Unit, (Research Paper), July 26, 2012 [0005]
NILSSON, A. et al., Estimation of Vehicle Roll Angle, (Web Page), Industrial Electrical Engineering and Automation [0005]
RAO, N. et al., An Approach to Rollover Stability in Vehicles using Suspension Relative Position Sensors and Lateral Acceleration Sensors, (Research Paper), December 2005, beschrieben [0005]

Claims

Verfahren zum Abschätzen der Wankbewegung eines Kraftfahrzeuges (1), welches eine Vorrichtung zur elektronischen Dämpferregelung (3) mit einem Sensor zur Bestimmung der vertikalen Beschleunigung des Kraftfahrzeuges und eine Vorrichtung zur Fahrdynamikregelung (2) mit einer Einrichtung zum Abschätzen der lateralen Beschleunigung des Kraftfahrzeuges (1) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Bestimmen (5) der vertikalen Beschleunigung (A_z) des Kraftfahrzeuges (1) mittels des Sensors der Vorrichtung zur elektronischen Dämpferregelung (3), - Abschätzen (6) der lateralen Beschleunigung (A_y) des Kraftfahrzeuges (1) mittels der Vorrichtung zur Fahrdynamikregelung (2), - Berechnen (7) der Wankbewegung des Kraftfahrzeuges (1) aus der bestimmten vertikalen Beschleunigung (A_z) und der abgeschätzten lateralen Beschleunigung (A_y).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wankwinkels (θ) aus dem Quotienten der bestimmten vertikalen Beschleunigung (A_z) und der abgeschätzten lateralen Beschleunigung (A_y) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wankwinkel gemäß tan θ = A_z/ A_y oder gemäß θ = A_z/A_y berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der lateralen Beschleunigung (A_y) die laterale Geschwindigkeit (V_y) bestimmt wird und die Wankwinkelgeschwindigkeit (ω) aus dem Quotienten der vertikalen Beschleunigung (A_z) und der lateralen Geschwindigkeit (V_y) berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der lateralen Beschleunigung (A_z) die laterale Verschiebung (D_y) bestimmt wird und die Wankwinkelbeschleunigung α aus dem Quotienten der vertikalen Beschleunigung (A_z) und der lateralen Verschiebung (D_y) berechnet wird.
Vorrichtung (4) zum Abschätzen der Wankbewegung eines Kraftfahrzeuges (1), welche dazu ausgelegt ist, ein Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche auszuführen.
Kraftfahrzeug (1), welches eine Vorrichtung zur elektronischen Dämpferregelung (3) mit einem Sensor zur Bestimmung der vertikalen Beschleunigung des Kraftfahrzeuges und eine Vorrichtung zur Fahrdynamikregelung (2) mit einer Einrichtung zum Abschätzen der lateralen Beschleunigung des Kraftfahrzeuges (1) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug eine Vorrichtung (4) zum Abschätzen der Wankbewegung des Kraftfahrzeuges gemäß dem vorstehenden Anspruch umfasst.