DE102022200666A1

DE102022200666A1 - Ermittlung einer Fahrgeschwindigkeit mit kritischer Schwingungsanregung

Info

Publication number: DE102022200666A1
Application number: DE102022200666.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Birk
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-01-21
Filing date: 2022-01-21
Publication date: 2023-07-27

Abstract

Verfahren zur Ermittlung einer Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs, bei der das Fahrzeug aufschwingt; mit den Schritten Messen der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs; Messen einer kinematischen Größe (α) des Fahrzeugs; Prüfen, ob der Betrag eines ersten Werts der kinematischen Größe (α) einen vordefinierte ersten Schwellwert (A1) überschreitet; Prüfen, ob der Betrag eines zweiten Werts der kinematischen Größe(α), der nach dem ersten Wert gemessen wurde, einen vordefinierten zweiten Schwellwert (A2) überschreitet, der größer ist als der erste Schwellwert (A1); Prüfen, ob Werte der kinematischen Größe(α), die zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert gemessenen wurden, einer Schwingung entsprechen; Zählen der Perioden der Schwingung zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert; und Prüfen, ob die Zahl der Perioden einen vordefinierten dritten Schwellwert überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 3, ein Computerprogramm nach Anspruch 11 und ein Steuergerät nach Anspruch 12.
Die Reifen und das Fahrwerk eines Fahrzeugs bilden ein schwingfähiges System mit einer bestimmten Eigenfrequenz. Kommt es abhängig von der Fahrgeschwindigkeit zu einer entsprechenden Anregung, schwingt sich das Fahrzeug auf. Dies verschlechtert nicht nur den Fahrkomfort, sondern kann auch zu gefährlichen Fahrsituationen führen.
Aus der DE 10 201 621 9669 B4 geht hervor, dass zum Reduzieren einer vertikalen Bewegung eines Fahrzeugaufbaus durch Ändern des Antriebsmoments des Motors synchron mit der Schwingung der gefederten Masse eine Kraft auf den Fahrzeugaufbau erzeugt werden kann.
Die EP 2 998 133 A1 offenbart Beschleunigungssensoren zum Messen einer vertikalen Fahrzeugschwingung. Das Aufschwingen eines mit den Sensoren versehenen landwirtschaftlichen Fahrzeugs wird durch Absenken des Reifendrucks verhindert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Aufschwingen eines Fahrzeugs unter Umgehung der den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile zu verhindern. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 3, ein Computerprogramm nach Anspruch 11 und ein Steuergerät nach Anspruch 12. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten und ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung.
Ein erstes, vorzugsweise computerimplementiertes erfindungsgemäßes Verfahren dient der Ermittlung einer Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs. Die Fahrgeschwindigkeit bezeichnet eine Geschwindigkeit, mit der sich das Fahrzeug in seine Längsrichtung relativ zum Untergrund bewegt.
Das erste erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass die Fahrgeschwindigkeit gemessen wird. Im Einzelnen wird mindestens ein Wert der Fahrgeschwindigkeit gemessen. Dies geschieht bevorzugt mittels eines an dem Fahrzeug angebrachten Geschwindigkeitssensors. Hierzu ist etwa ein Geschwindigkeitssensor geeignet, mit dem herkömmlicherweise die im Tachometer des Fahrzeugs angezeigte Fahrgeschwindigkeit gemessen wird.
Darüber hinaus wird eine kinematische Größe des Fahrzeugs gemessen. Im Einzelnen werden ein erster Wert, ein zweiter Wert und dazwischen mehrere weitere Werte der kinematischen Größe gemessen. Die Messung der weiteren Werte folgt auf die Messung des ersten Werts. Auf die Messung der mehreren Werte folgt schließlich die Messung des zweiten Werts.
Eine kinematische Größe bezeichnet eine physikalische Größe, die eine Bewegung eines Festkörpers, vorliegend der Karosserie und/oder des Rahmens des Fahrzeugs, mindestens teilweise beschreibt. Insbesondere kann es sich bei der Größe um eine Ortsgröße, das heißt eine Größe, die den Ort der Karosserie und/oder des Rahmens mindestens teilweise beschreibt, oder um eine einfache oder mehrfache zeitliche Abweichung davon, etwa Geschwindigkeit, Beschleunigung oder Ruck, handeln. Die kinematische Größe beschreibt vorzugsweise eine translatorische Bewegung des Fahrzeugs beziehungsweise seines Rahmens und/oder seiner Karosserie entlang der Hochachse.
Die Fahrgeschwindigkeit und die kinematische Größe werden bevorzugt gleichzeitig oder in geringem zeitlichem Abstand gemessen. Vorzugsweise wird die Fahrgeschwindigkeit nach dem ersten Wert und vor dem zweiten Wert der kinematischen Größe gemessen. Durch den zeitlichen Bezug der Messungen beschreiben die gemessenen Werte der kinematischen Größe das Schwingungsverhalten des Fahrzeugs bei der gemessenen Fahrgeschwindigkeit.
Anhand der gemessenen Werte der kinematischen Größe wird in weiteren Schritten des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens geprüft, ob das Fahrzeug aufschwingt, das heißt zu Resonanzschwingungen angeregt wird. Im Einzelnen wird geprüft, ob die kinematische Größe im Zeitraum der Messungen einer Resonanzschwingung unterliegt. Im Rahmen dieser Prüfung wird die kinematische Größe mit einem vordefinierten, das heißt zuvor festgelegten ersten Schwellwert und einem vordefinierten zweiten Schwellwert, der größer ist als der erste Schwellwert, verglichen. Es wird geprüft, ob der erste Wert betragsmäßig den ersten Schwellwert überschreitet. Weiterhin wird geprüft, ob der zweite Wert betragsmäßig den vordefinierten zweiten Schwellwert überschreitet.
Der Vergleich des ersten Werts mit dem ersten Schwellwert dient dazu, kritischen von unkritischen Schwingungen zu unterscheiden. Eine Schwingung wird erst bei einer höheren Amplitude kritisch. Als Maß für eine höhere Amplitude, bei der die Schwingung kritisch wird, wird vorliegend der erste Schwellwert herangezogen.
Der Vergleich der kinematischen Größe mit dem zweiten Schwellwert dient dazu, eine resonante Schwingung zu identifizieren, bei der das Fahrzeug aufschwingt. Charakteristisch für eine solche Schwingung ist eine sich verstärkende Amplitude. Dies wird durch den Vergleich mit dem zweiten Schwellwert erkannt, sodass Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können.
Liegt eine Schwingung vor, so unterliegen die zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert gemessenen weiteren Wert der kinematischen Größe einem entsprechenden Muster. Dies wird in einem weiteren Verfahrensschritt geprüft.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden die Zyklen der Schwingung gezählt. Die Länge eines Zyklus entspricht einer Periode bzw. Periodendauer der Schwingung.
Schließlich wird geprüft, ob die Zahl der Zyklen einen vordefinierten dritten Schwellwert überschreitet. Überschreitet die Zahl der Zyklen den dritten Schwellwert, so ist davon auszugehen, dass das Fahrzeug aufschwingt. Eine geringere Anzahl von Zyklen hingegen deutet darauf hin, dass die Schwingung nach einer Anregung durch Unebenheiten des Untergrunds abklingt. Entsprechend lässt sich durch geeignete Wahl des dritten Schwellwerts die Robustheit des Verfahrens gegenüber Fehldetektionen erhöhen.
Schwingungen zeichnen sich durch eine konstante Dauer der einzelnen Zyklen aus. Um Fehldetektionen zu vermeiden werden daher in einer bevorzugten Weiterbildung die gemessenen Werte auf eine weitestgehend konstante Periodendauer hin geprüft. Im Einzelnen wird geprüft, ob eine Abweichung der zeitlichen Dauer jeweils zweier der Zyklen eine vordefinierte Maximalabweichung nicht überschreitet. Bei einem positiven Ergebnis ist davon auszugehen, dass einer Schwingung der kinematischen Größe vorliegt.
Ein zweites, vorzugsweise computerimplementiertes erfindungsgemäßes Verfahren dient dazu, das oben beschriebene Aufschwingen des Fahrzeugs zu verhindern. Zunächst wird dazu eine Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt, bei der das Fahrzeug aufschwingt. Weiterhin wird eine Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs gemessen. Die gemessene Fahrgeschwindigkeit wird mit der zuvor ermittelten Fahrgeschwindigkeit, bei der das Fahrzeug aufschwingt, verglichen. Dazu wird eine Differenz der beiden Fahrgeschwindigkeiten gebildet.
Ist die Differenz hinreichend groß, so kann davon ausgegangen werden, dass die gemessene Fahrgeschwindigkeit nicht zu einem Aufschwingen des Fahrzeugs führt. Dann sind keine weiteren Maßnahmen erforderlich. Andernfalls wird erfindungsgemäß einer Beschleunigung des Fahrzeugs beeinflusst, um zu verhindern, dass das Fahrzeug aufschwingt.
Insbesondere kann die Beeinflussung der Beschleunigung dann erfolgen, wenn die Differenz einen vordefinierten Mindestwert unterschreitet. Bei Unterschreitung des Mindestwertes kommt die gemessene Fahrgeschwindigkeit der Fahrgeschwindigkeit, bei der das Fahrzeug aufschwingt, nahe. Dann steigt die Gefahr eines Aufschwingens.
Der Mindestwert kann insbesondere null betragen. In dem Fall wird die Beschleunigung des Fahrzeugs nur dann beeinflusst, wenn die momentane Fahrgeschwindigkeit exakt der zuvor ermittelten Fahrgeschwindigkeit entspricht.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird die Fahrgeschwindigkeit, bei der das Fahrzeug aufschwingt, gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt.
Das zweite Verfahren ist bevorzugt derart weitergebildet, dass die Fahrgeschwindigkeit, bei der das Fahrzeug aufschwingt, fortlaufend ermittelt wird. Eine fortlaufende Ermittlung bezeichnet eine Ermittlung in einer Programmschleife. Nach jeder Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, bei der das Fahrzeug aufschwingt, wird die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, bei der das Fahrzeug aufschwingt, unter Anwendung desselben Verfahrens erneut ermittelt.
Die weiterbildungsgemäße fortlaufende Ermittlung trägt dem Umstand Rechnung, dass die Resonanzfrequenzen im Fahrwerk sich im laufenden Betrieb ändern können. Insbesondere kann eine solche Änderung Folge eines veränderten Reifendrucks oder von Gummiabrieb sein. Auch verändert sich die Resonanzfrequenz, wenn das Fahrzeug be- oder entladen wird.
Eine mögliche Maßnahme, das Aufschwingen des Fahrzeugs zu verhindern, besteht darin, das Fahrzeug so stark zu beschleunigen, dass es die kritischen Geschwindigkeitsbereiche in hinreichend kurzer Zeit durchfährt. Dies setzt voraus, dass der Motor des Fahrzeugs ausreichend Leistungsreserven besitzt. Um dies zu prüfen, wird in einer bevorzugten Weiterbildung die Differenz zwischen der Maximalleistung des Motors und einer abgerufenen Leistung berechnet. Diese Differenz muss einer vordefinierten Leistungsreserve, das heißt einem vordefinierten Mindestwert entsprechen. Die Differenz muss also den vordefinierten Mindestwert überschreiten.
Kommt die weiterbildungsgemäße Prüfung zu dem Ergebnis, dass eine ausreichende Leistungsreserve des Motors vorhanden ist, wird in einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung eine Getriebeübersetzung des Fahrzeugs beeinflusst. Durch die Getriebeübersetzung wird ein Drehzahlverhältnis zwischen einer Ausgangswelle des Motors und einer Ausgangswelle des Getriebes und damit zu den Rädern einer angetriebenen Achse festgelegt.
Die Beeinflussung der Getriebeübersetzung kann auf verschiedene Weise erfolgen. In einer bevorzugten Weiterbildung wird die Getriebeübersetzung erhöht. Dadurch vergrößert sich die Drehzahl der Ausgangswelle des Motors im Verhältnis zur Ausgangswelle des Getriebes. Infolgedessen steht eine höhere Motorleistung zur Verfügung, sodass der kritische Geschwindigkeitsbereich mit erhöhter Beschleunigung und damit in kürzerer Zeit durchfahren werden kann.
Bei einem Getriebe mit diskreten Übersetzungsstufen ist eine Erhöhung der Getriebeübersetzung nicht immer zielführend. In dem Fall kann ein Hochschaltvorgang gemäß einer alternativen Weiterbildung zeitverzögert erfolgen. Dies bedeutet, dass die momentane Übersetzung beziehungsweise der momentan eingelegte Gang länger gehalten wird. Auch dadurch erhöht sich letztendlich die Drehzahl der Ausgangswelle des Motors im Verhältnis zur Ausgangswelle des Getriebes, sodass der Motor mit einer höheren Leistung betrieben werden kann.
Steht eine ausreichende Leistungsreserve des Motors nicht zur Verfügung, so sollten Geschwindigkeitsbereiche, in denen das Fahrzeug aufschwingt, vermieden werden. Dem wird in einer bevorzugten Weiterbildung Rechnung getragen, indem die Beschleunigung des Fahrzeugs entsprechend beeinflusst wird. Die Beschleunigung des Fahrzeugs wird weiterbildungsgemäß so beeinflusst, dass die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs unterhalb der Fahrgeschwindigkeit gehalten wird, bei der das Fahrzeug aufschwingt. Dies kann insbesondere bedeuten, dass eine Beschleunigung des Fahrzeugs verhindert wird, das heißt, dass die Beschleunigung null beträgt und das Fahrzeug mit gleichbleibender Geschwindigkeit weiterfährt.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm implementiert eine erfindungsgemäßes Verfahren oder eine bevorzugtes Weiterbildung. Das Computerprogramm ist also zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer bevorzugten Weiterbildung ausgebildet. Dies bedeutet, dass das Computerprogram einen Computer zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer bevorzugten Weiterbildung veranlasst, wenn das Computerprogramm von dem Computer ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann auf einem Speichermedium gespeichert oder in einem oder mehreren übertragungsfähigen Signalen codiert sein.
Ein erfindungsgemäßer Computer ist ausgebildet bzw. eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren oder eine bevorzugten Weiterbildung auszuführen. Er zeichnet sich dadurch aus, dass er ein erfindungsgemäßes Computerprogramm aufweist. Ein Sensor zum Messen der kinematischen Größe ist dabei signalleitend mit dem Steuergerät verbunden.
Der Computer ist bevorzugt als Steuergerät, d.h. als Computer zum Steuern oder Regeln eines Fahrzeugs. Insbesondere kann es sich um ein Steuergerät des oben beschriebenen Fahrzeugs, etwa ein Motor- oder Getriebesteuergerät, handeln.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist der Computer den Sensor zum Messen der kinematischen Größe auf. Der Sensor ist also an oder in dem Computer angebracht ist. Dies ist von Vorteil, da keine extern angebrachten Sensoren und entsprechende Verkabelungen nötig sind.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 1 dargestellt. Im Einzelnen zeigt:

1 den Graph einer Schwingung.

In 1 ist eine Beschleunigung α eines Fahrzeugs um seine Hochachse in Abhängigkeit der Zeit t aufgetragen. Durch Bodenunebenheiten, die das Fahrzeug überfährt, wird es zu Schwindungen angeregt. Liegt die Anregung im Bereich einer Resonanzfrequenz, verstärkt sich α im Verlaufe der Zeit t.
Um ein solches Schwingungsverhalten zu erkennen, wird α mit einem ersten Schwellwert A1 und einem zweiten Schwellwert A2 verglichen. A2 ist größer als A1. Zunächst wird festgestellt, ob α den ersten Schwellwert A1 überschreitet. Dies ist ein Indiz dafür, dass α einer Schwingung unterliegt.
Ein weiteres Indiz ist ein periodisch veränderliches Verhalten von α. In entsprechenden Zeiträumen T1, T2, T3 und T4 wird α ausgewertet und Werten von α in jeweils anderen Zeiträumen verglichen. Zwischen T1, T2, T3 und T4 wird im Rahmen der Auswertung eine bedatbare Abweichung zugelassen. Wird die zugelassene Abweichung nicht überschritten, kann davon ausgegangen werden, dass α einer Schwingung unterliegt.
Schließlich wird α mit dem zweiten Schwellwert A2 verglichen. Ein Überschreiten des zweiten Schwellwerts A2 deutet darauf hin, dass sich die Amplitude der Schwingung verstärkt. Entsprechend liegt eine resonante Schwingung vor. Eine währenddessen gemessene Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs wird daher zukünftig im Hinblick auf den Fahrkomfort und die Fahrsicherheit vermieden.
Bezugszeichenliste

α: Beschleunigung
t: Zeit
A1: erster Schwellwert
A2: zweiter Schwellwert
T1: Zeitraum
T2: Zeitraum
T3: Zeitraum
T4: Zeitraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016219669 B4 [0003]
EP 2998133 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs, bei der das Fahrzeug aufschwingt; mit den Schritten - Messen der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs; - Messen einer kinematischen Größe (α) des Fahrzeugs; - Prüfen, ob der Betrag eines ersten Werts der kinematischen Größe (α) einen vordefinierte ersten Schwellwert (A1) überschreitet; - Prüfen, ob der Betrag eines zweiten Werts der kinematischen Größe(α), der nach dem ersten Wert gemessen wurde, einen vordefinierten zweiten Schwellwert (A2) überschreitet, der größer ist als der erste Schwellwert (A1); - Prüfen, ob Werte der kinematischen Größe(α), die zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert gemessenen wurden, einer Schwingung entsprechen; - Zählen der Zyklen der Schwingung zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert; und - Prüfen, ob die Zahl der Zyklen einen vordefinierten dritten Schwellwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird, ob eine Abweichung der Dauer jeweils zweier der Zyklen eine vordefinierte Maximalabweichung nicht überschreitet.
Verfahren zur Verhinderung des Aufschwingens eines Fahrzeugs; mit den Schritten - Ermitteln einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, bei der das Fahrzeug aufschwingt; - Messen einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs; und - Beeinflussen einer Beschleunigung des Fahrzeugs in Abhängigkeit einer Differenz zwischen einer gemessenen Fahrgeschwindigkeit und der Fahrgeschwindigkeit, bei der das Fahrzeug aufschwingt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch; dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrgeschwindigkeit, bei der das Fahrzeug aufschwingt, gemäß einem Verfahren nach Anspruch 1 ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4; dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, bei der das Fahrzeug aufschwingt, fortlaufend ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5; dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird, ob die Differenz zwischen der Maximalleistung eines Motors des Fahrzeugs und einer abgerufenen Leistung einer vordefinierten Leistungsreserve entspricht.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch; dadurch gekennzeichnet, dass eine Getriebeübersetzung des Fahrzeugs beeinflusst wird, wenn die Differenz die vordefinierte Leistungsreserve übersteigt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch; dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeübersetzung erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 7; dadurch gekennzeichnet, dass ein Hochschaltvorgang zeitverzögert erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9; dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung des Fahrzeugs so beeinflusst wird, dass die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs unterhalb der Fahrgeschwindigkeit, bei der das Fahrzeug aufschwingt, gehalten wird, wenn die Differenz die vordefinierte Leistungsreserve nicht übersteigt.
Computerprogramm zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Computer mit einem Computerprogramm nach dem vorhergehenden Anspruch.
Computer nach dem vorhergehenden Anspruch; gekennzeichnet durch einen Sensor zum Messen der kinematischen Größe (α).