DE10247993B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Schwerpunkthöhe eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

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    • B60W2520/12—Lateral speed
    • B60W2520/125—Lateral acceleration

Abstract

Verfahren zur Ermittlung der Schwerpunktshöhe (hs) eines Kraftfahrzeugs, bei dem
– eine die Wankbewegung des Fahrzeugs um seine in Fahrzeuglängsrichtung orientierte Wankachse repräsentierende Größe (ϕ, dϕ/dt) ermittelt wird,
– eine die Querbeschleunigung des Fahrzeugs repräsentierende Größe (ayS) ermittelt wird und
– aus der die Wankbewegung repräsentierenden Größe und der die Querbeschleunigung repräsentierenden Größe die Schwerpunktshöhe (hs) ermittelt wird,
– wobei die Ermittlung der Schwerpunktshöhe (hs) nur in vordefinierten Fahrzuständen erfolgt,
dadurch gekennzeichnet
– dass in die Ermittlung der vordefinierten Fahrzustände die Änderung der Wankrate pro Zeiteinheit (d2(ϕ)/dt2) eingeht.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Schwerpunktshöhe eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
  • Aus der DE 199 18 597 A1 ist ein Verfahren zur Reduktion der Kippgefahr von Straßenfahrzeugen bekannt. Dieses Verfahren ermittelt ständig einen Kippkoeffizienten des Kraftfahrzeuges und vergleicht diesen mit einem vorgegebenen Grenzwert. Bei Überschreiten des Grenzwertes wird automatisch ein Lenkeingriff eingeleitet, der mit abnehmender Kippstabilität zunimmt und der mit zunehmender Kippstabilität reduziert oder zumindest konstant gehalten wird. Zu Beginn jeder Fahrt wird die Schwerpunktshöhe des Fahrzeugs geschätzt und der Wert abgespeichert.
  • Aus der DE 195 29 539 A1 ist ein Verfahren zur On-Board-Ermittlung von fahrdynamischen Sicherheitsreserven von Nutzfahrzeugen bekannt Dieses dient der möglichst genauen, rechnerischen On-Board-Abschätzung von Sicherheitsreserven von Nutzfahrzeugen, ohne Unterbrechung von Fahrzuständen des Nutzfahrzeuges. Aus den fahrdynamischen Werten des Wankwinkels und des dynamischen Korrekturlenkwinkels wird der Reibschlusswert zur Fahrbahn errechnet. Der Beladungszustand, unter Berücksichtigung der fahrzeugspezifischen Daten, wird aus der Querbeschleunigung und dem Wankwinkel errechnet. Mit weiteren Daten bezüglich Fahrbahngeometrie und Fahrzustand kann eine rechnerische Aussage über das Bremspotential, die Lenkbarkeit und die Sicherheit gegen das Umkippen des Fahrzeuges erfolgen. Die Informationen sollen hauptsächlich dem Fahrzeugführer zur Unterstützung seines Verhaltens angeboten werden.
  • Die Merkmale der Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche sind der DE 195 29 539 A1 entnommen.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die zu lösende Aufgabe besteht darin, die Schwerpunktshöhe eines Kraftfahrzeugs auf eine robuste und zuverlässige Art zu ermitteln.
  • Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zur Ermittlung der Schwerpunktshöhe eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Durch die Ermittlung der Schwerpunktshöhe in vordefinierten Fahrzuständen ist eine besonders robuste Ermittlung der Schwerpunktshöhe möglich. Zugleich erlaubt dies den Einsatz einfacher und damit wenig rechenzeitintensiver numerischer Verfahren, welche in einem Steuergerät ablaufen.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der die Wankbewegung repräsentierenden Größe um die Wankrate, d. h. die Änderung des Wankwinkels pro Zeiteinheit, handelt. Die Wankrate ist mit einem Wankratensensor in einfacher Weise zu ermitteln. Beim Wankratensensor handelt es sich im wesentlichen um einen Gierratensensor, dessen Messachse entlang der Fahrzeuglängsachse orientiert ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der die Wankbewegung repräsentierenden Größe um den Wankwinkel handelt. Der Wankwinkel ist aus der Wankrate auf einfache Art und Weise durch eine zeitliche Integration zu gewinnen.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass
    • – zusätzlich zur Wankrate durch deren zeitliche Integration der Wankwinkel ermittelt wird und
    • – dass der Wankwinkel in die Ermittlung der Schwerpunktshöhe eingeht.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass
    • – das Produkt aus der Masse der Zuladung und der Schwerpunktshöhe der Zuladung ermittelt wird und
    • – dieses Produkt in die Ermittlung der Schwerpunktshöhe eingeht.
  • Dieses Produkt ist aus der Bewegungsgleichung des Fahrzeugaufbaus auf einfache Art und Weise ermittelbar.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet,
    • – dass die Ermittlung der Schwerpunktshöhe nur in vordefinierten Fahrzuständen erfolgt,
    • – wobei in die Ermittlung der vordefinierten Fahrzustände die zeitliche Änderung der Wankrate sowie die die Querbeschleunigung repräsentierende Größe eingehen.
  • Die Schwerpunktshöhe eines Fahrzeug ist eine Eigenschaft,
    • – welche sich vor der Fahrt durch die Beladung bzw. Zuladung des Fahrzeugs ändert,
    • – sich aber während der Fahrt im allgemeinen nicht bzw. nicht häufig ändert.
  • Deshalb ist es ausreichend, die Schwerpunktshöhe nicht laufend sondern nur in solchen Fahrtzuständen zu ermitteln, welche eine zuverlässige und robuste Art der Ermittlung erlauben.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass in die Ermittlung der vordefinierten Fahrzustände zusätzlich die die Querbeschleunigung repräsentierende Größe eingeht. Diese Größe steht in mit Fahrdynamikregelungssystemen ausgerüsteten Fahrzeugen bereits als Messgröße zur Verfügung.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung davon ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Schwerpunktshöhe nur in solchen Fahrzuständen erfolgt, in denen der Betrag der Änderung der Wankrate pro Zeiteinheit (d2(ϕ)/dt2) kleiner als ein Faktor (Faktor) multipliziert mit dem Betrag der die Querbeschleunigung repräsentierenden Größe ist, d. h. |d2(ϕ)/dt2| < Faktor·|ayS|.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung dadurch gekennzeichnet,
    • – dass ermittelt, ob die Fahrbahnoberfläche eine Neigung in Fahrzeugquerrichtung aufweist und
    • – dass die Ermittlung der Schwerpunktshöhe nur bei einer in Fahrzeugquerrichtung nicht oder nur unwesentlich geneigten Fahrbahn erfolgt.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet,
    • – dass zur Ermittlung der Schwerpunktshöhe wenigstens zwei Fahrzustände betrachtet werden, in denen die Wankrate einen nahezu verschwindenden Wert aufweist und
    • – dass in die Ermittlung der Schwerpunktshöhe die Änderung des Wankwinkels zwischen den beiden Fahrzuständen und die Änderung der die Querbeschleunigung beschreibenden Größe zwischen den beiden Fahrzuständen eingehen.
  • Besonders die beiden letztgenannten Ausgestaltungen erlauben die Ermittlung der Schwerpunktshöhe auf eine besonders geeignete Art.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass in die Ermittlung der Schwerpunktshöhe die geschätzte Masse des Fahrzeugs eingeht.
  • Wenn eine geschätzte Masse des Fahrzeugs vorliegt, dann kann die Schwerpunktshöhe wesentlich präziser ermittelt werden.
  • Zeichnung
  • Die Zeichnung besteht aus den 1 bis 3.
  • 1 zeigt das Fahrzeug in Vorder- bzw. Rückansicht sowie erfindungswesentliche Größen.
  • 2 zeigt den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • 3 zeigt den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ausführungsbeispiele
  • Die Höhe des Schwerpunktes eines Fahrzeugs ist eine für die fahrdynamische Sicherheit wichtige Größe. Bei Fahrzeugen mit einer besonders variablen Schwerpunktshöhe (z. B. Transporter, Pickups) können gleiche Querbeschleunigungen zu unterschiedlichem Wankverhalten führen. So fällt ein Fahrzeug mit einer Dachlast in der gleichen Kurve mit der gleichen Geschwindigkeit eher um als ein unbeladenes Fahrzeug. Um auch bei solchen Fahrzeugen ein sicheres Fahrverhalten zu gewährleisten, können bei der Applikation eines Fahrdynamikregelungssystems die ungünstigsten Beladungsbedingungen ange nommen werden. Dies führt jedoch bei einem unbeladenen Fahrzeug schon in unkritischen Kurvenfahrten zu unerwünschten Eingriffen des Fahrdynamikregelungssystems.
  • Generell führen Ladungen, die im Fahrzeug oberhalb des Schwerpunktes angebracht werden, zu einer Erhöhung des Schwerpunktes und damit zur Erhöhung der Umkippneigung des Fahrzeuges um seine Längsachse („Rollover-Gefahr”). Dies gilt besonders bei Dachlasten, die heute bereits bis zu 100 kg betragen dürfen. Diese zusätzlichen Beladungen führen zu einer Veränderung der Bewegung um die Längsachse. Bei einem mit einer Dachlast beaufschlagtem Fahrzeug ist diese Drehbewegung wesentlich ausgeprägter. Der Roll- bzw. Wankwinkel um die Längsachse wird bei gleicher Querbeschleunigung bei einem solchermaßen beladenen Fahrzeug größer als bei einem nicht beladenen Fahrzeug. Da aber der Wankwinkel in der Regel nicht direkt gemessen wird, ist dieser Zustand nur schwer zu erkennen. Durch den Vergleich des Wankratensignals mit der Querbeschleunigung kann jedoch in stabilen Fahrsituationen auf die Schwerpunktshöhe geschlossen werden. Somit kann in stabilen Fahrsituationen auf die Kippgefährdung des Fahrzeuges in künftigen Fahrsituationen geschlossen.
  • In 1 ist in schematischer Form ein Fahrzeug in Vorder- bzw. Rückansicht dargestellt.
  • Dabei sind die folgenden physikalischen Größen eingezeichnet:
  • Bezugszeichenliste
    • ϕ
    Wankwinkel,
    mR
    Masse des Fahrzeugaufbaus
    h
    Abstand zwischen Drehpunkt des Aufbaus und Schwerpunkt
    g
    Erdbeschleunigung
    mR·g
    im Schwerpunkt angreifende Gewichtskraft des Aufbaus
    χ
    Neigungswinkel der Fahrbahn
    KR
    Federkonstante der Fahrzeugfederung
    cR
    Dämpfungskonstante der Fahrzeugdämpfung
    ay
    auf das Fahrzeug im gedrehten y-z-Koordinatensystem wirkende Querbeschleunigung
    100
    Fahrzeugaufbau
    101
    Schwerpunkt des Aufbaus
  • Die zum Wankwinkel ϕ gehörige allgemeine Bewegungsgleichung lautet: (Ixx + mR·h2)·d2(ϕ)/dt2= mR·h·ay – cR·dϕ/dt – KR·ϕ + mR·g·h·sin(χ + φ)(1)
  • Diese Gleichung wird mit (1) bezeichnet.
  • Hierbei ist Ixx das Trägheitsmoment der gefederten Masse mR um deren Schwerpunkt. Der Drehpunkt (der Durchstoßpunkt der Rollachse) liegt meist wesentlich unter diesem Schwerpunkt. Dieser Abstand wird mit h bezeichnet. Die Federung KR und die Dämpfung cR dienen in diesem Ersatzbild zum Abstützen der gefederten Masse. Anzumerkenist hier, dass KR eine Ersatzfeder für die Wankstabilisatoren und die Achsfedern im realen Fahrzeug darstellt. d2(ϕ)/dt2 kennzeichnet die zweite zeitliche Ableitung des Wankelwinkels, dϕ/dt kennzeichnet die erste zeitliche Ableitung bzw. die Wankrate.
  • In dieser Erfindung soll während stabilen Fahrsituationen die Schwerpunktshöhe hs ermittelt werden. Zu diesem Zweck werden nur solche Fahrsituationen herangezogen, in denen sich das Fahrzeug auf einer ebenen (χ = 0) Fahrbahn befindet und dort stabil fährt.
  • Auf einer ebenen Fahrbahn misst der Querbeschleunigungssensor die Größe ayS: ayS = ay·cos(ϕ) + g·sin(ϕ) ≈ ay + g·sin(ϕ) (2)
  • Dabei ist ay die Querbeschleunigung, welche bei einem nichtgeneigten Aufbau (d. h. kein Vorliegen einer Wankbewegung) gemessen wird.
  • Das Vorliegen einer ebenen Fahrbahn kann beispielsweise dadurch festgestellt werden, indem die modellgestützte Überwachung innerhalb des ESP-Systems eine gute Übereinstimmung zwischen der gemessenen Gierrate, der mittels des Lenkradwinkels geschätzten Gierrate und der mittels der Raddrehzahldifferenzen geschätzten Gierrate feststellt.
  • Ebenso dürfen nur quasistatischen Fahrsituationen mit einer nur sehr geringen Änderung der Wankbewegung (bzw. Wankrate) zur Bestimmung der Schwerpunktshöhe hs herangezogen werden. Dies drückt sich mathematisch in der Förderung |(Ixx + mR·h2)·d2(ϕ)/dt2| < K·|mR·h·ayS| (2a) zur. Dabei ist K ein vordefinierter Wert, || kennzeichnet den Betrag. Die Schwerpunktshöhe hs wird also nur in Fahrsituationen mit einer sehr geringen Änderung der Wankrate ermittelt, das Vorliegen einer solchen Situation drückt sich beispielsweise durch Erfülltsein der obigen Ungleichung aus.
  • Gleichung 2a lässt sich leicht in die Form |d2(ϕ)/dt2| < Faktor·|ayS| umschreiben, wobei die Größe „Faktor” die in Gleichung 2a beinhalteten Applikationsparameter beinhaltet.
  • Die Änderung des Wankwinkels während des Manövers wird beispielsweise durch zeitliche Integration des Ausgangssignals des Wankratensensors gewonnen. Typische Zeiten vom Übergang von einer Geradeausfahrt (Wankwinkel = 0) zu einer quasistationären Kreisfahrt (eine konstanter Wankwinkel > 0 liegt vor) liegen etwa im Bereich von 0.6 s. Innerhalb dieses kurzen Zeitintervalls kann diese Integration mit nur einem geringen Fehler durchgeführt werden: Ein Wankratensensor hat ein typisches Signalrauschen bzw. eine Ungenauigkeit von etwa 1°/s bei einer Messfrequenz von 100 Hz. Dies entspricht innerhalb eines Abtastschrittes einem Fehler von etwa 0.01°. Innerhalb einer Sekunde werden hundert solcher Messungen durchgeführt. Somit folgt ein Gesamtfehler von 0.01°·sgrt(100) = 0.1°, falls der Offset dieses Sensors gut bestimmt ist. Alternativ kann der Wankwinkel auch
    • – über Ausgangssignale von Einfederwegsensoren oder
    • – über die zeitliche Integration der Ausgangssignale von Einfederungsweggeschwindigkeitssensoren
    bestimmt werden.
  • In quasistatischen Fahrsituationen auf einer ebenen Fahrbahn entfällt laut Voraussetzung in Gl: 1 die linke Seite: mR·h·ay – cR·dϕ/dt – KR·ϕ + mR·g·h·sin(ϕ) = 0 (3)
  • Hieraus folgt unter Einbeziehung der Messgleichung (2): mR·h·ayS – cR·dϕ/dt – KR·ϕ = 0 (4)
  • Aus dieser Gleichung folgt: mR·h = (cR·dϕ/dt + KR·ϕ)/ayS (5)
  • Die gefederte Masse mR setzt sich im Wesentlichen aus zwei Massenanteilen zusammen, mR = m0 + mz:
    • – Der Massenanteil m0 besteht aus dem unbeladenen Aufbau inklusive einen Normfahrer. Dem Abstand des Schwerpunkts dieser Masse von der Rollachse sei h0. Diese Größen sind abhängig von der Konstruktion des Fahrzeugs und damit Applikationsparameter.
    • – Die Zusatzbeladungen mz werden in erster Näherung durch eine weitere (punktförmige) Masse angenähert. Der Abstand des Schwerpunkts dieser Zusatzbeladungen von der Rollachse sei hz.
  • Dies führt zu folgender Gleichung: m0·h0 + mz·hz = (cR·dϕ/dt + KR·ϕ)/ayS (6)
  • Hierüber kann das Produkt aus Zuladung und deren Abstand zur Wankachse (mz·hz) bestimmt werden, denn
    • – m0 und h0 sind bekannte Applikationsparameter,
    • – ayS und dϕ/dt sind Messwerte,
    • – cR und KR sind Konstante und
    • – ϕ wird durch zeitliche Integration aus dϕ/dt gewonnen.
  • Besonders vorteilhaft arbeitet dieses Verfahren wenn alle zeitlichen Ableitungen des Wankwinkels vor und nach dem Lenkradeinschlag zu vernachlässigen sind: mz·hz = KR·Δϕ/ΔayS – m0ϕh0 (7)
  • Gleichung (7) erhält man dadurch, dass man Gl. (6) zu zwei verschiedenen Zeitpunkten (Zeitpunkt 1 und Zeitpunkt 2) auswertet, wobei zu beiden Zeitpunkten dϕ/dt vernachlässigbar sein muss.
  • Beispiel:
  • Als Zeitpunkt 1 wird z. B. der Zeitpunkt unmittelbar vor Eintritt in eine Kurvenfahrt (es liegt noch eine Geradeausfahrt vor: → dϕ/dt = 0) gewählt.
  • Als Zeitpunkt 2 wird ein Zeitpunkt unmittelbar nach Abschluss des Eintritts in die Kurvenfahrt (das Fahrzeug befindet sich in einem stationären Kurvenfahrtzustand: → es ist wieder dϕ/dt = 0) gewählt. Zum Zeitpunkt 2 ist der bei Eintritt in die Kurvenfahrt auftretende Wankvorgang (= Einschwingvorgang des Wankwinkels) abgeschlossen, es liegt jetzt ein konstanter Wankwinkel vor.
  • Δϕ ist die Differenz bzw. Änderung des Wankwinkels, d. h. im Beispiel der in der Kurve auftretende (stationäre) Wankwinkel (denn vor Beginn der Kurvenfahrt lag eine Geradeausfahrt mit ϕ = 0 vor. ΔayS ist die Differenz bzw. Änderung der Querbeschleunigung zwischen den beiden Zeitpunkten. Im vorliegenden Beispiel ist es die während der Kurvenfahrt auftretende Querbeschleunigung.
  • Gleichung 7 hat gegenüber Gleichung 6 den Vorteil, dass sie unabhängig von der Dämpfungskonstanten cR der Fahrzeugdämpfung ist.
  • Der Abstand hs des Gesamtschwerpunkts von der Rollachse berechnet sich wie folgt: hs = (m0·h0 + mz·hz)/(m0 + mz) (8)
  • In Gl. 8 sind
    • – m0 und h0 bekannte Applikationsparameter und
    • – die Größe mz·hz ist aus Gleichung 6 oder Gleichung 7 bekannt.
  • Zur Bestimmung von hs fehlt damit nur noch der Wert der Zusatzmasse mz.
  • Wenn keine zuverlässige Masseschätzung für das Gesamtfahrzeug vorliegt, wird hz zuerst entsprechend einem worst-case-Fall vordefiniert. Dazu wird beispielsweise aus dem ermittelten Wert mz·hz die Masse mz dadurch berechnet, dass
    • – bei einem PKW z. B. eine Dachlast mit hz ≈ 1.2 m angenommen wird und
    • – bei einem Transporter angenommen wird, dass sich die Schwerpunktshöhe hz der Zusatzlast mz in ca. 75% der ab der Rollachse gemessenen Laderaumhöhe befindet,
    d. h. in beiden Fällen werden extrem hoch angebrachte Lasten angenommen.
  • Durch die als eher zu groß angenommenen Werte für hz folgt (wegen dem bekannten Wert von mz·hz) eine eher zu klein angenommene Zusatzlast mz. Diese wird als mzminwank bezeichnet. Damit lässt sich die Schwerpunktshöhe hs = (m0·h0 + mz·hz)/(m0 + mzminwank) berechnen.
  • Wird im Fahrzeug gleichzeitig auch die Gesamtmasse abgeschätzt, dann kann auch hieraus die minimale Zusatzbeladung mzmingesamt bestimmt werden. Diese Masseschätzung kann beispielsweise mittels der Einfederwegsensoren eines aktiven Fahrwerks oder eines Leuchtweitenregulierungssystems geschehen. Bei der „minimalen Zusatzbeladung” handelt es sich um die abgeschätzte Zusatzbeladung. Da diese Abschätzung häufig mit einer relativ großen Ungenauigkeit verbunden ist, wird aus Sicherheitsgründen ein etwas kleinerer Wert als der abgeschätzte Wert betrachtet und dieser Wert wird als minimale Zusatzbeladung mzmingesamt bezeichnet.
  • Ist diese geschätzte minimale Zuladung mzmingesamt größer als mzminwank, dann wird die Zuladung auf mzmin = mzmingesamt abgeschätzt.
  • Hierdurch ergibt sich für die Zuladung auch eine geringere errechnete Schwerpunktshöhe (ab Rollachse gemessen): hzneu = mz·hz/mzmin (9)
  • Hieraus ergibt sich auch Schwerpunktshöhe hs des Gesamtfahrzeuges über der Rollachse: hs = (m0·h0 + mzmin·hzneu)/(m0 + mzmin) (10)
  • Die Schätzwerte für den Beladungszustand werden vorteilhafterweise gefiltert oder aus gefilterten Daten ermittelt, um kurzzeitige Störeinflüsse auszuschließen.
  • Vorteilhafterweise wird die vorliegende Erfindung als zusätzliches Softwaremodul das ESP-Steuergerät (ESP = „Electronic Stability Program”) integriert.
  • Der Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in den 2 und 3 dargestellt.
  • Dabei ist in 2 dargestellt, in welchen Fahrtzuständen die Schwerpunktshöhe hs ermittelt wird. 3 zeigt dagegen den Ablauf der Ermittlung der Schwerpunktshöhe.
  • In 2 enthält Block 200 einen Wankratenssensor zur Ermittlung der Wankrate dϕ/dt, Block 202 enthält einen Querbeschleunigungssensor zur Ermittlung der Querbeschleunigung ayS. Die Ausgangssignale von Block 200 werden einem Differentiationsblock 201 zugeführt, welcher die Wankbeschleunigung d2(ϕ)/dt2 ermittelt. Die Ausgangssignale der Blöcke 201 und 202 werden einem Vergleichsblock 204 zugeführt. In Block 204 wird überprüft, ob eine quasistatische Fahrsituation vorliegt. Dies kann beispielsweise anhand der Ungleichung 2a erfolgen.
  • Das Ausgangssignal von Block 200 wird weiterhin einem Vergleichsblock 205 zugeführt. Im Vergleichsblock 205 wird überprüft, ob der Betrag der Wankgeschwindigkeit hinreichend klein ist, d. h. |dϕ/dt| < ε. ε ist ein vorgebbarer Schwellenwert.
  • In Block 203 ist die Sensorik eines ESP-Systems enthalten, d. h. Raddrehzahlsensoren, ein Lenkwinkelsensor, ein oder mehrere Drucksensoren im Bremskreis, ein Gierratensensor sowie ein Querbeschleunigungssensor. Beim Querbeschleunigungssensor kann es sich durchaus um denselben Sensor wie in Block 202 handeln.
  • In Block 203 wird überprüft, ob eine hinreichend ebene Fahrbahn (Querneigungswinkel χ = 0) vorliegt und ob sich das Fahrzeug in einem fahrdynamisch stabilen Fahrzustand befindet.
  • Die Ausgangssignale der drei Blöcke 204, 205 und 203 werden einem UND-Gatter 206 zugeführt.
  • Dieses UND-Gatter gibt die Ermittlung der Schwerpunktshöhe hs dann frei, wenn folgende drei Bedingungen erfüllt sind:
    • 1. In Block 204 wurde das Vorliegen einer quasistatischen Fahrsituation festgestellt.
    • 2. In Block 205 wurde ein hinreichend kleiner Betragswert der Wankrate festgestellt.
    • 3. In Block 203 wurden eine nicht oder nur geringfügig in Querrichtung geneigte Fahrbahn sowie ein stabiler Fahrzustand festgestellt.
  • Ist wenigstens eine der drei Bedingungen nicht erfüllt, dann beginnt das Ermittlungsverfahren erneut und zum momentanen Zeitpunkt wird keine Schwerpunktshöhe hs ermittelt. Sind jedoch alle drei Zulassungsbedingungen erfüllt, wird in Block 207 die Höhe des Schwerpunkts hs ermittelt.
  • Die Ausgangssignale des Blocks 207 werden an Block 208 weitergeleitet. Bei Block 208 handelt es sich beispielsweise
    • – um Aktormittel zur Durchführung fahrerunabhängiger Bremseingriffe oder Motormomenteingriffe oder
    • – um Parametrisierungsmittel zur Parametrisierung eines Fahrdynamikregelungssystems (z. B. ESP) abhängig von der ermittelten Schwerpunktshöhe hs oder
    • – um Informationsmittel, mit denen der Fahrer über die aktuell ermittelte Schwerpunktshöhe hs informiert wird.
  • Zum Block 205 sei noch ergänzt, dass dieser Block nur dann notwendig ist, wenn die Ermittlung der Größe mz·hz nach Gleichung 7 erfolgt. Wird die Größe mz·hz nach Gleichung 6 berechnet, dann wird Block 205 gestrichen, d. h. überbrückt.
  • In 3 ist der Ablauf der Ermittlung der Schwerpunktshöhe hs dargestellt. Der Zusammenhang mit 2 ist dadurch gegeben, dass sich das in 3 beschriebene Verfahren in Block 207 von 2 abspielt. In Block 300 ist der Start des Verfahrens. Anschließend werden in Block 301 die Größen ayS, dϕ/dt und ϕ ermittelt. Danach wird in Block 302 überprüft, ob ein quasistatischer Fahrzustand vorliegt. Dies kann beispielsweise anhand der Ungleichung 2a erfolgen. Liegt kein quasistatischer Fahrzustand vor („no”), dann wird zu Block 300 zurückverzweigt. Liegt jedoch ein quasistatischer Fahrzustand vor („yes”), dann wird anschließend in Block 303 die Größe mz·hz gebildet. Dies kann beispielsweise anhand von Gleichung 6 oder anhand von Gleichung 7 geschehen. Anschließend wird in Block 304 überprüft, ob die Masse mz der Zuladung bekannt ist (z. B. über Einfederwegsensoren ermittelt).
  • Ist mz nicht bekannt („no”), dann wird anschließend in Block 305 ein „pessimistischer” Schätzwert für hz ermittelt („worst-case-Fall”). Der „pessimistische Schätzwert” bedeutet, dass für hz ein relativ großer Wert angenommen wird, bei einem PKW z. B. eine Dachlast mit hz 1.2 m. Anschließend daran wird in Block 306 die Größe mzminwank berechnet (Der Wert mz·hz aus Block 303 wird durch den Wert von hz aus Block 305 dividiert) und daraus anschließend in Block 307 der Wert von hs ermittelt.
  • Ist mz dagegen bekannt (Abfrageergebnis „yes” in Block 304), dann, dann wird anschließend in Block 308 dieser ermittelte Wert von mz aus Sicherheitsgründen nochmals geringfügig reduziert, um eventuelle Messunsicherheiten auszugleichen. Dieser reduzierte Wert wird mit mzmingesamt bezeichnet. Anschließend wird in Block 309 die Schwerpunktshöhe hzneu der Zuladung berechnet und daraus in Block 310 die gesamte Schwerpunktshöhe hs.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Ermittlung der Schwerpunktshöhe (hs) eines Kraftfahrzeugs, bei dem – eine die Wankbewegung des Fahrzeugs um seine in Fahrzeuglängsrichtung orientierte Wankachse repräsentierende Größe (ϕ, dϕ/dt) ermittelt wird, – eine die Querbeschleunigung des Fahrzeugs repräsentierende Größe (ayS) ermittelt wird und – aus der die Wankbewegung repräsentierenden Größe und der die Querbeschleunigung repräsentierenden Größe die Schwerpunktshöhe (hs) ermittelt wird, – wobei die Ermittlung der Schwerpunktshöhe (hs) nur in vordefinierten Fahrzuständen erfolgt, dadurch gekennzeichnet – dass in die Ermittlung der vordefinierten Fahrzustände die Änderung der Wankrate pro Zeiteinheit (d2(ϕ)/dt2) eingeht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der die Wankbewegung repräsentierenden Größe um die Wankrate (dϕ/dt), d. h. die Änderung des Wankwinkels pro Zeiteinheit, handelt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der die Wankbewegung repräsentierenden Größe um den Wankwinkel (ϕ) handelt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – zusätzlich zur Wankrate (dϕ/dt) durch deren zeitliche Integration der Wankwinkel (ϕ) ermittelt wird und – dass der Wankwinkel (ϕ) in die Ermittlung der Schwerpunktshöhe (hs) eingeht.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – zur Ermittlung der Schwerpunktshöhe des Kraftfahrzeugs das Produkt aus der Masse der Zuladung (mz) des Kraftfahrzeugs und der Schwerpunktshöhe (hz) der Zuladung ermittelt wird und – dieses Produkt in die Ermittlung der Schwerpunktshöhe (hs) eingeht.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass in die Ermittlung der vordefinierten Fahrzustände zusätzlich die die Querbeschleunigung repräsentierende Größe (ayS) eingeht.
  7. Verfahren ach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Schwerpunktshöhe (hs) nur in solchen Fahrzuständen erfolgt, in denen der Betrag der Änderung der Wankrate pro Zeiteinheit (d2(ϕ)/dt2) kleiner als ein Faktor (Faktor) multipliziert mit dem Betrag der die Querbeschleunigung repräsentierenden Größe (ayS) ist, d. h. |d2(ϕ)/dt2| < Faktor·|ayS|.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass ermittelt, ob die Fahrbahnoberfläche eine Neigung in Fahrzeugquerrichtung (χ) aufweist und – dass die Ermittlung der Schwerpunktshöhe (hs) nur bei einer in Fahrzeugquerrichtung nicht geneigten Fahrbahn erfolgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Schwerpunktshöhe (hs) dadurch erfolgt, – dass zur Ermittlung der Schwerpunktshöhe (hs) wenigstens zwei Fahrzustände betrachtet werden, in denen die Wankrate (dϕ/dt) verschwindet und – dass in die Ermittlung der Schwerpunktshöhe (hs) die Änderung des Wankwinkels (Δϕ) zwischen den beiden Fahrzuständen und die Änderung der die Querbeschleunigung beschreibenden Größe (ΔayS) zwischen den beiden Fahrzuständen eingehen.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Ermittlung der Schwerpunktshöhe die geschätzte Masse des Fahrzeugs (mzmingesamt) eingeht.
  11. Vorrichtung zur Ermittlung der Schwerpunktshöhe eines Kraftfahrzeugs, welche – erste Sensormittel zur Ermittlung einer die Wankbewegung des Fahrzeugs um seine in Fahrzeuglängsrichtung orientierte Wankachse repräsentierenden Größe (ϕ, dϕ/dt) und, – zweite Sensormittel zur Ermittlung einer die Querbeschleunigung des Fahrzeugs repräsentierenden Größe (ays) sowie – Ermittlungsmittel zur Ermittlung der Schwerpunktshöhe (hs) aus der die Wankbewegung repräsentierenden Größe (ϕ, dϕ/dt) und der die Querbeschleunigung repräsentierenden Größe (ayS), enthält, – wobei die Ermittlung der Schwerpunktshöhe (hs) nur in vordefinierten Fahrzuständen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, – dass die Ermittlungsmittel so ausgestaltet sind, dass in die Ermittlung der vordefinierten Fahrzustände die Änderung der Wankrate pro Zeiteinheit (d2(ϕ)/dt2) eingeht.
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