DE10339120A1

DE10339120A1 - Verfahren zum Verhindern des Kippens und System zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE10339120A1
Application number: DE2003139120
Authority: DE
Inventors: Peter Lohberg; Frank Jourdan
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2005-03-31
Also published as: WO2005019954A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verhindern des Kippens und System zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs. DOLLAR A Das Verfahren und System sehen Drehbeschleunigungsmesser zur Ermittlung fahrdynamisch kritischer Fahrzustände vor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verhindern des Kippens nach Anspruch 1 und ein System zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 4 oder 5.
Das vorgeschlagene Verfahren und die Vorrichtungen dienen der Messung sicherheitskritischer Fahrzeugbewegungen in Verbindung mit elektronischen Reglern, Steuergeräten und Aktuatoren, die diese sicherheitskritischen Fahrzeugbewegungen zu sicherheitsunkritischen Bewegungen zurückführen sollen. Der wesentliche Anwendungsfall wird in Verbindung mit elektronisch gesteuerten Brems- und/oder Korrekturlenkungssystemen im Bereich der Kraftfahrzeug-Industrie gesehen.
Um diesen sicherheitskritischen Fahrzeugbewegungen selbsttätig entgegenzuwirken sind eine Vielzahl von Fahrstabilitätsregelungen bekannt geworden. Unter dem Begriff Fahrstabilitätsregelung vereinigen sich eine Vielzahl von Prinzipien zur Beeinflussung des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs mittels vorgebbarer Drücke bzw. Bremskräfte in oder an einzelnen Radbremsen und mittels Eingriff in das Motormanagement des Antriebsmotors. Dabei handelt es sich um Bremsschlupfregelungen (ABS), welche während eines Bremsvorgangs das Blockieren einzelner Räder verhindern sollen, um Antriebsschlupfregelungen (ASR), welche das Durchdrehen der angetriebenen Räder verhindern, um elektronische Bremskraftverteilungen (EBV), welche das Verhältnis der Bremskräfte zwischen Vorder- und Hinterachse des Fahrzeugs regeln, um Kippregelungen (ARP, RSC), die ein Kippen des Fahrzeugs um seine Längsachse verhindern, sowie um Giermomentregelungen (ESP), welche für stabile Fahrzustände beim Gieren des Fahrzeugs um die Hochachse sorgen.
Mit Fahrzeug ist also in diesem Zusammenhang ein Kraftfahrzeug mit vier Rädern gemeint, welches mit einer hydraulischen, elektro-hydraulischen oder elektro-mechanischen Bremsanlage ausgerüstet ist. In der hydraulischen Bremsanlage kann mittels eines pedalbetätigten Hauptzylinders vom Fahrer ein Bremsdruck aufgebaut werden, während die elektro-hydraulischen und elektro-mechanischen Bremsanlagen eine vom sensierten Fahrerbremswunsch abhängige Bremskraft aufbauen. Im Folgenden wird auf eine hydraulische Bremsanlage bezug genommen. Jedes Rad besitzt eine Bremse, welcher jeweils ein Einlassventil und ein Auslassventil zugeordnet sind. Über die Einlassventile stehen die Radbremsen mit dem Hauptzylinder in Verbindung, während die Auslassventile zu einem drucklosen Behälter bzw. Niederdruckspeicher führen. Schließlich ist noch eine Hilfsdruckquelle vorhanden, welche auch unabhängig von der Stellung des Bremspedals einen Druck in den Radbremsen aufzubauen vermag. Die Einlass- und Auslassventile sind zur Druckregelung in den Radbremsen elektromagnetisch betätigbar.
Zur Erfassung von fahrdynamischen Zuständen sind vier Drehzahlsensoren, pro Rad einer, ein Giergeschwindigkeitsmesser, ein Querbeschleunigungsmesser und mindest ein Drucksensor für den vom Bremspedal erzeugten Bremsdruck vorhanden. Dabei kann der Drucksensor auch ersetzt sein durch einen Pedalweg- oder Pedalkraftmesser, falls die Hilfsdruckquelle derart angeordnet ist, dass ein vom Fahrer aufgebauter Bremsdruck von dem der Hilfsdruckquelle nicht unterscheidbar ist.
Bei einer Fahrstabilitätsregelung wird das Fahrverhalten eines Fahrzeugs derart beeinflußt, dass es für den Fahrer in kritischen Situationen besser beherrschbar wird. Eine kritische Situation ist hierbei ein instabiler Fahrzustand, in welchem im Extremfall das Fahrzeug den Vorgaben des Fahrers nicht folgt. Die Funktion der Fahrstabilitätsregelung besteht also darin, innerhalb der physikalischen Grenzen in derartigen Situationen dem Fahrzeug das vom Fahrer gewünschte Fahrzeugverhalten zu verleihen.

Während für die Bremsschlupfregelung, die Antriebsschlupfregelung und die elektronische Bremskraftverteilung in erster Linie der Längsschlupf der Reifen auf der Fahrbahn von Bedeutung ist, fließen in die Giermomentregelung (GMR) weitere Größen ein, beispielsweise die Gierwinkelgeschwindigkeit und die Schwimmwinkelgeschwindigkeit. Kippregelungen werten in der Regel Querbeschleunigungs- oder Wankgrößen aus, um ein Überrollen vorherzusagen oder zu ermitteln ( DE 196 32 943 A1 , US 6, 065, 558 , US 6, 263, 261 , US 6,324,446 , DE 196 02 879 , DE 198 27 882 , DE 199 07 633 ).

Wünschenswert wäre es, instabile Fahrsituationen, die vom Fahrer oftmals nicht beherrscht werden, mittels geringerem technischen Aufwand zu erreichen, um so die Sicherheitsstandards bei allen Fahrzeugklassen zu ermöglichen und/oder die bisherigen Funktionen zu verbessern.

Aus der DE 42 01 146 A1 ist ein System für die Vorhersage des Verhaltens eines Kraftfahrzeugs und für eine hierauf basierende Steuerung bekannt, das über eine Vielzahl von Beschleunigungssensoren verfügt, deren Daten mittels komplexer Berechnungen ausgewertet werden.

Die vorstehend beschriebenen Verfahren sind unter dem Begriff 'Aktive Sicherheitssysteme' z.B. Antischleudersystem (ESP) oder Kipp- bzw. Überrollschutzsystem (RSC) bekannt. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Messung von Bewegungsgrößen zum Schutz gegen das Kippen bzw. Überrollen von Fahrzeugen. Sie wird an folgenden Figuren erläutert:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und System zum schnelleren Ermitteln von sicherheitskritischen Fahrzeugbewegungen anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren zum Verhindern des Kippens eines Fahrzeugs die Kipptendenz des Fahrzeugs unter Einbeziehung von mindestens einem Drehbeschleunigungsmesser ermittelt wird.

Weiterhin wird diese Aufgabe erfindungsgemäß bei einem System zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Verhinderung eines Umkippens des Fahrzeugs, dadurch gelöst, dass wenigstens zwei Sensoreinheiten zur Erfassung von Fahrzeugbewegungen vorgesehen sind, wobei erste Auswerteeinheiten zu einer ersten Auswertung der Signale der Sensoreinheiten vorgesehen sind und die ersten Auswerteeinheiten mit den Sensoreinheiten räumlich zu einem Sensor-Modul zusammengefasst und über eine Busschnittstelle und einen Datenbus mit einem Fahrzeugregelsystem verbunden sind, wobei die Sensoreinheiten als Drehbeschleunigungsmesser ausgebildet sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
1 Fahrzeug-Koordinatensystem
2 System zur Messung von Inertialgrößen nach dem Stand der Technik
3 System zur Messung von Inertialgrößen unter Anwendung der Erfindung
4 Ausführungsbeispiel nach dem Stand der Technik
5 Erstes Ausführungsbeispiel unter Anwendung der Erfindung
6 Zweites Ausführungsbeispiel unter Anwendung der Erfindung
7 Drittes Ausführungsbeispiel unter Anwendung der Erfindung
8 Viertes Ausführungsbeispiel unter Anwendung der Erfindung
In 1 ist ein Fahrzeug-Koordinatensystem mit Achsenbenennungen und Benennungen des Fahrzeuges um diese Achsen dargestellt. Hierbei ist XF die Fahrtrichtung und RB die Rollbewegung um die Fahrtrichtung. Um die Fahrzeugquerrichtung YF erfolgt die Nickbewegung NB und um die Fahrzeughochachse ZF die Gierbewegung GB.
In 2 zeigt schematisiert ein System zur Erfassung von Fahrzeugbewegungen unter Verwendung von Inertialsensoren in einer als Sensor-Modul( bzw. Cluster) bezeichneten Anordnung nach dem Stand der Technik im Kfz-Bereich. Der Cluster 1 wird mit einem Regelsystem 2 über einen Datenbus 3 zu einem Messwerterfassungssystem verbunden, wobei die Messwerte im Cluster erfasst und kodiert und in dem Regelsystem (ECU) dekodiert und verarbeitet werden. Zur Messwerterfassung dienen ein oder mehrere Drehratensensoren 4 (R, ... R„ ) sowie ein oder mehrere Linearbeschleunigungs-Sensoren 5 (A, ... A„), die gleiche oder unterschiedliche Messbereiche besitzen und in gleiche oder unterschiedliche Raumachsen sensorisch empfindlich sein können. Diese Sensoren arbeiten mit integrierten Signalverarbeitungsschaltungen 6 (SV IC) zusammen, die durch eine Vorverarbeitungs-Software 7 (PPS) unterstützt sein kann. Das Signal wird einer Busschnittstelle 8 (B) zugeführt. Die gesamte Einrichtung ist in einem Gehäuse 9 untergebracht.
3 zeigt schematisiert ein allgemeines erfindungsgemäßes System. Hierbei ist vorgesehen, die Funktionen der bislang verwendeten Sensoren durch Drehbeschleunigungsmesser 10 (D, ... Dj zu ergänzen und/oder zu ersetzen, um die bisherige Funktion zu verbessern oder durch weniger technischen Aufwand zu erreichen.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel nach dem Stand der Technik, wie es zur Erkennung von Überrollsituationen in Verbindung mit ESP-Systemen genutzt wird. Die kennzeichnenden Funktionsbausteine sind ein Gierratensensor 11 (GP), ein Rollratensensor 12 (RR), ein Längsbeschleunigungssensor 13 (LB) und ein Querbeschleunigungssensor 14 (QB).
5 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel bei dem der Stand der Technik nach 4 durch einen Rollbeschleunigungssensor 15 (RB) ergänzt wird, um die bisherige Funktionalität zu verbessern. Der Rollbeschleunigungssensor reagiert bereits auf die Kraftkomponente, die eine Rollrate verursacht. Die Messung und Interpretation eines kritischen Zustandes gelingt dadurch feiner und schneller.
6 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel bei dem der Rollratensensor 12 nach dem Stand der Technik gemäß 4 durch einen Rollbeschleunigungssensor 16 ersetzt wird, um die bisherige Funktionalität durch geringeren technischen Aufwand als bisher zu erreichen.
7 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform nach 5 unter Ergänzung durch einen Nickbeschleunigungssensor 17 (NB), um zur Verbesserung der Funktionalität die Kraftkomponente zu erfassen, die eine Nickrate verursacht. Dadurch sollen Messung und Interpretation kritischer Zustände feiner und schneller aufgelöst werden, bei denen durch bestimmte Fahrmanöver Roll- und Nickbewegungen zusammenwirken.
8 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform nach 6 unter Ergänzung durch einen Nickbeschleunigungssensor 18, um die Funktionalität von 7 unter akzeptablen Einschränkungen mit geringerem technischen Aufwand zu erreichen.

Claims

Verfahren zum Verhindern des Kippens eines Fahrzeugs dadurch gekennzeichnet, dass die Kipptendenz des Fahrzeugs unter Einbeziehung von mindestens einem Drehbeschleunigungsmesser ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehbeschleunigungsmesser die Rollbeschleunigung um die Längsachse und/oder die Nickbeschleunigung um die Querachse des Fahrzeugs erfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Sensoren in die Ermittlung der Kipptendenz und/oder in eine Ermittlung der Giertendenz oder von weiteren sicherheitskritischen Fahrzuständen mit einbezogen werden.
System zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Verhinderung eines Umkippens des Fahrzeugs, bei dem wenigstens zwei Sensoreinheiten zur Erfassung von Fahrzeugbewegungen vorgesehen sind, wobei erste Auswerteeinheiten zu einer ersten Auswertung der Signale der Sensoreinheiten vorgesehen sind und die ersten Auswerteeinheiten mit den Sensoreinheiten räumlich zu einem Sensor-Modul zusammengefasst und über eine Busschnittstelle und einen Datenbus mit einem Fahrzeugregelsystem verbunden sind, wobei die Sensoreinheiten mindestens zur Erfassung von Drehraten und/oder Linearbeschleunigungen des Fahrzeugs ausgelegt sind dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheiten als Drehbeschleunigungsmesser ausgebildet sind.
System zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Verhinderung eines Umkippens des Fahrzeugs, bei dem wenigstens zwei Sensoreinheiten zur Erfassung von Fahrzeugbewegungen vorgesehen sind, wobei erste Auswerteeinheiten zu einer ersten Auswertung der Signale der Sensoreinheiten vorgesehen sind, wobei die ersten Auswerteeinheiten mit den Sensoreinheiten räumlich zu einem Sensor-Modul zusammengefasst und über eine Busschnittstelle und einen Datenbus mit einem Fahrzeugregelsystem verbunden sind, wobei die Sensoreinheiten mindestens zur Erfassung von Umkipptendenzen des Fahrzeugs ausgelegt sind dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheiten als Drehbeschleunigungsmesser ausgebildet sind.
System nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass neben den Drehbeschleunigungsmessern mindestens ein Gierratensensor und ein Querbeschleunigungssensor in dem Sensor-Modul angeordnet sind.
System nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Rollratensensor und ein Längsbeschleunigungssensor in dem Sensor-Modul vorgesehen sind.
System nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Rollbeschleunigungssensor in dem Sensor-Modul vorgesehen ist.
System nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Nickbeschleunigungssensor in dem Sensor-Modul vorgesehen sind.