DE19809546C1

DE19809546C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Radstandes von Fahrzeugen

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Publication number: DE19809546C1
Application number: DE19809546A
Authority: DE
Inventors: Eduard Gerum
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 1998-03-05
Filing date: 1998-03-05
Publication date: 1999-10-07
Anticipated expiration: 2018-03-06
Also published as: IT1306553B1; JPH11316117A; SE9900731L; FR2775773A1; BR9902006A; SE517140C2; ITRM990144A1; US6301548B1; SE9900731D0; FR2775773B1

Abstract

Verfahren zur Ermittlung des Radstandes (1, 11, 12) von lenkbaren Fahrzeugen während der Kurvenfahrt, bei dem der Radstand (1, 11, 12) aus mindestens einer vorgegebenen Spurweite (b, b1, b2) gemessenen Radumfangsgeschwindigkeiten (v1-v4; v6, v7) und/oder gemessenen Lenkwinkeln (alpha, beta) ermittelt wird (Fig. 1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum automatischen Bestimmen des Radstandes von lenkbaren Fahrzeugen, insbesondere von Straßenfahrzeugen, gemäß den Patentansprüchen 1, 6, 7, 10 und 11 sowie auf eine Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 12.

Aus der DE 32 10 318 A1 ist eine Winkel- und Spurmeßvorrichtung für Kraftfahrzeu ge bekannt, die aus einem das Rad aufnehmenden Drehteller mit dazu orientiertem höheneinstellbaren Meßstab sowie am Fahrzeugrad zentrierbaren Bogenskalen be steht, welche mit Hilfe eines Meßstabes ablesbar sind und die wahlweise an einer Richtbank, Hebebühne oder einer Arbeitsgrube ortsfest montierbar oder als transpor tables Gerät ausgeführt ist.

Die DE 40 08 167 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung des Lenkeinschlagwinkels eines Fahrzeugrades während Kurvenfahrten, wobei Ra dumfangsgeschwindigkeiten mittels Sensoren an mindestens zwei Fahrzeugrädern bestimmt werden, eine Spurweite vorgegeben ist und aus den gemessenen Um fangsgeschwindigkeiten an der Spurweite der Lenkeinschlagwinkel ermittelt wird.

Die DE 197 06 752 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Abschätzen einer Bezugs radgeschwindigkeit von Fahrzeugrädern.

Das Fahrverhalten von Fahrzeugen während Bremsvorgängen konnte durch Einsatz elektronischer Regelungssysteme erheblich verbessert werden. Zur Erzielung optimaler Bremsverzögerungen ist es insbesondere bei LKWs erforderlich, eine vom Fahrer über das Bremspedal vorgegebene Bremskraft je nach momentaner Achslast auf die einzelnen Räder von Vorder- und Hinterachse zu verteilen, was durch den Einsatz von ALB-Reglern (automatische lastabhängige Bremskraftregler) oder bei Verwendung von EBS-Systemen (elektronische Bremssteuersysteme) durch den Einsatz von Lastsensoren erreicht wird. Bei Lastzügen ist man ferner bestrebt, die vom Fahrer vorgegebene Bremskraft optimal auf das Zugfahrzeug und auf das Anhängerfahrzeug zu verteilen, um die zwischen beiden Fahrzeugen wirkenden Koppelkräfte, d. h. Zug- bzw. Auflaufkräfte, zu minimieren. Ein Verfahren zur Bestimmung der vom Anhängerfahrzeug auf das Zugfahrzeug ausgeübten Auflaufkräfte ist aus der DE 43 13 198 C2 bekannt. Bei diesem Verfahren werden zur Ermittlung der Koppelkraft bei unbeschleunigtem Fahrzeugverbund aus gemessenen Achslasten und einem vorgegebenen Radstand des Zugfahrzeugs die Abstände der beiden Achsen vom Schwerpunkt des Zugfahrzeugs berechnet, wobei unter dem Radstand des Zugfahrzeugs der Abstand zwischen dessen Vorder- und Hinterachse zu verstehen ist. Um das Fahrverhalten von Fahrzeugen weiter zu verbessern kann zusätzlich die dynamische Verteilung der Achslasten - d. h. die Achslastver teilung bei gebremstem bzw. beschleunigtem Fahrzeug - berücksichtigt werden. Soll dies auf rechnerischem Weg erfolgen, z. B. unter Verwendung eines Mikroprozessors und Berechnen der dynamischen Achslastverteilung aus einer gemessenen statischen Achslastverteilung und einer momentanen Fahrzeugverzögerung, so ist hierfür ebenfalls die Kenntnis des Radstandes erforderlich.

Wünschenswert wäre daher ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung, z. B. ein Rechnersystem mit integrierter Software, die den Radstand eines Fahrzeugs automatisch ermittelt; ferner wäre es aus wirtschaftlichen Gründen wünschenswert, wenn das Verfahren bzw. die Vorrichtung zur Bestimmung des Radstandes unterschiedlicher Fahrzeuge bzw. unterschiedlicher Fahrzeugtypen geeignet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit dem bzw. mit der der Radstand von Fahrzeugen automatisch ermittelbar ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Radstand eines lenkbaren Fahrzeuges bei stabiler Kurvenfahrt mit den gegebenenfalls unterschiedlichen Spurweiten einzelner Fahrzeugachsen, den Radumfangsgeschwindigkeiten und/oder mit Lenkwinkeln der lenkbaren Fahrzeugräder ermittelbar ist. Unter stabiler Kurvenfahrt ist hierbei eine Kurvenfahrt zu verstehen, bei der sämtliche Räder des Fahrzeugs möglichst exakt auf der Fahrbahn abrollen, d. h. bei der an den Rädern lediglich geringe Längs- und Seitenschlupfwerte bzw. geringe Traktions- und Bremskräfte auftreten.

Der Radstand eines Fahrzeuges läßt sich somit ausschließlich aus gemessenen Radumfangsgeschwindigkeiten und/oder gemessenen Lenkwinkeln sowie vorgegebenen, je nach Fahrzeug gegebenenfalls unterschiedlichen Spurweiten ermitteln. Die Spurweite ist der mittlere Abstand zwischen dem "rechten" und dem "linken" Rad bzw. Zwillingsrad einer Fahrzeugachse. Für die Ermittlung des Radstandes gemäß der Erfindung sind die gegebenenfalls unterschiedlichen Spurweiten der einzelnen Fahrzeugachsen vorgegeben, die bei vielen LKWs einen annähernd gleichen Wert haben und somit für viele Fälle als eine Konstante angesetzt werden können.

Die Bestimmung der Radumfangsgeschwindigkeiten ist mit Raddrehzahlsensoren möglich, die bei mit ABS ausgestatteten Fahrzeugen ohnehin vorhanden sind. Somit ist die Ermittlung des Radstandes allein mit den bei modernen Fahrzeugen ohnehin vorhandenen Sensoren möglich. Je nach Fahrzeugtyp (Zugfahrzeug, Anhängerfahrzeug, Sattelauflieger etc.) ist eine bestimmte Mindestanzahl von Radgeschwindigkeitssensoren zur Bestimmung des Radstandes erforderlich.

Ist das Fahrzeug an mehr Rädern mit Raddrehzahlsensoren ausgestattet als zur Bestimmung des Radstandes erforderlich sind, so ist eine "redundante" Radstandsberechnung möglich, d. h. mit unterschiedlichen "Sensorgruppen", so daß die erhaltenen Ergebnisse vergleichbar sind.

Ist ein Fahrzeug an seinen lenkbaren Rädern mit Lenkwinkel sensoren ausgestattet, können diese - je nach Fahrzeugtyp - entweder ausschließlich oder in Kombination mit den Raddrehzahlsensoren und der Spurweite zur Bestimmung des Radstandes verwendet werden.

Ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelter Radstand bzw. ein mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermitteltes den Radstand repräsentierendes Signal kann anderen Steuer- bzw. Regelungseinrichtungen wzB. einer Fahrdynamikregelung, einem ABS, einem EBS etc. zur Weiterverarbeitung zugeführt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungs beispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein schematisch dargestelltes Fahrwerk eines Fahrzeuges, das mit vier Raddrehzahlsensoren ausgestattet ist;

Fig. 2 das Fahrzeug der Fig. 1, wobei zur Bestimmung des Radstandes nur drei Raddrehzahlsensoren verwendet werden;

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug mit unterschiedlichen Spurweiten;

Fig. 4 ein mit vier Raddrehzahlsensoren ausgestattetes Anhängerfahrzeug;

Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf einen Sattelzug;

Fig. 6 eine schematische Draufsicht auf ein mit zwei Raddrehzahlsensoren und einem Lenkwinkelsensor ausgestattetes Fahrzeug;

Fig. 7 ein mit zwei Raddrehzahlsensoren und zwei Lenkwinkelsensoren ausgestattetes Fahrzeug;

Fig. 8 ein mit zwei Raddrehzahlsensoren und zwei Lenkwinkelsensoren ausgestattetes Fahrzeug mit symmetrischer Allradlenkung;

Fig. 9 ein mit zwei Raddrehzahlsensoren und einem Lenkwinkelsensor ausgestattetes Fahrzeug mit Knicklenkung; und

Fig. 10 ein Schema einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Fahrwerk eines Fahrzeugs. Das Fahrwerk weist eine erste Achse 1, die im folgenden als Hinterachse bezeichnet wird, eine zweite Achse 2, die im folgenden als Vorderachse bezeichnet wird und einen die beiden Achsen in Fahrzeuglängsrichtung verbindenden Längsträger 3 auf. Der Längsträger 3 hat eine Länge l, was dem Abstand zwischen Vorder- und Hinterachse entspricht. Dieser Abstand l wird im folgenden als Radstand bezeichnet, den es zu bestimmen gilt.

An der Hinterachse 1 sind zwei Zwillingsräder 4 und 5 angeordnet, die hier im folgenden als Hinterräder bezeichnet werden und die jeweils aus miteinander verbundenen Einzelrädern 6 und 7 bestehen. Die Hinterräder 4 und 5 sind nicht lenkbar, so daß die Hinterachse 1 deren gemeinsamer Drehachse entspricht. Jedem der Hinterräder 4 und 5 ist ein Raddrehzahlsensor 8 bzw. 9 zugeordnet. Aus den damit ermittelten Raddrehzahlen und einem in den folgenden Berechnungen als konstant angenommenen Radradius R werden die Radumfangsgeschwindigkeiten v1 und v2 der Hinterräder 4 und 5 ermittelt. Die Hinterräder 4 und 5 haben einen mittleren axialen Abstand b, der im folgenden als Spurweite bezeichnet wird.

An der Vorderachse 2 sind zwei lenkbare Vorderräder 10 und 11 angeordnet, denen ebenfalls jeweils ein Rad drehzahlsensor 12 bzw. 13 zugeordnet ist. Analog zur Hinterachse 1 sind mit den Raddrehzahlsensoren 12 und 13 aus den Raddrehzahlen und dem Radradius die Radumfangs geschwindigkeiten v3 und v4 der Vorderräder 10 und 11 ermittelbar. Der Abstand der Mittelpunkte der beiden Vorderräder 10 und 11, d. h. die Spurweite der Vorderachse 2 ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel gleich der Spurweite b der Hinterachse 1. Ferner ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel der Radius R der Vorderräder 10 und 11 gleich dem der Hinterräder 4 bzw. 5 und wird ebenfalls in allen Fahrsituationen als konstant bleibend angenommen.

Bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs sind sämtliche Räder parallel ausgerichtet und infolge der gleichen Raddurchmesser sind auch die Radumfangsgeschwindigkeiten v1, v2, v3 und v4 gleich groß. Im Gegensatz dazu sind in Fig. 1 die beiden Vorderräder 10 und 11 entsprechend dem Durchfahren einer Linkskurve nach links eingeschlagen, so daß sich für die Radumfangsgeschwindigkeiten v1, v2, v3 und v4 vier unterschiedliche Werte ergeben.

Unter der eingangs bereits erwähnten Annahme, daß nur geringe Längs- und Seitenschlupfwerte bzw. geringe Traktions- und Bremskräfte an den einzelnen Rädern des Fahrzeugs auftreten, ist dem Fahrzeug während Kurvenfahrten ein Momentanpol M zugeordnet. Der Momentanpol M ist ein fiktiver Raumpunkt, um den sich sämtliche Punkte des Fahrwerks - insbesondere die Mittelpunkte der einzelnen Räder 4, 5, 10 bzw. 11 - drehen. Es ist offensichtlich, daß der Momentanpol M eines Fahrzeugs mit nicht lenkbaren Hinterrädern 4 und 5 immer auf einer "Verlängerung" 14 der Hinterachse 1 liegt. Fährt das Fahrzeug geradeaus, so liegt der Momentanpol M im Unendlichen, während sich bei Kurvenfahrten - je nach Kurvenradius - ein bestimmter Abstand zu den einzelnen Rädern 4, 5, 10 und 11 ergibt. Sind die beiden Ge schwindigkeiten v1 und v2 der Hinterräder 4 bzw. 5 sowie die Spurweite b bekannt, so ist unter Verwendung der Gleichung

der Momentanpol M bestimmbar. Die Verbindungslinien des Momentanpols M mit den Mittelpunkten der Vorderräder 10 bzw. 11 werden im folgenden als Polstrahlen R3 bzw. R4 bezeichnet. Unter Verwendung der folgenden beiden Beziehungen

ist der Lenkwinkel α des rechten Vorderrades 10 aus dem Verhältnis der Radumfangsgeschwindigkeiten v1 und v3 bestimmbar. Analog dazu ist der Lenkwinkel β des linken Vorderrades 11 aus dem Verhältnis der beiden Geschwindigkei ten v2 und v4 bestimmbar. Unter Lenkwinkel ist hierbei der Winkel α bzw. β zwischen dem eingeschlagenen Vorderrad 10 bzw. 11 und dessen Stellung bei Geradeausfahrt zu verstehen. Zur Bestimmung des Radstandes l können für die Größen α, β, R2 und b folgende Gleichungen aufgestellt werden:

Durch Umformen ist hieraus der Radstand l in Abhängigkeit der Spurweite b und der Lenkwinkel α und β der Vorderräder 10 bzw. 11 bestimmbar.

Durch trigonometrische Umformungen mit den Gleichungen

lassen sich die Lenkwinkel α und β ersetzen, so daß man nach weiteren Umformungen eine Gleichung für den Radstand l erhält, in der als Parameter lediglich die Spurbreite b und Verhältnisse gemessener Radumfangsgeschwindigkeiten enthalten sind:

Anhand dieser Gleichung ist zu erkennen, daß der Radstand l bei vorgegebener Spurweite b genau dann bestimmbar ist, wenn der Nenner des Terms auf der rechten Gleichungsseite ungleich 0 ist. Dies ist dann der Fall, wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt, d. h. wenn die beiden Lenkwinkel α und β unterschiedlich groß sind, d. h. wenn tanβ - tanα ungleich Null ist. Je enger die Kurve, desto je größer sind die Lenkwinkel α und β und desto exakter ist der Radstand l in Abhängigkeit der mit gewissen Meßtoleranzen bestimmbaren Radumfangsgeschwindigkeiten v1, v2, v3 und v4 bestimmbar.

Anhand von, Fig. 2 wird nun erläutert, wie der Radstand des in Fig. 1 gezeigten Fahrzeugs unter Verwendung von nur drei Raddrehzahlsensoren bestimmbar ist. Hierfür werden lediglich die von den beiden Radsensoren 8 und 9 der ungelenkten Hinterräder 4 bzw. 5 gelieferten Radumfangs geschwindigkeiten v1 bzw. v2 und die vom Raddrehzahlsensor 12 des rechten Vorderrads 10 - d. h. des kurvenäußeren Vorderrads - gelieferte Radumfangsgeschwindigkeit v3 verwendet. Analog zu dem anhand Fig. 1 beschriebenen Rechengang mit vier Sensoren können folgende beiden Gleichungen für die Abstände R2 und R3 der Radmittelpunkte vom Momentanpol M aufgestellt werden:

Aus der Fahrzeuggeometrie läßt sich ferner für die Abstände R2, R3, die Spurweite b und den zu bestimmenden Radstand l folgende Gleichung aufstellen:

R₃ ² = (R₂ + b)² + l².

Die in diesen drei Gleichungen enthaltenen Unbekannten R2 und R3 werden durch Umformen eliminiert und daraus folgende Gleichung für den Radstand l abgeleitet.

Somit ist der Radstand l allein aus der Spurweite b, den beiden Radumfangsgeschwindigkeiten v1 und v2 der Hinterräder 4 und 5 sowie der Geschwindigkeit v3 des gelenkten - hier kurvenäußeren - Vorderrads 10 bestimmbar.

Alternativ dazu ist durch Aufstellen ähnlicher Gleichungen der Radstand l auch aus den beiden Hinterradgeschwindigkeiten v1 und v2 und einer Geschwindigkeit v4 des kurveninneren Vorderrads 11 berechenbar, wobei sich für den Radstand l folgende Gleichung ergibt:

Somit ist es möglich, den Radstand eines Fahrzeuges, das mit mit vier Raddrehzahlsensoren 8, 9, 12 bzw. 13 (Fig. 1) ausgestattet ist, auf zwei verschiedenen Wegen zu berechnen. Geht man davon aus, daß die gemessenen Radumfangsgeschwindigkeiten v1, v2, v3 und v4 gewissen Meßtoleranzen unterliegen, so ist durch Anwendung beider Verfahren ein Vergleich der erhaltenen Ergebnisse und eine Aussage über die Genauigkeit des ermittelten Radstandes l möglich.

Anhand Fig. 3 wird ein Verfahren zur Bestimmung des Radstandes eines Fahrzeugs mit unterschiedlichen Spurweiten an Vorder- und Hinterachse beschrieben. Die mittlere Spurweite der Hinterachse 1 des Fahrzeuges beträgt b1 und ist hier größer als die mittlere Spurweite b2 an der Vorderachse 2. Ähnlich wie im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben, werden zur Berechnung des Radstandes l lediglich die von den beiden Raddrehzahlsensoren 8 und 9 der ungelenkten Hinterräder 4 und 5 gelieferten Radumfangs geschwindigkeiten v1 und v2 sowie die vom Raddrehzahlsensor 12 des Vorderrades 10 gelieferte Radumfangsgeschwindigkeit v3 verwendet. Die in den folgenden drei Gleichungen enthaltenen Unbekannten R2 und R3 werden eliminiert und das Gleichungssystem wird nach dem Radstand l aufgelöst:

Der sich ergebende Radstand l

läßt sich somit aus den Geschwindigkeiten v1, v2 und v3 sowie den beiden Spurweiten b1 und b2 berechnen.

Alternativ dazu ist es auch möglich, den Raddrehzahlsensor (nicht dargestellt) des anderen, d. h. des kurveninneren Vorderrades 11 für die Ermittlung des Radstandes l zu verwenden, wofür sich in analoger Weise folgende Beziehung herleiten läßt.

Somit ist auch für den Fall unterschiedlicher Spurweiten b1, b2 eine redundante Radstandsberechnung möglich.

Anhand Fig. 4 wird die Bestimmung des Radstandes eines zweiachsigen Anhängerfahrzeuges erläutert. Die Hinterräder 4 und 5 sind drehbar an der starren Hinterachse 1 angeordnet und haben die Spurweite b. Dementsprechend sind die Vorderräder 10 und 11 drehbar an der Vorderachse 2 angeordnet und haben dieselbe Spurweite b. Bezüglich der Vorderachse 2 sind die Vorderräder 10 bzw. 11 unlenkbar, jedoch ist die gesamte Vorderachse 2 über ein Drehgelenk 15 mit dem Längsträger 3 verbunden und somit lenkbar. In der gezeigten Stellung ist die Vorderachse 2 des Anhängerfahrzeugs "nach links" eingeschlagen. Jedem der vier Räder 4, 5, 10 und 11 des Anhängerfahrzeugs ist ein Raddrehzahlsensor 8, 9, 12 bzw. 13 zugeordnet, womit die Radumfangsgeschwindigkeiten v1, v2, v3 und v4 bestimmbar sind. Für die vier Radumfangsge schwindigkeiten und die Abstände der Radmittelpunkte vom Momentanpol M des Fahrzeugs lassen sich folgende Gleichungen herleiten:

Eine Gleichung für den Radstand l läßt sich aus den Abständen des Drehgelenks 15 und des Hinterachsmittelpunkts 16 vom Momentanpol M des Anhängerfahrzeugs herleiten:

Durch Eliminieren der Unbekannten R2 und R4 läßt sich schließlich der Radstand l des Anhängerfahrzeugs in Abhängigkeit von der Spurweite b und den Geschwindigkeiten v1, v2, v3 und v4 ermitteln.

Anhand Fig. 5 wird die Radstandbestimmung für einen Sattelauflieger beschrieben, wobei zusätzlich das Fahrwerk eines Zugfahrzeugs schematisch dargestellt ist. Das Zugfahrzeug hat einen Radstand l1, der beispielsweise, wie im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben, aus den Radumfangsgeschwindigkeiten v1, v2 und v3 der Hinterräder 4 und 5 und des Vorderrads 10 des Zugfahrzeugs ermittelbar ist.

In einem Abstand x von der Hinterachse 1 des Zugfahrzeugs ist an dessen Längsträger 3 ein Sattelgelenk 17 zur Ankupplung des Sattelaufliegers vorgesehen. Aus der Lage des Momentanpols M1 des Zugfahrzeugs, der aus den Geschwindigkeiten v1 und v2 ermittelbar ist und aus dem Abstand RS des Sattelgelenks 17 vom Momentanpol M1 ist die Geschwindigkeit v5 des Sattelgelenks 17 durch folgende Gleichungen berechenbar:

Durch Einsetzen und Auflösen nach v5 erhält man

An das Sattelgelenk 17 ist ein Längsträger 18 des Sattelaufliegers angekuppelt, der mit einer Hinterachse 19 verbunden ist. Der Längsträger 18 hat die Länge l2, was dem "Radstand" des Sattelaufliegers, d. h. dem Abstand des Sattelgelenks 17 von der Hinterachse 19 entspricht. An der Hinterachse 19 sind zwei nicht lenkbare Räder 20 und 21 angeordnet, denen Raddrehzahlsensoren 22 und 23 zugeordnet sind. Die Räder 20 und 21 haben einen mittleren Abstand b2, was der Spurweite b2 des Sattelaufliegers entspricht. Aus der Spurweite b2 und den Geschwindigkeiten v6 und v7 der Räder 20 und 21 des Sattelaufliegers ist dessen Momentanpol M2 bestimmbar. Alternativ dazu ergibt sich der Momentanpol M2 des Sattelaufliegers auch als Schnittpunkt der Verlängerungen des Polstrahls RS und der Hinterachse 19 des Sattelaufliegers.

Aus den Geschwindigkeiten v5, v6 und v7 und der Spurweite b2 des Sattelaufliegers lassen sich durch folgende Gleichungen die Abstände R7 des Rads 21 und R5 des Sattelgelenks 17 vom Momentanpol M2 ermitteln.

Ferner läßt sich der "Radstand", was im Falle eines Sattelaufliegers der Länge l2 entspricht durch folgende Gleichung berechnen:

Durch Eliminieren der Unbekannten R5 und R7 ist der Radstand bzw. die Länge l2 des Sattelaufliegers in Abhängigkeit von dessen Spurweite b2, der Geschwindigkeit v5 des Sattelgelenks 17 und der Geschwindigkeiten v6 und v7 der Räder 20 bzw. 21 ermittelbar.

Anhand Fig. 6 wird beschrieben, wie der Radstand l eines Fahrzeuges aus der gemessenen Geschwindigkeit v2 eines nicht gelenkten Rades, der gemessenen Geschwindigkeit v3 eines gelenkten Rades und einem Lenkwinkel α eines gelenkten Rades bestimmbar ist. In dem hier gezeigten Ausführungsbei spiel ist das ungelenkte Rad das linke Hinterrad 5 und das gelenkte Rad das rechte Vorderrad 10, denen die Raddrehzahlsensoren 9 und 12 zugeordnet sind. Zur Bestimmung des Lenkwinkels α ist am Vorderrad 10 zusätzlich ein Lenkwinkelsensor 24 vorgesehen, der schematisch durch ein Dreieck angedeutet ist. Mit folgenden beiden Gleichungen sind aus den gemessenen Geschwindigkeiten v2 und v3 der Räder 5 bzw. 10 und dem Lenkwinkel α die Abstände R2 und R3 der Radmittelpunkte vom Momentanpol M des Fahrzeugs berechenbar.

Ferner ist der Radstand l mit den Abständen R2 und R3 sowie der Spurweite b des Fahrzeugs durch folgende Gleichung verknüpft:

R₃ ² = (R₂ + b)² + l².

Hieraus ergibt sich die folgende quadratische Gleichung, aus der der Radstand l in Abhängigkeit der gemessenen Geschwindigkeiten v2 und v3 sowie dem gemessenen Lenkwinkel α ermittelbar ist.

Alternativ dazu wäre es auch möglich, beide Raddrehzahlsenso ren an den Hinterrädern 4 und 5 anzubringen und am Vorderrad 10 lediglich den Lenkwinkelsensor 24 anzubringen. Ferner ist es möglich, den Lenkwinkelsensor 24 und bzw. den Raddrehzahlsensor 12 am linken Vorderrad anzubringen. Für alle Fälle ergeben sich ähnliche Gleichungen, die jedoch nicht explizit angegeben werden.

Alternativ dazu beschreibt Fig. 7, wie der Radstand l eines Fahrzeugs in Abhängigkeit von dessen Spurweite b allein aus den Lenkwinkeln α und β zweier gelenkter Räder 10 und 11 ermittelbar ist. Zur Bestimmung des Radstandes l ist zusätzlich zu dem Lenkwinkelsensor 24 des Rads 10 am lenkbaren Rad 11 ein Lenkwinkelsensor 24a vorgesehen, mit dem der Lenkwinkel β bestimmbar ist. Vom gesuchten Radstand l lassen sich die Abstände der mit R3 und R4 der Mittelpunkte der Räder 10 bzw. 11 durch folgende Gleichungen darstellen:

Ferner sind die Spurweite b, die Abstände R3 und R4 sowie die Lenkwinkel α und β durch folgende Gleichung verknüpft:

b² = R₃ ² + R₄ ² - 2 R₃ R₄ cos(α - β).

Durch Einsetzen ergibt sich hieraus der gesuchte Radstand l:

Fig. 8 beschreibt die Ermittlung des Radstandes l eines Fahrzeugs mit symmetrischer Allradlenkung, d. h. eines Fahrzeugs, dessen linke Vorder- und Hinterräder bei Kurvenfahrten jeweils um einen betragsmäßig gleichen Lenkwinkel eingeschlagen sind. Zur Ermittlung des Radstandes l sind den Vorderrädern 10 und 11 die Raddrehzahlsensoren 12 und 13 zugeordnet. Zusätzlich ist am Vorderrad 10 der Lenkwinkelsensor 24 vorgesehen. Für die Abstände R1 und R2 der Räder 10 und 11 vom Momentanpol M des Fahrzeugs, der bei einem Fahrzeug mit symmetrischer Allradlenkung auf der Mittelsenkrechten 26 des. Längsträgers 3 liegt, die Geschwindigkeiten v2 und v1 der Räder 10 bzw. 11 sowie für die Spurweite b des Fahrzeugs, lassen sich folgende Gleichungen herleiten:

Durch Einsetzen ergibt sich eine quadratische Gleichung für R2 und hieraus der gesuchte Radstand l.

Fig. 9 beschreibt die Ermittlung des Radstandes eines Fahrzeugs mit symmetrischer Knicklenkung. Das Fahrwerk dieses Fahrzeugs besteht aus zwei symmetrischen Fahrwerks elementen, die über ein Drehgelenk 15 miteinander verbunden sind. Jedes der Fahrwerkelemente besteht aus einem Längsträger 3 bzw. 3a der Länge l/2, was gleich dem halben Radstand des Fahrzeugs bei Geradeausfahrt ist. Quer an den Längsträgern 3 bzw. 3a sind Achsen 27 und 27a befestigt. An der Achse 27 sind die beiden Räder 4 und 5 mit den zugeordneten Raddrehzahlsensoren 8 bzw. 9 zur Bestimmung der entsprechenden Radumfangsgeschwindigkeiten v1 bzw. v2 angeordnet. Zusätzlich ist am Drehgelenk 15 ein Lenkwinkelsensor 28 zur Bestimmung des Lenkwinkels α des Längsträgers 3 vorgesehen. Der Momentanpol M des Fahrzeugs ergibt sich aus dem Schnittpunkt einer Winkelhalbierenden 29 der beiden Längsträger 3 und 3a sowie der gedachten Verlängerungen der Achsen 27 und 27a. Für den Abstand R2 des kurveninneren Rads 5 vom Momentanpol M, der Spurweite b und den Geschwindigkeiten v1 und v2 der Räder 4 bzw. 5 sowie dem Lenkwinkel α lassen sich folgende Gleichungen zur Bestimmung des Radstandes l des Fahrzeugs herleiten:

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß in den Fig. 1 bis 9 nicht alle denkbaren "Sensorkombinationen", die zur Ermittlung des Radstandes geeignet sind, erläutert wurden. Das Grundprinzip, aus vorgegebenen, gegebenenfalls unterschiedlichen Spurweiten eines Fahrzeugs, gemessenen Radumfangsgeschwindigkeiten und/oder gemessenen Lenkwinkeln und der Lage des Momentanpols des Fahrzeugs den Radstand zu ermitteln bleibt jedoch gleich und ist auch auf zahlreiche andere Fahrzeuge anwendbar, die nicht explizit erläutert wurden.

Fig. 10 zeigt ein Schema einer Vorrichtung gemäß der Erfindung. Die Vorrichtung weist eine Recheneinheit 30 und eine Speichereinheit 31 auf, in der in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Spurweiten b1 und b2 gespeichert sind und der Recheneinheit 30 zugeführt werden. Ferner werden der Recheneinheit 30 hier vier von den Rad drehzahlsensoren 8, 9, 12 und 13 gelieferte Signale zugeführt, die den Radumfangsgeschwindigkeiten v1, v2, v3 bzw. v4 entsprechen. Zusätzlich werden der Recheneinheit 30 von den beiden Lenkwinkelsensoren 24 und 24a erzeugte Signale zugeführt, die den gemessenen Lenkwinkeln α bzw. β gelenkter Fahrzeugräder entsprechen. Aus einem Teil oder aus allen der der Recheneinheit 30 zugeführten Spurweiten b1, b2, Radumfangsgeschwindigkeiten v1-v4 bzw. der Lenkwinkel α, β erzeugt die Recheneinheit ein Signal, das dem Radstand l des Fahrzeugs entspricht. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel werden der Recheneinheit 30 mehr Signale zugeführt, als zur Radstandbestimmung des z. B. in Fig. 1 gezeigten Fahrzeugs benötigt werden, was eine redundante Radstandsbestimmung ermöglicht. Somit ist es möglich, mit der Recheneinheit 30 die aus unterschiedlichen "Signal gruppen" erhaltenen Radstandssignale miteinander zu vergleichen und hieraus z. B. durch arithmetische Mittelung das in Fig. 10 eingezeichnete Radstandssignal l zu erzeugen.

In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird das den Radstand repräsentierende Signal l einer Verarbeitungseinheit 32 zugeführt, die beispielsweise ein Fahrdynamik-Regelungs system, ein EBS-System, ein ABS-System oder ähnliches sein kann. Ferner wird der Verarbeitungseinheit 32 hier ein Bremsanforderungssignal BRA zugeführt, das der Fahrer über ein Bremspedal 33 vorgibt. Zusätzlich können der Verarbei tungseinheit 32 noch weitere Signale S1 bis Sn zugeführt werden, die beispielsweise die Beschleunigung des Fahrzeugs, den Beladungszustand des Fahrzeugs, den Neigungswinkel der Fahrbahn etc. repräsentieren. Aus den der Verarbeitungs einheit zugeführten Signalen werden Ausgangssignale Sa1, Sa2, Sa3 und Sa4 erzeugt, die hier jeweils zur Steuerung eines zugeordneten Ventils 34, 35, 36 und 37 verwendet werden. Bei den Ventilen 34-37 kann es sich beispielsweise um ABS-Ventile handeln, die über Leitungen 38 und 39 mit einer Bremse (nicht dargestellt) des Fahrzeugs bzw. mit einer Bremsdruckerzeugungseinheit (nicht dargestellt) verbunden sind.

Wie in Fig. 10 gezeigt, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit der Verarbeitungseinheit 32 in eine übergeordnete Steuer- bzw. Regelungseinheit 40 integriert sein.

Claims

1. Verfahren zum automatischen Bestimmen des Radstandes (l) von lenkbaren Fahrzeugen während Kurvenfahrten, wobei die Fahrzeuge an mindestens zwei ungelenkten Fahrzeugrädern (4 bis 7) und mindestens einem gelenkten Fahrzeugrad (10, 11) Sensoren (8, 9, 12, 13) zum Messen der Radumfangsgeschwindigkeiten (v1 bis v4) aufweisen, bei dem

a) die Radumfangsgeschwindigkeiten (v1-v4) an den mindestens drei mit Sensoren (8, 9, 12, 13) ausgestatteten Fahrzeugrädern (4-7; 10, 11) bestimmt werden,
b) mindestens eine Spurweite (b, b1, b2) einer Fahrzeugachse (1, 2) vorgegeben ist,
c) aus den gemessenen Radumfangsgeschwindigkeiten (v1-v4) und der mindestens einen Spurweite (b, b1, b2) der Radstand (l) ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Fahrzeug an zwei ungelenkten Fahrzeugrädern (4-7) einer ersten ungelenkten Fahrzeugachse (1) und zwei gelenkten Fahrzeugrädern (10, 11) einer zweiten ungelenkten Fahrzeugachse (2) Sensoren (8, 9, 12, 13) zum Messen der Radumfangsgeschwindigkeiten (v1- v4) aufweist,
daß die mittleren Spurweiten beider Fahrzeugachsen (1, 2) denselben Wert (b) haben,
daß der Radstand (l) des Fahrzeugs nach folgender Beziehung ermittelt wird:
wobei v1 und v2 die Radumfangsgeschwindigkeiten der ungelenkten Räder (4-7) und v3 und v4 die Radumfangs geschwindigkeiten der gelenkten Räder (10, 11) sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Fahrzeug an zwei ungelenkten Fahrzeugrädern (4, 5) einer ungelenkten Fahrzeugachse (1) und an zwei bezüglich einer gelenkten Fahrzeugachse (2) ungelenkten Fahrzeugrädern (10, 11) Sensoren (8, 9, 12, 13) zum Messen der Radumfangsgeschwindigkeiten (v1-v4) aufweist,
daß die mittleren Spurweiten beider Fahrzeugachsen (1, 2) denselben Wert (b) haben,
daß der Radstand (l) des Fahrzeugs nach folgender Beziehung ermittelt wird:
wobei v1 und v2 die Radumfangsgeschwindigkeiten der ungelenkten Räder (4-7) und v3 und v4 die Radumfangs geschwindigkeiten der bezüglich der gelenkten Fahrzeug achse (2) ungelenkten Räder (10, 11) sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Fahrzeug an zwei ungelenkten Fahrzeugrädern einer ersten ungelenkten Fahrzeugachse (1) und an einem gelenkten Fahrzeugrad (10, 11) einer zweiten ungelenkten Fahrzeugachse (2) Sensoren (8, 9, 12, 13) zum Messen der Radumfangsgeschwindigkeiten (v1- v4) aufweist,
daß die mittleren Spurweiten beider Fahrzeugachsen (1, 2) denselben Wert (b) haben,
daß der Radstand (l) des Fahrzeugs nach folgender Beziehung ermittelt wird:
wobei v1 und v2 die Radumfangsgeschwindigkeiten der ungelenkten Räder (4-7) und v3 die Radumfangs geschwindigkeit des gelenkten Rads (10, 11) sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Fahrzeug an zwei ungelenkten Fahrzeugrädern (4-7) einer ersten ungelenkten Fahrzeugachse (1) und einem von zwei gelenkten Fahrzeugrädern (10, 11) einer zweiten ungelenkten Fahrzeugachse (2) Sensoren (8, 9, 12, 13) zum Messen der Radumfangsgeschwindigkeiten (v1-v4) aufweist,
daß die mittlere Spurweite der ersten Fahrzeugachse (1) einen Wert b1 und die mittlere Spurweite der zweiten Fahrzeugachse (2) einen sich von b1 unterscheidenden Wert b2 hat,
daß der Radstand (l) des Fahrzeugs nach folgender Beziehung ermittelt wird:
wenn v1 und v2 die Radumfangsgeschwindigkeiten der ungelenkten Räder (4-7) und v3 die Radumfangs geschwindigkeit des kurvenäußeren gelenkten Rads (10, 11) sind, und
daß der Radstand (l) des Fahrzeugs nach folgender Beziehung ermittelt wird:
wenn v1 und v2 die Radumfangsgeschwindigkeiten der ungelenkten Räder (4-7) und v4 die Radumfangs geschwindigkeit des kurveninneren gelenkten Rades (10, 11) sind.

6. Verfahren zum automatischen Bestimmen des Abstandes (l2) zwischen einer Achse (19) und einem Sattelgelenk (17) eines über das Sattelgelenk (17) an ein Zugfahrzeug angekuppelten Sattelaufliegers während Kurvenfahrten, wobei an der Achse (19) zwei ungelenkte Fahrzeugräder (20, 21) angeordnet sind, denen je ein Sensor (22, 23) zum Messen der Radumfangsgeschwindig keiten (v6, v7) der Fahrzeugräder (20, 21) zugeordnet ist, bei dem

a) die Radumfangsgeschwindigkeiten (v6, v7) der Fahrzeugräder (20, 21) bestimmt werden,
b) eine Spurweite (b2) der Achse (19) vorgegeben ist,
c) ein Geschwindigkeitssignal (v5) bereitgestellt wird, das der Geschwindigkeit des Sattelgelenks (17) entspricht, wobei das Geschwindigkeitssignal (v5) aus mindestens einer Spurweite (b, b1, b2) einer Fahrzeugachse (1, 2) des Zugfahrzeugs, der Lage des Sattelgelenks (17) bezüglich Rädern (4-7; 10, 11) des Zugfahrzeugs sowie aus Signalen erzeugt wird, die von Raddrehzahlsensoren (8, 9, 12, 13) und/oder Lenkwinkelsensoren (24, 24a, 28) des Zugfahrzeugs geliefert werden,
d) aus den gemessenen Radumfangsgeschwindigkeiten (v6, v7), dem Geschwindigkeitssignal (v5) und der Spurweite (b2) der Abstand (l2) ermittelt wird.

7. Verfahren zum automatischen Bestimmen des Radstandes (l) von lenkbaren Fahrzeugen während Kurvenfahrten, wobei die Fahrzeuge an mindestens zwei Fahrzeugrädern (4-7; 10, 11) Sensoren (8, 9, 12, 13) zum Messen der Radumfangsgeschwindigkeiten (v1-v4) und zusätzlich an mindestens einem gelenkten Fahrzeugrad (10, 11) einen Sensor (24, 24a) zum Messen eines Lenkwinkels (α, β) des mindestens einen gelenkten Fahrzeugrades (10, 11) aufweisen, bei dem

a) die Radumfangsgeschwindigkeiten (v1-v4) der mindestens zwei Fahrzeugräder (4-7; 10, 11) bestimmt werden,
b) der Lenkwinkel (α, β) des mindestens einen gelenkten Fahrzeugrades (10, 11) bestimmt wird,
c) mindestens eine Spurweite (b, b1, b2) einer Fahrzeugachse (1, 2) vorgegeben ist,
d) aus den gemessenen Radumfangsgeschwindigkeiten (v1-v4) dem gemessenen Lenkwinkel (α, β) und der mindestens einen Spurweite (b, b1, b2) der Radstand (l) ermittelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß einem ungelenkten Fahrzeugrad (4-7) und einem gelenkten Fahrzeugrad (10, 11) je ein Sensor (8, 9, 12, 13) zum Messen der Radumfangsgeschwindigkeiten (v1-v4) zugeordnet ist und der Sensor (24) zum Messen des Lenkwinkels (α, β) ebenfalls dem einen gelenkten Fahrzeugrad (10, 11) zugeordnet ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gelenkten Fahrzeugrädern (10, 11) jeweils ein Sensor (8, 9, 12, 13) zum Messen der Radumfangs geschwindigkeiten (v1-v4) zugeordnet ist und der Sensor (24) zum Messen des Lenkwinkels (α, β) ebenfalls einem dieser beiden Fahrzeugräder (10, 11) zugeordnet ist.

10. Verfahren zum automatischen Bestimmen des Radstandes (l) eines Fahrzeugs mit Knicklenkung, dessen Fahrwerk aus zwei durch ein Lenkgelenk (15) miteinander verbundenen Fahrwerkskomponenten besteht, wobei jede Fahrwerkskomponente eine Achse (27, 27a) mit je zwei Rädern (4, 5) aufweist, wobei zwei Rädern (4, 5) einer der beiden Achsen (27, 27a) je ein Sensor (8, 9, 12, 13) zum Messen der Radumfangsgeschwindigkeiten (v1, v2) zugeordnet ist und wobei das Fahrzeug einen Lenkwinkelsensor (28) zum Messen von Lenkwinkeln (α) des Lenkgelenks (28) aufweist, bei dem

a) die Radumfangsgeschwindigkeiten (v1, v2) der beiden Fahrzeugräder (4, 5) der einen der beiden Achsen (27, 27a) bestimmt werden,
b) der Lenkwinkel (α) des Lenkgelenks (15) bestimmt wird,
c) eine Spurweite (b) derjenigen Fahrzeugachse (27, 27a) vorgegeben ist, deren Rädern (4, 5) die Sensoren (8, 9, 12, 13) zum Messen der Radumfangs geschwindigkeiten (v1, v2) zugeordnet sind,
d) aus den gemessenen Radumfangsgeschwindigkeiten (v1, v2), dem gemessenen Lenkwinkel (α) und der Spurweite (b) der Radstand (l) ermittelt wird.

11. Verfahren zum automatischen Bestimmen des Radstandes (l) von lenkbaren Fahrzeugen während Kurvenfahrten, wobei die Fahrzeuge zwei ungelenkte Fahrzeugräder (4-7) und zwei gelenkte Fahrzeugräder (10, 11) aufweisen, wobei den gelenkten Fahrzeugrädern (10, 11) je ein Sensor (24, 24a) zum Messen von Lenkwinkeln (α, β) zugeordnet ist, bei dem

a) die Lenkwinkel (α, β) der beiden gelenkten Fahrzeugräder (10, 11) bestimmt werden,
b) mindestens eine Spurweite (b, b1, b2) einer Fahrzeugachse (1, 2) vorgegeben ist,
c) aus den gemessenen Lenkwinkeln (α, β) und der mindestens einen Spurweite (b, b1, b2) der Radstand (l) ermittelt wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 11 zum automatischen Bestimmen des Radstandes (l) von lenkbaren Fahrzeugen während Kurvenfahrten, die eine Recheneinheit (30) und eine Speichereinheit (31) aufweist,
wobei in der Speichereinheit (31) mindestens ein der Spurweite (b, b1, b2) einer Fahrzeugachse (1, 2) entsprechender Wert gespeichert ist und der Recheneinheit (30) dieser die Spurweite (b, b1, b2) repräsentierende Wert zugeführt wird,
wobei der Recheneinheit von Raddrehzahlsensoren (8, 9, 12, 13) und/oder von Lenkwinkelsensoren (24, 24a) Signale zugeführt werden, welche Radumfangsgeschwindig keiten (v1-v4; v6, v7) und/oder Lenkwinkel (α, β) der Fahrzeugräder (4-7; 10, 11) repräsentieren und
wobei die Recheneinheit (30) aus den ihr zugeführten Signalen (b, b1, b2; v1-v4; v6, v7; α, β) ein den Radstand des Fahrzeugs repräsentierendes Signal (l, l1, l2) erzeugt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das den Radstand repräsentierende Signal (l, l1, l2) einer Verarbeitungseinheit (32) zugeführt wird,
wobei die Verarbeitungseinheit (32) ein Fahr dynamikregelungssystem, ein ABS-System, ein EBS-System oder dergleichen ist.