DE19812237C1

DE19812237C1 - Verfahren zur Fahrdynamik-Regelung an einem Straßenfahrzeug

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Publication number: DE19812237C1
Application number: DE19812237A
Authority: DE
Inventors: Imre Boros; Heinz-Dieter Hamann; Joachim Pressel; Rudolf Maurath; Michael Reiner
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 1998-03-20
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 1999-09-23
Anticipated expiration: 2018-03-21
Also published as: ES2242316T3; EP0943514A1; DE59912056D1; US6223114B1; EP0943514B1; JP3044659B2; JP2000006830A

Abstract

Zum Zweck einer Fahrdynamik-Regelung an einem Straßenfahrzeug werden fortlaufend aus einer Betrachtung des dynamischen Verhaltens eines Simulationsrechners eines implementierten Fahrzeugmodells Sollwerte DOLLAR I1 für die Giergeschwindigkeit DOLLAR I2 und dem Schwimmwinkel beta des Fahrzeuges generiert werden und aus einem Vergleich der Referenzgröße DOLLAR I3 als Sollwert der Giergeschwindigkeit DOLLAR I4 des Fahrzeuges generiert mit dem mittels eines Giergeschwindigkeits-Sensors fortlaufend erfaßten Ist-Werten DOLLAR I5 der Giergeschwindigkeit verglichen werden. Das Fahrzeugmodell ist durch ein lineares Differentialgleichungssystem der Form DOLLAR I6 dargestellt, in dem [P] eine 4 x 4-Matrix mit Elementen p¶ij¶ DOLLAR A (p¶ij¶ = 0, m¶z¶v, 0, 0; 0, 0, 0, J¶z¶; 0, 0, 0, 0; 0, -1, 0, 0) repräsentiert, in denen mit m¶z¶ die Masse des Fahrzeuges, mit J¶z¶ sein Gier-Trägheitsmoment und mit v die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit bezeichnet sind, [Q] eine 4 x 4-Matrix mit Elementen q¶ij¶ DOLLAR A (q¶ij¶ = 0,-C¶v¶-C¶H¶, 0, -m¶z¶ È v-(C¶v¶l¶v¶-C¶H¶l¶H¶)/v; 0,C¶H¶l¶H¶-C¶V¶l¶v¶, o, (-l·2·¶v¶C¶v¶-l·2·¶H¶C¶H¶)/v; 0, 0, 0, 0; 0, 0, 0, 1) repräsentiert, in denen C¶v¶ und C¶H¶ die Schräglaufsteifigkeiten der Vorderräder bzw. der Hinterräder des Fahrzeuges und mit l¶V¶ und l¶H¶ der Abstand des Fahrzeugschwerpunktes von der Vorderachse bzw. der Hinterachse bezeichnet sind. DOLLAR I7 repräsentiert einen 4-Komponenten-Spaltenvektor mit den Komponenten c¶i¶ (c¶i¶ = C¶V¶, C¶V¶l¶V¶, 0, 0), DOLLAR I8 einen aus den Zustandsgrößen beta¶z¶ und DOLLAR I9 gebildeten ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fahr dynamik-Regelung an einem Straßenfahrzeug, wonach taktgesteuert in zeitlich aufeinanderfolgenden Zyklen vorgebbarer Dauer T_K von z. B. 5 bis 10 ms mittels eines Simulati onsrechners einer einen selbsttätigen Ablauf der Rege lung vermittelnden elektronischen Steuereinheit auf der Basis eines das Fahrzeug hinsichtlich seiner konstruktiv bedingten Kenngrößen und seines Beladungszustandes so wie seiner Betriebsdaten repräsentierenden Modells aus gemessenen aktuellen Werten des Lenkwinkels δ, der Fahrzeuggeschwindigkeit v_x und ggf. der Querbeschleuni gung a_q Referenzgrößen für mindestens die Giergeschwin digkeit und den Schwimmwinkel β des Fahrzeuges gene riert werden und aus einem Vergleich der Referenzgröße _SO als Sollwert der Giergeschwindigkeit des Fahrzeu ges mit mittels einer Giergeschwindigkeits-Sensorein richtung fortlaufend erfaßten Ist-Werten _I der Gier geschwindigkeit des Fahrzeuges Ansteuersignale zu einer Abweichungen des jeweiligen Ist-Wertes vom jeweils maß geblichen Sollwert kompensatorisch beeinflussenden Ak tivierung mindestens einer Radbremse des Fahrzeuges und/oder zur Reduzierung des Motor-Antriebsmoments er zeugt werden.

Ein Fahrdynamik-Regelungsverfahren (FDR) dieser Art ist durch die ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 96 (1994), Heft 11, Seiten 674 bis 689 bekannt.

Bei dem bekannten Verfahren wird unter Zugrundelegung des sogenannten Einspurmodells eines Fahrzeuges ein Sollwert _SO gemäß der Beziehung

gebildet, in der mit v_CH die sogenannte charakteristi sche Geschwindigkeit des Fahrzeuges, mit a der Abstand der Vorderachse vom Fahrzeugschwerpunkt und mit c der Abstand der Hinterachse vom Fahrzeugschwerpunkt be zeichnet sind.

Als "charakteristische Geschwindigkeit" v_CH ist dieje nige - fahrzeugspezifische - Geschwindigkeit bezeich net, die einem Maximum des Quotienten /δ entspricht. Dies gilt für niedrige Querbeschleunigungen a_q ≦ 3 ms^-2. Die Fahrdynamik-Regelung ist als Zustandsregelung des Schwimmwinkels β und der Giergeschwindigkeit reali siert, wobei der Schwimmwinkel β, der den Unterschied der Richtungen zwischen Fahrtrichtung und der Richtung der Fahrzeuglängsachse angibt, einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreiten soll.

Bei der insoweit erläuterten Fahrdynamik-Regelung er gibt sich aufgrund der Art der Generierung des Sollwer tes für die Giergeschwindigkeit des Fahrzeuges, insbe sondere dann, wenn der Fahrer in einem "hastigen" Lenk manöver eine rasche Änderung des Lenkwinkels einsteu ert, eine drastische Abweichung des Istwertes der Gier geschwindigkeit des Fahrzeuges vom Sollwert, der, aufgrund der erwähnten Abhängigkeit vom Lenkwinkel, dem Istwert der Giergeschwindigkeit des Fahrzeuges, der sich, bedingt durch die Trägheit des Fahrzeuges langsa mer ändert, in jedem Falle vorauseilt. Spricht in die sem Falle die Regelung an, so erfolgt dies im Sinne ei nes Abbaues der Seitenführungskraft an der Hinterachse des Fahrzeuges, was in der angenommenen Situation je doch unerwünscht wäre, da eine Übersteuerungstendenz in der falschen Richtung erzeugt wird, die zu einem späte ren Zeitpunkt durch einen erneuten Regelungseingriff korrigiert werden müßte. Ein solches "Regelspiel", das nur deswegen zustande kommt, weil eine unrealistische Sollwert-Vorgabe möglich ist, stellt eine Situation po tentieller Gefahr dar, die vermieden werden sollte.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine Sollwert-Vorgabe für die dynamischen Zustandsgrö ßen des Fahrzeuges erzielt wird, die einem realisti schen Bewegungsverhalten des Fahrzeuges entspricht, so wie eine zur Anwendung des Verfahrens geeignete Ein richtung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfin dungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa tentanspruchs 1 gelöst.

Hiernach erfolgt die Generierung von einem dynamisch stabilen Verhalten eines zweiachsigen Fahrzeuges ent sprechenden Soll-Werten _s der Giergeschwindigkeit und des Schwimmwinkels β_S durch eine taktgesteuerte Auswer tung der folgenden Beziehungen:

sowie

die unter den erfindungsgemäß als Stabilitätskriterien gewählten Bedingungen, daß zum einen die kurvenfahrtbe dingten Querkräfte sowie die durch die Lenkwinkelein stellung δ(t) sich aufbauenden Seitenführungskräfte ausgeglichen sein müssen, und zum anderen auch die am Fahrzeug wirksamen Dreh- und Giermomente ausgeglichen sein müssen, ein realistischeres Modell für das dynami sche Verhalten des realen Fahrzeuges repräsentieren als die bei dem bekannten Verfahren ausgenutzte statische Beziehung für den Sollwert der Giergeschwindigkeit, da durch das erfindungsgemäß genutzte Fahrzeugmodell auch das Trägheitsverhalten des Fahrzeuges adäquat berück sichtigt wird.

Die Auswertung dieser Beziehungen, die, ausgedrückt als Matrizengleichung in der Form

angebbar sind, in der [P] eine 4×4-Matrix mit Elementen
p_ij (p_ij = 0,m_zv,0,0; 0,0,0,J_Z; 0,0,0,0; -1,0,0), [Q] eine 4×4-Matrix mit Elementen q_ij (q_ij = 0, -C_v -C_H, 0, -m_z.v - (C_Vl_V - C_Hl_H)/v; 0, C_Hl_H - C_Vl_V, 0, (-l 2|vC_v - l 2|HC_H)/v; 0,0,0,0; 0,0,0,1), einen Vier- Komponenten-Spaltenvektor mit den Komponenten c_i (c_i = C_V,C_Vl_V,0,0), einen aus den Zustandsgrößen β_z und _z gebildeten 4-Komponenten-Spaltenvektor mit den Kompo nenten x_i (x_i = 0, β_Z, 0, _z) und dessen zeitliche Ab leitung d/dt repräsentieren, erfolgt im Sinne einer Aktualisierung der fahrdynamischen Zustandsgrößen β_Z(k-1) die zu einem Zeitpunkt t(k-1) ermittelt worden sind, auf den um die Taktzeitspanne T_k späteren Zeitpunkt t(k) durch Auswertung der Beziehung

mit auf den Zeitpunkt t(k) aktualisierten, d. h. zu die sem Zeitpunkt bestimmten Werten der Matrixelemente p_ij und q_ij.

Die den zeitlichen Änderungen ( und ) der zu re gelnden Zustandsgrößen ( und β) zugeordnete Koeffi zientenmatrix [P] der das Fahrzeug-Referenzmodell re präsentierenden Matrizengleichung (I) enthält lediglich Matrixelemente, die entweder unabhängig von den Fahr zeugdaten "absolut" konstant sind oder fahrzeugspezi fisch konstant, d. h. während einer Fahrt sich nicht verändern, oder fahrzeugspezifische Konstanten sind, die mit der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit multipliziert oder durch diese dividiert sind, d. h. Größen, die bei unterstellbarer Kenntnis der fahrzeugspezifischen Wer te, jederzeit anhand von Messungen der Fahrzeuglängsge schwindigkeit mit entsprechender Genauigkeit ermittelt werden können.

Dasselbe gilt sinngemäß auch mit Bezug auf die Matrix elemente der den zu regelnden Zustandsgrößen ( und β), dem "Zustandsvektor", zugeordneten Matrix [Q], so weit diese zur Längsgeschwindigkeit des Fahrzeuges pro portionale und/oder umgekehrt proportionale Glieder enthalten und diese Glieder als Faktoren im übrigen fahrzeugspezifische Konstanten enthalten.

Die Schräglaufsteifigkeiten C_V und C_H, die im Fahr zeug-Referenzmodell zur Beschreibung der Fahrzeugreaktion auf die Lenkwinkelvorgabe bei vorgegebener Fahrzeugge schwindigkeit dienen, sind bei vorgegebener Achs- bzw. Radlastverteilung ebenfalls als fahrzeugspezifische Konstanten anzusehen und werden bei stationärer Kurven fahrt ( = 0, = 0, δ = const., v = const.) durch Auswer tung der Beziehungen

und

in adaptiven "Lern"-Vorgängen bestimmt.

Die für die Bestimmung der Schräglaufsteifigkeiten er forderliche Kenntnis des Schwimmwinkels β_z ist für den Fall stationärer Kurvenfahrt und geringer Querbeschleu nigung durch eine Auswertung der bekannten Beziehung β_Z = l_H/R_S gewinnbar, in der mit R_S der Bahnradius des Schwerpunktes des Fahrzeuges bezeichnet ist, wobei die ser Radius R_S durch die Beziehung R_S = (l 2|H + R 2|H)^1/2, in der mit R_H der Mittelwert der Bahnradien der Hinterräder des Fahrzeuges bezeichnet ist, die sich bei Kenntnis der Spurweite der Hinterräder aus den Raddrehzahlen derselben nach bekannten Relationen ermitteln läßt.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann unter denselben Randbedingungen der Schwimmwinkel β_z, wie gemäß An spruch 2 vorgesehen, auch durch eine Auswertung der Be ziehung

ermittelt werden.

Demgegenüber hat die gemäß Anspruch 3 vorgesehene Art der Bestimmung des Schwimmwinkels β_Z gemäß der Bezie hung

in der mit a_q die mit Beginn der Einstellung eines Lenkwinkels sich aufbauende Fahrzeug-Querbeschleunigung bezeichnet ist, den Vorteil, daß eine genaue Bestimmung des Schwimmwinkels auch bei relativ hohen Fahrzeug- Querbeschleunigungen und damit auch eine genauere Be stimmung der Schräglaufsteifigkeiten möglich ist, wobei diese Querbeschleunigung a_q mittels eines Querbeschleu nigungssensors gemessen werden kann oder auch rechne risch aus dem Kurvenfahrt-Radius und der Fahrzeugge schwindigkeit ermittelt werden kann.

In der durch die Merkmale des Anspruchs 4 angegebenen, bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah rens wird zur Generierung von dynamisch stabilem Bewe gungsverhalten eines Fahrzeuges entsprechenden Soll-Werten für die Zustandsgrößen Giergeschwindigkeit und Schwimmwinkel ein Einspurmodell eines Sattelzuges mit einachsigem Auflieger benutzt, um den das zweiachsige Zugfahrzeug gleichsam ergänzt wird, wobei als Stabili tätskriterium wiederum das Kräfte- und Momentengleich gewicht an der Zugmaschine und am Auflieger gewählt ist, gemäß den Beziehungen

m_z.v(_Z + _Z) = F_v + F_H-F_G
J_z _Z = F_v.l_v - F_H.l_H + F_G.l_G
m_A.v.(_A + _A) = F_G + F_A
J_A _A = F_G.l_AV-F_A.l_AH.

Die kinematische Kopplung, der Gleichheit der Ge schwindigkeitsrichtung am Sattelgelenkpunkt von Zug fahrzeug und Auflieger entspricht, ist durch die Bezie hung

berücksichtigt. In diesen Beziehungen sind mit F_V, F_H und F_G die an den Vorderrädern, den Hinterrädern und im Sattelpunkt angreifenden Querkräfte bezeichnet, mit l_G der Abstand des Sattelpunktes vom Schwerpunkt des Zug fahrzeuges, mit l_AV und l_AH der Abstand des Auflieger scherpunktes vom Sattelpunkt bzw. der Aufliegerachse und mit F_A die an der Aufliegerachse wirksame Seiten kraft. In diesem Fahrzeugmodell ist der Auflieger gleichsam nur durch "additive" Größen implementiert, so daß es sowohl zur Sollwert-Generierung für das Zugfahr zeug allein als auch für den Sattelzug insgesamt geeig net ist. Es kann in sinngemäßer Abwandlung und Erläute rung auch zur Sollwert-Generierung für einen Gliederzug abgewandelt werden.

In diesem Sattelzugmodell erfolgt die Bestimmung des Schwimmwinkels β_A des Aufliegers gemäß der Beziehung

in der mit ϕ der Knickwinkel bezeichnet ist, den die im Sattelgelenk sich schneidenden Längsmittelebenen des Zugfahrzeuges und des Aufliegers miteinander einschlie ßen. Diese Relation gilt für den Fall der stationären Kurvenfahrt, in der das Zugfahrzeug und der Auflieger dieselbe Giergeschwindigkeit haben.

Dieser Knickwinkel kann durch Messung bestimmt werden, alternativ oder ergänzend für den Fall stationärer Kur venfahrt mit relativ geringem Wert der Querbeschleuni gung auch gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6, wenn der Auflieger mit Raddrehzahlsensoren ausgerüstet ist.

Durch die Merkmale des Anspruchs 7 sind mittels einer elektronischen Verarbeitungseinheit rasch auswertbare Beziehungen für Schräglaufsteifigkeiten C_V, C_H und C_A angegeben, mit denen die an den Rädern wirksamen Rei fenseitenkräfte durch die Beziehungen

verknüpft sind.

Bezüglich einer Einrichtung zur Fahrdynamik-Regelung an einem Straßenfahrzeug wird die eingangs genannte Aufga be, ausgehend von einer solchen Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8 dadurch gelöst, daß durch eine elektronische Steuereinheit Routinen imple mentiert sind, die es ermöglichen, aus im Fahrbetrieb des Zugfahrzeugs und/oder eines aus Zugfahrzeug und An hängerfahrzeug bestehenden Zuges meßbaren Parametern mindestens die folgenden Größen adaptiv zu bestimmen und in einem Speicher abrufbar abzulegen:

a) Gesamtmasse m_ges des Zuges,
b) die Masse m_z des Zugfahrzeuges,
c) die Masse m_A des Anhängerfahrzeuges,
d) den Radstand l_z des Zugfahrzeuges,
e) Achslast-Verteilung A/P_HA des Zugfahrzeuges,
f) Achslast-Verteilung des Zuges bzw. Hinterachslast P_HA des Anhängerfahrzeuges sowie Routinen zur Ab schätzung
g) des Trägheitsmoments J_Z des Zugfahrzeuges um seine Hochachse und
h) des Trägheitsmoments J_A des Anhängerfahrzeugs um seine Hochachse.

Durch die Implementierung dieser Routinen paßt sich das für die Referenzwertbildung dienende Fahrzeugmodell, mit dem das Fahrzeug im Fahrbetrieb ständig verglichen wird, um fahrdynamisch instabile Zustände zu erkennen, ständig dem aktuellen Beladungszustand des Fahrzeuges an, der bei Nutzfahrzeugen von Fahrt zu Fahrt sehr un terschiedlich sein kann. Die adaptive Bestimmung der genannten Größen hat auch den Vorteil, daß ein fahr zeug-spezifischer Programmierungsaufwand für die elek tronische Steuereinheit der Fahrdynamik-Regelungs einrichtung weitestgehend entfällt, so daß keinerlei Fehl-Eingaben möglich sind, die im Betrieb des Fahrzeuges zu Fehlfunktionen der Regelung führen könnten. Das Konzept der adaptiven Bestimmung praktisch aller Daten, die für eine effektive Fahrdynamik-Regelung von Bedeutung sind, ermöglicht es, die Rege lungseinrichtung für die verschiedensten Fahrzeugtypen und -Größen einzusetzen und ist somit auch unter Ge sichtspunkten einer preisgünstigen Herstellung und ei nes wirtschaftlichen Einsatzes der Regelungseinrichtung besonders vorteilhaft.

Bei der gemäß Anspruch 9 zur Bestimmung der Masse m_z eines Zugfahrzeuges und ggf. der Gesamtmasse m_ges eines Sattel- oder Gliederzuges vorgesehenen und auch zur Masse m_A des Anhängerfahrzeuges geeigneten Routine wer den aus der elektronischen Motorsteuerung her vorlie gende Signale sowie die Ausgangssignale zur Brems- und Antriebs-Schlupfregelung vorgesehener Raddrehzahlsen soren ausgenutzt, die gemäß Anspruch 10 auch zur Be stimmung des Radstandes l_z des Zugfahrzeuges genutzt werden können, der, alternativ oder zusätzlich, gemäß Anspruch 11 auch aus der Lenkwinkel-Information, der Giergeschwindigkeit und der Fahrzeuglängsgeschwindig keit des Zugfahrzeuges ermittelbar ist.

Wenn bei einem Sattelzug ein Knickwinkelsensor vorge sehen ist, mittels dessen der Winkel ϕ erfaßbar ist, unter dem sich bei Kurvenfahrt die vertikalen Längsmit telebenen des Zugfahrzeuges und des Aufliegers in der Sattelgelenkachse schneiden und den Rädern des Auflie gers eigene Raddrehzahlsensoren zugeordnet sind, so sind gemäß den Merkmalen der Ansprüche 12 und 13 sowohl die Länge l_A des Aufliegers als auch der Abstand l_SH des Sattelpunktes von der Hinterachse des Zugfahrzeuges ad aptiv bestimmbar.

Für eine adaptive Bestimmung der Achslast-Verteilung eines zweiachsigen (Zug)-Fahrzeuges ist es ausreichend, wenn dieses Fahrzeug mit einem einzigen Achslast-Sensor ausgerüstet ist, so daß, je nach Zuordnung dieses Achs last-Sensors zur Vorder- oder zur Hinterachse der Ab stand l_V seines Schwerpunktes von der Vorderachse ent sprechend den alternativen Routinen des Anspruchs 15 bestimmbar ist.

Auf analoge Weise ist die Massenverteilung des Auflie gers eines Sattelzuges, d. h. der Abstand l_AV seines Schwerpunktes vom Sattelgelenk gemäß den Merkmalen des Anspruchs 16 bestimmbar, wenn der Auflieger mit einem Achslastsensor für die über die Aufliegerachse auf der Fahrbahn abgestützte Last P_AHA ausgerüstet ist, und ge mäß den Merkmalen des Anspruchs 17, wenn das Zugfahr zeug mit einem Hinterachslast-Sensor ausgerüstet ist.

Alternativ oder zusätzlich ist der Abstand l_AV des Auf lieger-Schwerpunktes vom Sattelgelenk gemäß den Merk malen des Anspruchs 18 - adaptiv - bestimmbar, wenn ein Last-Sensor vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal ein Maß für den im Sattelgelenk am Zugfahrzeug abgestützten Massenanteil m_AS des Aufliegers ist.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 19 gebildete Schätz werte für das Gier-Trägheitsmoment J_Z eines Zugfahrzeu ges, z. B. eines Lastwagens mit von Fahrt zu Fahrt va riierendem Beladungszustand und/oder für das Gier-Träg heitsmoment J_A eines ein- oder mehrachsigen Anhänger fahrzeuges sind für ein realistisches Fahrzeugmodell erfahrungsgemäß hinreichend genau.

Bei Fahrzeugen, die eine pneumatische Federung haben, ist eine Achslast-Sensorik auf einfache Weise durch Er fassung der Drücke in pneumatischen Radfedern implemen tierbar.

Sind keinerlei Achslastsensoren vorhanden, so ist eine Bestimmung der Hinterachslast P_HA sowie der Vorderachs last P_VA gemäß den Merkmalen der Ansprüche 21 und 22 durch Bremsversuche jedenfalls dann möglich, wenn rei fenspezifische Konstanten k_HA und k_VA bekannt sind, die ihrerseits gemäß den Merkmalen des Anspruchs 23 radin dividuell bestimmt werden können.

Unter Nutzung der hierfür durch die Merkmale des An spruchs 24 angegebenen Routine ist eine gleichsam fort laufende Erfassung der momentan gegebenen Beträge der Reifenkonstanten möglich, was besonders vorteilhaft ist, da diese Reifenkonstanten temperaturabhängig sein können und sich daher im Verlauf einer Fahrt ändern können.

Zum Zweck einer realitätsnahen Abschätzung der Reifen kostanten eines Fahrzeuges kann es auch ausreichend sein, achsbezogene Reifenkonstanten k_HA und k_VA für die angetriebenen Fahrzeugräder und die nicht angetriebenen Fahrzeugräder zu ermitteln, wie gemäß Anspruch 25 vor gesehen, wobei die Reifenkonstante für die angetriebe nen Fahrzeugräder, z. B. die Hinterräder des Fahrzeuges, im Traktionsbetrieb des Zugfahrzeuges ermittelt wird und mit dem hiernach bekannten Wert dieser Reifenkon stante die Reifenkonstante für die nicht angetriebenen Fahrzeugräder im Bremsbetrieb des Fahrzeuges ermittelt wird.

Im Falle einer beliebigen Gestaltung eines Nutzfahr zeug-Zuges, sei es als Sattelzug oder als Gliederzug, ist es optimal, wenn sowohl das Zugfahrzeug als auch das Anhängerfahrzeug mit einem Gierwinkel-Sensor aus gerüstet sind, so daß ein dynamisch instabiler Zustand des Gesamtzuges aufgrund unterschiedlicher Gierge schwindigkeiten des Zugfahrzeuges und des Anhängerfahr zeuges schnell und zuverlässig erkennbar ist.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer zu seiner Anwendung geeigneten Einrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung für den beispielhaften Anwendungsfall bei einem schweren Nutzfahrzeug. Es zeigen:

Fig. 1 ein als Sattelzug ausgebildetes Nutzfahrzeug in schematisch vereinfachter Seitenansicht zur Er läuterung fahrdynamisch relevanter fahrzeugspe zifischer geometrischer Größen des Fahrzeuges insgesamt,

Fig. 2 eine schematisch vereinfachte Blockschaltbild-Dar stellung einer für den Sattelzug gemäß Fig. 1 geeigneten Bremsanlage mit zur Implementie rung einer Fahrdynamik-Regelung geeigneten Bremskraft-Stellgliedern und -Sensoren sowie einer elektronischen Steuereinheit für die Fahrdynamik-Regelung,

Fig. 3a eine Einspur-Modelldarstellung des Sattelzuges gemäß Fig. 1,

Fig. 3b eine Einspur-Modelldarstellung des Zugfahrzeu ges des Sattelzuges gemäß Fig. 1 zur Erläute rung der Kurvenfahrt-Kinematik des Sattelzuges bzw. des Zugfahrzeuges gemäß Fig. 1,

Fig. 4 ein schematisch vereinfachtes Block-Diagramm zur Erläuterung der Funktion eines zur Gewin nung regelungstechnisch erforderlicher Refe renzgrößen geeigneten, mittels der elektroni schen Steuereinheit implementierbaren Luenber ger Beobachters und

Fig. 5 ein µ/λ-Diagramm zur Erläuterung der Bestimmung von Reifenkonstanten.

Für den in der Fig. 1 insgesamt mit 10 bezeichneten, ein zwei-achsiges Zugfahrzeug 11 und einen einachsigen Auflieger 12 umfassenden Sattelzug sei vorausgesetzt, daß er mit einer Einrichtung zur Fahrdynamik-Regelung ausgerüstet ist, die zusätzlich zu den Funktionen einer Antiblockierregelung (ABS-Funktion), die zu einem ad häsions-optimierten Bremsverhalten sowohl des Zugfahr zeuges 11 als auch des Sattelzuges 10 insgesamt, führt und einer Antriebs-Schlupf-Regelung (ASR-Funktion), die eine optimale Nutzung der möglichen Vortriebskräfte vermittelt, auch die Möglichkeit bietet, die Radbremsen 13 bis 16 des Zugfahrzeuges 11 (Fig. 2) und die Rad bremsen 17 und 18 des Anhängerfahrzeugs - Aufliegers 12 - einzeln oder zu mehreren, auch unabhängig von einer steuernden Betätigung der insgesamt mit 20 bezeichneten Bremsanlage des Sattelzuges 10, zu aktivieren, um hier durch, insbesondere in Kurvenfahrt- oder Bergab fahrt-Situationen ein dynamisch stabiles Fahrverhalten des Sattelzuges 10 zu gewährleisten.

Insoweit sind für die Bremsanlage 20 des Sattelzuges 10 lediglich die baulichen und funktionellen Eigenschaften einer bekannten elektropneumatischen Bremsanlage für Nutzfahrzeuge vorausgesetzt. Für die Fahrdynamik-Rege lung (FDR-Funktion) ist zusätzlich auch ein Eingriff in die Motorsteuerung vorausgesetzt, z. B. derart, daß bremsende Schleppmomente, die im Schiebebetrieb des Mo tors 21 des Zugfahrzeuges auftreten können, teilweise oder völlig kompensierbar sind.

Demgemäß sind den Radbremsen 13 bis 18 des Zugfahrzeu ges 11 bzw. des Aufliegers 12 einzeln zugeordnete pneu matische Aktuatoren 22 ₁ bis 22 ₄ bzw. 22 ₅ und 22 ₆ vorge sehen, die durch Ansteuerung von lediglich schematisch angedeuteten "Bremsdruck"-Regelventilen 23 ₁ bis 23 ₆ mit individuell einstellbaren "Brems"-Drücken be aufschlagbar sind, die mittels den Aktuatoren 22 ₁ bis 22 ₆ einzeln zugeordneter "Bremsdruck"-Sensoren 24 ₁ bis 24 ₆ individuell überwachbar sind.

Die Bremsdruck-Regelventile 23 ₁ bis 23 ₆ sind als elek trisch ansteuerbare Magnetventile ausgebildet, die durch Ausgangssignale einer elektronischen Steuerein heit 25 ansteuerbar sind, die nachfolgend noch mehr im einzelnen anhand ihrer Funktionen erläutert werden wird, deren Kenntnis als ausreichend dafür angesehen wird, daß sie durch einen Fachmann der elektronischen Schaltungstechnik realisierbar ist, ohne daß auf schal tungstechnische Einzelheiten dieser elektronischen Steuereinheit 25 im einzelnen eingegangen wird.

Die Bremsanlage 20 ist bei dem zur Erläuterung gewähl ten Ausführungsbeispiel als 3-Kreis-Bremsanlage ausge bildet, bei der die Vorderradbremsen 13 und 14 des Zug fahrzeuges 11 zu einem Bremskreis I, die Hinterradbrem sen 15 und 16 des Zugfahrzeuges 11 zu einem Bremskreis II und die Radbremsen 17 und 18 des Auflegers 12 zu ei nem dritten Bremskreis III zusammengefaßt sind, zu de ren "Brems"-Druckversorgung je ein eigener pneumati scher Druckspeicher 26 ₁ und 26 ₂ bzw. 26 ₃ vorgesehen ist, die ihrerseits aus einer nicht dargestellten zentralen Druckluftquelle aufladbar sind, die einen vom Fahrzeug motor 21 angetriebenen, ebenfalls nicht dargestellten Kompressor umfaßt.

Die Einsteuerung einer vom Fahrer gewünschten Fahrzeug verzögerung erfolgt durch Pedalbetätigung eines elek tromechanischen oder elektronischen Gebers 27, der ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, das ein Maß für die Auslenkung des Steuerpedals 28 aus seiner dem nicht betätigten Zustand der Bremsanlage 20 zugeordneten Grundstellung und damit ein Maß für die vom Fahrer ge wünschte Fahrzeugverzögerung ist. Das Geber-Ausgangs signal ist der elektronischen Steuereinheit 25 zugelei tet, die aus einer Verarbeitung dieses Fahrer wunsch-Signals mit weiteren Signalen, insbesondere dem Aus gangssignal eines lediglich schematisch angedeuteten Lenkwinkel-Gebers 29 und eines ebenfalls lediglich schematisch dargestellten Giergeschwindigkeitssensors 31 sowie Ausgangssignalen den Fahrzeugrädern einzeln zugeordneter Raddrehzahlsensoren 31 ₁ bis 31 ₆, deren Ausgangssignale jeweils ein Maß für die Drehzahlen der überwachten Fahrzeugräder sind, Ansteuersignale für den Bremskreisen I, II und III je einzeln zugeordnete elek tropneumatische Druckmodulatoren 32 ₁, 32 ₂ und 32 ₃ er zeugt, über die die Betätigungs-Druckzumessung aus den Druckluftbehältern 26 ₁, 26 ₂ und 26 ₃ zu den Bremskreisen I, II und III erfolgt. Diese Druckmodulatoren 32 ₁ bis 32 ₃ können, wie in der Fig. 2 durch die Ventil symbol-Darstellungen angedeutet, im einfachsten Fall als ge pulst ansteuerbare 2/2-Wege-Magnetventile ausgebildet sein, über die die Druckluftbehälter 26 ₁ bis 26 ₃ an die sich zu den jeweiligen Bremsdruck-Regelventilen 23 ₁ bis 23 ₆ hin verzweigenden Hauptbremsleitungen 33 ₁ und 33 ₂ bzw. 33 ₃ der Bremskreise I und II des Zugfahrzeuges 11 bzw. des Aufliegers 12 angeschlossen sind.

Die insoweit erläuterte Bremsanlage 20 ermöglicht, ge steuert durch Ausgangssignale der elektronischen Steu ereinheit 25 sowohl eine Steuerung einer erwünschten Bremskraft-Verteilung auf die verschiedenen Bremskreise I, II und III als auch eine Aktivierung einzelner oder mehrerer Radbremsen des Fahrzeuges, unabhängig davon, ob der Fahrer das Bremspedal 28 betätigt oder nicht und erfüllt insoweit die für eine Fahrdynamik-Regelung not wendigen Voraussetzungen.

Damit der Sattelzug 10 auch bei einer Störung des elek tronischen Steuerungssystems oder gar Ausfall des elek trischen Bordnetzes gebremst werden kann, ist eine ebenfalls mittels des Bremspedals 28 betätigbare Brems ventil-Einheit 34 vorgesehen, mittels derer im Notbe triebs-Fall Steuerdruck aus den Druckbehältern 26 ₁, 26 ₂ und 26 ₃ "direkt" in die Hauptbremsleitungen 33 ₁, 33 ₂ und 33 ₃ der Bremskreise I bis III einkoppelbar ist. Diese Bremsventil-Einheit 34 ist beim zur Erläuterung gewähl ten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 durch drei, den Bremskreisen I bis III je einzeln zugeordnete Propor tionalventile 34 ₁, 34 ₂ und 34 ₃ repräsentiert, deren durch die entsprechend bezeichneten Ventilsymbole re präsentierte Ventilkolben mechanisch fest miteinander verbunden und formschlüssig-beweglich mit dem Bremspe dal 28 sowie mit dem Pedalstellungsgeber 27 verbunden sind, wobei die Druck-Versorgungsanschlüsse 36 ₁ und 36 ₂ sowie 36 ₃ dieser Proportionalventile je einzeln direkt mit dem zugeordneten Druckluftbehälter 26 ₁, 26 ₂ und 26 ₃ verbunden sind- und die Steuerausgänge 37 ₁, 37 ₂ und 37 ₃ dieser Proportionalventile 34 ₁, 34 ₂ und 34 ₃ über je ein Umschaltventil 38 ₁ und 38 ₂ sowie 38 ₃ an die Hauptbrems leitungen 33 ₁ bzw. 33 ₂ und 33 ₃ der Bremskreise I, II und III angeschlossen sind. Diese Umschaltventile 36 _1,2,3 sind als 2/2-Wege-Magnetventile mit stromlos offener Grundstellung 0 und im angesteuerten Zustand sperrender Schaltstellung I ausgebildet, so daß im nicht angesteu erten bzw. nicht ansteuerbaren Zustand dieser Umschalt ventile 38 _1,2,3 die Steuerausgänge 37 _1,2,3 der Bremsven tileinheit 34 mit den Hauptbremsleitungen 33 _1,2,3 der Bremsanlage 20 kommunizierend verbunden sind. Im nicht angesteuerten oder nicht ansteuerbaren Zustand der Druckmodulatoren 32 _1,2,3 vermitteln diese ebenfalls die Funktion eines Absperrventils, wie durch die 2/2-Wege-Ventil symbole für Ventile mit sperrender Grundstellung veranschaulicht.

Auch die Bremsdruck-Regelventile 23 ₁ bis 23 ₆ sind als Magnetventile ausgebildet, in deren im stromlosen Zu stand ihrer Steuermagnete 39 ₁ bis 39 ₆ eingenommenen Grundstellung kommunizierende Verbindung zwischen den Aktuatoren 22 ₁ bis 22 ₆ mit den jeweiligen Hauptbrems leitungen 33 _1,2,3 besteht, so daß das Fahrzeug 10 im Fehlfunktions-Fall allein durch Betätigung der Brems ventil-Einheit 34 sicher gebremst werden kann.

Im "normalen", d. h. elektronisch gesteuerten und fahr dynamisch geregelten Bremsbetrieb sind die Umschaltven tile 38 _1,2,3 in ihre sperrende Schaltstellung I gesteu ert, so daß Steuerdruck nur über die elektropneumati schen Druckmodulatoren 32 _1,2,3, gesteuert durch Aus gangssignale der elektronischen Steuereinheit 25, in die Hauptbremsleitungen 33 _1,2,3 der Bremskreise I, II, III einkoppelbar ist.

Zur Erläuterung funktioneller Details der elektroni schen Steuereinheit 25 sei nunmehr auf die "Einspur"- Modelldarstellung der Fig. 3a Bezug genommen, in der das Zugfahrzeug 11 durch ein einziges lenkbares Vorder rad 41 und ein einziges nicht lenkbares Hinterrad 42 repräsentiert ist, die in einem festen Achsabstand l_Z (Fig. 1) voneinander angeordnet sind, der durch die Be ziehung l_z = l_V + l_H gegeben ist, in der mit l_V der Ab stand der Drehachse 43 des Vorderrades 41 vom Massen schwerpunkt S_z des Zugfahrzeuges 11 und mit l_H der Ab stand der Drehachse 44 des Hinterrades 42 vom Massen schwerpunkt S_z des Zugfahrzeuges 11 bezeichnet sind. Das Anhänger-Fahrzeug - beim gewählten Erläuterungsbei spiel der Auflieger 12 - ist durch ein einziges Fahr zeugrad 46 repräsentiert, das in einem festen Abstand l_A von der vertikalen Gelenkachse 47 des Sattelgelenks 48, mittels dessen der Auflieger 12 gelenkig jedoch zugfest mit dem Zugfahrzeug 11 koppelbar ist, angeord net ist, wobei dieser Abstand l_A durch die Beziehung l_A = l_AV + l_AH gegeben ist, in der mit l_AV der Abstand des Sattelpunktes S_p bzw. der Gelenkachse 47 vom Massen schwerpunkt S_A des Aufliegers 12 und mit l_AH der Ab stand des Massenschwerpunktes S_A des Aufliegers 12 von der Drehachse 49 des "einzigen" Aufliegerrades 46 be zeichnet sind, durch das im Prinzip ein oder mehrere Radpaare repräsentiert sein können.

Mit 51 ist in der Fig. 1 die durch den Schwerpunkt S_Z des Zugfahrzeuges gehende, vertikale Trägheitsachse be zeichnet, bezüglich derer das Zugfahrzeug 11 aufgrund seiner Massenverteilung das Trägheitsmoment J_z hat.

Mit 52 ist die durch den Schwerpunkt S_A des Aufliegers 12 gehende vertikale Trägheitsachse bezeichnet, bezüg lich derer der Auflieger 12 aufgrund seiner Massenver teilung das Trägheitsmoment J_A hat.

Mit l_G ist der Abstand des Sattelpunktes S_p bzw. der Gelenkachse 47 des Sattelgelenks 38 von der durch den Schwerpunkt S_z des Zugfahrzeuges gehenden vertikalen Trägheitsachse 51 des Zugfahrzeuges 11 bezeichnet.

Zur Erläuterung des dynamischen Verhaltens des durch das Einspur-Modell gemäß Fig. 3a repräsentierten Sat telzuges 10 sei zunächst dessen Zugfahrzeug 11 (Fig. 3b) allein betrachtet, und angenommen, daß dieses sich in einer stationären "Links"-Kurvenfahrt befindet, d. h. die durch den Vektor v_z repräsentierte Bahngeschwindig keit, mit der sich der Schwerpunkt S_z des Zugfahrzeuges 11 auf seinem Bahnkreis 53, der den Radius R_Z hat, be wegt, konstant ist, und daß sinngemäß dasselbe auch für das Vorderrad 41 gilt, dessen Aufstandspunkt 54 sich auf einem Bahnkreis 55 bewegt, dessen Radius R_V, be dingt durch die Kinematik des Zugfahrzeuges 11, einen etwas größeren Radius hat als der Bahnkreis 53 des Fahrzeugschwerpunktes S_z des Zugfahrzeuges, und auch für das Hinterrad 42, dessen Aufstandspunkt 56 sich auf einem Bahnkreis 57 bewegt, wobei diese Kreisbahnen 53, 55 und 56 bezüglich eines gemeinsamen Momentanpols M_mv konzentrische Kreise sind.

Bedingt durch die Fahrzeuggeometrie (Radstand l_z und horizontaler Abstand l_H der vertikalen Trägheitsachse 51 des Zugfahrzeuges 11 vom Aufstandspunkt 56 des Hin terrades 42) ergibt sich als Unterschied zwischen der Richtung, in der sich das Fahrzeug 11 insgesamt momen tan bewegt und der Richtung, in der seine Fahrzeug längsachse 58 verläuft, die in der Fig. 3b durch die Verbindungslinie der Aufstandspunkte 54 und 56 des Vor derrades 41 und des Hinterrades 42 des Fahrzeuges 11 repräsentiert ist, für den Grenzfall, daß sich das Vor derrad 41 in Richtung seiner Radmittelebene 59 bewegt, die um den Lenkwinkel δ, den der Fahrer einsteuert, ge genüber der Fahrzeuglängsachse 58 angestellt ist, und das Hinterrad 42 sich ebenfalls in Richtung seiner Rad mittelebene 61 bewegt, d. h. in Richtung der Fahrzeug längsachse 58, ein Schwimmwinkel β_Z, der durch die Be ziehung

gegeben ist und für den Fall gilt, daß die Bahnge schwindigkeit v_z des Fahrzeuges 11 so niedrig ist, daß der Einfluß aus der Kurvenfahrt resultierender Flieh kräfte auf das Fahrzeug für dessen Querdynamik vernach lässigbar ist.

In diesem Grenzfall wäre der Momentanpol M_m0 der Fahr zeugbewegung durch den Schnittpunkt der Drehachse 43 des Vorderrades 41 mit der Drehachse 44 des Hinterrades 42 gegeben. Dieser Grenzfall entspricht gemäß dem zur Erläuterung gewählten Einspur-Modell seitenschlupf freiem Abrollen des Vorderrades 41 und des Hinterrades 42 des Zugfahrzeuges 11 in Richtung der jeweiligen Rad mittelebene 59 bzw. 61.

In einer Kurvenfahrt mit von 0 signifikant verschiede ner Geschwindigkeit v_z treten jedoch Querbeschleunigun gen auf, die zu einer Zentrifugalkraft F_C führen, die dem Betrage nach durch die Beziehung

F_C = m_z.v_z.(_Z + _Z)

in der mit _Z die Giergeschwindigkeit bezeichnet ist, mit der sich das Fahrzeug um seine durch den Schwer punkt S_z gehende vertikale Trägheitsachse 51 dreht und mit _Z die zeitliche Änderung des Schwimmwinkels, die jedoch bei einer stationären Kurvenfahrt dem Betrage nach 0 ist.

Diesen Seitenkräften, die das Zugfahrzeug 11 in Rich tung der durch den Pfeil 64 repräsentierten Zentrifu galkraft F_c "nach außen" drängen, entsprechen Schräg laufwinkel α_V und α_H des Vorderrades 41 bzw. des Hin terrades 42 des Zugfahrzeuges 11, um die sich die Bewe gungsrichtungen des Vorderrades 41 und des Hinterrades 42, die durch die Richtungen ihrer Bahn-Geschwindig keitsvektoren v_V und v_H repräsentiert sind, von den durch die Radmittelebenen 59 und 61 repräsentierten Richtungen unterscheiden.

Als Folge dieses Schräglaufs des Vorderrades 41 und des Hinterrades 42 treten im Aufstandsbereich (Latsch) des jeweiligen Radreifens elastische Verformungen auf, aus denen am Vorderrad 41 und am Hinterrad 42 als Seiten führungskräfte F_VS und F_HS wirkende Rückstellkräfte re sultieren, die mit zunehmenden Beträgen der Schräglauf winkel α_V und α_H ihrerseits zunehmen und im Ergebnis das Fahrzeug 11 auf der Bahn halten, deren gewünschten Radius der Fahrer durch Einsteuerung des Lenkwinkels δ vorgeben kann.

Die das Fahrzeug in der Kurve gleichsam haltenden Sei tenführungskräfte F_VS und F_HS können demgemäß durch die folgenden Beziehungen angegeben werden:

F_VS = C_V.α_V (1)

und

F_HS = C_H.α_H (2)

durch die die Koeffizienten C_V und C_H im Sinne eines elastischen Radmodells als Schräglaufsteifigkeiten de finiert sind.

Für das Aufliegerrad 46 des Sattelzuges 10 (Fig. 3a) gilt die entsprechende Beziehung

F_AS = C_A.α_A (3)

Auch die zunächst nur für das Zugfahrzeug angestellten kinematischen Betrachtungen gelten für den Auflieger 12 analog, da der Auflieger 12 als ein gleichsam im Sat telpunkt 48 gelenktes Fahrzeug angesehen werden kann, wobei wegen dieser gelenkigen Kopplung, der Gleichheit der Geschwindigkeitsrichtung des Zugfahrzeuges 11 und des Aufliegers 12 im Sattelgelenk 48 entspricht, die Beziehung gilt:

Für die in den Beziehungen (1), (2) und (3) anzusetzen den Schräglaufwinkel α_V und α_H und α_A ergeben sich aus der Kurvenfahrt-Kinematik des Sattelzuges 10 unmit telbar die folgenden Beziehungen:

Aus den dynamischen Stabilitätskriterien der Ausgegli chenheit der am Sattelzug angreifenden Querkräfte und der durch die möglichen Gierbewegungen des Zugfahr zeuges 11 und des Aufliegers 12 bedingten Drehmomente ergeben sich für das Zugfahrzeug 11 die folgenden Rela tionen:

m_Z.v.(_Z + _Z) = F_V + F_H-F_G (8)

bezüglich des Kräftegleichgewichts am Zugfahrzeug 11 und

J_Z._Z = F_V.l_V-F_H.l_H-F_G.l_G (9)

bezüglich des Momentengleichgewichts.

Für den Auflieger 12 ergeben sich die Beziehungen:

m_A.v.(_A + _A) = F_G + F_A (10)

bezüglich des Kräftegleichgewichts und

J_A._A = F_G.l_AV-F_A.l_AH (11)

bezüglich des Momentengleichgewichts, wobei in den Be ziehungen (8) bis (11) mit F_G der Betrag der im Sattel gelenk 48 des Sattelzuges 10 wirksamen Querkräfte be zeichnet ist.

Eine Elimination der Größe F_G in den Beziehungen (8), (9) und (11) anhand der Beziehung (10) ergibt das fol gende Gleichungssystem:

m_z.v._z + m_z.v._z = F_v + F_H + F_A-m_A.v._A-m_A.v._A (8')

J_Z._Z = F_v.l_V-F_H.l_H-m_A.v._A.l_G-m_A.v._A.l_G (9')

sowie

J_A._A = m_A.v.β_A.l_AV + m_A.v._A.l_v-F_A.l_AV-F_A.l_AH (11').

Wird diesem Gleichungssystem als vierte Gleichung (4') die zeitliche Ableitung der Beziehung (4) hinzugefügt, die gleichsam die Kopplung der Dynamik des Zugfahrzeu ges 11 mit der Dynamik des Aufliegers 12 beschreibt, so ergibt sich für die dynamischen Zustands-Größen _A, _Z, β_A und β_Z ein System von insgesamt vier gekoppelten li nearen Differentialgleichungen erster Ordnung, das, wenn die Größen F_V, F_H und F_A durch die Beziehungen (1), (2) und (3) und hierin die Schräglaufwinkel α_V, α_H und α_A durch die Beziehungen (4), (5) und (6) ersetzt wer den, in der folgenden Form angegeben werden kann:

Dieses Differential-Gleichungs-System (8''), (9''), (11''), (4''), das in der Einspur-Modellbetrachtung des Fahrzeuges 10 dessen Fahrdynamik allgemein beschreibt, d. h. auch unter Berücksichtigung zeitlicher Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit v, des Lenkwinkels δ, der Gier-Geschwindigkeiten _Z und _A sowie der Schwimm winkel β_Z und β_A des Zugfahrzeuges 11 und des Aufliegers 12, geht für den Fall einer stationären Kurvenfahrt, bei der der Lenkwinkel δ und die Fahrzeugge schwindigkeit v konstant sind und Änderungen der Gier geschwindigkeiten sowie der Schwimmwinkel nicht auftre ten, in die folgende Form über:

Unter den als erfüllbar unterstellbaren Voraussetzun gen, daß die Größen m_z, l_H, l_V, für das Zugfahrzeug 11 und die Größen m_A sowie l_AH und l_AV sowie l_G für den Auf lieger 12 bekannt sind, der Lenkwinkel δ, die Fahr zeuggeschwindigkeit v und die im Falle stationärer Kur venfahrt gemäß der Beziehung (4'') identischen Gierge schwindigkeiten _Z = _A hinreichend genau meßbar sind, und die Schwimmwinkel β_Z und β_A des Zugfahrzeuges 11 und des Aufliegers 12 mit hinreichender Genauigkeit ab schätzbar oder bestimmbar sind, bilden die Beziehungen (8'''), (9''') und (11''') ein lineares algebraisches Gleichungssystem, aus dem die drei "unbekannten" Schräglaufstreifigkeiten C_V, C_H und C_A der Räder des Sattelzuges 10 auf einfache Weise bestimmbar sind, wo bei die diesbezüglich erforderlichen Rechenoperationen mittels einer digitalen Rechnerstufe der elektronischen Steuereinheit 25 durchgeführt werden.

Wegen der kinematischen Kopplung des Aufliegers 12 mit dem Zugfahrzeug 11 gilt für den Schwimmwinkel β_A des Aufliegers 12 die folgende Beziehung:

in der mit ϕ der Knickwinkel bezeichnet ist, den bei Kurvenfahrt die Längsmittelebenen des Zugfahrzeuges 11 und des Aufliegers 12 miteinander einschließen, und mit die gemeinsame Giergeschwindigkeit des Zugfahrzeuges und des Aufliegers.

Für das Zugfahrzeug 11 eines Sattelzuges 10 oder einen zweiachsigen Lastkraftwagen allein ergibt sich das fol gende "reduzierte Gleichungssystem":

Eine Möglichkeit, den Schwimmwinkel β_Z des Zugfahrzeu ges 11 zu bestimmen ist die folgende:
Ausgehend von der Beziehung

F_C = m_Z.v.(_Z + _Z)

für die im Schwerpunkt des Zugfahrzeuges angreifende Zentrifugalkraft F_C ergibt sich für die am Fahrzeug an greifende Querbeschleunigung a_q die folgende Beziehung:

und durch einfache Umformung für die Schwimmwinkelände rung _Z die Beziehung:

Ausgehend von einer Geradeausfahrt, die durch Konstant haltung des Lenkwinkels δ = 0 erkennbar ist, baut sich, wenn der Fahrer ab einem Zeitpunkt t₀ eine Kurvenfahrt durch Einstellung eines Lenkwinkels δ einleitet, der Schwimmwinkel β_Z gemäß der Beziehung:

auf, der so lange zunimmt, bis bei stationärer Kurven fahrt (v = const., _Z = const.) der Integrand 0 wird.

Die elektronische Steuereinheit 25 verarbeitet diese Beziehung z. B. wie folgt:
Es wird fortlaufend für kleine Zeitschritte [k = 1, 2, . . ., n], deren Dauer δ_t klein gegen die Zeit ist, innerhalb derer der Fahrer die Lenkung "betätigt", d. h. den Lenkwinkel δ ändert, bis dieser wieder konstant ist, der Wert

gebildet.

Durch Aufsummation der solchermaßen repräsentierten Än derungsbeträge des Schwimmwinkels β_Z wird schließlich dessen Betrag gebildet, wobei die Aufsummation abgebro chen werden kann, sobald gilt:

a_q = const., δ = const. und _Z = const.

da ab diesem "Zeitpunkt", zu dem diese drei Bedingungen erfüllt sind, das Integral nicht mehr anwachsen kann.

Mit dem solchermaßen ermittelten Schwimmwinkel βz kön nen aus dem Gleichungssystem (8'''), (9'''), (11''') für die stationäre Fahrt des Sattelzuges die Schräg laufsteifigkeiten C_V, C_H, C_A durch rein algebraische Operationen, die die elektronische Steuereinheit 25 rasch durchführen kann, ermittelt werden.

Entsprechend können aus dem Gleichungssystem (8^IV), (9^IV) für das Zugfahrzeug allein die Schräglaufsteifig keiten C_V und C_H des Zugfahrzeuges ermittelt werden, so daß, falls diese bekannt sind, die Schräglaufsteifig keit C_A des Aufliegers 12 des Sattelzuges 10 ggf. al lein aus der Beziehung (11''') des Gleichungssystems (8'''), (9'''), (11'''), das für den Sattelzug insge samt gilt, berechnet werden kann.

Zur Erfassung der in der vorgenannten Beziehung für den Schwimmwinkel β_Z des Zugfahrzeuges auftretenden Quer beschleunigung a_q ist beim dargestellten Ausführungs beispiel ein Sensor 70 vorgesehen, der fortlaufend ein für die Querbeschleunigung a_q charakteristisches, von der elektronischen Steuereinheit 25 verarbeitbares elektrisches Ausgangssignal liefert.

Alternativ hierzu oder zusätzlich kann die Querbe schleunigung a_q auch rechnerisch aus den bekannten Ab messungen des Fahrzeuges, der Bahngeschwindigkeit v der Fahrzeugräder und der daraus errechenbaren Bahnge schwindigkeit des Fahrzeug-Schwerpunktes ermittelt wer den.

Werden die Größen β_A (Schwimmwinkel des Aufliegers), β_Z (Schwimmwinkel des Zugfahrzeugs), _A (Gierge schwindigkeit des Aufliegers) und _Z (Giergeschwin digkeit des Zugfahrzeuges) zu einem 4-Komponenten(Spal ten-)Vektor , die zeitlichen Ableitungen dieser Grö ßen ebenfalls zu einem Vier-Komponenten-(Spalten) Vektor sowie die Schräglaufsteifigkeit C_V des Vor derrades 41 des Einspur-Modellfahrzeuges und deren Pro dukt C_Vl_V mit dem Abstand des Vorderrades vom Schwer punkt des Zugfahrzeuges 11 ebenfalls zu einem Vier- Komponenten(Spalten)-Vektor C zusammengefaßt, wobei der Vektor den momentanen Bewegungszustand des Fahrzeu ges zu einem Zeitpunkt k repräsentiert und der Vektor die zeitliche Änderung der Zustandsgrößen, so ist mit dem Gleichungssystem (8''), (9''), (11''), (4'') die folgende Matrizengleichung äquivalent:

in der die Matrizen [P] und [Q] jeweils (4×4)-Matrizen sind und der Spalten-Vektor lediglich die Komponen ten c₁ und c₂ als von 0 verschiedene Komponenten hat.

Die Matrixelemente p_ij (i, j = 1-4) der Matrix [P] sind durch die folgenden Relationen gegeben:

p₁₁ = m_A.v; p₁₂ = m_z.v; p₁₃ = p₁₄ = 0;
p₂₁ = -m_A.v.l_G; p₂₂ = p₂₃ = 0; p₂₄ = J_z;
p₃₁ = -mA.v.l_AV; p₃₂ = 0; p₃₃ = J_A; p₃₄ = 0;
p₄₁ = 1; p₄₂ = -1; p₄₃ = l_AV/v; p₄₄ = l_G/v.

Die Matrixelemente q_ij (i,j = 1-4) der Matrix [Q] sind durch die folgenden Relationen gegeben:

q₁₁ = -C_A; q₁₂ = C_v-C_H; q₁₃ = -m_A.v + C_A.l_AH/v;
q₁₄ = -m_z.v-C_v.l_v/v + C_H.l_H/v;
q₂₁ = C_A.l_G; q₂₂ = C_H.l_H-C_V.l_V;
q₂₃ = m_A.v.l_G - C_A.l_G.l_AH/v; q₂₄ = -(l 2|v.C_v + l 2|H.C_H)/v;
q₃₁ = C_A.l_AV + C_A.l_AH; q₃₂ = 0;
q₃₃ = m_A.v.l_AV-(C_A.l_AV.l_AH + C_A.l 2|AH)/v; q₃₄ = 0;
q₄₁ = q₄₂ = 0; q₄₃ = -1; q₄₄ = 1.

Die Komponenten c₁ bis c₄ des Spaltenvektors C sind durch die folgenden Relationen gegeben:

c₁ = C_V; c₂ = C_V.l_V; c₃ = c₄ = 0.

Die elektronische Steuereinheit 25 der Bremsanlage 20 des Sattelzuges 10 ist dahingehend ausgelegt, daß sie fortlaufend, jeweils nach einer Taktzeit T eine Lösung der Matrizengleichung 12 vermittelt, d. h. in der durch das Einspurmodell des Sattelzuges 10 bedingten Näherung Ausgaben für den Wert β_A des Schwimmwinkels des Aufliegers 12, den Schwimmwinkel β_Z des Zugfahrzeuges 11, die Giergeschwindigkeit _A des Aufliegers 12 sowie für die Giergeschwindigkeit _Z des Zugfahrzeuges 11 generiert. Für einen Vergleich mit meßbaren Größen in teressant ist hierbei insbesondere die Giergeschwin digkeit _Z des Zugfahrzeuges 11, das mit dem Gierge schwindigkeitssensor 31 ausgerüstet ist, gegebenenfalls auch die Giergeschwindigkeit _A des Aufliegers 12, wenn dieser ebenfalls mit einem Giergeschwindigkeits sensor 66 ausgerüstet ist.

Wenn das Zugfahrzeug 11 des Sattelzuges 10 mit einem Giergeschwindigkeits-Sensor 31, wie vorausgesetzt, aus gerüstet ist, und auch die Giergeschwindigkeit _A, des Aufliegers 12 erfaßbar sein soll, kann es zu deren Er fassung - Messung - ausreichend sein, wenn ein ver gleichsweise einfach realisierbarer Winkel-Stellungsge ber 67 vorgesehen ist, mittels dessen der Winkel ϕ (Fig. 3d) erfaßbar ist, den die Längsmittelebene 68 des Zugfahrzeuges 11 mit der Längsmittelebene 69 des Auf liegers 12 momentan einschließt. Die zeitliche Konstanz des Ausgangssignals des Winkelstellungsgebers 67 zeigt an, daß die Giergeschwindigkeit des Aufliegers 12 die selbe ist wie die des Zugfahrzeuges 11, während ein sich änderndes Ausgangssignal des Winkelstellungsgebers 67 im Sinne einer Vergrößerung oder Verkleinerung des Winkels ϕ anzeigt, daß die Giergeschwindigkeit _A des Auflieger 12 größer oder kleiner ist als diejenige des Zugfahrzeuges 11. In Kombination mit einem Gierge schwindigkeitssensor 31 für das Zugfahrzeug 12 ist da her durch den Winkelstellungsgeber 67 auch die Gierge schwindigkeits-Information für den Auflieger 12 gewinn bar.

Die elektronische Steuereinheit 25 vermittelt die Funk tion eines Simulationsrechners, der in einem Takt vor gegebener Dauer von z. B. 5 bis 10 ms fortlaufend eine Aktualisierung der Matrixelemente p_ij der Matrix P so wie der Matrixelemente q_ij der Matrix Q der gleichsam das Fahrzeugmodell repräsentierenden Matrizengleichung (12) ausführt, und mit der durch die Taktdauer T be stimmten Periodizität Lösungen dieser Matrizengleichun gen ausgibt, mit denen direkt oder indirekt gemessene Istwert-Daten der Gierwinkelgeschwindigkeit _Z und der Gierwinkelgeschwindigkeit _A des Aufliegers zur Erken nung eines fahrdynamischen Regelungsbedarfes verglichen werden, der sich im übrigen nach gängigen, dem Fachmann vertrauten Kriterien der Fahrdynamik-Regelung voll zieht.

Die elektronische Steuereinheit 25 vermittelt durch Lö sung der Matrizengleichung (12) sowohl die Funktion ei nes Sollwertgenerators als auch die Funktion eines Kom parators, der aus einem Soll-Istwert-Vergleich die im Sinne der Fahrdynamik-Regelung erforderlichen An steuersignale für die jeweiligen Aktuatoren 22 ₁ bis 22 ₆ sowie die elektropneumatischen Druckmodulatoren 32 ₁, 32 ₂ und 32 ₃ erzeugt.

Im Fahrbetrieb des Sattelzuges 10 bedürfen die Matrix elemente p₁₁, p₁₂, p₂₁, p₃₁, p₄₃ und p₄₄ der Matrix [P] so wie die Matrixelemente q₁₃, q₁₄, q₂₃, q₂₄ und q₃₃ der Ma trix [Q] der Matrizengleichung (12), die das Referenz-Modell des Sattelzuges 10 beschreibt, ständig einer Ak tualisierung bezüglich der Fahrzeuggeschwindigkeit v. Die hierfür erforderlichen Geschwindigkeitsdaten ermit telt die elektronische Steuereinheit 25 aus einer Ver arbeitung der Ausgangssignale der Raddrehzahlsensoren 30 ₁ bis 30 ₆, zweckmäßigerweise durch Mittelwertsbildung nur eines Teils der Raddrehzahlsensor-Ausgangssignale, z. B. derjenigen der nicht angetriebenen Vorderräder des Zugfahrzeuges 11.

Die Beladung des Sattelzuges 10, die von Fahrt zu Fahrt sehr unterschiedlich sein kann, ist in der Matrix [P] der Matrizengleichung (12) durch deren zur Masse m_A des Aufliegers 12 proportionalen Elemente p₁₁, p₂₁ und p₃₁, das das Gierträgheitsmoment J_A des Aufliegers repräsen tierende Matrixelement p₃₃ und das die Schwerpunktslage des Aufliegerschwerpunkts S_A zwischen dem Sattelgelenk 48 und der Auflieger-Achse 49 berücksichtigende Matrix element p₄₃ = l_AV/v und in der Matrix Q durch deren Ma trixelemente q₁₃, q₂₃, q₃₁ und q₃₃ berücksichtigt, die die Schwerpunktslage berücksichtigende Glieder (Fakto ren l_AV und l_AH) und - mit Ausnahme des Matrixelements q₃₁ - auch zur Aufliegermasse m_A direkt proportionale Glieder als Summanden enthalten.

Bei unterstellbarer Kenntnis der Masse m_z des Zugfahr zeuges, seines Radstandes l_z, seiner Schwerpunkts-An ordnung zwischen den Fahrzeugachsen 42 und 44, und sei nes Trägheitsmoments J_Z sowie bei unterstellbarer Kenntnis des Abstandes l_A der Hinterachse 49 des Auf liegers 12 vom Sattelgelenk 48 und auch des Abstandes l_G des Sattelgelenks von der Gier-Trägheitsachse 51 des Zugfahrzeuges 11 ist eine Erfassung der Aufliegermasse m_A und deren Berücksichtigung in dem durch die Matri zengleichung (12) repräsentierten Fahrzeugmodell, z. B. dadurch möglich, daß der Auflieger 12 und das Zugfahr zeug 11 mit je einem nicht dargestellten Achslastsensor ausgerüstet sind, deren last-proportionale Ausgangs signale unter Berücksichtigung der Fahrzeuggeometrie sowohl die Berechnung der Aufliegermasse m_A als auch der Anordnung des Massenschwerpunktes SA des Aufliegers 12 zwischen dessen Hinterachse 49 und dem Sattelgelenk 48 erlauben.

Die Aufliegermasse m_A ist, alternativ zu der geschil derten Bestimmung anhand der Ausgangssignale zweier Achslastsensoren auch anhand des Ausgangssignals eines einzigen Achslastsensors des Zugfahrzeuges 11 durch ei nen Beschleunigungsbetrieb ermittelbar, in dem bei be kanntem Betrag des an den angetriebenen Fahrzeugrädern wirksamen Drehmoments, das aus den Betriebsdaten des Motors und bekanntem Betrag der wirksamen Getriebe-Über setzungen ermittelbar ist, die Fahrzeuggeschwindig keit ermittelt und hieraus auf die Gesamtmasse (m_z + m_A) geschlossen wird und die Anhängermasse m_A als Dif ferenz zwischen Gesamtmasse und Zugfahrzeugmasse ermit telt wird. Die elektronische Steuereinheit 25 ist zweckmäßigerweise auf die Implementierung beider ge schilderter Arten der Bestimmung der Aufliegermasse m_A ausgelegt.

Das das Gier-Trägheitsmoment J_A des Aufliegers 12 be rücksichtigende Matrixelement p₃₃ der Matrix [P] wird durch die Beziehung

p₃₃ = (A_V.l 2|AV + A_H.l 2|AH).1,1

angenähert, in der mit A_V die Auflieger-Last im Sattel gelenk 48 und mit A_H die Achslast an der Aufliegerachse 49 bezeichnet sind. Diese Beziehung ergibt für die sta tistisch überwiegende Anzahl möglicher Ladungsanordnun gen im Auflieger 12 eine gute Näherung seines Träg heitsmoments in Abhängigkeit von der Schwerpunktsanord nung und den Auflieger-Lasten.

Die Schräglaufsteifigkeiten C_V, C_H und C_A der Räder des Zugfahrzeuges 11 und des Aufliegers 12 als Konstante unterstellt, sind anhand einer durch die elektronische Steuereinheit 25 vermittelten Verarbeitung der jeweili gen Sensor-Ausgangssignale die Matrixelemente der Ma trizen P und Q des Referenzmodell-Gleichungssystems (12) durch einfache Operationen bestimmbar, deren Durchführung in kurzen Taktzeiten ohne weiteres möglich ist, so daß auch die Aktualisierung der Matrixelemente situationsgerecht rasch erfolgen kann.

Um das durch die Matrizengleichung (12) repräsentierte Fahrzeugmodell für eine zeitnahe Simulation des realen Fahrzeugverhaltens nutzen zu können, vermittelt die elektronische Steuereinheit 21 eine Behandlung dieses Gleichungssystems (12) mit dem folgenden Lösungsansatz:

in dem mit (k) der Lösungsvektor des Gleichungssystems (12) bezeichnet ist, der auf der Basis der für die mit "k" numerierte Taktzeitspanne zu ermittelnde Lösungs vektor der Matrizengleichung (12), mit (k-1) der für die unmittelbar vorausgehende Taktzeitspanne ermittelte Lösungsvektor dieses Gleichungssystems (12) und mit (k) die zeitliche Ableitung des zu ermittelnden Lö sungsvektors (k) bezeichnet sind.

Dieser Ansatz (13) als Matrizenoperation auf die Ma trizengleichung (12) angewandt führt auf die Matrizen gleichung

in der mit δ(k) der aktuell eingesteuerte' mittels des Lenkwinkelgebers 29 erfaßte Lenkeinschlag bezeichnet ist.

Die Zusammenfassung der den "unbekannten" Zustandsvek tor (k) enthaltenden Terme und die Zusammenfassung der bekannten, den Zustandsvektor (k-1) und den aktuellen Lenkwinkel δ(k) beinhaltenden Terme ergibt unmittelbar die Beziehung

bzw.

als Matrizengleichung für den Lösungsvektor (k), für den aus der Beziehung (15') unmittelbar folgt:

Zur Bestimmung des Schwimmwinkels β eignet sich auch ein sog. Luenberger Beobachter (vgl. Otto Füllinger, Regelungstechnik, Einführung in die Methoden und ihre Anwendung, Dr. Alfred Lüthig Verlag Heidelberg, 1985, fünfte Auflage, S. 340 ff.), der durch die elektronische Steuereinheit 25 implementierbar ist und nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 4 hinsichtlich seiner prinzi piellen Funktionen kurz erläutert wird, wobei durch die Erläuterung dieser Funktionen auch die elektronisch- schaltungstechnische Realisierung dieses Beobachters wiederum als hinreichend offenbart angesehen wird, da ein Fachmann der Regelungstechnik den Beobachter bei Kenntnis seiner Funktionen aufgrund seines Fachwissens realisieren kann.

In der Fig. 4 ist wiederum mit 10 das lediglich schema tisch dargestellte Fahrzeug, das als Sattelzug voraus gesetzt ist, bezeichnet, das durch Vorgabe des Lenkwin kels δ, des Fahrerwunsches nach einer bestimmten Fahr zeuggeschwindigkeit v und/oder einer bestimmten Fahr zeugverzögerung z vom Fahrer gesteuert wird. Mit 10' ist ein "elektronisches" Modell des Fahrzeuges inner halb des insgesamt mit 75 bezeichneten Beobachters be zeichnet. Diesem Fahrzeugmodell 10' sind Steuer-Ein gangssignale zugeleitet, durch die die Vorgaben δ, v und z repräsentiert sind, mit denen das reale Fahrzeug 10 momentan betrieben wird. Aus diesen Eingaben erzeugt das Fahrzeugmodell einen Zustandsvektor , der als Komponenten diejenigen Zustandsgrößen (, , und _Z) enthält, die mit den realen Zustandsgrößen, repräsen tiert durch den Zustandsvektor = (_Z, _A, β_A, β), der durch das Verhalten des realen Fahrzeuges 10 zustande kommt, zu vergleichen sind.

Durch den Block 71 ist die gesamte Sensorik des realen Fahrzeuges repräsentiert, die aus dem Zustandsvektor Meßwerte für mit diesem Zustandsvektor korrelierte Grö ßen liefert, insbesondere Werte für die Giergeschwin digkeit _Z des Zugfahrzeuges 11 und/oder einen Meßwert für die bei Kurvenfahrt auftretende Querbeschleunigung a_qz. Wesentlich ist, daß die Sensorik 71 mindestens ei nen in eindeutiger Weise mit dem Zustandsvektor ver knüpften Meßwert erzeugt, bzw. einen hiermit verknüpf ten Satz =(_Z, a_qz) von Meßwerten.

Der Beobachter 75 ist seinerseits mit einer Simula tions-Stufe 72 ausgestattet, die ihrerseits eine "Sen sorik" simuliert, die aus den Zustandsvektor-Ausgaben (, , _A, _Z) des Fahrzeugmodells 10' mit den Meß wert-Ausgaben der Sensorik 71 des realen Fahrzeuges 10 ver gleichbare Ausgaben, bei dem zur Erläuterung gewählten Beispiel den "Meßsignal-Vektor" mit den Werten und a_qz in den Meßwert-Ausgaben der Sensorik 71 direkt ver gleichbarem Format erzeugt.

Aus den solchermaßen erzeugten Meßsignalvektoren und bildet eine Vergleichsstufe 74 des Beobachters 75 den Differenzvektor Δ = -, der als Eingabe einer Rückführung 76 des Beobachters 75 zugeleitet wird, die hieraus durch Multiplikation der Eingabe Δ mit einer Rückführmatrix [L] als Ausgaben Ansteuersignale für das Fahrzeugmodell 10' erzeugt, die dessen "Simulations"-Ver halten dahingehend beeinflussen, daß sein Zustands-Aus gangsvektor an den realen Zustandsvektor ange glichen wird, derart, daß diese Angleichung möglichst rasch erfolgt, jedoch auch mit hinreichender Dämpfung, daß das Fahrzeugmodell 10' nicht "überschwingt".

Bei dieser Art der Regelung des Fahrzeugmodells 10', für das die Meßwert-Ausgaben des realen Fahrzeuges 10 gleichsam Sollwert-Vorgaben sind, kann davon ausgegan gen werden, daß Größen, die am realen Fahrzeug 10 nicht meßbar sind, mittels des Fahrzeugmodells 10' jedoch "rechnerisch" ohne weiteres darstellbar sind, auch den hiermit korrespondierenden Größen des realen Fahrzeu ges, im gegebenen Anwendungsfall den Schwimmwinkeln β_A und β_Z entsprechen.

Damit das im wesentlichen durch die Gleichungen (8''), (9''), (11'') und (4') repräsentierte Fahrzeugmodell, anhand dessen die elektronische Steuereinheit die fahr dynamischen Zustands-Größen _Z und β_Z sowie _A und β_A ermittelt, gleichsam selbsttätig an die Realität ange paßt wird, insbesondere den Beladungszustand des Fahr zeuges 10 adäquat berücksichtigt, ist durch die Senso rik des Fahrzeuges und die elektronische Steuereinheit 25 auch die Fähigkeit einer adaptiven Bestimmung sol cher Größen (m_Z, m_A, l_V, l_H, l_AV, l_AH und l_G) im plementiert, anhand derer die Matrixelemente p_ij der Matrix [P] sowie die Matrixelemente q_ij der Matrix [Q] sowie die Komponente c₂ des Spaltenvektors der Be ziehung (12) bestimmbar sind, deren Kenntnis auch Vor aussetzung für die Bestimmbarkeit der Schräglauf steifigkeiten C_V, C_H und C_A ist. Zweckmäßigerweise um faßt die elektronische Steuereinheit 25 auch eine Ein gabe-Einheit 77, mittels derer berechnete und gemes sene, ggf. auch realistisch geschätzte Werte der vor genannten, für die Bestimmung der Matrix-Elemente q_ij und q_ij erforderlichen Größen der elektronischen Steu ereinheit eingegeben werden können, die zumindest als realistische "Anfangs"-Werte genutzt werden können, so daß von vornherein ein realitätsnahes Fahrzeugmodell vorliegt.

Für die nachfolgende Erläuterung einer adaptiven Ak tualisierung des Fahrzeugmodells sei zunächst eine Aus bildung des Fahrzeuges 10 als Sattelzug vorausgesetzt.

Bei einem solchen sind die Masse m_z des Zugfahrzeuges, die Abstände l_V und l_H des Schwerpunktes des Zugfahr zeuges von der Vorderachse und der Hinterachse, der Ab stand l_G des Sattelpunktes vom Schwerpunkt des Zugfahr zeuges und dessen Trägheitsmoment J_Z um die durch den Schwerpunkt gehende Hochachse des Zugfahrzeuges kon struktiv bedingte Größen, die von vornherein in einem Festwert-Speicher einer elektronischen Steuereinheit abrufbar abgelegt sein können, wobei eine durch den Fahrer bedingte Zusatzmasse als kleine Korrektur be rücksichtigt sein kann.

Des weiteren ist vorausgesetzt, daß der Sattelzug mit dem Winkelstellungsgeber 67 ausgerüstet ist und am Zug fahrzeug 11 ein Achslastsensor 78 vorgesehen ist, der ein von der elektronischen Steuereinheit 25 verarbeit bares elektrisches Ausgangssignal erzeugt, das ein Maß für den über der Hinterachse abgestützten Anteil m_ZHA der Gesamtmasse m_ges des Sattelzuges 10 ist, oder, wenn der Auflieger nicht angehängt ist, ein Maß für den über die Hinterachse abgestützten Massenanteil des Zugfahr zeuges allein. Mit dieser Sensorik (Raddrehzahlfühler 30 ₁ bis 30 ₆ an sämtlichen Fahrzeugrädern, Achslastsen sor 78 für die Hinterachse des Zugfahrzeuges und Win kelstellungsgeber 67) sind die zur Bestimmung der Ma trixelemente p_ij und q_ij des Fahrzeugmodells noch benö tigten Größen l_v, l_H, l_AV, l_AH und m< ;S 24704 00070 552 001000280000000200012000285912459300040 0002019812237 00004 24585UB<A wie folgt be stimmbar:
Es folgt zunächst eine Ermittelung der Gesamtmasse m_ges des Sattelzuges 10 durch Auswertung der Beziehung

in der mit M_mot das in [Nm] gemessene Motor-Ausgangs drehmoment bezeichnet ist, mit n_mot die in [s-1] gemes sene Motordrehzahl, mit v die in [ms^-1] gemessene Fahr zeuggeschwindigkeit, mit η, der durch eine dimensions lose Zahl ≦ 1 bezeichnete Gesamtwirkungsgrad des Vor triebs-Übertragungsstranges, mit Z_HSP die Verzögerung des Fahrzeuges in einer - antriebslosen - Hoch-Schalt-Pause, in der der Fahrer von einer Schaltstufe in die nächsthöhere schaltet und mit Z_ist die - negative Ver zögerung - Beschleunigung des Fahrzeuges bezeichnet sind, die sich nach dem "Gang"-Wechsel einstellt, nach dem das Fahrzeug in der nächsten Getriebe-Schaltstufe beschleunigt wird.

Hierbei ist vorausgesetzt, daß aus der elektronischen Motorsteuerung ein von der elektronischen Steuereinheit 25 verarbeitbares Signal vorliegt, das ein Maß für das Motor-Moment M_mot ist, desgleichen ein Signal, das ein Maß für die Motordrehzahl n_mot ist, das ebenfalls aus der sogenannten elektronischen Motorsteuerung vorliegt, und daß anhand der Ausgangssignale der Raddrehzahl-Sen soren, die zur Realisierung einer Antiblockier-Regelung vorgesehen sind, die Fahrzeuggeschwindigkeit v und die Verzögerungs- bzw. Beschleunigungswerte Z_HSP und Z_ist mit hinreichender Genauigkeit bestimmbar sind.

Der anhand der Beziehung (17), die auch für einen Glie derzug gilt, ermittelte Wert m_ges für die Gesamtmasse des Zuges 10 wird in einem Speicher der elektronischen Steuereinheit abgelegt und wird, so oft die Meßvoraus setzungen gegeben sind, selbsttätig überprüft, so daß jede Massenänderung, z. B. durch Teilentladung des Auf liegers 12 erfaßt und im Fahrzeugmodell berücksichtigt werden kann.

Die Teilmasse m_A des Aufliegers 12 des Sattelzuges 10 oder eines Anhängers eines Gliederzuges, dessen Zug fahrzeug seinerseits ein Lastkraftwagen ist, ergibt sich bei bekannter Teilmasse m_Z des Zugfahrzeuges aus der Beziehung

m_A = m_ges-m_Z (18),

wobei im Falle eines Gliederzuges, bei dem als Zugfahr zeug ein Lastkraftwagen dient, der seinerseits eine im allgemeinen unbekannte Nutzlast trägt, die Teilmasse m_Z ihrerseits gemäß der Beziehung (17) in einem Solo-Be trieb des Lastkraftwagens durch Auswertung der Bezie hung (17) bestimmt werden muß, falls der Lastkraftwagen nicht mit einer eigenen Last-Sensorik, z. B. Achs last-Sensoren ausgerüstet ist, deren von der elektronischen Steuereinheit 25 verarbeitbare Ausgangssignale die In formation über die Masse des Zugfahrzeuges enthalten.

Auch bei einem Sattelzug kann es zweckmäßig sein, die Masse m_Z des Zugfahrzeuges durch eine Auswertung der Beziehung (17) für den Solobetrieb desselben zu bestim men, zumindest um die diesbezügliche Eingabe der elek tronischen Steuereinheit 25 zu überprüfen.

Mit Bezug auf das Zugfahrzeug 11 des Sattelzuges 10 zu nächst davon ausgehend, daß für dieses aufgrund seiner konstruktiven Daten die Größen l_V (Abstand des Fahr zeugschwerpunktes von der Vorderachse), l_H (Abstand des Fahrzeug-Schwerpunktes von der Hinterachse) und l_G (Ab stand des Sattelpunktes 47 vom Schwerpunkt 51 des Zug fahrzeuges 11) und auch dessen Masse m_Z sowie das Träg heitsmoment J_Z um die vertikale Trägheitsachse 51 des Zugfahrzeuges 11 bekannt sind, und daß auch die Masse m_A des Aufliegers 12 und auch dessen zwischen dem Sat telpunkt 47 und der Aufliegerachse 49 gemessene Länge l_A bekannt sind, ist es, um die Matrixelemente p_ij der Matrix [P] und die Matrixelemente q_ij der Matrix [Q] der Matrizengleichung (12) bestimmen zu können, ledig lich noch erforderlich, für den Auflieger 12 die Größen l_AV (Abstand seines Schwerpunktes 52 vom Sattelpunkt 47 des Sattelzuges 10) und den Abstand l_AH des Auflieger schwerpunktes 52 von seiner Hinterachse zu bestimmen, woraus sich in guter Näherung auch der Wert J_A des Trägheitsmomentes gemäß der als Schätzung anzusehenden Beziehung

J_A = (m_AV.l 2|AV + m_AH.l 2|AH).1,1 (19)

ergibt, in der mit l_AV der Abstand des Sattelpunktes 47 vom Schwerpunkt 52 des Aufliegers 12 und mit l_AH der Abstand des Aufliegerschwerpunktes 52 von der Hinter achse 49 des Aufliegers 12, mit m_AV die im Sattelpunkt 47 abgestützte Teilmasse des Aufliegers 12 und mit m_AH die über die Hinterachse 49 des Aufliegers 12 abge stützte Teilmasse desselben bezeichnet sind.

Die beiden Größen l_AV und l_AH sind durch die Beziehung

l_AH = l_A-l_AV (20)

miteinander verknüpft, in der l_AV der Beziehung

genügt, in der mit m_ZHA die Hinterachslast am Zugfahr zeug 11 bei angehängtem Auflieger, mit m_ZHAleer die Hin terachslast am Zugfahrzeug ohne Auflieger, mit m_A die Gesamtmasse des Aufliegers 12, mit l_Z der Radstand des Zugfahrzeuges und mit l_SV der Abstand des Sattelpunktes 47 von der Vorderachse 43 des Zugfahrzeuges 11 bezeich net sind.

Ist, wie zum Zweck der Erläuterung vorausgesetzt, die Hinterachslast m_ZHA des Zugfahrzeuges 11 bei angehängtem Auflieger 12 durch das Ausgangssignal des Achslastsen sors 78 bekannt, sind die Matrixelemente p_ij und q_ij der Matrizen [P] und [Q] der Matrizengleichung (12) be stimmbar und das Fahrzeugmodell, das durch diese Ma trizengleichung (12) repräsentiert ist, komplett.

Dasselbe gilt sinngemäß, wenn das Zugfahrzeug 11 oder der Auflieger 12 mit einem Sattelpunkt-Lastsensor 79 versehen ist, der ein von der elektronischen Steuerein heit 25 verarbeitbares elektrisches Ausgangssignal er zeugt, das ein Maß für die Auflieger-Last im Sattel punkt 47 des Sattelzuges 10 ist.

In diesem Falle ist die Größe l_AV durch die Beziehung

gegeben, in der mit m_AS die Aufliegerlast des Auflie gers 12 im Sattelpunkt 47 bezeichnet ist.

Auch in diesem Falle ist die Größe l_AH durch die Bezie hung (20) gegeben.

Die Größe l_AV ist auch dann - adaptiv - bestimmbar, wenn der Auflieger 12 mit einem Auflieger-Achslast-Sen sor 81 versehen ist, der ein von der elektronischen Steuereinheit verarbeitbares elektrisches Ausgangssi gnal abgibt, das ein Maß für die Aufliegerlast an des sen Hinterachse(n) 49 abgestützte Aufliegerlast m_AHA ist.

In diesem Falle ist die Größe l_AV durch die Beziehung

gegeben und die Größe l_AH wieder durch die Beziehung (20).

Wenn, wie für das zur Erläuterung gewählte Ausführungs beispiel vorausgesetzt, ein "Knick"-Winkel (ϕ)-Sensor 67 vorhanden ist, kann die zwischen dem Sattelpunkt 47 und der Aufliegerachse 49 gemessene Länge l_A des Auf liegers 12 gemäß der Beziehung

adaptiv bestimmt werden, in der mit ϕ der Knickwinkel bezeichnet ist, den bei Kurvenfahrt die Längsmittelebe nen 68 und 69 des Zugfahrzeuges 11 und des Aufliegers 12 miteinander einschließen, mit R_H der mittlere Bahn radius der Hinterräder des Zugfahrzeuges und mit R_A der mittlere Bahnradius der Räder der Aufliegerachse 49 be zeichnet sind, die sich bei stationärer Kurvenfahrt mit geringer Geschwindigkeit und Querbeschleunigung aus der folgenden Beziehung ergeben:

in der mit b_H die Spurweite der Hinterachse des Zug fahrzeuges 11 und mit b_A die Spurweite der Auflieger achse 49 bezeichnet sind und mit v_H,Alinks und v_H,Arechts die Radgeschwindigkeiten an der jeweiligen Achse be zeichnet sind.

Hierbei ist vorausgesetzt, daß die Spurweiten b_H,A be kannt und als Hilfswerte in einem Speicher der elektro nischen Steuereinheit abrufbar abgelegt sind.

Die Beziehung (25) gilt in der Näherung, daß sämtliche Fahrzeugräder auf konzentrischen Kreisen abrollen.

Des weiteren gilt für den Abstand l_SH des Sattelpunktes 47 von der Hinterachse 44 des Zugfahrzeuges die Bezie hung

Dadurch ist bei bekannter Schwerpunktslage (l_V, l_H) die Größe l_G gemäß der Beziehung

l_G = l_H-l_SH (27)

bestimmbar, die, je nach der Auslegung des Sattelge lenks, mit dem das Zugfahrzeug ausgerüstet ist, vari ieren kann.

Zweckmäßigerweise ist die elektronische Steuereinheit so ausgelegt, daß sie eine Auswertung der Beziehung (25) auch für die Vorderräder des Zugfahrzeuges vermit telt, so daß zusätzlich zum mittleren Kurvenradius R_H der Hinterräder auch der mittlere Bahnradius bestimmt wird und hiernach gemäß der Beziehung

der Radstand l_Z des Zugfahrzeuges 11 ermittelbar ist. Dieser kann bei Kurvenfahrt mit geringer Beschleunigung auch gemäß der Beziehung

ermittelt werden, in der mit δ der Lenkwinkel, mit _Z die Giergeschwindigkeit des Zugfahrzeuges 11 und mit v die Fahrgeschwindigkeit bezeichnet sind, die jeweils mittels der diesbezüglichen Sensoren ermittelt werden.

Die elektronische Steuereinheit 25 ist auch für einen Betriebsmodus ausgelegt, in dem das Zugfahrzeug 11 des Sattelzuges 10 gleichsam als sein "eigener" Achslast sensor benutzt wird.

Voraussetzung dafür ist, daß für das Zugfahrzeug allein seine Masse m_Z, das Verhältnis f_MZ der Auslegung der Vorderradbremsen in Relation zu derjenigen der Hinter radbremsen, das gleiche Bremsenkennwerte C_VA und C_HA an den Vorderradbremsen und an den Hinterradbremsen vor ausgesetzt, angibt, um welchen Faktor (f_MZ) die Vorder achs-Bremskraft B_VA größer ist als die Hinterachs- Bremskraft B_HA, sowie Reifenkonstanten k_HA und k_VA be kannt sind, über die der Bremsschlupf λ_HA und λ_VA mit dem über die Radbremsen ausübbaren Bremskräften B_HA und B_VA durch die Beziehung

λ_HA,VA = k_HA,VA.B_HA,VA/P_HA,VA = k_HA,VA.µ_HA,VA (30)

verknüpft ist, in der mit P_HA die Hinterachslast und mit P_VA die Vorderachslast des Zugfahrzeuges 11 be zeichnet sind, die sich ergeben, wenn der Auflieger 12 an das Zugfahrzeug 11 angekoppelt ist.

Desweiteren wird vorausgesetzt, daß die Gesamtmasse m_ges bekannt, z. B. gemäß der Beziehung (17) ermittelt worden ist.

Eine Erfassung - "Messung" - der Hinterachs-Last P_HA ist dann in der Weise möglich, daß die elektronische Steu ereinheit bei einer Bremsung, bei der nur eine mäßige Fahrzeugverzögerung Z erzielt werden soll, in der Weise steuert, daß nur die Hinterradbremsen aktiviert werden, so daß die Beziehung gilt:

m_ges.Z = µ_HA.P_HA (31)

in der mit µ_HA der an der Hinterachse des Zugfahrzeuges maßgebliche Kraftschlußbeiwert zwischen der Fahrbahn und den gebremsten Fahrzeugrädern bezeichnet ist, der gemäß der Beziehung

λ_HA = k_HA.µ_HA (32)

mit dem hierbei an der Hinterachse auftretenden Brems schlupf µ_HA verknüpft ist, der seinerseits durch die Beziehung

definiert ist, in der mit n₀ die mittels der Radreh zahlfühler erfaßten Raddrehzahlen nicht gebremster Fahrzeugräder, z. B. der Vorderräder des Zugfahrzeuges, und mit n_HA die mittlere Raddrehzahl der gebremsten Hinterräder des Fahrzeuges bezeichnet ist.

Die Fahrzeugverzögerung Z ist durch eine differenzie rende Verarbeitung der Raddrehzahlen der nicht gebrem sten Fahrzeugräder erfaßbar gemäß der Beziehung

deren Auswertung ebenfalls durch die elektronische Steuereinheit erfolgt.

Durch Auswertung der Beziehung

die unmittelbar aus den Beziehungen (31) und (32) folgt, wird in diesem Betriebsmodus der Bremsanlage aus den gemessenen Größen z und λ_HA die Hinterachslast P_HA ermittelt, die sich beim angekuppeltem Auflieger 12 an der Hinterachse des Zugfahrzeuges 11 ergibt.

Im Verlauf von Bremsungen, bei denen ebenfalls nur mä ßige Fahrzeugverzögerungen eingesteuert werden und auf im wesentlichen gleiche Momentanwerte der Raddrehzahlen geregelt wird, was auch im wesentlichen gleichen Momen tanwerten des Bremsschlupfes λ_VA und λ_HA an der Vorder achse und der Hinterachse des Zugfahrzeuges entspricht, so daß die folgende Relation gilt:

bzw., wenn C_HA = C_VA angenommen werden kann,

wird durch Messung der Drücke p_VA und p_HA, mit denen die Aktuatoren der Vorderachs-Bremsen und die Aktuatoren der Hinterachs-Bremsen angesteuert werden, das entspre chende Druckverhältnis

p_VA/p_HA = a (37)

und hieraus durch Auswertung der Beziehung (36') das Verhältnis der Vorderachslast P_VA zur Hinterachslast P_HA des Zugfahrzeuges gemäß der Beziehung

ermittelt, aus der unmittelbar die Beziehung

folgt, und in Verbindung mit der Beziehung (35) die Be ziehung

Bei Kenntnis der Achslasten P_VA und P_HA ergibt sich für die Achslast P_AL des Aufliegers die Beziehung

P_AL = m_ges.g-(P_VA + P_HA) (40).

Zur Erläuterung einer adaptiven Bestimmung der Reifen konstanten k_VA und k_AH, über die im Sinne der Propor tionalitätsbeziehung (30) der Bremsschlupf λ mit der Bremskraft und daher mit dem bei einer Bremsung an dem gebremsten Fahrzeugrad genutzten Kraftschlußbeiwert µ verknüpft ist, sei nunmehr auf das Diagramm der Fig. 5 Bezug genommen, die qualitativ den Verlauf einer insge samt mit 85 bezeichneten Reifenkennlinie (µ/λ-Kurve) zeigt, bei der in Abhängigkeit vom Bremsschlupf λ, der als Abszisse aufgetragen ist, der Verlauf des jeweils genutzten Kraftschlußbeiwerts µ dargestellt ist, der als Ordinate aufgetragen ist.

Diesem Diagramm ist qualitativ entnehmbar, daß bei ei ner Steigerung der Bremsen-Betätigungskraft mit der ei ne Vergrößerung des Schlupfes λ einhergeht, bis zu ei nem optimalen Wert λ_OM der für die Fahrzeugverzögerung nutzbare Anteil der am Rad wirksamen Normalkraft, der durch den Kraftschlußbeiwert µ angegeben ist, bis zu einem Maximalwert µ_max ansteigt und sodann, d. h. bei weiterer Vergrößerung des Bremsschlupfes λ wieder ab fällt, um schließlich bei dem Wert λ = 1 einen Grenzwert µ_G zu erreichen, der dem Reibbeiwert der Gleitreibung bei blockiertem Fahrzeugrad entspricht.

Im Bereich kleiner Werte des Bremsschlupfes λ ist der nutzbare Kraftschlußbeiwert µ zum Bremsschlupf in der Beziehung µ.k = λ, wie durch den in dem Diagramm gerad linig verlaufenden Anfangsabschnitt 86 der µ/λ-Kurve 85 wiedergegeben, durch dessen Steigung k = Δλ/Δµ somit die Reifenkonstante repräsentiert ist, die in der Beziehung (30) achsbezogen mit k_HA und k_VA bezeichnet ist. Diese Reifenkonstante ist im Allgemeinen von Rad zu Rad ver schieden und ändert in der Regel auch über längere Be triebszeit des Fahrzeuges hinweg ihren Betrag, z. B. aufgrund von Alterungserscheinungen des Reifenmaterials und/oder aufgrund von Temperatureinflüssen, die die Reibungseigenschaften eines Reifens verändern können.

Um derartige Einflüsse radbezogen adäquat berücksichti gen zu können, werden, wann immer das Zugfahrzeug 11 im Solobetrieb - bei bekannter Masse m_Z und Achslastver teilung P_V/P_H gefahren wird, die Reifenkonstanten k_VAl, k_VAr, k_AHl und k_AHr des linken Vorderrades (VAl), des rechten Vorderrades (VAr), des linken Hinterrades (HAl) und des rechten Hinterrades (HAr) des Zugfahrzeuges 11 adaptiv bestimmt.

Davon ausgehend, daß die Vorderräder des Zugfahrzeuges nicht angetrieben sind und die Hinterräder des Fahrzeu ges über ein übliches Ausgleichsgetriebe miteinander antriebs-gekoppelt sind, ist eine adaptive Bestimmung der Reifenkonstanten der Vorderräder des Fahrzeuges 10, selbsttätig gesteuert durch die elektronische Steuer einheit, wie folgt möglich:

Während einer Bremsung, durch die der Fahrer eine nur mäßige Fahrzeugverzögerung von z. B. 0,2 g (g = 9,81 ms^-1) erreichen will, und dabei das Bremspedal auch nur mit mäßiger Geschwindigkeit betätigt, werden sowohl in der Anfangsphase der Bremsung, in der sich die Verzöge rungs-Sollwertvorgabe "langsam" ändert, als auch in der stationären Phase der Bremsung, während derer der Fahrer die Bremspedal-Stellung nicht mehr ändert, werden in kurzen Zeitabständen die Fahrzeugverzögerung Z (λ_Al,r) und der mit der jeweils gemessenen Fahrzeugverzögerung korrelierte Bremsschlupf λ_VAl,r bestimmt und aus einer mittelnden oder interpolierenden Verarbeitung der jewei ligen Wertepaare die Reifenkonstante k_VAl bzw. k_VAr des jeweiligen Vorderrades bestimmt.

Hierbei wird, wenn das linke Vorderrad gebremst wird, dessen Schlupf λ_VAL gemäß der Beziehung

bestimmt, und, falls das rechte Vorderrad allein ge bremst wird, dessen Schlupf λ_VAr gemäß der Beziehung

wobei die im Nenner der Beziehungen (41) und (42) ste henden Raddrehzahlen n_VAr bzw. n_VAl jeweils diejenige des nicht gebremsten Vorderrades als Referenzdrehzahl ist.

Die Reifenkonstanten k_VAl und k_VAr ergeben sich für die Anfangsphase der Bremsung, in der jeweils nur ein Vor derrad gebremst ist, durch Auswertung der Beziehung

in der mit P_VA die Vorderachslast bezeichnet ist.

Auf analoge Weise werden die Reifenkonstanten k_AHl,r ge mäß der Beziehung

bestimmt, in der mit P_HA die Hinterachslast bezeichnet ist.

Die bei einer Auswertung der Beziehung 44 berücksich tigten Werte λ_HAl und λ_HAr des Bremsschlupfes des jeweils gebremsten Hinterrades werden gemäß den Beziehungen

bestimmt, durch die die Antriebskopplung der Hinterrä der über ein Ausgleichs-Getriebe erfolgt, das bei einer Bremsung eines der Hinterräder zu einer Beschleunigung des jeweils anderen - nicht gebremsten - Hinterrades führt.

Unter der im allgemeinen realistischen Annahme, daß die als angetrieben vorausgesetzten Hinterräder dieselbe Bereifung haben, und daß solches auch für die Vorderrä der des Fahrzeugs gilt, können bei bekannter Gesamt masse und Achslastverteilung des Zugfahrzeuges für die ses auch "achsweise" Reifenkonstanten k_VA und k_AH ermit telt werden, wobei die Hinterachs-Reifenkonstante k_HA im Traktionsbetrieb des Zugfahrzeuges ermittelt wird und bei hiernach bekanntem Wert der Hinterachs-Reifen konstante im Bremsbetrieb die Vorderachs-Reifen konstante k_VA ermittelt wird.

Die Bestimmung der Hinterachs-Reifenkonstanten k_AH er folgt in einer Betriebssituation des Fahrzeuges, in der seine Vorwärtsbeschleunigung Z_vorwärts konstant ist. Die Vorwärtsbeschleunigung Z_vorwärts ist hierbei durch die Beziehung

und der Antriebsschlupf λ_HAntrieb durch die Beziehung

gegeben. Die Vorwärts-Beschleunigung Z_vorwärts wird zweckmäßigerweise aus einer differenzierenden Verarbei tung der Raddrehzahlen n_VA der Vorderräder ermittelt.

Aus der für die Vorwärtsbeschleunigung Z_vorwärts gelten den Beziehung (47) folgt für die Hinterachs-Reifen konstante k_HA unmittelbar die Beziehung:

die anhand der gemessenen Werte der Vorwärtsbeschleuni gung Z_vorwärts und des Antriebsschlupfes auswertbar ist.

Aus der Beziehung (49) für die Hinterachs-Reifen konstante k_HA erfolgt für das Verhältnis des Antriebs schlupfes zur Vorwärtsbeschleunigung unmittelbar die Beziehung:

aus der ersichtlich ist, daß dieses Verhältnis eine fahrzeugsspezifische Konstante m_k repräsentiert, die der Beziehung genügt:

Unter Berücksichtigung der für das Achslastverhältnis P_VA/P_HA geltenden Beziehung (38):

ergibt sich für die Vorderachs-Reifenkonstante k_VA die Beziehung

In dieser Beziehung (50) ist mit a das der Beziehung (37) entsprechende Druckverhältnis P_VA/P_HA bezeichnet, das in einem Bremsbetrieb des Fahrzeuges ermittelbar ist, bei dem die Bremskräfte so geregelt werden, daß sich Gleichheit der Raddrehzahlen sämtlicher Fahr zeugräder ergibt.

Claims

1. Verfahren zur Fahrdynamik-Regelung an einem Straßen fahrzeug, wonach taktgesteuert in zeitlich aufeinan derfolgenden Zyklen vorgebbarer Dauer T_K von z. B. 5 bis 10 ms mittels eines Simulationsrechners einer ei nen selbsttätigen Ablauf der Regelung vermittelnden elektronischen Steuereinheit auf der Basis eines das Fahrzeug hinsichtlich seiner konstruktiv bedingten Kenngrößen und seines Beladungszustandes sowie seiner Betriebsdaten repräsentierenden Modells aus gemesse nen aktuellen Werten mindestens des Lenkwinkels δ und der Fahrzeuggeschwindigkeit v_x Referenzgrößen fuhr mindestens die Giergeschwindigkeit und den Schwimmwinkel β des Fahrzeuges generiert werden und aus einem Vergleich der Referenzgröße _SO als Soll wert der Giergeschwindigkeit des Fahrzeuges mit mit tels einer Giergeschwindigkeits-Sensoreinrichtung fortlaufend erfaßten Ist-Werten _I der Giergeschwin digkeit des Fahrzeuges Ansteuersignale zu einer Ab weichungen des jeweiligen Ist-Wertes vom jeweils maß geblichen Sollwert kompensatorisch beeinflussenden Aktivierung mindestens einer Radbremse des Fahrzeuges und/oder zur Reduzierung des Motor-Antriebsmoments erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahr zeugmodell durch ein lineares Differentialgleichungs system der Form
implementiert ist, in dem [P] eine 4×4-Matrix mit Elementen p_ij (p_ij = 0,m_zv,0,0; 0,0,0,J_z; 0,0,0,0; 0, -1,0,0) repräsentiert, in denen mit m_z die Masse des Fahrzeuges, mit J_z sein Gier-Trägheitsmoment und mit v die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit bezeichnet sind,
[Q] eine 4×4-Matrix mit Elementen q_ij (q_ij = 0, -C_v -C_H, 0, -m_z.v - (C_Vl_V - C_Hl_H)/v; 0, C_Hl_H - C_Vl_V, 0, (-l 2|vC_v - l 2|HC_H)/v; 0,0,0,0;0,0,0,1) re präsentiert, in denen mit C_V und C_H die Schräglauf steifigkeiten der Vorderräder bzw. der Hinterräder des Fahrzeuges und mit l_V und l_H der Abstand des Fahr zeugschwerpunktes von der Vorderachse bzw. der Hin terachse bezeichnet sind, einen 4-Komponenten Spaltenvektor mit den Komponenten c_i (c_i = C_V,C_Vl_V,0,0) repräsentiert, einen aus den Zu standsgrößen β_z und _Z gebildeten 4-Komponenten-Spalten vektor mit den Komponenten x_i (x_i = 0, β_z, 0, _Z) und dessen zeitliche Ableitung d/dt repräsentie ren, und daß die Aktualisierung der fahrdynamischen Zustandsgrößen β_z(k-1) und _Z(k-1) die zu einem Zeit punkt t(k-l) ermittelt worden sind, auf den um die Taktzeitspanne T_k späteren Zeitpunkt t(k) durch Aus wertung des Gleichungssystems
mit auf den Zeitpunkt t(k) aktualisierten Werten der Matrixelemente p_ij und q_ij erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmwinkel β_z bei konstanter Geschwin digkeit des Fahrzeuges auch durch eine Auswertung der Beziehung
überprüft wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmwinkel β_z des Fahr zeuges auch durch eine Auswertung der Beziehung
für die Integrationszeitspanne t_i = t_c - t₀ gewonnen wird, innerhalb derer der Fahrer den für Kurven fahrt erforderlichen Lenkwinkel δ einstellt, wobei mit a_q die auf das Fahrzeug wirkende Querbeschleu nigung bezeichnet ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur fahrdynamischen Erfassung der Zustandsgrößen β_A (Schwimmwinkel) und _A (Giergeschwindigkeit) eines mit einem Zugfahrzeug ei nes Sattelzuges gekoppelten Aufliegers (12) Null-Elemente p₁₁, p₂₁, p₃₁, p₃₃, p₄₁, p₄₃ und p₄₄ der das Zug fahrzeug allein repräsentierenden Matrix [P_z] durch die Elemente
p₁₁ = m_A v, p₂₁ = - m_Avl_G, p₃₁ = -m_Avl_AV, p₃₃ = J_A, p₄₁ = 1, p₄₃ = l_AV/v und p₄₄ = l_G/v ersetzt sind, sowie Null-Elemente q₁₁, q₁₃, q₂₁, q₂₃, q₃₁, q₃₃ und q₄₃ der das Zugfahrzeug allein repräsentierenden Matrix [Q] durch die Matrixelemente q₁₁ = C_A, q₁₃ = m_Av + C_Al_AH/v, q₂₁ = C_Al_G, q₂₃ = m_Avl_G - C_Al_Gl_AH/v, q₃₁ = C_Al_AV + C_Al_AH, q₃₃ = m_Avl_AV - (C_Al_AVl_AH + C_Al 2|AH)/v und q₄₃ = -1 ersetzt sind und der Zustandsvektor und dessen zeitliche Ablei tung um die Komponenten x₁ = β_A und x₃ = _A bzw. ₁ = _A und ₃ = _A ergänzt sind, wobei mit m_A die Masse des Aufliegers, mit l_G der in Fahrzeuglängs richtung gemessene Abstand der Sattelgelenkachse vom Schwerpunkt des Zugfahrzeuges, mit l_AV der Abstand des Schwerpunktes des Aufliegers 12 von der Sattelge lenkachse, mit l_AH der Abstand des Aufliegerschwer punktes von der Aufliegerachse, mit C_A die Schräg laufsteifigkeit der Räder der Aufliegerachse und mit J_A das Gierträgheitsmoment des Aufliegers (12) be zeichnet sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 fuhr ei nen Sattelzug mit zweiachsigem Zugfahrzeug und ein achsigem Auflieger, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmwinkel β_A des Aufliegers (12) durch eine Auswertung der Beziehung
gewonnen wird, in der mit ϕ der mit zunehmendem Be trag des Lenkwinkels δ ebenfalls zunehmende Knick winkel bezeichnet ist, den die in der Sattelge lenkachse sich schneidenden Längsmittelebenen des Zugfahrzeuges (11) und des Aufliegers (12) mitein ander einschließen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Knickwinkel ϕ durch eine Auswertung der Be ziehung
ermittelt wird, in der mit R_V der mittlere Kurven bahnradius der Vorderräder des Zugfahrzeuges (11) und mit R_A der mittlere Kurvenbahnradius der Räder des Aufliegers (12) bezeichnet sind, wobei R_V und R_A durch die Beziehung
gegeben sind, in der mit b_spurV,A die Spurweiten an der Vorderachse des Zugfahrzeuges (b_spurV) bzw. an der Aufliegerachse (b_spurA), mit v_Rl und v_Rr die Ra dumfangsgeschwindigkeiten am linken und am rechten Rad der jeweiligen Fahrzeugachse und mit v_AchseV,A, je weils deren algebraische Mittelwerte bezeichnet sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für ei nen Sattelzug mit zweiachsigem Zugfahrzeug und ein achsigem Auflieger, dadurch gekennzeichnet, daß die Schräglaufsteifigkeiten C_V und C_H der Räder des Zug fahrzeugs und die Schräglaufsteifigkeit C_A der Rä der des Aufliegers (12) bei stationären Kurvenfahrt des Zugfahrzeuges bzw. des Zuges durch Auswertung der folgenden Beziehungen ermittelt werden:
in denen mit die für das Zugfahrzeug (11) und den Auflieger (12) identische Giergeschwindigkeit be zeichnet ist.

8. Einrichtung zur Fahrdynamik-Regelung an einem Stra ßenfahrzeug unter Anwendung des Verfahrens nach ei nem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere bei einem Nutzfahrzeug, dessen Radbremsen, gesteuert durch Ausgangssignale einer elektronischen Steuereinheit, zum einen im Sinne eines vom Fahrer durch Betäti gung eines Sollwert-Gebers einsteuerbaren Fahrer wunsches nach Fahrzeugverzögerung, andererseits aber auch unabhängig von einer Aktivierung der Bremsanlage durch den Fahrer im Sinne der Aufrecht erhaltung eines dynamisch stabilen Fahrverhaltens einzeln oder zu mehreren aktivierbar sind, derart, daß Abweichungen der bei einer Kurvenfahrt durch Vorgabe des Lenkwinkels δ eingesteuerten Gierge schwindigkeit , zu deren fortlaufender Erfassung ein Giergeschwindigkeitssensor vorgesehen ist, von einem aus der Lenkwinkel-Vorgabe und der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit sich ergebenden. Sollwert im Sinne einer Annäherung an den Sollwert kompensato risch beeinflußt werden, wobei zur Sollwertvorgabe ein Simulationsrechner vorgesehen ist, der auf der Basis eines das Fahrzeug hinsichtlich seiner kon struktiv bedingten Kenngrößen, seines Beladungszu standes sowie seiner Betriebsdaten repräsentieren den Fahrzeugmodells aus gemessenen Werten minde stens des Lenkwinkels δ und der Fahrzeuglängsge schwindigkeit v_x Referenzgrößen für mindestens die Giergeschwindigkeit generiert, wobei der Simula tionsrechner auf eine taktgesteuerte Auswertung so wohl der Bewegungsgleichungen eines Sattelzuges als Fahrzeug-Referenzmodell als auch der Bewegungsglei chungen eines zweiachsigen Kraftfahrzeuges als Re ferenzmodell allein ausgelegt ist, dadurch gekenn zeichnet, daß durch die elektronische Steuereinheit (25) Routinen zu einer adaptiven Bestimmung minde stens der folgenden Größen aus im Fahrbetrieb des Fahrzeugs oder eines aus diesem als Zugfahrzeug und einem Anhängerfahrzeug bestehenden Zuges meßbaren Parametern (n_Vl, n_Vr, n_Hl, n_Hr, n_Al n_Ar, M_mot, p_VA, p_HA) implementiert sind:

a) Gesamtmasse m_ges des Zuges
b) Masse m_Z des Zugfahrzeuges
c) Masse m_A des Anhängerfahrzeuges
d) Radstand l_z des Zugfahrzeuges
e) Achslast-Verteilung P_VA/P_HA des Zugfahrzeuges
f) Achslast-Verteilung des Zuges bzw. Hinterachs last P_A des Anhängerfahrzeuges,
sowie Routinen zur Abschätzung
g) des Trägheitsmoments J_Z des Zugfahrzeuges um seine Hochachse und
h) des Trägheitsmoments J_A des Anhängerfahrzeuges um seine Hochachse.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß die Bestimmung der Masse m_z des Zugfahr zeuges (11) und der Gesamtmasse m_ges eines Sattel- oder Gliederzuges durch eine Auswertung der Bezie hung
erfolgt, in der mit M_mot das in [Nm] gemessene Mo tor-Ausgangsmoment, mit n_mot die in [s^-1) gemessene Motordrehzahl, mit v die in [ms^-1] gemessene Fahr zeuggeschwindigkeit, mit der durch eine dimensi onslose Zahl < 1 charakterisierte Gesamtwirkungs grad des Vortriebs-Übertragungsstranges des Zug fahrzeuges, mit Z_HSP die in einer antriebslosen Hoch-Schalt-Pause, in der der Fahrer eine einer niedrigeren Motordrehzahl entsprechende Getriebe stufe einlegt, sich ergebende Fahrzeugverzögerung und mit Z_ist die Beschleunigung (als negative Verzö gerung) bezeichnet ist, die sich in dem nach dem Schaltstufenwechsel sich einstellenden Beschleuni gungsbetrieb des Fahrzeuges ergibt, wobei die Masse m_A des Anhängerfahrzeuges durch Auswertung der Be ziehung m_A = m_ges - m_z ermittelbar ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinheit (25) aus einer Auswertung der Ausgangssignale den Rä dern des Zugfahrzeuges einzeln zugeordneter Raddreh zahlsensoren den Radstand l_z des Zugfahrzeuges gemäß der Beziehung
ermittelt, in der R_V und R_H die bei stationärer Kur venfahrt (Lenkwinkel δ konstant) und mäßiger Fahrzeug geschwindigkeit (v < 20 km/h) gemäß der Beziehung
ermittelten, mittleren Bahnradien der Vorder- und der Hinterräder des Zugfahrzeuges, mit b_V,H die Spurweite b_V und b_H an der Vorder- und der Hinterachse des Zug fahrzeuges (11) und mit v_V,Hl sowie v_V,Hr die Radge schwindigkeiten des linken und des rechten Vorder- bzw. Hinterrades des Zugfahrzeuges bezeichnet sind.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuer einheit den Radstand l_z des Zugfahrzeuges durch Auswertung der Beziehung
ermittelt.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 für einen Sattelzug, bei dem sämtlichen Fahrzeugrädern je ein Raddrehzahlsensor (30 ₁ bis 30 ₆) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronischer oder elektromechanischer Knickwinkelsensor (67) vorgesehen ist, mittels dessen der Winkel ϕ erfaß bar ist, unter dem sich bei Kurvenfahrt die verti kalen Längsmittelebenen des Zugfahrzeuges (11) und des Aufliegers (12) des Sattelzuges in dessen Sat telgelenkachse schneiden, und daß die elektronische Steuereinheit (25) die zwischen dem Sattelgelenk und der Aufliegerachse (49) gemessene Länge l_A des Aufliegers aus einer Auswertung der Beziehung
ermittelt, in der R_H und R_A die mittleren Bahnradien R_H,A der Hinterräder des Zugfahrzeuges und der Räder der Aufliegerachse bezeichnet sind, die ihrerseits gemäß der Beziehung
ermittelbar sind, in der mit b_H,A die Spurweiten b_H und b_A der Hinterachse des Zugfahrzeuges bzw. des Aufliegers bezeichnet sind.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, daß die elektronische Steuereinheit (25) den Abstand l_SH des Sattelpunktes von der Hinterachse des Zugfahrzeuges (11) durch eine Auswertung der Bezeichnung
ermittelt.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, da durch gekennzeichnet, daß das Zugfahrzeug (11) mit mindestens einem Achslastsensor ausgerüstet ist, der ein von der elektronischen Steuereinheit verar beitbares elektrisches Ausgangssignal erzeugt, das ein Maß für die über die lastüberwachte Fahr zeugachse auf der Fahrbahn abgestützte Last P_VA oder P_HA ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, daß die elektronische Steuereinheit (25) eine Bestimmung des Abstands l_V des Schwerpunktes des Zugfahrzeuges von dessen Vorderachse gemäß der Be ziehung
vermittelt, wenn der Achslastsensor der Hinterachse des Fahrzeuges zugeordnet ist und eine Bestimmung dieses Abstands l_V gemäß der Beziehung
vermittelt, wenn der Achslastsensor der Vorderachse des Fahrzeuges zugeordnet ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, an einem Sattelzug, dessen Auflieger mit einem Achs lastsensor ausgerüstet ist, der ein für die über die Aufliegerachse auf der Fahrbahn abgestützte Last P_AHA charakteristisches, von der elektronischen Steuereinheit verarbeitbares elektrisches Ausgangs signal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinheit den Abstand l_AV des Schwerpunktes des Aufliegers (12) vom Sattelgelenk gemäß der Beziehung
bestimmt, in der mit l_A der Abstand der Auflie gerachse vom Sattelpunkt und mit m_A die Auflieger masse bezeichnet sind.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, an einem Sattelzug, dessen Zugfahrzeug mit einem Achs lastsensor ausgerüstet ist, der ein für die über die Hinterachse des Zugfahrzeuges auf der Fahrbahn abgestützte Masse m_ZHA charakteristisches, von der elektronischen Steuereinheit (25) verarbeitbares elektrisches Ausgangssignal erzeugt, dadurch ge kennzeichnet, daß die elektronische Steuereinheit (25) den Abstand l_AV des Aufliegerschwerpunktes vom Sattelgelenk gemäß der Beziehung
bestimmt, in der mit m_ZHAleer die über die Hinterachse des Zugfahrzeuges ohne Auflieger abgestützte Masse, mit m_A die Aufliegermasse und mit l_SV der Abstand des Sattelgelenks von der Vorderachse des Zugfahr zeuges bezeichnet sind.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, an einem Sattelzug, der mit einem Sensor ausgerüstet ist, der ein für den im Sattelgelenk am Zugfahrzeug abgestützten Massenanteil m_AS des Aufliegers (12) charakteristisches, von der elektronischen Steuer einheit (25) verarbeitbares elektrisches Ausgangs signal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinheit (25) den Abstand l_AV des Aufliegerschwerpunktes vom Sattelgelenk gemäß der Beziehung
bestimmt.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 18, da durch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuer einheit eine Abschätzung des Gier-Trägheitsmoments J_Z des Zugfahrzeuges (11) und des Gier-Trägheits moments J_A des Anhängerfahrzeuges (12) gemäß der/den Beziehung(en)
J_Z = (m_V.l 2|V + m_H.l² _H).1,1
und
J_A = (m_AV.l 2|Av + m_AH.l² _AH).1,1
vermittelt, in der/denen mit m_V der über die Vor derachse des Zugfahrzeuges abgestützte Massenan teil, mit m_H der über dessen Hinterachse auf der Fahrbahn abgestützte Massenanteil des Zugfahrzeuges und mit l_H der Abstand (l_Z - l_V) des Zugfahrzeug schwerpunktes von der Hinterachse des Zugfahrzeuges sowie mit m_AV der im Sattelgelenk abgestützte Mas senanteil des Aufliegers, mit m_AH der über die Auf lieger-Hinterräder auf der Fahrbahn abgestützte Massenanteil des Aufliegers und mit l_AH = l_A - l_AV der Abstand des Aufliegerschwerpunktes von der Hin terachse (49) des Aufliegers (12) bezeichnet sind.

20. Einrichtung nach Anspruch 14 oder Anspruch 14 und einem der Ansprüche 15 bis 19 an einem Lastkraftwa gen oder -Zug, der mit einer pneumatischen Federung ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Achslast-Sensierung durch eine Druck-Sensierung des Federungsdruckes an der überwachten Fahrzeugachse implementiert ist.

21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 20, da durch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuer einheit (25) die Hinterachslast P_HA des Zugfahrzeu ges (11) in einem Bremsmodus, in dem bei mäßiger Fahrzeugverzögerung nur die Hinterradbremsen betä tigt werden (Z < 0,2 g), auf einer Auswertung der Beziehung
bestimmt, in der mit Z die (gemessene) Fahrzeugver zögerung, mit λ_HA der gemäß der Beziehung
ermittelte Bremsschlupf und mit k_HA eine Reifenkon stante bezeichnet ist, die dem Verhältnis λ/µ des genutzten Kraftschlußbeiwerts µ zu dem durch die Bremsenbetätigung erzeugten Bremsschlupf λ ent spricht, wobei, gleichen Raddurchmesser der Vorder- und der Hinterräder vorausgesetzt, mit n_VA die Rad drehzahlen der nicht gebremsten (Vorder-)Räder und mit n_HA die Raddrehzahlen der gebremsten (Hinter-) Räder des Zugfahrzeuges (11) bezeichnet sind.

22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich net, daß die elektronische Steuereinheit (25) die Vorderachslast P_VA des Zugfahrzeuges (11) durch eine Auswertung der Beziehung
ermittelt, in der mit k_VA die Reifenkonstante(n) der Vorderräder des Zugfahrzeuges (11), mit f_Mz das Aus legungsverhältnis der Vorderrad- und der Hinterrad bremsen bezeichnet ist, das dem Verhältnis B_VA/B_HA der Vorderachs-Bremskraft B_VA und der Hinterachs bremskraft B_HA entspricht, wenn sämtliche Radbremsen mit demselben Steuerdruck angesteuert werden, und mit a das Betätigungsdruckverhältnis p_VA/p_HA bezeich net ist, das sich ergibt, wenn bei einer Bremsung alle gebremsten Fahrzeugräder durch Bremskraftver teilungsregelung auf gleiche Momentangeschwindig keit geregelt werden.

23. Einrichtung nach Anspruch 21 oder Anspruch 22, da durch gekennzeichnet, daß eine adaptive Ermittelung der Reifenkonstanten k_VAl und k_VAr des linken und des rechten Vorderrades des Zugfahrzeuges und der Rei fenkonstanten k_HAl und k_HAr des linken und des rech ten Hinterrades durch Auswertung der Beziehungen
und
für Bremsungen mit mäßiger Fahrzeugverzögerung (Z < 0,2 g) erfolgt.

24. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeich net, daß die Bestimmung dem Reifenkonstanten k_VAl,r und k_HAl,r in alternierenden Zyklen erfolgt, in denen die Reifenkonstanten k_VAl und k_HAr bzw. k_VAr und k_HAl je eines Vorderrades und des diesem diagonal gegen überliegenden Hinterrades des Zugfahrzeuges ermit telt werden.

25. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 20 bei einem Fahrzeug, das mit einer Regelungseinrichtung versehen ist, die das Verhältnis
der Vorderachs-Bremskraft B_VA zur Hinter achs-Bremskraft B_HA gemäß einer Beziehung
Φ = a+b.Z_soll
dahingehend regelt, daß bei einer Bremsung sämtli che Fahrzeugräder im wesentlichen dieselbe Radum fangsgeschwindigkeit haben, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinheit (25) zu einer adaptiven Ermittelung einer achsbezogenen Reifen konstante k_HA für die angetriebenen Fahrzeugräder, z. B. die Hinterräder des Fahrzeuges eine Auswertung der Beziehung
vermittelt, in der mit λ_HA der Antriebsschlupf und mit Z_vorwärts die Fahrzeugbeschleunigung bezeichnet sind, und zu einer adaptiven Ermittelung einer achsbezogenen Reifenkonstante k_VA für die nicht an getriebenen Fahrzeugräder eine Auswertung der Be ziehung
vermittelt, in der mit m_k eine Konstante bezeichnet ist, die ihrerseits durch die Beziehung
gegeben ist.

26. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 25 für einen als Gliederzug ausgebildeten Lastzug, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Zugfahrzeug als auch das Anhängerfahrzeug mit je einem Giergeschwindig keitssensor ausgerüstet sind.