DE19812237C1 - Verfahren zur Fahrdynamik-Regelung an einem Straßenfahrzeug - Google Patents
Verfahren zur Fahrdynamik-Regelung an einem StraßenfahrzeugInfo
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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 TK 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 vx und ggf. der Querbeschleuni
gung aq 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 vCH 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" vCH ist dieje
nige - fahrzeugspezifische - Geschwindigkeit bezeich
net, die einem Maximum des Quotienten /δ entspricht.
Dies gilt für niedrige Querbeschleunigungen aq ≦ 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 βS 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
pij (pij = 0,mzv,0,0; 0,0,0,JZ; 0,0,0,0; -1,0,0), [Q] eine 4×4-Matrix mit Elementen qij (qij = 0, -Cv -CH, 0, -mz.v - (CVlV - CHlH)/v; 0, CHlH - CVlV, 0, (-l 2|vCv - l 2|HCH)/v; 0,0,0,0; 0,0,0,1), einen Vier- Komponenten-Spaltenvektor mit den Komponenten ci (ci = CV,CVlV,0,0), einen aus den Zustandsgrößen βz und z gebildeten 4-Komponenten-Spaltenvektor mit den Kompo nenten xi (xi = 0, βZ, 0, z) und dessen zeitliche Ab leitung d/dt repräsentieren, erfolgt im Sinne einer Aktualisierung der fahrdynamischen Zustandsgrößen βZ(k-1) die zu einem Zeitpunkt t(k-1) ermittelt worden sind, auf den um die Taktzeitspanne Tk späteren Zeitpunkt t(k) durch Auswertung der Beziehung
pij (pij = 0,mzv,0,0; 0,0,0,JZ; 0,0,0,0; -1,0,0), [Q] eine 4×4-Matrix mit Elementen qij (qij = 0, -Cv -CH, 0, -mz.v - (CVlV - CHlH)/v; 0, CHlH - CVlV, 0, (-l 2|vCv - l 2|HCH)/v; 0,0,0,0; 0,0,0,1), einen Vier- Komponenten-Spaltenvektor mit den Komponenten ci (ci = CV,CVlV,0,0), einen aus den Zustandsgrößen βz und z gebildeten 4-Komponenten-Spaltenvektor mit den Kompo nenten xi (xi = 0, βZ, 0, z) und dessen zeitliche Ab leitung d/dt repräsentieren, erfolgt im Sinne einer Aktualisierung der fahrdynamischen Zustandsgrößen βZ(k-1) die zu einem Zeitpunkt t(k-1) ermittelt worden sind, auf den um die Taktzeitspanne Tk 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 pij
und qij.
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 CV und CH, 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 βz ist für den
Fall stationärer Kurvenfahrt und geringer Querbeschleu
nigung durch eine Auswertung der bekannten Beziehung
βZ = lH/RS gewinnbar, in der mit RS der Bahnradius des
Schwerpunktes des Fahrzeuges bezeichnet ist, wobei die
ser Radius RS durch die Beziehung RS = (l 2|H + R 2|H)1/2, in der
mit RH 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 βz, 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 βZ gemäß der Bezie
hung
in der mit aq 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 aq 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
mz.v(Z + Z) = Fv + FH-FG
Jz Z = Fv.lv - FH.lH + FG.lG
mA.v.(A + A) = FG + FA
JA A = FG.lAV-FA.lAH.
Jz Z = Fv.lv - FH.lH + FG.lG
mA.v.(A + A) = FG + FA
JA A = FG.lAV-FA.lAH.
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 FV, FH
und FG die an den Vorderrädern, den Hinterrädern und im
Sattelpunkt angreifenden Querkräfte bezeichnet, mit lG
der Abstand des Sattelpunktes vom Schwerpunkt des Zug
fahrzeuges, mit lAV und lAH der Abstand des Auflieger
scherpunktes vom Sattelpunkt bzw. der Aufliegerachse
und mit FA 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 βA 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 CV, CH und CA
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 mges des Zuges,
- b) die Masse mz des Zugfahrzeuges,
- c) die Masse mA des Anhängerfahrzeuges,
- d) den Radstand lz des Zugfahrzeuges,
- e) Achslast-Verteilung A/PHA des Zugfahrzeuges,
- f) Achslast-Verteilung des Zuges bzw. Hinterachslast PHA des Anhängerfahrzeuges sowie Routinen zur Ab schätzung
- g) des Trägheitsmoments JZ des Zugfahrzeuges um seine Hochachse und
- h) des Trägheitsmoments JA 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 mz
eines Zugfahrzeuges und ggf. der Gesamtmasse mges eines
Sattel- oder Gliederzuges vorgesehenen und auch zur
Masse mA 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 lz 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 lA des Aufliegers als auch der Abstand lSH 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 lV 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 lAV 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 PAHA 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 lAV 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 mAS des Aufliegers ist.
Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 19 gebildete Schätz
werte für das Gier-Trägheitsmoment JZ eines Zugfahrzeu
ges, z. B. eines Lastwagens mit von Fahrt zu Fahrt va
riierendem Beladungszustand und/oder für das Gier-Träg
heitsmoment JA 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 PHA sowie der Vorderachs
last PVA gemäß den Merkmalen der Ansprüche 21 und 22
durch Bremsversuche jedenfalls dann möglich, wenn rei
fenspezifische Konstanten kHA und kVA 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 kHA und kVA 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 lZ
(Fig. 1) voneinander angeordnet sind, der durch die Be
ziehung lz = lV + lH gegeben ist, in der mit lV der Ab
stand der Drehachse 43 des Vorderrades 41 vom Massen
schwerpunkt Sz des Zugfahrzeuges 11 und mit lH der Ab
stand der Drehachse 44 des Hinterrades 42 vom Massen
schwerpunkt Sz 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
lA 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 lA durch die Beziehung lA
= lAV + lAH gegeben ist, in der mit lAV der Abstand des
Sattelpunktes Sp bzw. der Gelenkachse 47 vom Massen
schwerpunkt SA des Aufliegers 12 und mit lAH der Ab
stand des Massenschwerpunktes SA 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 SZ
des Zugfahrzeuges gehende, vertikale Trägheitsachse be
zeichnet, bezüglich derer das Zugfahrzeug 11 aufgrund
seiner Massenverteilung das Trägheitsmoment Jz hat.
Mit 52 ist die durch den Schwerpunkt SA des Aufliegers
12 gehende vertikale Trägheitsachse bezeichnet, bezüg
lich derer der Auflieger 12 aufgrund seiner Massenver
teilung das Trägheitsmoment JA hat.
Mit lG ist der Abstand des Sattelpunktes Sp bzw. der
Gelenkachse 47 des Sattelgelenks 38 von der durch den
Schwerpunkt Sz 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 vz repräsentierte Bahngeschwindig
keit, mit der sich der Schwerpunkt Sz des Zugfahrzeuges
11 auf seinem Bahnkreis 53, der den Radius RZ 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 RV, be
dingt durch die Kinematik des Zugfahrzeuges 11, einen
etwas größeren Radius hat als der Bahnkreis 53 des
Fahrzeugschwerpunktes Sz 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 Mmv
konzentrische Kreise sind.
Bedingt durch die Fahrzeuggeometrie (Radstand lz und
horizontaler Abstand lH 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 βZ, der durch die Be
ziehung
gegeben ist und für den Fall gilt, daß die Bahnge
schwindigkeit vz 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 Mm0 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 vz treten jedoch Querbeschleunigun
gen auf, die zu einer Zentrifugalkraft FC führen, die
dem Betrage nach durch die Beziehung
FC = mz.vz.(Z + Z)
in der mit Z die Giergeschwindigkeit bezeichnet ist,
mit der sich das Fahrzeug um seine durch den Schwer
punkt Sz 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 Fc "nach außen" drängen, entsprechen Schräg
laufwinkel αV und αH 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 vV und vH 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 FVS und FHS wirkende Rückstellkräfte re
sultieren, die mit zunehmenden Beträgen der Schräglauf
winkel αV und αH 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 FVS und FHS können demgemäß durch die
folgenden Beziehungen angegeben werden:
FVS = CV.αV (1)
und
FHS = CH.αH (2)
durch die die Koeffizienten CV und CH im Sinne eines
elastischen Radmodells als Schräglaufsteifigkeiten de
finiert sind.
Für das Aufliegerrad 46 des Sattelzuges 10 (Fig. 3a)
gilt die entsprechende Beziehung
FAS = CA.αA (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 αV und αH und αA 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:
mZ.v.(Z + Z) = FV + FH-FG (8)
bezüglich des Kräftegleichgewichts am Zugfahrzeug 11
und
JZ.Z = FV.lV-FH.lH-FG.lG (9)
bezüglich des Momentengleichgewichts.
Für den Auflieger 12 ergeben sich die Beziehungen:
mA.v.(A + A) = FG + FA (10)
bezüglich des Kräftegleichgewichts und
JA.A = FG.lAV-FA.lAH (11)
bezüglich des Momentengleichgewichts, wobei in den Be
ziehungen (8) bis (11) mit FG der Betrag der im Sattel
gelenk 48 des Sattelzuges 10 wirksamen Querkräfte be
zeichnet ist.
Eine Elimination der Größe FG in den Beziehungen (8),
(9) und (11) anhand der Beziehung (10) ergibt das fol
gende Gleichungssystem:
mz.v.z + mz.v.z = Fv + FH + FA-mA.v.A-mA.v.A (8')
JZ.Z = Fv.lV-FH.lH-mA.v.A.lG-mA.v.A.lG (9')
sowie
JA.A = mA.v.βA.lAV + mA.v.A.lv-FA.lAV-FA.lAH (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,
βA und βZ ein System von insgesamt vier gekoppelten li
nearen Differentialgleichungen erster Ordnung, das,
wenn die Größen FV, FH und FA durch die Beziehungen (1),
(2) und (3) und hierin die Schräglaufwinkel αV, αH und
αA 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 βZ und βA 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 mz, lH, lV, für das Zugfahrzeug 11
und die Größen mA sowie lAH und lAV sowie lG 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 βZ und βA 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 CV, CH und CA 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 βA 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 βZ des Zugfahrzeu
ges 11 zu bestimmen ist die folgende:
Ausgehend von der Beziehung
Ausgehend von der Beziehung
FC = mZ.v.(Z + Z)
für die im Schwerpunkt des Zugfahrzeuges angreifende
Zentrifugalkraft FC ergibt sich für die am Fahrzeug an
greifende Querbeschleunigung aq 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 βZ 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 δt 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
Es wird fortlaufend für kleine Zeitschritte [k = 1, 2, . . ., n], deren Dauer δt 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 βZ wird schließlich
dessen Betrag gebildet, wobei die Aufsummation abgebro
chen werden kann, sobald gilt:
aq = 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 CV, CH, CA durch rein algebraische
Operationen, die die elektronische Steuereinheit 25
rasch durchführen kann, ermittelt werden.
Entsprechend können aus dem Gleichungssystem (8IV),
(9IV) für das Zugfahrzeug allein die Schräglaufsteifig
keiten CV und CH des Zugfahrzeuges ermittelt werden, so
daß, falls diese bekannt sind, die Schräglaufsteifig
keit CA 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 βZ des Zugfahrzeuges auftretenden Quer
beschleunigung aq ist beim dargestellten Ausführungs
beispiel ein Sensor 70 vorgesehen, der fortlaufend ein
für die Querbeschleunigung aq charakteristisches, von
der elektronischen Steuereinheit 25 verarbeitbares
elektrisches Ausgangssignal liefert.
Alternativ hierzu oder zusätzlich kann die Querbe
schleunigung aq 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 βA (Schwimmwinkel des Aufliegers), βZ
(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 CV des Vor
derrades 41 des Einspur-Modellfahrzeuges und deren Pro
dukt CVlV 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 pij (i, j = 1-4) der Matrix [P] sind
durch die folgenden Relationen gegeben:
p11 = mA.v; p12 = mz.v; p13 = p14 = 0;
p21 = -mA.v.lG; p22 = p23 = 0; p24 = Jz;
p31 = -mA.v.lAV; p32 = 0; p33 = JA; p34 = 0;
p41 = 1; p42 = -1; p43 = lAV/v; p44 = lG/v.
p21 = -mA.v.lG; p22 = p23 = 0; p24 = Jz;
p31 = -mA.v.lAV; p32 = 0; p33 = JA; p34 = 0;
p41 = 1; p42 = -1; p43 = lAV/v; p44 = lG/v.
Die Matrixelemente qij (i,j = 1-4) der Matrix [Q] sind
durch die folgenden Relationen gegeben:
q11 = -CA; q12 = Cv-CH; q13 = -mA.v + CA.lAH/v;
q14 = -mz.v-Cv.lv/v + CH.lH/v;
q21 = CA.lG; q22 = CH.lH-CV.lV;
q23 = mA.v.lG - CA.lG.lAH/v; q24 = -(l 2|v.Cv + l 2|H.CH)/v;
q31 = CA.lAV + CA.lAH; q32 = 0;
q33 = mA.v.lAV-(CA.lAV.lAH + CA.l 2|AH)/v; q34 = 0;
q41 = q42 = 0; q43 = -1; q44 = 1.
q14 = -mz.v-Cv.lv/v + CH.lH/v;
q21 = CA.lG; q22 = CH.lH-CV.lV;
q23 = mA.v.lG - CA.lG.lAH/v; q24 = -(l 2|v.Cv + l 2|H.CH)/v;
q31 = CA.lAV + CA.lAH; q32 = 0;
q33 = mA.v.lAV-(CA.lAV.lAH + CA.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 = CV; c2 = CV.lV; 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 βA des Schwimmwinkels des
Aufliegers 12, den Schwimmwinkel βZ 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 pij der Matrix P so
wie der Matrixelemente qij 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 mA des
Aufliegers 12 proportionalen Elemente p11, p21 und p31,
das das Gierträgheitsmoment JA des Aufliegers repräsen
tierende Matrixelement p33 und das die Schwerpunktslage
des Aufliegerschwerpunkts SA zwischen dem Sattelgelenk
48 und der Auflieger-Achse 49 berücksichtigende Matrix
element p43 = lAV/v und in der Matrix Q durch deren Ma
trixelemente q13, q23, q31 und q33 berücksichtigt, die
die Schwerpunktslage berücksichtigende Glieder (Fakto
ren lAV und lAH) und - mit Ausnahme des Matrixelements
q31 - auch zur Aufliegermasse mA direkt proportionale
Glieder als Summanden enthalten.
Bei unterstellbarer Kenntnis der Masse mz des Zugfahr
zeuges, seines Radstandes lz, seiner Schwerpunkts-An
ordnung zwischen den Fahrzeugachsen 42 und 44, und sei
nes Trägheitsmoments JZ sowie bei unterstellbarer
Kenntnis des Abstandes lA der Hinterachse 49 des Auf
liegers 12 vom Sattelgelenk 48 und auch des Abstandes
lG des Sattelgelenks von der Gier-Trägheitsachse 51 des
Zugfahrzeuges 11 ist eine Erfassung der Aufliegermasse
mA 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 mA als auch
der Anordnung des Massenschwerpunktes SA des Aufliegers
12 zwischen dessen Hinterachse 49 und dem Sattelgelenk
48 erlauben.
Die Aufliegermasse mA 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 (mz +
mA) geschlossen wird und die Anhängermasse mA 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 mA
ausgelegt.
Das das Gier-Trägheitsmoment JA des Aufliegers 12 be
rücksichtigende Matrixelement p33 der Matrix [P] wird
durch die Beziehung
p33 = (AV.l 2|AV + AH.l 2|AH).1,1
angenähert, in der mit AV die Auflieger-Last im Sattel
gelenk 48 und mit AH 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 CV, CH und CA 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, βA, 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
aqz. 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, aqz) 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
aqz 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 βA
und βZ 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 βZ sowie A und βA
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 (mZ, mA, lV, lH, lAV, lAH und lG) im
plementiert, anhand derer die Matrixelemente pij der
Matrix [P] sowie die Matrixelemente qij 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 CV, CH und CA 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 qij
und qij 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 mz des Zugfahrzeuges,
die Abstände lV und lH des Schwerpunktes des Zugfahr
zeuges von der Vorderachse und der Hinterachse, der Ab
stand lG des Sattelpunktes vom Schwerpunkt des Zugfahr
zeuges und dessen Trägheitsmoment JZ 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 mZHA
der Gesamtmasse mges 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 pij und qij des Fahrzeugmodells noch benö
tigten Größen lv, lH, lAV, lAH und m< ;S 24704 00070 552 001000280000000200012000285912459300040 0002019812237 00004 24585UB<A wie folgt be
stimmbar:
Es folgt zunächst eine Ermittelung der Gesamtmasse mges des Sattelzuges 10 durch Auswertung der Beziehung
Es folgt zunächst eine Ermittelung der Gesamtmasse mges des Sattelzuges 10 durch Auswertung der Beziehung
in der mit Mmot das in [Nm] gemessene Motor-Ausgangs
drehmoment bezeichnet ist, mit nmot 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 ZHSP die Verzögerung
des Fahrzeuges in einer - antriebslosen - Hoch-Schalt-Pause,
in der der Fahrer von einer Schaltstufe in die
nächsthöhere schaltet und mit Zist 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 Mmot ist, desgleichen ein Signal, das ein
Maß für die Motordrehzahl nmot 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 ZHSP und Zist mit
hinreichender Genauigkeit bestimmbar sind.
Der anhand der Beziehung (17), die auch für einen Glie
derzug gilt, ermittelte Wert mges 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 mA des Aufliegers 12 des Sattelzuges 10
oder eines Anhängers eines Gliederzuges, dessen Zug
fahrzeug seinerseits ein Lastkraftwagen ist, ergibt
sich bei bekannter Teilmasse mZ des Zugfahrzeuges aus
der Beziehung
mA = mges-mZ (18),
wobei im Falle eines Gliederzuges, bei dem als Zugfahr
zeug ein Lastkraftwagen dient, der seinerseits eine im
allgemeinen unbekannte Nutzlast trägt, die Teilmasse mZ
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 mZ 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 lV (Abstand des Fahr
zeugschwerpunktes von der Vorderachse), lH (Abstand des
Fahrzeug-Schwerpunktes von der Hinterachse) und lG (Ab
stand des Sattelpunktes 47 vom Schwerpunkt 51 des Zug
fahrzeuges 11) und auch dessen Masse mZ sowie das Träg
heitsmoment JZ um die vertikale Trägheitsachse 51 des
Zugfahrzeuges 11 bekannt sind, und daß auch die Masse
mA des Aufliegers 12 und auch dessen zwischen dem Sat
telpunkt 47 und der Aufliegerachse 49 gemessene Länge
lA bekannt sind, ist es, um die Matrixelemente pij der
Matrix [P] und die Matrixelemente qij der Matrix [Q]
der Matrizengleichung (12) bestimmen zu können, ledig
lich noch erforderlich, für den Auflieger 12 die Größen
lAV (Abstand seines Schwerpunktes 52 vom Sattelpunkt 47
des Sattelzuges 10) und den Abstand lAH des Auflieger
schwerpunktes 52 von seiner Hinterachse zu bestimmen,
woraus sich in guter Näherung auch der Wert JA des
Trägheitsmomentes gemäß der als Schätzung anzusehenden
Beziehung
JA = (mAV.l 2|AV + mAH.l 2|AH).1,1 (19)
ergibt, in der mit lAV der Abstand des Sattelpunktes 47
vom Schwerpunkt 52 des Aufliegers 12 und mit lAH der
Abstand des Aufliegerschwerpunktes 52 von der Hinter
achse 49 des Aufliegers 12, mit mAV die im Sattelpunkt
47 abgestützte Teilmasse des Aufliegers 12 und mit mAH
die über die Hinterachse 49 des Aufliegers 12 abge
stützte Teilmasse desselben bezeichnet sind.
Die beiden Größen lAV und lAH sind durch die Beziehung
lAH = lA-lAV (20)
miteinander verknüpft, in der lAV der Beziehung
genügt, in der mit mZHA die Hinterachslast am Zugfahr
zeug 11 bei angehängtem Auflieger, mit mZHAleer die Hin
terachslast am Zugfahrzeug ohne Auflieger, mit mA die
Gesamtmasse des Aufliegers 12, mit lZ der Radstand des
Zugfahrzeuges und mit lSV der Abstand des Sattelpunktes
47 von der Vorderachse 43 des Zugfahrzeuges 11 bezeich
net sind.
Ist, wie zum Zweck der Erläuterung vorausgesetzt, die
Hinterachslast mZHA des Zugfahrzeuges 11 bei angehängtem
Auflieger 12 durch das Ausgangssignal des Achslastsen
sors 78 bekannt, sind die Matrixelemente pij und qij 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 lAV durch die Beziehung
gegeben, in der mit mAS die Aufliegerlast des Auflie
gers 12 im Sattelpunkt 47 bezeichnet ist.
Auch in diesem Falle ist die Größe lAH durch die Bezie
hung (20) gegeben.
Die Größe lAV 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 mAHA
ist.
In diesem Falle ist die Größe lAV durch die Beziehung
gegeben und die Größe lAH 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 lA 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 RH der mittlere Bahn
radius der Hinterräder des Zugfahrzeuges und mit RA 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 bH die Spurweite der Hinterachse des Zug
fahrzeuges 11 und mit bA die Spurweite der Auflieger
achse 49 bezeichnet sind und mit vH,Alinks und vH,Arechts
die Radgeschwindigkeiten an der jeweiligen Achse be
zeichnet sind.
Hierbei ist vorausgesetzt, daß die Spurweiten bH,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 lSH des Sattelpunktes
47 von der Hinterachse 44 des Zugfahrzeuges die Bezie
hung
Dadurch ist bei bekannter Schwerpunktslage (lV, lH) die
Größe lG gemäß der Beziehung
lG = lH-lSH (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 RH
der Hinterräder auch der mittlere Bahnradius bestimmt
wird und hiernach gemäß der Beziehung
der Radstand lZ 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 mZ, das Verhältnis fMZ der Auslegung der
Vorderradbremsen in Relation zu derjenigen der Hinter
radbremsen, das gleiche Bremsenkennwerte CVA und CHA an
den Vorderradbremsen und an den Hinterradbremsen vor
ausgesetzt, angibt, um welchen Faktor (fMZ) die Vorder
achs-Bremskraft BVA größer ist als die Hinterachs-
Bremskraft BHA, sowie Reifenkonstanten kHA und kVA be
kannt sind, über die der Bremsschlupf λHA und λVA mit
dem über die Radbremsen ausübbaren Bremskräften BHA und
BVA durch die Beziehung
λHA,VA = kHA,VA.BHA,VA/PHA,VA = kHA,VA.µHA,VA (30)
verknüpft ist, in der mit PHA die Hinterachslast und
mit PVA 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 mges
bekannt, z. B. gemäß der Beziehung (17) ermittelt worden
ist.
Eine Erfassung - "Messung" - der Hinterachs-Last PHA 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:
mges.Z = µHA.PHA (31)
in der mit µHA der an der Hinterachse des Zugfahrzeuges
maßgebliche Kraftschlußbeiwert zwischen der Fahrbahn
und den gebremsten Fahrzeugrädern bezeichnet ist, der
gemäß der Beziehung
λHA = kHA.µHA (32)
mit dem hierbei an der Hinterachse auftretenden Brems
schlupf µHA 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 nHA 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 λHA die Hinterachslast PHA
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 λVA und λHA an der Vorder
achse und der Hinterachse des Zugfahrzeuges entspricht,
so daß die folgende Relation gilt:
bzw., wenn CHA = CVA angenommen werden kann,
wird durch Messung der Drücke pVA und pHA, mit denen die
Aktuatoren der Vorderachs-Bremsen und die Aktuatoren
der Hinterachs-Bremsen angesteuert werden, das entspre
chende Druckverhältnis
pVA/pHA = a (37)
und hieraus durch Auswertung der Beziehung (36') das
Verhältnis der Vorderachslast PVA zur Hinterachslast PHA
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 PVA und PHA ergibt sich für
die Achslast PAL des Aufliegers die Beziehung
PAL = mges.g-(PVA + PHA) (40).
Zur Erläuterung einer adaptiven Bestimmung der Reifen
konstanten kVA und kAH, 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 λOM der für die Fahrzeugverzögerung
nutzbare Anteil der am Rad wirksamen Normalkraft, der
durch den Kraftschlußbeiwert µ angegeben ist, bis zu
einem Maximalwert µmax ansteigt und sodann, d. h. bei
weiterer Vergrößerung des Bremsschlupfes λ wieder ab
fällt, um schließlich bei dem Wert λ = 1 einen Grenzwert
µG 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 kHA und kVA 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 mZ und Achslastver
teilung PV/PH gefahren wird, die Reifenkonstanten kVAl,
kVAr, kAHl und kAHr 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 (λAl,r)
und der mit der jeweils gemessenen Fahrzeugverzögerung
korrelierte Bremsschlupf λVAl,r bestimmt und aus einer
mittelnden oder interpolierenden Verarbeitung der jewei
ligen Wertepaare die Reifenkonstante kVAl bzw. kVAr des
jeweiligen Vorderrades bestimmt.
Hierbei wird, wenn das linke Vorderrad gebremst wird,
dessen Schlupf λVAL gemäß der Beziehung
bestimmt, und, falls das rechte Vorderrad allein ge
bremst wird, dessen Schlupf λVAr gemäß der Beziehung
wobei die im Nenner der Beziehungen (41) und (42) ste
henden Raddrehzahlen nVAr bzw. nVAl jeweils diejenige des
nicht gebremsten Vorderrades als Referenzdrehzahl ist.
Die Reifenkonstanten kVAl und kVAr ergeben sich für die
Anfangsphase der Bremsung, in der jeweils nur ein Vor
derrad gebremst ist, durch Auswertung der Beziehung
in der mit PVA die Vorderachslast bezeichnet ist.
Auf analoge Weise werden die Reifenkonstanten kAHl,r ge
mäß der Beziehung
bestimmt, in der mit PHA die Hinterachslast bezeichnet
ist.
Die bei einer Auswertung der Beziehung 44 berücksich
tigten Werte λHAl und λHAr 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 kVA und kAH ermit
telt werden, wobei die Hinterachs-Reifenkonstante kHA
im Traktionsbetrieb des Zugfahrzeuges ermittelt wird
und bei hiernach bekanntem Wert der Hinterachs-Reifen
konstante im Bremsbetrieb die Vorderachs-Reifen
konstante kVA ermittelt wird.
Die Bestimmung der Hinterachs-Reifenkonstanten kAH er
folgt in einer Betriebssituation des Fahrzeuges, in der
seine Vorwärtsbeschleunigung Zvorwärts konstant ist. Die
Vorwärtsbeschleunigung Zvorwärts ist hierbei durch die
Beziehung
und der Antriebsschlupf λHAntrieb durch die Beziehung
gegeben. Die Vorwärts-Beschleunigung Zvorwärts wird
zweckmäßigerweise aus einer differenzierenden Verarbei
tung der Raddrehzahlen nVA der Vorderräder ermittelt.
Aus der für die Vorwärtsbeschleunigung Zvorwärts gelten
den Beziehung (47) folgt für die Hinterachs-Reifen
konstante kHA unmittelbar die Beziehung:
die anhand der gemessenen Werte der Vorwärtsbeschleuni
gung Zvorwärts und des Antriebsschlupfes auswertbar ist.
Aus der Beziehung (49) für die Hinterachs-Reifen
konstante kHA erfolgt für das Verhältnis des Antriebs
schlupfes zur Vorwärtsbeschleunigung unmittelbar die
Beziehung:
aus der ersichtlich ist, daß dieses Verhältnis eine
fahrzeugsspezifische Konstante mk repräsentiert, die
der Beziehung genügt:
Unter Berücksichtigung der für das Achslastverhältnis
PVA/PHA geltenden Beziehung (38):
ergibt sich für die Vorderachs-Reifenkonstante kVA die
Beziehung
In dieser Beziehung (50) ist mit a das der Beziehung
(37) entsprechende Druckverhältnis PVA/PHA 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 (26)
1. Verfahren zur Fahrdynamik-Regelung an einem Straßen
fahrzeug, wonach taktgesteuert in zeitlich aufeinan
derfolgenden Zyklen vorgebbarer Dauer TK 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 vx 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 pij (pij = 0,mzv,0,0; 0,0,0,Jz; 0,0,0,0; 0, -1,0,0) repräsentiert, in denen mit mz die Masse des Fahrzeuges, mit Jz sein Gier-Trägheitsmoment und mit v die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit bezeichnet sind,
[Q] eine 4×4-Matrix mit Elementen qij (qij = 0, -Cv -CH, 0, -mz.v - (CVlV - CHlH)/v; 0, CHlH - CVlV, 0, (-l 2|vCv - l 2|HCH)/v; 0,0,0,0;0,0,0,1) re präsentiert, in denen mit CV und CH die Schräglauf steifigkeiten der Vorderräder bzw. der Hinterräder des Fahrzeuges und mit lV und lH der Abstand des Fahr zeugschwerpunktes von der Vorderachse bzw. der Hin terachse bezeichnet sind, einen 4-Komponenten Spaltenvektor mit den Komponenten ci (ci = CV,CVlV,0,0) repräsentiert, einen aus den Zu standsgrößen βz und Z gebildeten 4-Komponenten-Spalten vektor mit den Komponenten xi (xi = 0, βz, 0, Z) und dessen zeitliche Ableitung d/dt repräsentie ren, und daß die Aktualisierung der fahrdynamischen Zustandsgrößen βz(k-1) und Z(k-1) die zu einem Zeit punkt t(k-l) ermittelt worden sind, auf den um die Taktzeitspanne Tk späteren Zeitpunkt t(k) durch Aus wertung des Gleichungssystems
mit auf den Zeitpunkt t(k) aktualisierten Werten der Matrixelemente pij und qij erfolgt.
implementiert ist, in dem [P] eine 4×4-Matrix mit Elementen pij (pij = 0,mzv,0,0; 0,0,0,Jz; 0,0,0,0; 0, -1,0,0) repräsentiert, in denen mit mz die Masse des Fahrzeuges, mit Jz sein Gier-Trägheitsmoment und mit v die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit bezeichnet sind,
[Q] eine 4×4-Matrix mit Elementen qij (qij = 0, -Cv -CH, 0, -mz.v - (CVlV - CHlH)/v; 0, CHlH - CVlV, 0, (-l 2|vCv - l 2|HCH)/v; 0,0,0,0;0,0,0,1) re präsentiert, in denen mit CV und CH die Schräglauf steifigkeiten der Vorderräder bzw. der Hinterräder des Fahrzeuges und mit lV und lH der Abstand des Fahr zeugschwerpunktes von der Vorderachse bzw. der Hin terachse bezeichnet sind, einen 4-Komponenten Spaltenvektor mit den Komponenten ci (ci = CV,CVlV,0,0) repräsentiert, einen aus den Zu standsgrößen βz und Z gebildeten 4-Komponenten-Spalten vektor mit den Komponenten xi (xi = 0, βz, 0, Z) und dessen zeitliche Ableitung d/dt repräsentie ren, und daß die Aktualisierung der fahrdynamischen Zustandsgrößen βz(k-1) und Z(k-1) die zu einem Zeit punkt t(k-l) ermittelt worden sind, auf den um die Taktzeitspanne Tk späteren Zeitpunkt t(k) durch Aus wertung des Gleichungssystems
mit auf den Zeitpunkt t(k) aktualisierten Werten der Matrixelemente pij und qij erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schwimmwinkel βz bei konstanter Geschwin
digkeit des Fahrzeuges auch durch eine Auswertung
der Beziehung
überprüft wird.
überprüft wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schwimmwinkel βz des Fahr
zeuges auch durch eine Auswertung der Beziehung
für die Integrationszeitspanne ti = tc - t0 gewonnen wird, innerhalb derer der Fahrer den für Kurven fahrt erforderlichen Lenkwinkel δ einstellt, wobei mit aq die auf das Fahrzeug wirkende Querbeschleu nigung bezeichnet ist.
für die Integrationszeitspanne ti = tc - t0 gewonnen wird, innerhalb derer der Fahrer den für Kurven fahrt erforderlichen Lenkwinkel δ einstellt, wobei mit aq 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 βA (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 [Pz] durch
die Elemente
p11 = mA v, p21 = - mAvlG, p31 = -mAvlAV, p33 = JA, p41 = 1, p43 = lAV/v und p44 = lG/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 = CA, q13 = mAv + CAlAH/v, q21 = CAlG, q23 = mAvlG - CAlGlAH/v, q31 = CAlAV + CAlAH, q33 = mAvlAV - (CAlAVlAH + CAl 2|AH)/v und q43 = -1 ersetzt sind und der Zustandsvektor und dessen zeitliche Ablei tung um die Komponenten x1 = βA und x3 = A bzw. 1 = A und 3 = A ergänzt sind, wobei mit mA die Masse des Aufliegers, mit lG der in Fahrzeuglängs richtung gemessene Abstand der Sattelgelenkachse vom Schwerpunkt des Zugfahrzeuges, mit lAV der Abstand des Schwerpunktes des Aufliegers 12 von der Sattelge lenkachse, mit lAH der Abstand des Aufliegerschwer punktes von der Aufliegerachse, mit CA die Schräg laufsteifigkeit der Räder der Aufliegerachse und mit JA das Gierträgheitsmoment des Aufliegers (12) be zeichnet sind.
p11 = mA v, p21 = - mAvlG, p31 = -mAvlAV, p33 = JA, p41 = 1, p43 = lAV/v und p44 = lG/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 = CA, q13 = mAv + CAlAH/v, q21 = CAlG, q23 = mAvlG - CAlGlAH/v, q31 = CAlAV + CAlAH, q33 = mAvlAV - (CAlAVlAH + CAl 2|AH)/v und q43 = -1 ersetzt sind und der Zustandsvektor und dessen zeitliche Ablei tung um die Komponenten x1 = βA und x3 = A bzw. 1 = A und 3 = A ergänzt sind, wobei mit mA die Masse des Aufliegers, mit lG der in Fahrzeuglängs richtung gemessene Abstand der Sattelgelenkachse vom Schwerpunkt des Zugfahrzeuges, mit lAV der Abstand des Schwerpunktes des Aufliegers 12 von der Sattelge lenkachse, mit lAH der Abstand des Aufliegerschwer punktes von der Aufliegerachse, mit CA die Schräg laufsteifigkeit der Räder der Aufliegerachse und mit JA 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 βA 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.
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 RV der mittlere Kurven bahnradius der Vorderräder des Zugfahrzeuges (11) und mit RA der mittlere Kurvenbahnradius der Räder des Aufliegers (12) bezeichnet sind, wobei RV und RA durch die Beziehung
gegeben sind, in der mit bspurV,A die Spurweiten an der Vorderachse des Zugfahrzeuges (bspurV) bzw. an der Aufliegerachse (bspurA), mit vRl und vRr die Ra dumfangsgeschwindigkeiten am linken und am rechten Rad der jeweiligen Fahrzeugachse und mit vAchseV,A, je weils deren algebraische Mittelwerte bezeichnet sind.
ermittelt wird, in der mit RV der mittlere Kurven bahnradius der Vorderräder des Zugfahrzeuges (11) und mit RA der mittlere Kurvenbahnradius der Räder des Aufliegers (12) bezeichnet sind, wobei RV und RA durch die Beziehung
gegeben sind, in der mit bspurV,A die Spurweiten an der Vorderachse des Zugfahrzeuges (bspurV) bzw. an der Aufliegerachse (bspurA), mit vRl und vRr die Ra dumfangsgeschwindigkeiten am linken und am rechten Rad der jeweiligen Fahrzeugachse und mit vAchseV,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 CV und CH der Räder des Zug
fahrzeugs und die Schräglaufsteifigkeit CA 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.
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 vx 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 (nVl, nVr, nHl, nHr, nAl nAr, Mmot, pVA, pHA)
implementiert sind:
- a) Gesamtmasse mges des Zuges
- b) Masse mZ des Zugfahrzeuges
- c) Masse mA des Anhängerfahrzeuges
- d) Radstand lz des Zugfahrzeuges
- e) Achslast-Verteilung PVA/PHA des Zugfahrzeuges
- f) Achslast-Verteilung des Zuges bzw. Hinterachs
last PA des Anhängerfahrzeuges,
sowie Routinen zur Abschätzung - g) des Trägheitsmoments JZ des Zugfahrzeuges um seine Hochachse und
- h) des Trägheitsmoments JA des Anhängerfahrzeuges um seine Hochachse.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß die Bestimmung der Masse mz des Zugfahr
zeuges (11) und der Gesamtmasse mges eines Sattel- oder
Gliederzuges durch eine Auswertung der Bezie
hung
erfolgt, in der mit Mmot das in [Nm] gemessene Mo tor-Ausgangsmoment, mit nmot 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 ZHSP die in einer antriebslosen Hoch-Schalt-Pause, in der der Fahrer eine einer niedrigeren Motordrehzahl entsprechende Getriebe stufe einlegt, sich ergebende Fahrzeugverzögerung und mit Zist 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 mA des Anhängerfahrzeuges durch Auswertung der Be ziehung mA = mges - mz ermittelbar ist.
erfolgt, in der mit Mmot das in [Nm] gemessene Mo tor-Ausgangsmoment, mit nmot 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 ZHSP die in einer antriebslosen Hoch-Schalt-Pause, in der der Fahrer eine einer niedrigeren Motordrehzahl entsprechende Getriebe stufe einlegt, sich ergebende Fahrzeugverzögerung und mit Zist 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 mA des Anhängerfahrzeuges durch Auswertung der Be ziehung mA = mges - mz 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 lz des Zugfahrzeuges gemäß
der Beziehung
ermittelt, in der RV und RH 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 bV,H die Spurweite bV und bH an der Vorder- und der Hinterachse des Zug fahrzeuges (11) und mit vV,Hl sowie vV,Hr die Radge schwindigkeiten des linken und des rechten Vorder- bzw. Hinterrades des Zugfahrzeuges bezeichnet sind.
ermittelt, in der RV und RH 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 bV,H die Spurweite bV und bH an der Vorder- und der Hinterachse des Zug fahrzeuges (11) und mit vV,Hl sowie vV,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 lz des Zugfahrzeuges durch
Auswertung der Beziehung
ermittelt.
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 lA des
Aufliegers aus einer Auswertung der Beziehung
ermittelt, in der RH und RA die mittleren Bahnradien RH,A der Hinterräder des Zugfahrzeuges und der Räder der Aufliegerachse bezeichnet sind, die ihrerseits gemäß der Beziehung
ermittelbar sind, in der mit bH,A die Spurweiten bH und bA der Hinterachse des Zugfahrzeuges bzw. des Aufliegers bezeichnet sind.
ermittelt, in der RH und RA die mittleren Bahnradien RH,A der Hinterräder des Zugfahrzeuges und der Räder der Aufliegerachse bezeichnet sind, die ihrerseits gemäß der Beziehung
ermittelbar sind, in der mit bH,A die Spurweiten bH und bA der Hinterachse des Zugfahrzeuges bzw. des Aufliegers bezeichnet sind.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich
net, daß die elektronische Steuereinheit (25) den
Abstand lSH des Sattelpunktes von der Hinterachse
des Zugfahrzeuges (11) durch eine Auswertung der
Bezeichnung
ermittelt.
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 PVA oder
PHA ist.
15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich
net, daß die elektronische Steuereinheit (25) eine
Bestimmung des Abstands lV 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 lV gemäß der Beziehung
vermittelt, wenn der Achslastsensor der Vorderachse des Fahrzeuges zugeordnet ist.
vermittelt, wenn der Achslastsensor der Hinterachse des Fahrzeuges zugeordnet ist und eine Bestimmung dieses Abstands lV 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 PAHA charakteristisches, von der elektronischen
Steuereinheit verarbeitbares elektrisches Ausgangs
signal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die
elektronische Steuereinheit den Abstand lAV des
Schwerpunktes des Aufliegers (12) vom Sattelgelenk
gemäß der Beziehung
bestimmt, in der mit lA der Abstand der Auflie gerachse vom Sattelpunkt und mit mA die Auflieger masse bezeichnet sind.
bestimmt, in der mit lA der Abstand der Auflie gerachse vom Sattelpunkt und mit mA 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 mZHA charakteristisches, von der
elektronischen Steuereinheit (25) verarbeitbares
elektrisches Ausgangssignal erzeugt, dadurch ge
kennzeichnet, daß die elektronische Steuereinheit
(25) den Abstand lAV des Aufliegerschwerpunktes vom
Sattelgelenk gemäß der Beziehung
bestimmt, in der mit mZHAleer die über die Hinterachse des Zugfahrzeuges ohne Auflieger abgestützte Masse, mit mA die Aufliegermasse und mit lSV der Abstand des Sattelgelenks von der Vorderachse des Zugfahr zeuges bezeichnet sind.
bestimmt, in der mit mZHAleer die über die Hinterachse des Zugfahrzeuges ohne Auflieger abgestützte Masse, mit mA die Aufliegermasse und mit lSV 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 mAS des Aufliegers (12)
charakteristisches, von der elektronischen Steuer
einheit (25) verarbeitbares elektrisches Ausgangs
signal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die
elektronische Steuereinheit (25) den Abstand lAV des
Aufliegerschwerpunktes vom Sattelgelenk gemäß der
Beziehung
bestimmt.
bestimmt.
19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 18, da
durch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuer
einheit eine Abschätzung des Gier-Trägheitsmoments
JZ des Zugfahrzeuges (11) und des Gier-Trägheits
moments JA des Anhängerfahrzeuges (12) gemäß
der/den Beziehung(en)
JZ = (mV.l 2|V + mH.l2 H).1,1
und
JA = (mAV.l 2|Av + mAH.l2 AH).1,1
vermittelt, in der/denen mit mV der über die Vor derachse des Zugfahrzeuges abgestützte Massenan teil, mit mH der über dessen Hinterachse auf der Fahrbahn abgestützte Massenanteil des Zugfahrzeuges und mit lH der Abstand (lZ - lV) des Zugfahrzeug schwerpunktes von der Hinterachse des Zugfahrzeuges sowie mit mAV der im Sattelgelenk abgestützte Mas senanteil des Aufliegers, mit mAH der über die Auf lieger-Hinterräder auf der Fahrbahn abgestützte Massenanteil des Aufliegers und mit lAH = lA - lAV der Abstand des Aufliegerschwerpunktes von der Hin terachse (49) des Aufliegers (12) bezeichnet sind.
JZ = (mV.l 2|V + mH.l2 H).1,1
und
JA = (mAV.l 2|Av + mAH.l2 AH).1,1
vermittelt, in der/denen mit mV der über die Vor derachse des Zugfahrzeuges abgestützte Massenan teil, mit mH der über dessen Hinterachse auf der Fahrbahn abgestützte Massenanteil des Zugfahrzeuges und mit lH der Abstand (lZ - lV) des Zugfahrzeug schwerpunktes von der Hinterachse des Zugfahrzeuges sowie mit mAV der im Sattelgelenk abgestützte Mas senanteil des Aufliegers, mit mAH der über die Auf lieger-Hinterräder auf der Fahrbahn abgestützte Massenanteil des Aufliegers und mit lAH = lA - lAV 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 PHA 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 λHA der gemäß der Beziehung
ermittelte Bremsschlupf und mit kHA 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 nVA die Rad drehzahlen der nicht gebremsten (Vorder-)Räder und mit nHA die Raddrehzahlen der gebremsten (Hinter-) Räder des Zugfahrzeuges (11) bezeichnet sind.
bestimmt, in der mit Z die (gemessene) Fahrzeugver zögerung, mit λHA der gemäß der Beziehung
ermittelte Bremsschlupf und mit kHA 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 nVA die Rad drehzahlen der nicht gebremsten (Vorder-)Räder und mit nHA 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 PVA des Zugfahrzeuges (11) durch eine
Auswertung der Beziehung
ermittelt, in der mit kVA die Reifenkonstante(n) der Vorderräder des Zugfahrzeuges (11), mit fMz das Aus legungsverhältnis der Vorderrad- und der Hinterrad bremsen bezeichnet ist, das dem Verhältnis BVA/BHA der Vorderachs-Bremskraft BVA und der Hinterachs bremskraft BHA entspricht, wenn sämtliche Radbremsen mit demselben Steuerdruck angesteuert werden, und mit a das Betätigungsdruckverhältnis pVA/pHA bezeich net ist, das sich ergibt, wenn bei einer Bremsung alle gebremsten Fahrzeugräder durch Bremskraftver teilungsregelung auf gleiche Momentangeschwindig keit geregelt werden.
ermittelt, in der mit kVA die Reifenkonstante(n) der Vorderräder des Zugfahrzeuges (11), mit fMz das Aus legungsverhältnis der Vorderrad- und der Hinterrad bremsen bezeichnet ist, das dem Verhältnis BVA/BHA der Vorderachs-Bremskraft BVA und der Hinterachs bremskraft BHA entspricht, wenn sämtliche Radbremsen mit demselben Steuerdruck angesteuert werden, und mit a das Betätigungsdruckverhältnis pVA/pHA 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 kVAl und kVAr des linken und des
rechten Vorderrades des Zugfahrzeuges und der Rei
fenkonstanten kHAl und kHAr des linken und des rech
ten Hinterrades durch Auswertung der Beziehungen
und
für Bremsungen mit mäßiger Fahrzeugverzögerung (Z < 0,2 g) erfolgt.
und
für Bremsungen mit mäßiger Fahrzeugverzögerung (Z < 0,2 g) erfolgt.
24. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeich
net, daß die Bestimmung dem Reifenkonstanten kVAl,r
und kHAl,r in alternierenden Zyklen erfolgt, in denen
die Reifenkonstanten kVAl und kHAr bzw. kVAr und kHAl 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 BVA zur Hinter achs-Bremskraft BHA gemäß einer Beziehung
Φ = a+b.Zsoll
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 kHA für die angetriebenen Fahrzeugräder, z. B. die Hinterräder des Fahrzeuges eine Auswertung der Beziehung
vermittelt, in der mit λHA der Antriebsschlupf und mit Zvorwärts die Fahrzeugbeschleunigung bezeichnet sind, und zu einer adaptiven Ermittelung einer achsbezogenen Reifenkonstante kVA für die nicht an getriebenen Fahrzeugräder eine Auswertung der Be ziehung
vermittelt, in der mit mk eine Konstante bezeichnet ist, die ihrerseits durch die Beziehung
gegeben ist.
der Vorderachs-Bremskraft BVA zur Hinter achs-Bremskraft BHA gemäß einer Beziehung
Φ = a+b.Zsoll
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 kHA für die angetriebenen Fahrzeugräder, z. B. die Hinterräder des Fahrzeuges eine Auswertung der Beziehung
vermittelt, in der mit λHA der Antriebsschlupf und mit Zvorwärts die Fahrzeugbeschleunigung bezeichnet sind, und zu einer adaptiven Ermittelung einer achsbezogenen Reifenkonstante kVA für die nicht an getriebenen Fahrzeugräder eine Auswertung der Be ziehung
vermittelt, in der mit mk 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.
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