DE19829361A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Kippsicherheit von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Kippsicherheit eines Kraftfahrzeuges. Bei bekannten Systemen ist die Dämpfungskraftcharakteristik von verstellbaren Schwingungsdämpfern je nach detektierter Wankfrequenz einstellbar. Dazu sind wenigstens ein Schwingungsdämpfer (16a, 16b, 16c, 16d) pro Fahrzeugseite, deren Dämpfungskraftcharakteristik jeweils veränderbar ist, Erfassungsmittel (12) zur Ermittlung der Wankbewegung und zur Erzeugung eines entsprechenden Signals sowie eine Steuereinheit (14), welche die Dämpfungskraftcharakteristik unter Berücksichtigung des Wankfrequenzsignals einstellt, vorgesehen. DOLLAR A Problematisch ist das Auftreten einer Wankbewegung im Eigenfrequenzbereich des Kraftfahrzeuges. Um in diesem Bereich Probleme zu vermeiden, soll die Dämpfung härter eingestellt werden. Dazu wird detektiert, ob sich die Wankbewegung oder Spektralteile davon im Bereich der Eigenfrequenz des Kraftfahrzeugs befindet. Ist dies der Fall, wird die Dämpfung härter eingestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Kippsicherheit eines Kraftfahrzeugs gemäß den Oberbegriffen der An­ sprüche 1 bzw. 2.

In jüngster Zeit sind verstärkt Verfahren und Vorrichtungen zur elektroni­ schen Dämpferkontrolle bei Kraftfahrzeugen bekannt geworden, mit denen die Fahrstabilität eines Kraftfahrzeugs verbessert werden kann. Zur Erhö­ hung der Fahrstabilität wird in Grenzfällen in der Regel auf eine härtere Dämpfung übergegangen, wodurch insbesondere ein Aufschaukeln des Fahrzeugs bei starken, alternierenden Lenkbewegungen vermieden werden kann.

Eine Vorrichtung der eingangs bekannten Art ist in der DE 196 15 737 A1 beschrieben, und zwar in Form eines aktiven Federungssystems, mit wel­ chem eine gewünschte Federcharakteristik erzielt werden kann. Dabei wird u. a. die Wankbewegung mittels zwei Vertikalbeschleunigungssensoren er­ mittelt und entsprechend den Ergebnissen die Federcharakteristik einge­ stellt.

Ein ähnliches Verfahren ist aus der DE 196 54 223 A1 bekannt. Auch hierin ist die Ermittlung der Wankkomponente mittels eines Vertikalbeschleuni­ gungssensor beschrieben und die Einstellung einer Zieldämpfungscharakte­ ristik dargelegt.

Die vorgenannten Vorrichtungen bzw. Verfahren agieren jedoch erst dann, wenn die Wankbewegung bereits tatsächlich kritische Ausmaße angenom­ men hat.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der ein­ gangs genannten Art derart weiterzubilden, daß übermäßige Wankbewe­ gungen bereits im Vorfeld erkannt und durch eine Erhöhung der Dämpfung ausgeschlossen werden können.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 2 dargelegten Merkmale verfahrens- bzw. vorrichtungsmäßig gelöst.

Ausgangspunkt für die Erfindung war unter anderem die Überlegung, daß beim Kipp-Phänomen eines Kraftfahrzeugs die Wankeigenfrequenz eine we­ sentliche Rolle spielt. Simulationsrechnungen und Fahrversuchsergebnisse haben gezeigt, daß durch eine Resonanzüberhöhung ein Kippen des Fahr­ zeugs hervorgerufen werden kann. Im Bild 1 ist als Beispiel die Frequenzab­ hängigkeit der Wankreaktion eines Fahrzeugs bei einer Anregung mit einem sich sinusförmig ändernden Lenkradwinkel mit konstanter Amplitude darge­ stellt. Die Frequenz der Sinuswelle ändert sich über die Zeit von niedrigen zu höheren Frequenzen. In Fig. 2a erkennt man, daß der Wankwinkel in der Umgebung der Wankresonanz (hier bei ca. 2 Hz) um etwa einen Faktor 2,2 ansteigt. Demgegenüber ist in Bild 2b die Dämpfungscharakteristik der Auf­ baudämpfer um einen Faktor 2 verstärkt worden. Es ist zu erkennen, daß diese Maßnahme die Resonanzüberhöhung in der Wankbewegung praktisch vollständig unterdrückt.

Da eine ständige Verstärkung der Aufbaudämpfung den Fahrkomfort des Fahrzeugs massiv verschlechtert, sollte eine entsprechende Veränderung der Dämpfungscharakteristik nur in dem benötigten Fahrbereich vorgenom­ men werden.

Insofern wird die Dämpfungskraftlinie der vorhandenen Schwingungsdämp­ fer lösungsgemäß dann härter eingestellt, wenn eine Wankfrequenz oder Spektralanteile davon im Bereich der Wankeigenfrequenz des Fahrzeugs detektiert werden. In diesem Augenblick muß die Amplitude der Wankbewe­ gung noch nicht erhöht sein.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann eine Ermitt­ lung einer kritischen Wankfrequenz beispielsweise durch ein Bandpaßfilter geschehen, das Sensorsignale, z. B. die Vertikalbeschleunigung von Vorder- und Hinterachse, auswertet. Diese Beschleunigungssignale werden durch das Bandpaßfilter mit der Wankeigenfrequenz als Mittelfrequenz geschickt.

Alternativ kann auch das Lenkwinkelsignal eines Lenkwinkelsensors ausge­ wertet werden. Dabei sind insbesondere Frequenzen im Bereich der Wank­ eigenfrequenz selbst oder im Bereich von 1/3 der Wankeigenfrequenz kri­ tisch. Die Auswertung des Lenkwinkelsignals hätte ferner den Vorteil eines zeitlichen Vorlaufs gegenüber der Wankbewegung.

Sobald der Ausgangswert des Bandpaßfilters einen Schwellwert über­ schreitet, der größer ist als die durch Unebenheiten von Straßen mittlerer Qualität hervorgerufenen Werte, schaltet ein Funktionsalgorithmus auf die harte Dämpferkennung um.

Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der beiliegenden Zeichnungen erläu­ tert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 ein Diagramm mit veränderlicher Lenkfrequenz über die Zeit von niedrigen zu höheren Frequenzen,

Fig. 2a ein Diagramm, welches die Frequenzabhängigkeit der Wankreak­ tion zeigt,

Fig. 2b ein Diagramm wie Fig. 2a, jedoch mit einem um den Faktor 2 ver­ stärkten Aufbaudämpfer,

Fig. 3a bis 3d die Überlagerung von verschiedenen Sinuswellen,

Fig. 4 ein Diagramm mit Hauptfrequenzanteilen der Lenkwinkelverläufe bei einem Kipptest und

Fig. 5 ein schematisches Schaltdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung.

Zwar werden auch in Extremsituationen und bei Kipptests Lenkbewegungen meist nur unterhalb von etwa 1 Hz durchgeführt. Dies zeigt Bild 4, in dem die Hauptfrequenzanteile der Lenkwinkelverläufe bei einem Kipptest dargestellt sind. Diese befinden sich im Bereich von 0,3 bis 0,8 Hz. Allerdings muß dar­ auf hingewiesen werden, daß ein Fahrzeug kein lineares Übertragungssy­ stem ist, sondern starke Nichtlinearitäten aufweist. Insofern werden auch andere Frequenzen, insbesondere Spektralanteile höherer Ordnung, produ­ ziert.

Dieses Phänomen soll am Beispiel einer nichtlinearen Sättigungscharakteri­ stik erläutert werden. Wie in den Fig. 3a bis 3d dargestellt ist, läßt sich eine über einer Sinus-Halbwelle verformte Sättigungscharakteristik mit einer Grundfrequenz und einer dreifachen Frequenz der Grundwelle (Bild 3d) er­ zeugen.

Bezogen auf das Wankverhalten des Fahrzeugs läßt sich feststellen, daß eine starke Nichtlinearität im Bereich der Fahrzeugquerdynamik durch die Sättigungscharakteristik der Seitenkraft-Schräglaufwinkelkurve des Reifens gegeben ist. Dadurch werden Spektralanteile dritter Ordnung produziert. Ge­ neriert der Fahrer also bei extremen Ausweichmanövern Lenkwinkelspektren im Bereich von 0,6 bis 0,8 Hz, so können durchaus Frequenzen höherer Ordnung im Bereich der Wankeigenfrequenz vorkommen, welche die Kippgefahr bei einer normalen Feder-Dämpfer-Abstimmung hervorrufen.

Um dies zu vermeiden, werden gemäß dem vorliegenden Ausführungsbei­ spiel (vgl. Fig. 5) Sensorsignale von Vertikalbeschleunigungssensoren 10', 10'' der Vorder- und/oder Hinterachse an ein Bandpaßfilter eines Erfas­ sungsmittel 12 weitergeleitet, dessen Wankeigenfrequenz als Mittelfrequenz ausgelegt ist. Sobald der Ausgangswert des Bandpaßfilters einen Schwell­ wert überschreitet, schaltet ein in einem Steuergerät 14 enthaltener Funkti­ onsalgorithmus die Dämpferkraftcharakteristik von verstellbaren Schwin­ gungsdämpfern 16a, 16b, 16c, 16d auf hart bzw. eine harte Grenzkennlinie um.

Bereits vor einem tatsächlichen Aufschaukeln, nämlich, wenn durch Annähe­ rung an die Wankeigenfrequenz bereits die Gefahr einer solchen Aufschau­ kelung besteht, wird somit durch Einstellung einer harten Dämpfung der Auf­ bau eines großen Wankwinkels vermieden, wodurch die Kippstabilität ent­ scheidend sichergestellt werden kann. Die vorgenannte Lösung ist bei vielen heute im Einsatz befindlichen Fahrzeugen besonders kostengünstig und effi­ zient zu realisieren, da sowohl eine elektronische Dämpfersteuerung als auch die entsprechenden Sensoren bereits vorgesehen sind. Zu implemen­ tieren ist somit lediglich ein Bandpaßfilter und ein entsprechender Funkti­ onsalgorithmus, der mit einem EDV-Modul realisiert werden kann.

Claims (6)

1. Verfahren zur Verbesserung der Kippsicherheit eines Kraftfahrzeuges bei dem die Dämpfungskraftcharakteristik von verstellbaren Schwin­ gungsdämpfern (16a, 16b, 16c, 16d) je nach detektierter Wankfre­ quenz eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß detektiert wird, ob sich die Wankfrequenz oder Spektralteile da­ von im Bereich der Eigenfrequenz des Kraftfahrzeugs befinden und daß in diesem Fall die Dämpfung härter eingestellt wird.

2. Vorrichtung zur Verbesserung der Kippsicherheit eines Kraftfahrzeu­ ges umfassend

• - wenigstens zwei Schwingungsdämpfer (16a, 16b, 16c, 16d), deren Dämpfungskraftcharakteristik jeweils veränderbar ist,
• - Erfassungsmittel (12) zur Ermittlung der Wankfrequenz und zur Erzeugung eines entsprechenden Signals sowie
• - eine Steuereinheit (14), welche die Dämpfungskraftcharakteri­ stik unter Berücksichtigung des Wankfrequenzsignals einstellt, dadurch gekennzeichnet,
  daß mittels einer Bestimmungseinheit feststellbar ist, ob die Wankfre­ quenz oder Spektralteile davon im Bereich der Eigenfrequenz des Kraftfahrzeuges liegen und die Steuereinheit (14) so ausgebildet ist,
  daß in diesem Fall die Dämpfung härter einstellbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wankfrequenz mittels Vertikalbeschleunigungssensoren (10', 10'') an einer Vorder- und/oder Hinterachse bestimmt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lenkwinkelsensor vorgesehen ist und die Wankfrequenz durch Auswertung des Lenkwinkelsignals bestimmt wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungseinheit ein Bandpaßfilter umfaßt, welches die Anregungen im Wankresonanzbereich ermittelt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpferkraftcharakteristik um schaltbar ist, wenn der Aus­ gangswert des Bandpaßfilters einen vorgegebenen Schwellwert über­ schreitet.