DE19856303A1

DE19856303A1 - Verfahren und Einrichtung zum Erfassen der Gefahr des Umkippens eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE19856303A1
Application number: DE19856303A
Authority: DE
Inventors: Juergen Woywod; Ralph Gronau; Dieter Burkhard; Hans Georg Ihrig; Gunter Kiehnle
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2000-01-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Wankwinkels eines mindestens einachsigen und mindestens zweirädrigen in einer Kurvenfahrt befindlichen Fahrzeugs, das mit einer im wesentlichen in der Horizontalebene des Fahrzeugs die am Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs angreifende Querbeschleunigung sensierenden Querbeschleunigungssensorik ausgestattet ist. DOLLAR A Um ein Verfahren zu schaffen, das ohne eine zusätzliche Sensorik auskommt und dabei von gegebenen Fahrzeugeigenschaften bzw. -größen weitestgehend unabhängig ist, wird während der Kurvenfahrt mittels der Querbeschleunigungssensorik die im wesentlichen in der Horizontalebene des Fahrzeugs wirkende Komponente der Querbeschleunigung erfaßt, eine mit der am Schwerpunkt angreifenden Zentrifugalbeschleunigung korrelierenden Zustandsgröße ermittelt, und aus der mit einem Faktor gewichteten Differenz zwischen der erfaßten Komponente der Querbeschleunigung und der ermittelten Zentrifugalbeschleunigung der Wankwinkel des Fahrzeugs berechnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erfassen der Gefahr des Umkippens bei Fahrzeugen, die mit einer mindestens einen Querbeschleunigungssensor aufweisenden Fahrstabilitätsregelung ausgestattet sind.

Es ist schon länger bekannt, daß bei Fahrzeugen mit hochliegendem Schwerpunkt und/oder geringer Spurbreite, z. B. Lastkraftwagen, Lastzügen, Bussen, Kleinbussen und Geländewagen, bei Kurvenfahrt mit großer Wankbewegung eine Kippgefahr besteht. Beispielsweise in dem Buch "Fundamentals of vehicle dynamics", T. D. Gillespie, Society of Automotive Engineers, Inc., Warrendale 1992, Kapitel 9, Seite 309-333, auf das in dem vorliegenden Zusammenhang vollumfänglich Bezug genommen wird, sind verschiedene Modelle für Überrollunfälle beschrieben. Beginnend mit einem quasi stationären Modell für ein starres Fahrzeug über ein quasi stationäres Modell für ein gefedertes Fahrzeug bis hin zu dynamischen Modellen unter Berücksichtigung von Wankeigenfrequenzen werden Bedingungen für bestehende Kippgefahren angegeben.

Jedoch hat sich in jüngerer Zeit gezeigt, daß auch Personenkraftwagen sich seitlich bis zum Umkippen aufschaukeln können. Eine solche Kippgefahr wird durch unsachgemäße Beladung, beispielsweise extrem einseitig oder auf dem Fahrzeugdach, erheblich erhöht, weil die Lage des Massenschwerpunktes des Fahrzeugs nach oben oder zu einer Seite hin verlagert wird. Zudem werden in neuerer Zeit vermehrt Fahrzeuge zugelassen, die als Personenkraftwagen mit relativ hochliegenden Schwerpunkt konzipiert sind, z. B. die neue Fahrzeugklasse der sogenannten "Vans".

Zur Erläuterung der beim Kippen zugrundeliegenden Fahrphysik, zeigt Fig. 2a eine schematische Rückansicht eines auf einer Fahrbahn 200 stehenden Fahrzeugs 210. 103 und 104 bezeichnen demnach die Räder an der Hinterachse. Es wird angenommen, daß das Fahrzeug eine Linkskurve fährt, sich in Projektion auf die Zeichenebene somit nach links bewegen würde. Durch die Kreisfahrt des Fahrzeugs entsteht eine Zentrifugalkraft Z = mw × ω2x r = m × v2 : r, wobei m die Fahrzeugmasse, ω die Winkelgeschwindigkeit während der Kreisfahrt, v die Fahrzeuggeschwindigkeit und r der Radius der Kreisfahrt sind. Die wirkende Zentrifugalkraft Z, die als Produkt aq × m ausgedrückt werden kann, wobei aq die Querbeschleunigung ist, kann man sich am Schwerpunkt S des Fahrzeugs angreifend denken. Der Schwerpunkt S liegt in etwa mittig zwischen den Rädern und in einer Höhe h über der Fahrbahn. Am Schwerpunkt S greift ebenfalls die Gewichtskraft G = m × g an, wobei g die Erdbeschleunigung ist. Solange das Fahrzeug auf dem gewünschten Kreis fährt (es gilt dann aq = v2 : r), solange also die Seitenführungskräfte F an den vier Rädern (etwa entsprechend F = µ × G, wobei µ der Reibwert zwischen Reifen und Fahrbahn ist) gleich der Zentrifugalkraft Z sind, werden die genannten Zentrifugalkräfte gemäß obiger Gleichung entstehen. Es kann dann passieren, daß das Fahrzeug aufgrund einer ungünstigen Momentenverteilung über das Außenrad kippt. Prinzipiell passiert dies, wenn G × b : 2 < Z × h gilt, wobei h die Höhe des Schwerpunkts S über der Fahrbahn 200 ist und b : 2 in etwa die halbe Spurbreite des Fahrzeugs ist. Die obige Ungleichung stellt in erster Näherung das Momentengleichgewicht um den Punkt P dar. Wenn das auswärtsdrehende Moment Z × h größer ist als das einwärtsdrehende Moment G × b : 2, kippt das Fahrzeug nach außen. Diese Gefahr ergibt sich insbesondere bei Fahrzeugen mit geringer Spurbreite (b : 2) und vergleichsweiser großer Höhe und damit hohem Schwerpunkt (hoher Wert von a), beispielsweise veranlaßt auch durch eine Dachlast 220 auf dem Fahrzeug 210.

Um einen derartigen Betriebszustand wirksam vermeiden zu können, müssen

- eine kritische Situation, insbesondere ein Fahrzustand mit kritischer Querbeschleunigung, detektiert werden, und
- auf die Detektion hin geeignete Gegenmaßnahmen getroffen werden.

In herkömmlichen Fahrdynamik-Regelungssystemen, z. B. dem ESP-System (= Elektronisches-Stabilitäts-Programm) der Anmelderin, werden als für die Fahrzeugkipptendenz um die Fahrzeuglängsachse indikative fahrdynamische Kenngrößen, u. a. die Querbeschleunigung, die zeitliche Änderung der Querbeschleunigung oder der Schräglaufwinkel bereitgestellt. Beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE-A 196 32 943 "Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit fahrstabilisierenden Bremseingriffen", Daimler-Benz Aktiengesellschaft, ist ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit fahrstabilisierenden Bremseingriffen beschrieben, bei dem als einzige für die Fahrzeugkipptendenz um die Fahrzeuglängsachse indikative fahrdynamische Kenngröße die Querbeschleunigung herangezogen wird. Für die Querbeschleunigung ist ein zugehöriger, vorgebbarer Kippverhinderungs-Schwellenwert vorgesehen. Bei Kurvenfahrt wird das Fahrzeug durch die an den Reifenaufstandsflächen auf der Fahrbahn wirkenden Querkräfte in der Spur gehalten. Der größte Teil dieser Querkräfte wird von den kurvenäußeren Rädern bzw. Reifen aufgebracht. Liegt die bei der Kurvenfahrt auftretende Querbeschleunigung über dem Kippverhinderungs-Schwellenwert, so werden die kurvenäußeren Räder durch Aktivieren eines entsprechenden Bremseingriffs in einen Zustand hohen Bremsschlupfes übergeführt, wodurch die durch die Reifen übertragbare Querkraft deutlich verringert wird. Infolgedessen können die kurvenäußeren Räder zwar der einwirkenden Querbeschleunigung nicht mehr standhalten, was eventuell den Schwimmwinkel vergrößern und die Fahrzeugfront oder das Fahrzeugheck etwas in Richtung des Querbeschleunigungsmomentes drehen wird, gleichzeitig wird aber auch das Kippmoment verringert und ein Kippen des Fahrzeugs um seine Längsachse verhindert. In der o. g. Druckschrift ist darüber hinaus ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem als indikative fahrdynamische Kenngröße die zeitliche Änderung der Querbeschleunigung herangezogen wird.

In der Offenlegungsschrift DE-A 197 46 889 "Fahrzeugbewegungssteuerungssystem", Aisin Seiki K.K. et al., ist ein System zur Erhöhung der Seitenstabilität eines Kraftfahrzeugs bei Kurvenfahrt beschrieben, bei dem eine Kipperfassungseinheit für das Erfassen einer Kippbewegung einer normalen Achse des Fahrzeugs zu dessen Vertikalachse und eine Kurvenbestimmungseinheit für das Bestimmen eines Kurvenzustandes des Fahrzeugs vorgesehen sind. Zur Berechnung der Fahrzeugkippbewegung bzw. des Fahrzeugkippens wird entweder der Höhenunterschied zwischen rechter und linker Fahrzeugseite oder die Querbeschleunigung des Fahrzeugs erfaßt, um den Wankwinkel zwischen der Fahrzeughorizontalen und der Fahrbahnhorizontalen zu ermitteln. Dabei wird eine Linearität zwischen der Querbeschleunigung aq und der durch einen Wankwinkel Gamma gekennzeichneten Fahrzeugkippung zugrunde gelegt. Wird von der Neigungserfassungseinrichtung eine Kippgefahr erkannt, wird durch Abbremsen des kurvenäußeren Vorderrades ein gegensteuerndes Giermoment erzeugt.

Wie allerdings bereits beschrieben, sind die zulässige Querbeschleunigung sowie der zulässige Wankwinkel abhängig von der Schwerpunktlage des Fahrzeugs, insbesondere der Höhe des Fahrzeugschwerpunktes.

Die bekannten Verfahren und Systeme zur Erfassung der Fahrzeugneigung bzw. des Wankwinkels haben zum einen den Nachteil, daß sie eine zusätzliche Sensorik, beispielsweise bei einer Neigungserfassungseinrichtung mit den Höhenunterschied zwischen rechter und linker Fahrzeugseite ermittelnden Größen, erfordern, oder daß sie von aktuellen Fahrzeugeigenschaften wie z. B. dem Beladungszustand oder der Schwerpunktlage des gesamten Fahrzeugs abhängig sind und demnach dem Erfordernis ständiger Aktualisierung der zugrundegelegten Fahrzeugdaten unterliegen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, die die o. g. Nachteile vermeiden, d. h. ohne eine zusätzliche Sensorik auskommen und dabei von gegebenen Fahrzeugeigenschaften bzw. -größen weitestgehend unabhängig sind.

Zur Lösung diese Aufgabe sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der entsprechenden Einrichtung vorgesehen, daß während der Kurvenfahrt mittels der Querbeschleunigungs sensorik die im wesentlichen in der Horizontalebene des Fahrzeugs wirkende Komponente der Querbeschleunigung erfaßt wird, daß eine mit der am Schwerpunkt angreifenden Zentrifugalbeschleunigung korrelierenden Zustandsgröße ermittelt wird, und daß aus der mit einem Faktor gewichteten Differenz zwischen der erfaßten Komponente der Querbeschleunigung und der ermittelten Zentrifugalbe schleunigung der Wankwinkel des Fahrzeugs berechnet wird.

Der Erfindung liegt somit das Konzept zugrunde, aus einer - im Grunde nachteiligen - Eigenschaft von Querbeschleunigungssensoren, nämlich die Einschränkung des Meßbereichs in der vorgegebenen Horizontalebene des Fahrzeugs dadurch zunutze zu machen, daß aus der Abweichung dieser Meßgröße und der tatsächlichen am Fahrzeugschwerpunkt angreifenden Querbeschleunigung (= Zentrifugalkraft) eindeutige Rückschlüsse auf den aktuellen Kippwinkel des Fahrzeugs ermöglicht werden. Diese Abweichung schlägt sich insbesondere in einer meßbaren Differenz der Absolutwerte dieser beiden Querbeschleunigungswerte nieder.

Der besondere Vorteil der Anwendung des Kipp-(Wank-)winkels bei der Sensierung der Kippgefahr eines Fahrzeugs liegt nun darin, daß dieser Winkel eindeutigere Aussagen über eine drohende Kippgefahr zuläßt als beispielsweise die Fahrzeugquerbeschleunigung. Denn die Beurteilung der Kippgefahr basierend auf dem Wankwinkel setzt keine weiteren Modellbetrachtungen als die Kenntnis der Schwerpunktlage des Fahrzeugs voraus. Im Gegensatz dazu setzen aber die aus dem Stand der Technik bekannten gattungsgleichen Verfahren, bei denen meist die Querbeschleunigung als Ausgangsgröße zugrundegelegt wird, weitere Modellbetrachtungen voraus, um aus den Querbeschleunigungsdaten auf die Kippgefahr rückschließen zu können.

Die Erfindung vermeidet dabei insbesondere die Notwendigkeit technisch aufwendiger Einrichtungen zur Ermittlung des Wank (Kipp-)winkels und greift ausschließlich auf bestehende Meßgrößen und Fahrzeugparameter zurück. Zudem ist eine Kippsensierung über den Wankwinkel unabhängig von den meisten Fahrzeug- und Fahrbahneigenschaften und daher in vorteilhafter Weise einfach und kostengünstig zu realisieren. Variable Fahrzeug-Kenngrößen wie die aktuelle Schwerpunktlage des Fahrzeugs, die über den aktuellen Beladungszustand (Personen- oder Dachgepäckzuladung) zu einer veränderlichen Größe wird, gehen bei der Kippsensierung nicht ein.

Darüber hinaus können die bei der Kippsensierung gewonnen Größen unmittelbar als Eingangsdaten beim ESP dienen, d. h. die Erfindung läßt sich in besonders vorteilhafter Weise als weiteres Merkmal bzw. Funktion des ESP realisieren.

Weitere Vorteile ergeben sich daraus, daß eine Unfallprävention bereits vor dem eigentlichen Abheben der kurveninneren Räder beim Einsetzen des Kippens möglich ist. Desweiteren lassen sich über die Wankwinkelgeschwindigkeit auch dynamische Fahrsituationen ins Kalkül ziehen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann weiter vorgesehen sein, daß bei der Ermittlung der mit der Zentrifugalbeschleunigung korrelierenden Zustandsgröße die Differenz der Radgeschwindigkeiten bei mindestens zwei Achsen ermittelt werden und durch Vergleich der so gewonnenen Zustandsgrößen eine Plausibilitätsbetrachtung durchgeführt wird. Aufgrund der beiden unabhängig voneinander ermittelten Daten läßt sich eine Überprüfung der gewonnenen Daten dahingehend durchführen, daß Fahrzeugzustände, bei denen beispielsweise nur ein einzelnes Rad die Bodenhaftung verliert, die dadurch resultierenden scheinbar sehr großen Raddrehzahldifferenzen und damit Querbeschleunigungen als Meßfehler interpretiert werden können und in diesem Fall ein Eingreifen beispielsweise des ESP zweckmäßig verhindern.

Die näheren Einzelheiten der Erfindung werden nun im folgenden anhand von Zeichnungen beschrieben. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Fahrzeug in Draufsicht,

Fig. 2a schematisch ein Fahrzeug in Rückansicht,

Fig. 2b eine schematische Darstellung der Kräfteverhältnisse eines Fahrzeugs während Kurvenfahrt,

Fig. 3 eine Blockdarstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung, und

Fig. 4 eine Blockdarstellung einer Ausführungsform der in Fig. 3 gezeigten erfindungsgemäßen Erkennungseinrichtung.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2a, kann ein Fahrzeug je nach Beladungszustand und damit gegebener Schwerpunkthöhe bei unterschiedlichen kritischen Querbeschleunigungen kippen. Um unabhängig vom Beladungszustand eine Kippneigung erkennen zu können, berechnet das erfindungsgemäße Verfahren den aktuellen Wankzustand unter Zuhilfenahme geeigneter Querbeschleunigungsinformationen.

Aus der Fig. 2b ist ersichtlich, daß ein Fahrzeug kippt, wenn der resultierende Kraftvektor aus Schwerkraft und Fliehkraft, dessen Angriffspunkt mit dem Schwerpunkt des Fahrzeugs übereinstimmt, nicht mehr innerhalb des durch die jeweiligen Aufstandspunkte der Räder gebildeten Trapezes auf den Boden trifft. In die Fliehkraft gehen bekanntermaßen sowohl die Querbeschleunigung infolge der Kurvenfahrt als auch die Fahrzeugmasse ein; in die Schwerkraft dagegen die Erdbeschleunigung und die Fahrzeugmasse.

Fahrzeugspezifische Geometriegrößen, die das Kippverhalten eines Fahrzeugs beeinflussen, sind die Spurweite und die Schwerpunktlage. Zudem verschiebt sich durch das Wanken des Fahrzeugs der Schwerpunkt in Richtung nach kurvenaußen. Die Dämpfungs- und Federungscharakteristik des Fahrwerks haben daher auch einen Einfluß auf das Kippverhalten. Weiterhin begrenzt der Reibwert zwischen Reifen und Straße die maximal mögliche Querbeschleunigung.

Ist nun die sich aufbauende Querbeschleunigung so groß, daß der Kraftvektor aus Fliehkraft und Schwerkraft außerhalb der durch die Radaufstandsfläche definierten Rechtecks zu Liegen kommt, kippt ein Fahrzeug. Die für das Kippen ursächliche fahrdynamische Einflußgröße ist demnach die Querbeschleunigung.

Sowohl bei stationärer Kurvenfahrt als auch bei wechseldynamischen Fahrmanövern kann ein Fahrzeug, je nach Beladungszustand und damit Schwerpunkthöhe, bei unterschiedlichen kritischen Querbeschleunigungen kippen. Um unabhängig vom Beladungszustand eine kritische Kippneigung erkennen zu können, berechnet das erfindungsgemäße Verfahren den aktuellen Wankzustand aus den zugrundeliegenden Querbeschleunigungsinformationen. Wie in Fig. 2a gezeigt ist, stimmt beim Auftreten eines Wankwinkels des Fahrzeugs gegenüber der ebenen Fahrbahn die Meßebene eines angenommenen Querbeschleunigungssensors, der Querbeschleunigungswerte nur innerhalb einer vorgegebenen Meßebene erfassen kann, nicht mehr mit der Richtung der Zentrifugalkraft überein. Mit dem Wankwinkel Gamma des Fahrzeugs ergibt sich somit folgender Zusammenhang mit der im Beschleunigungssensor gemessenen Querbeschleunigung aq_gemessen der Querbeschleunigung aq_virtuell bezüglich der Ebene sowie der Erdanziehungsbeschleunigung g:

aq_gemessen = aq_virtuell × cos(Gamma) + g × sin (Gamma) (1).

Bei kleinen Winkeln läßt sich in erster Nährung sin(Gamma) durch Gamma ersetzen sowie cos(Gamma) durch 1. Damit ergibt sich in Umformung (1) folgende Formel:

Gamma = (aq_gemessen - aq_virtuell)/g (2).

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung der Kippneigung (= Wankwinkel) wird demnach ein Vergleich der gemessenen Querbeschleunigung und einer virtuellen Querbeschleunigung zugrunde gelegt.

Die tatsächlich am Fahrzeugschwerpunkt angreifende Querbeschleunigung aq_virtuell läßt sich als virtuelles Signal nach folgender Gleichung entweder aus den Radgeschwindigkeiten v_r des rechten Rades und v_l des linken Rades, sowie der Fahrzeuggeschwindigkeit v und der Fahrzeugspurweite S berechnen:

Alternativ dazu kann bei etwa vorhandenem Gierratensensor mit der Gierrate I über folgenden Zusammenhang die virtuelle Querbeschleunigung ermittelt werden:

aq_virtuell = I × v (4)

wobei cos(Gamma) gleich 1 gesetzt wurde. Der so ermittelte Wankwinkel liefert bei stationärer Kurvenfahrt im Vergleich zu fahrzeugspezifisch bekannten Grenzdaten ein direktes Maß für die Kippgefährdung eines Fahrzeugs.

Bei instationären Fahrzuständen, z. B. dem Einlenken in eine Kurve oder wechseldynamischen Fahrmanövern gibt die zeitliche Ableitung des Wankwinkels, die Wandwinkelgeschwindigkeit, zusätzlich frühzeitig Auskunft über eine drohende Kippgefahr. So kann bei schneller Zunahme des Wankwinkels das System bereits bei einem kleineren Schwellwert des Wankwinkels eingreifen.

Bei Fahrten auf einer geneigten Fahrbahn addiert sich der Fahrbahnquerneigungswinkel zum Wankwinkel. Um eine unberechtigte Kipperkennung auf einer nach innen geneigten Steilkurve zu vermeiden, sind zusätzlich die Vorzeichen des Wankwinkels und der gemessenen Querbeschleunigung zu vergleichen und entsprechend zu beurteilen. Hingegen ist bei einem Wankwinkel in Richtung Kurveninnenseite sowie bei einer unterkritischen gemessenen Querbeschleunigung ohnehin keine Kippgefahr gegeben.

Anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels wird nun im folgenden die erfindungsgemäße Einrichtung zur Ermittlung des Wankwinkels eines Kraftfahrzeugs näher erläutert. In der in Fig. 1 dargestellten schematischen Draufsicht eines Kraftfahrzeug-Fahrgestells bezeichnen 101 bis 104 die Räder des Fahrzeugs in der Reihenfolge vorne links - vorne rechts - hinten rechts - hinten links. Entsprechend dem Stand der Technik weist dieses Fahrzeug Vorderrad- und Hinterradbremsen 121 bis 124 auf sowie die bei einem Antiblockiersystem (ABS) oder einem elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) bekannten Radsensoren 111 bis 114, mittels deren die Umdrehungsgeschwindigkeiten (im folgenden als "Radgeschwindigkeiten" bezeichnet) einzelner Räder ermittelt werden können. Im allgemeinen werden dabei sogenannte korrigierte Radgeschwindigkeiten zugrunde gelegt, bei denen radspezifische Daten wie Raddurchmesser Berücksichtigung finden. Die Raddurchmesser stellen keine festen Größen dar, sondern variieren beispielsweise mit der Dicke des Reifenprofils oder bei einem Wechsel zwischen Sommer- und Winterreifen. Die Weiterleitung der von den Radsensoren gewonnenen Daten geschieht mittels Signalleitungen 111a bis 114a.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ferner vorausgesetzt, daß die Bestimmung der Querbeschleunigung aq_gemessen unter Verwendung von im Stand der Technik bekannter Sensorik erfolgt, beispielsweise mittels eines Querbeschleunigungssensors 115 oder alternativ eines Gierratensensors 116. Im Falle eines Querbeschleunigungs sensors wird eine fahrzeugmodellunabhängige Querbeschleunigung aq_gemessen ausgegeben, dagegen besteht im Falle eines Gierratensensors 116 die Notwendigkeit, die Querbeschleunigung aq_gemessen aus den ermittelten Gierraten (Drehgeschwindigkeit um die Hochachse des Fahrzeugs) anhand eines Fahrzeugmodells aus den gewonnenen Daten in Querbeschleunigungsdaten umzurechnen. Ein derartiges Fahrzeugmodell sowie entsprechende Umrechnungen sind beispielsweise in Mitschke, M.: Dynamik der Kraftfahrzeuge, Band A-C, Springer Verlag Heidelberg beschrieben, die innerhalb des vorliegenden Kontexts als vollumfänglich mitumfaßt betrachtet wird.

Die durch die Radsensoren gewonnenen Daten werden mittels Signalleitungen 111a bis 114a an eine Regelungseinrichtung 130 übermittelt. Entsprechend werden die von dem Querbeschleunigungssensor 115 oder ggf. dem Gierratensensor 116 ausgegebenen Daten dieser Regelungseinrichtung 130 zugeführt. Die Ausgangsdaten der Regelungseinrichtung 130 werden über Signalleitungen 131 wieder den für den reaktiven Eingriff am Fahrzeug vorgesehenen Einrichtungen, z. B. den Fahrzeugbremsen oder im Falle des Motoreingriffs einer hier nicht näher dargestellten Motormanagement-Einheit zugeführt. Die Implementierungsdetails zur Realisierung des reaktiven Eingriffs sind beispielsweise in der Patentanmeldung 19830189.8 und Patentanmeldung 19830190.1 beschrieben, die innerhalb des vorliegenden Kontexts als vollumfänglich mitumfaßt betrachtet wird.

Anhand von Fig. 3 wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Regelungseinrichtung 130 näher beschrieben. Zum einen werden die von den Radsensoren gemäß Fig. 1 über die Signalleitungen 111a-114a an die Regelungseinrichtung 130 übermittelten Signale einer Erkennungseinrichtung 310 zugeführt, die zum Erkennen eines Fahrzustandes mit kritischem Wankwinkel dient. Aus den Raddrehzahlen der inneren und äußeren Räder werden gemäß Gleichung (3) die tatsächlich am Fahrzeugschwerpunkt angreifende Querbeschleunigung ermittelt, wobei gegebenenfalls als Vorstufe eine Plausibilitätsanalyse durchgeführt werden kann. Betrachtungen, ob Räder bereits im Schlupf sind bzw. durch ABS oder ASR geregelt werden. ???. Alternativ dazu können bei der Ermittlung der tatsächlichen Querbeschleuni gung die von einem (nicht näher dargestellten) Gierraten sensor gemessenen Daten, die über die Signalleitung 117a ebenfalls der Erkennungseinrichtung 310 zugeführt werden, zugrundegelegt werden. Weiter werden die vom Querbeschleunigungssensor ermittelten (verfälschten) Querbeschleunigungen über die Signalleitung 117 der Erkennungseinrichtung 310 zugeführt. Aus den genannten Größen wird mittels der Erkennungseinrichtung entsprechend Gleichung (2) der aktuelle Wankwinkel des Fahrzeugs berechnet und mit einem vorgegebenen kritischen Wankwinkel verglichen. Bei Überschreiten des kritischen Wertes übergibt die Erkennungseinrichtung 310 über eine Signalleitung 311 ein Steuersignal an eine Beeinflussungseinrichtung 320 ("Aktuator"), die wiederum über die Signalleitungen 131 entsprechende Ausgangssignale zur Beeinflussung des Bremsdruckes an mindestens einem Radbremszylinder bereitstellt.

Weiter kann vorgesehen sein, daß die erfindungsgemäße Beeinflussungseinrichtung 320 anderen Reglern bzw. Steuerungen vorgeschaltet ist. In Fig. 3 ist dies schematisch durch das gestrichelte Kästchen 330 angedeutet, das diese anderen Steuerungen bzw. Regelungen symbolisieren soll. Beispielsweise bei einer Vollbremsung kann es sinnvoll sein, diese anderen Komponenten 330 qualitativ über das Vorliegen eines kritischen Wankwinkels zu informieren und bei diesen anderen Komponenten eine Veränderung der Regelstrategie beim Eingriff zu veranlassen. Insofern kann es wünschenswert sein, qualitativ weiteren Komponenten 330 der Bremsenregelung das Vorliegen der kritischen Situation über ein Signal 312 mitzuteilen, so daß diese Komponenten ihre Strategien geeignet modifizieren können. Die Beein flussungseinrichtung kann dann dahingehend verstanden werden, daß nicht unmittelbare Eingriffe an den Bremsdrücken bzw. Motormomenten vorgenommen werden, sondern daß beispielsweise Sollwerte oder Schwellenwerte anderer Komponenten zur Regelung der Bremse oder des Motors beeinflußt werden.

Nachfolgend wird, bezugnehmend auf Fig. 4, eine Ausführungsform der Erkennungseinrichtung 310 beschrieben, die sich auf den Fall eines zweiachsigen und vierrädrigen Fahrzeugs bezieht. Die Erkennungseinrichtung 310 weist in der gezeigten Ausführungsform zwei Erfassungseinrichtungen 410 und 420 sowie eine optionale Erfassungseinrichtung 430 auf. Die optionale Erfassungseinrichtung 430 ist aus den bereits genannten Gründen grundsätzlich nur bei mindestens zweiachsigen Fahrzeugen einsetzbar. Gezeigt ist eine Ausführungsform, in der die erste Erfassungseinrichtung 410 zwei von vier Radsignalen, und zwar diejenigen einer Achse, empfängt. Diese Radsignale korrespondieren mit den Raddrehzahlen der jeweiligen Räder. Aus den Radsignalen wird aus der Formel (3) die sogenannte virtuelle Querbe schleunigung aq_virtuell berechnet. Es kann sich bei der Erfassungseinrichtung 410 um ein komplexeres System handeln, das aus den Radsignalen Korrekturfaktoren für den Einfluß der Radradien ermittelt.

Mittels einer Berechnungseinrichtung 411 wird der Wankwinkel aus der von der Erfassungseinrichtung 410 ausgegebenen virtuellen Querbeschleunigung und der von einem Querbeschleunigungssensor gemessenen Querbeschleunigung 412 aus der Formel (2) berechnet. Das am Ausgang der Berechnungseinrichtung 411 bereitgestellte Signal 418 korrespondiert oder ist identisch mit dem tatsächlichen Wankwinkel.

414 ist eine Vergleichseinrichtung, die den ermittelten Wert des Wankwinkels mit einem in einem Speicher 413 gespeicherten Referenzwert vergleicht. Ist das Signal auf Leitung 418 größer als das aus dem Speicher 413 kommende Signal, wird ein entsprechendes Signal 419 ausgegeben. Der in 413 gespeicherte Wert ist demnach als Schwellenwert für den Wankwinkel anzusehen. Er ergibt sich aus den in der Beschreibungseinleitung aufgeführten geometrischen Überlegungen. Sofern erfaßbar, kann der Schwellenwert 413 abhängig von Parametern gemacht werden, beispielsweise der Verteilung einer Zuladung, der Höhe des Schwerpunktes, usw. Das Signal 419 weist auf das Vorliegen eines kritischen Zustands hin und kann geeignete Eingriffsmaßnahmen, z. B. einen kippstabilisierenden Bremseingriff, auslösen.

Die optionale Erfassungseinrichtung 430 liefert entsprechend der Erfassungseinrichtung 410 einen zweiten Satz von Raddifferenzdaten. Aus diesen kann durch Vergleich mit den aus 410 gewonnenen Daten eine Plausibilitätsüberprüfung 432 durchgeführt werden und über die Vergleichseinrichtungen die Ausgabe eines Alarmsignals gegebenenfalls verhindert werden.

Eine zweite (optionale) Berechnungseinrichtung 420 berücksichtigt das dynamische Verhalten des Wankwinkels. Insbesondere kann sie beispielsweise die Ableitung des auf dem Signalweg 418 vorliegenden Signals bilden und das so gewonnene Signal einer Auswerteeinrichtung 421 zukommen lassen. Eine positive Dynamik zeigt an, daß sich der Wankwinkel vergrößert. Die Auswerteeinrichtung 421 kann dies zusammen mit gegebenenfalls weiteren Werten, beispielsweise dem schon absolut vorhandenen Wert des Wankwinkels (auf Signalweg 418), der Fahrgeschwindigkeit usw. entsprechend geeigneten Kriterien verknüpfen und daraus ein weiteres Alarmsignal 422 erzeugen.

Schließlich werden die Alarmsignale 419 und 422 mittels eines ODER-Gatters zu einem einzigen Alarmsignal zusammengefaßt und als Signal 311 von der Erkennungseinrichtung 310 an die Beeinflussungseinrichtung 320 ausgegeben.

Claims

1. Verfahren zum Ermitteln des Wankwinkels eines mindestens einachsigen und mindestens zweirädrigen in einer Kurvenfahrt befindlichen Fahrzeugs, das mit einer im wesentlichen in der Horizontalebene des Fahrzeugs die am Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs angreifende Querbeschleunigung sensierenden Querbeschleunigungssensorik ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß während der Kurvenfahrt mittels der Querbeschleunigungssensorik die im wesentlichen in der Horizontalebene des Fahrzeugs wirkende Komponente der Querbeschleunig erfaßt wird,
daß eine mit der am Schwerpunkt angreifenden Zentrifugalbeschleunigung korrelierenden Zustandsgröße ermittelt wird, und
daß aus der mit einem Faktor gewichteten Differenz zwischen der erfaßten Komponente der Querbeschleunigung und der ermittelten Zentrifugalbeschleunigung der Wankwinkel des Fahrzeugs berechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Zentrifugalbeschleunigung korrelierende Zustandsgröße aus der Differenz der Radgeschwindigkeiten mindestens eines kurveninneren und mindestens eines kurvenäußeren Rades berechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Zentrifugalbeschleunigung korrelierende Zustandsgröße aus der mittels eines Gierratensensors gemessenen Gierrate berechnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 bei einem mindestens zweiachsigen und vierrädrigen Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung der mit der Zentrifugalbeschleunigung korrelierenden Zustandsgröße die Differenz der Radgeschwindigkeiten bei mindestens zwei Achsen ermittelt werden und durch Vergleich der so gewonnenen Zustandsgrößen eine Plausibilitätsbetrachtung durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur bei einer geneigten Fahrbahn die mathematischen Vorzeichen des Wankwinkels und der gemessenen Querbeschleunigung verglichen werden.

6. Verfahren zum Erkennen der Gefahr des Umkippens eines in einer Kurvenfahrt befindlichen mindestens einachsigen und mindestens zweirädrigen Fahrzeugs, das mit einer im wesentlichen in der Horizontalebene des Fahrzeugs die am Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs angreifende Querbeschleunigung sensierenden Querbeschleunigungssensorik ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der nach einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche ermittelte Wankwinkel mit einem kritischen Wankwinkel verglichen wird und
daß bei Überschreiten des kritischen Wankwinkels ein kippstabilisierender Eingriff am Fahrzeug vorgenommen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der kritische Wankwinkel mit der aktuellen Schwerpunktslage des Fahrzeugs gewichtet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der kritische Wankwinkel mit der aktuellen Zentrifugalbeschleunigung gewichtet wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Ableitung des Wankwinkels als kritische Zustandsgröße berücksichtigt wird.

10. Einrichtung zum Ermitteln des Wankwinkels eines mindestens einachsigen und mindestens zweirädrigen in einer Kurvenfahrt befindlichen Fahrzeugs, das mit einer im wesentlichen in der Horizontalebene des Fahrzeugs die am Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs angreifende Querbeschleunigung sensierenden Querbeschleuni gungssensorik ausgestattet ist in einer Kurvenfahrt befindlichen Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch
eine Querbeschleunigungssensorik zum Erfassen der im wesentlichen in der Horizontalebene des Fahrzeugs wirkenden Komponente der Querbeschleunig,
Mittel zum Erfassen einer mit der am Schwerpunkt angreifenden Zentrifugalbeschleunigung korrelierenden Zustandsgröße,
Mittel zur Berechnung des Wankwinkels des Fahrzeugs aus der mit einem Faktor gewichteten Differenz zwischen der erfaßten Komponente der Querbeschleunigung und der ermittelten Zentrifugalbeschleunigung.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, gekennzeich net durch Mittel zur Berechnung der mit der Zentrifugalbeschleunigung korrelierenden Zustandsgröße aus der Differenz der Radgeschwindigkeiten mindestens eines kurveninneren und mindestens eines kurvenäußeren Rades.

12. Einrichtung nach Anspruch 10, gekennzeich net durch Mittel zur Berechnung der mit der Zentrifugalbeschleunigung korrelierenden Zustandsgröße aus der mittels eines Gierratensensors gemessenen Gierrate.

13. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12 bei einem mindestens zweiachsigen und vierrädrigen Fahrzeug, gekennzeichnet durch
Mittel zum Ermitteln der Differenz der Radgeschwindigkeiten bei mindestens zwei Achsen,
Mittel zum Berechnen der mit der Zentrifugalbeschleunigung korrelierenden Zustandsgröße aus den mindestens zwei ermittelten Radgeschwindigkeitsdifferenzdaten,
Mittel zum Vergleichen der so gewonnenen Zustandsgrößen und zum Durchführen einer Plausibilitätsbetrachtung.

14. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, gekennzeichnet durch Mittel zum Vergleichen der mathematischen Vorzeichen des Wankwinkels und der gemessenen Querbeschleunigung zur Korrektur bei einer geneigten Fahrbahn.

15. Einrichtung zum Erkennen der Gefahr des Umkippens eines in einer Kurvenfahrt befindlichen mindestens einachsigen und mindestens zweirädrigen Fahrzeugs, das mit einer im wesentlichen in der Horizontalebene des Fahrzeugs die am Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs angreifende Querbeschleunigung sensierenden Querbeschleunigungssensorik ausgestattet ist, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 14 zur Ermittlung des Wankwinkels,
Mittel zum Vergleichen des ermittelten Wankwinkels mit einem kritischen Wankwinkel, und
Mittel zur Vornahme eines kippstabilisierenden Eingriffs am Fahrzeug bei Überschreiten des kritischen Wankwinkels.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, daß Mittel zur Gewichtung des kritischen Wankwinkels mit der aktuellen Schwerpunktslage des Fahrzeugs vorgesehen sind.

17. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, daß Mittel zur Gewichtung des kritischen Wankwinkels mit der aktuellen Zentrifugalbeschleunigung vorgesehen sind.

18. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch Mittel zur früheren Erkennung eines entstehenden kritischen Wankwinkels.