DE4436162C1 - System zum Regeln der Fahrstabilität eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

System zum Regeln der Fahrstabilität eines Kraftfahrzeugs

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Description

Die Erfindung betrifft ein System nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein derartiges System wird zum Regeln der Fahr­ stabilität von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Dazu werden die Signale von verschiedenen Sensoren ausgewertet, die Bewegun­ gen des Kraftfahrzeugs messen, wie Nick-, Wank- und Gierbewe­ gungen sowie Beschleunigungen und Verzögerungen. Es werden dabei verschiedene Sensoren, insbesondere Raddrehzahlsenso­ ren, Lenkradwinkelsensoren, Giergeschwindigkeitssensoren und gegebenenfalls weitere Sensoren eingesetzt. Die Signale die­ ser Sensoren werden in dem Fahrstabilitäts(FSR)-System aus­ gewertet und daraufhin Stell- oder Steuersignale erzeugt, mit denen der auf die einzelnen Räder des Kraftfahrzeugs einwir­ kende Bremsdruck gesteuert wird. Bestandteile der Fahrstabi­ litätsregelung sind ein Antiblockiersystem und eine Antriebs- oder Antischlupfregelung.
Bei einem bekannten System zur Erhöhung der Beherrschbarkeit eines Kraftfahrzeugs (EP-B 0 446 234) sind die Sensoren und ein Steuergerät an verschiedenen Stellen des Fahrzeugs ange­ ordnet. Dies erfordert einen nicht unerheblichen Gehäuse- und Verkabelungsaufwand für die einzelnen Bestandteile des Systems.
Ein bekanntes System zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs weist mindestens zwei Sensoreinheiten zur Erfassung der Fahrzeugbewegungen - Längs- und/oder Quer- und/oder Gierbewegungen - und zur gleichzeitigen Steuerung von Gurtstraffer, Airbag, Warnblinkanlage, Überrollbügel u.ä. mit geringem Aufwand auf. Die in Mikrotechnologie ausge­ führten Sensoreinheiten sind mit einer ersten Auswerteeinheit räumlich zusammengefaßt. Eine zweite Auswerteeinheit steuert Aktuatoren, die die Fahrzeugbewegungen beeinflussen; sie ist räumlich außerhalb des Sensormoduls angebracht und mit diesem über einen Datenbus verbunden. Sensorsignale müssen rechne­ risch auf den Fahrzeugschwerpunkt transformiert werden (DE 42 28 893 A1).
Eine ebenfalls bekannte Sicherheitsanlage für ein Kfz besteht aus einer Kombination eines ABS/ASR-Systems mit einem Rück­ haltesystem. Beide Systeme sind mit einem gemeinsamen Steuer­ gerät verbunden. Sensorsignale werden in zwei parallelen Kanälen redundant verarbeitet (DE 42 12 337 A1). Beide Kanäle arbeiten die Anwenderprogramme im Multiplexbetrieb ab und für beide Kanäle gibt es eine gemeinsame Sicherheitsüberwachung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur Fahrstabilitätsregelung zu schaffen, das sich mit geringem Aufwand realisieren läßt und bei dem die von Kabelbrüchen und dergleichen herrührenden Gefahren möglichst gering sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Systems liegt darin, daß bei ihm die Sensorsignale nicht rechnerisch auf den Fahrzeug­ schwerpunkt transformiert werden müssen.
Dadurch daß das Steuergerät mit einer Airbagsteuerung verbun­ den ist, ergibt sich der Vorteil, daß die zum Messen der Fahrzeugbewegungen bestimmten Beschleunigungs- und Gierraten­ sensoren im Fahrzeugmittelpunkt angeordnet werden können. Dieser liegt in der Regel in etwa auf dem Mitteltunnel hinter der Handbremse. Da bei Kraftfahrzeugen mit modernen zentralen Airbagsteuerungen diese üblicherweise an der genannten Stelle angeordnet sind, können nun verschiedene der benötigten Sen­ soren und die Airbagsteuerung gemeinsam in einem Gehäuse un­ tergebracht werden. Dadurch verringert sich der Gehäuseauf­ wand, und außerdem können die an dieser Stelle bereits vor­ handenen Kabelbäume und Stecker mit verwendet werden. Eine zusätzliche Einsparung ergibt sich daraus, daß der Airbag-Be­ schleunigungssensor für die Fahrstabilitätsregelung mit ver­ wendet wird.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an­ hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen System zur Fahrstabilitätsregelung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise des Systems nach Fig. 1, und
Fig. 3 eine tabellarische Zusammenstellung verschiedener in dem System nach Fig. 1 verwendbarer Methoden zur Be­ rechnung der Gierrate oder Giergeschwindigkeit.
Ein Kraftfahrzeug 1, dessen Fahrtrichtung durch einen Pfeil 2 angedeutet ist, weist vier Räder 4, 5, 6 und 7 auf. Jedem der Räder ist ein Raddrehzahlsensor 8 (vorne links), 9 (vorne rechts), 10 (hinten links) und 11 (hinten rechts) zugeordnet. Die von diesen Sensoren gelieferten Signale gelangen über aus der Zeichnung ersichtliche Signalleitungen zu einem Steuerge­ rät 12 und werden dort ausgewertet. Das Steuergerät 12 er­ zeugt Stellsignale, mit dem der auf die einzelnen Räder ein­ wirkende Bremsdruck gesteuert wird. Das Steuergerät kann als Antiblockiersystem (ABS), als Antriebsschlupfregelungssystem (ASR) oder als kombiniertes ABS-ASR-Steuergerät ausgebildet sein. Solche Antiblockier- und Antriebsschlupfregelungs-Sy­ steme sind in vielfacher Ausführung bekannt (vgl. z. B. die eingangs genannte Patentschrift), sie werden deshalb hier nicht weiter beschrieben. Zusätzlich kann das Steuergerät eine Giermomentenregelung oder allgemein eine Fahrstabili­ tätsregelung realisieren. Auch dabei werden Stellsignale er­ zeugt, die den auf die einzelnen Rädern 4-7 einwirkenden Bremsdruck steuern. Des weiteren können aktive Stoßdämpfer und lenkbare Hinterachsen gesteuert und in die Motorsteuerung des Kraftfahrzeugs eingegriffen werden, um das Motordrehmo­ ment an die Fahrsituation anzupassen, zum Beispiel um es bei durchdrehenden Antriebsrädern vorübergehend zu verringern.
Das Steuergerät 12 ist über eine Datenleitung 13, z. B. über einen VAN- oder CAN-Bus, mit einem Gehäuse 14 verbunden, das an zentraler Stelle angeordnet ist, d. h. möglichst in dem Fahrzeugmittelpunkt. Dieses zentrale Gehäuse 14 enthält min­ destens einen Beschleunigungssensor 16 und eine Airbagsteue­ rung 17. Diese Airbagsteuerung 17 löst einen oder mehrere in dem Kraftfahrzeug vorhandene Airbags im Falle eines Aufpralls oder einer Kollision des Kraftfahrzeugs aus. Es wertet dazu die Signale des Beschleunigungssensors 16 aus. Signale dieses Sensors werden hier auch für die Fahrstabilitätsregelung ver­ wendet.
In dem zentralen Gehäuse 14 ist auch ein Giergeschwindig­ keits- oder Gierratensensor 18 untergebracht, falls das Kraftfahrzeug einen solchen hat. Die Giergeschwindigkeit oder Gierrate läßt sich aber auch aus den Signalen anderer Senso­ ren ermitteln, wie weiter hinten anhand von Fig. 3 erläutert wird. Sehr vorteilhaft ist allerdings, daß die Funktion des Gierratensensors 18 durch Auswertung der Signale des Lenkrad­ winkelsensors, des Beschleunigungssensors und/oder eines oder mehrerer Raddrehzahlsensoren überprüft werden kann. Es ist dadurch möglich, einen indirekten Selbsttest, auch als Plau­ sibilitätstest bezeichnet, des Gierratensensors durchzufüh­ ren, ohne daß dazu ein zusätzlicher konstruktiver oder schal­ tungstechnischer Aufwand in dem Gierratensensor betrieben werden müßte.
Das Steuergerät 12 enthält eine Rechenschaltung 23 zum Be­ rechnen der Gierrate Ω (Fig. 2), die auch als ein Algorith­ mus ausgeführt sein kann, und einen Rechen- oder Programmbe­ reich 24 zum Durchführen der Fahrstabilitätsregelung. Die Kommunikation zwischen diesen beiden Elementen des Steuerge­ räts 12 ist durch einen bidirektionalen Pfeil 25 angedeutet. In der Rechenschaltung 23 werden die Signale der vier Rad­ drehzahlsensoren 8 bis 11, die Signale des Lenkradwinkelsen­ sors 19 und die Signale von zwei Beschleunigungssensoren, einem Längsbeschleunigungssensor 28 und einem Querbeschleuni­ gungssensor 29 ausgewertet.
Die durch den Gierratensensor 18 gemessene Gierrate Ω wird, ggf. zusammen mit Selbsttestdaten des Sensors, über eine Signalleitung 26 an die Fahrstabilitätsregelung 24 und über eine Signalleitung 27 an die Rechenschaltung 23 übermittelt. In dieser wird mit Hilfe einer der nachfolgend zu beschrei­ benden Berechnungsmethoden eine Plausibilitätsprüfung der Gierrate Ω durchgeführt. Ergibt sich, daß die Gierrate in Ordnung ist, wird dies über den Kommunikationskanal 25 der Fahrstabilitätsregelung 24 mitgeteilt, die dann den gemesse­ nen Wert verwerten kann.
Für eine effektive Fahrstabilitätsregelung werden die Kompo­ nenten der Kraftfahrzeugbeschleunigung in drei Raumachsen be­ nötigt. Die Beschleunigungssensoren 17, 28 und 29 können als ein kombinierter Dreiachssensor mit folgenden Meßbereichen ausgeführt werden:
  • (1) in Fahrt-(x-)Richtung mit einem Meßbereich von ± 50 g,
  • (2) in Quer-(y-)Richtung mit einem Meßbereich von ± 5 g, und
  • (3) in Richtung der Hochachse (z-Richtung) mit ± 5 g.
Zum Messen der Beschleunigung in Fahrtrichtung wird der Be­ schleunigungssensor 17 des Airbags (üblicherweise als Crash­ sensor bezeichnet) verwendet. Die Messungen der Beschleuni­ gung in Querrichtung können zum Auslösen von ggf. vorhandenen Seitenairbags verwendet werden. Hierfür beträgt der Meßbe­ reich etwa ± 20 g. Daraus folgt, daß durch das Zusammenfassen der für die Airbagsteuerung und für die Fahrstabilitätsrege­ lung benötigten Sensoren in dem gemeinsamen Gehäuse 14 eine Mehrfachausnützung der Sondensignale ermöglicht wird. Eine derartige Zentralisierung ist auch vorteilhaft im Hinblick auf die Übertragung großer Datenmengen in Kraftfahrzeug über einen Datenbus.
Aus der Fig. 3 sind verschiedene Methoden ersichtlich, nach denen die Giergeschwindigkeit oder Gierrate aus verschiedenen anderen im Kraftfahrzeug durch Sensoren erfaßten Größen be­ rechnet werden kann. In der ersten Textspalte sind die zu messenden Größen aufgeführt:
  • 1. die Raddrehzahlen (oder Radgeschwindigkeiten),
  • 2. der Lenkradwinkel und eine Raddrehzahl,
  • 3. der Lenkradwinkel und die Fahrzeuggeschwindigkeit,
  • 4. die Längs- und die Querbeschleunigung,
  • 5. die Beschleunigung und der Lenkradwinkel.
Aus der zweiten Textspalte sind die jeweils benötigten Sen­ sorsignale oder Meßdaten ersichtlich. Die für die Berechnung der Gierrate in den Fällen 1. bis 5. zu verwendenden Formeln sind aus der dritten Textspalte von Fig. 3 ersichtlich, und die in diesen Formeln verwendeten Formelzeichen aus der vier­ ten Textspalte. Die letzte Textspalte ist für eventuelle Be­ merkungen hinsichtlich der Meßgenauigkeit einzelner Berech­ nungsmethoden vorgesehen.
Zusammenfassend sei das erfindungsgemäße System zum Regeln der Fahrstabilität eines Kraftfahrzeugs wie folgt beschrie­ ben. Signale von den Raddrehzahlsensoren 8-11, von dem Lenk­ radwinkelsensor 19, ggf. von dem Giergeschwindigkeitssensor 18 und von weiteren Sensoren werden von dem Steuergerät 12 ausgewertet. Dieses erzeugt Stellsignale, mit denen die auf die einzelnen Räder 4-7 des Kraftfahrzeugs 1 einwirkenden Bremsdrücke so gesteuert werden, daß der Fahrzustand des Kraftfahrzeugs 1 stabil bleibt. Das heißt, daß zum Beispiel die Bremsen nicht blockieren, die Räder nicht durchdrehen, das Kraftfahrzeug nicht ausbricht usw. Das Steuergerät 12 ist mit der Airbagsteuerung 17 verbunden und wertet die Signale des Beschleunigungssensors 16 der Airbagsteuerung aus. Zweck­ mäßigerweise sind der Giergeschwindigkeitssensor 18, der Be­ schleunigungssensor 16 und die Airbagsteuerung 17 gemeinsam in dem an zentraler Stelle des Kraftfahrzeugs angeordneten Gehäuse 14 untergebracht. Des weiteren können aktive Stoß­ dämpfer und lenkbare Hinterachsen gesteuert und in die Motor­ steuerung des Kraftfahrzeugs eingegriffen werden, um das Mo­ tordrehmoment an die Fahrsituation anzupassen, zum Beispiel um es bei durchdrehenden Antriebsrädern vorübergehend zu ver­ ringern.
Schließlich können der Gierratensensor 18 und dessen in dem Steuergerät 12 ausgewertete Signale auch in einem Fahrzeugna­ vigationssystem verwendet werden.

Claims (7)

1. System zum Regeln der Fahrstabilität eines Kraftfahrzeugs (1), das ein Steuergerät (12) aufweist, durch das die Signale von Raddrehzahlsensoren (8-11) und von einem Giergeschwindig­ keitssensor (18) ausgewertet und Stellsignale erzeugt werden, mit denen der auf die einzelnen Räder (4-7) des Kraftfahr­ zeugs einwirkende Bremsdruck gesteuert wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steuergerät (12) mit einer Airbagsteuerung (17) verbunden ist, daß in ihm die Signale von mindestens ei­ nem Beschleunigungssensor (16) der Airbagsteuerung ausgewer­ tet werden, und daß der Beschleunigungssensor (16) und die Airbagsteuerung (17) gemeinsam an zentraler Stelle des Kraft­ fahrzeugs angeordnet sind.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Giergeschwindigkeitssensor (18) und der Beschleunigungssensor (16) in dem Gehäuse der Airbagsteuerung (17) untergebracht sind.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (12) mit der Airbagsteuerung (17) und den Senso­ ren über einen Datenbus (13) verbunden ist.
4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (12) eine Rechenschaltung (23) enthält, durch die ein Selbsttest der Signale des Giergeschwindigkeitssensors (18) anhand einer Auswertung der Signale mehrerer anderer Sensoren (8-11, 28, 29) durchgeführt wird.
5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Steuergerät (12) Stellsignale erzeugt werden, mit denen aktive Stoßdämpfer gesteuert werden.
6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Steuergerät (12) Stellsignale erzeugt werden, mit denen eine lenkbare Hinterachse gesteuert wird.
7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Steuergerät (12) Stellsignale erzeugt werden, mit denen in die Motorsteuerung des Kraftfahrzeugs eingegriffen wird, um das Motordrehmoment an die Fahrsituation anzupassen.
DE4436162A 1994-10-10 1994-10-10 System zum Regeln der Fahrstabilität eines Kraftfahrzeugs Expired - Fee Related DE4436162C1 (de)

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