EP1347903A1 - System und verfahren zur beurteilung eines beladungszustandes eines kraftfahrzeugs - Google Patents

System und verfahren zur beurteilung eines beladungszustandes eines kraftfahrzeugs

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EP1347903A1
EP1347903A1 EP01991678A EP01991678A EP1347903A1 EP 1347903 A1 EP1347903 A1 EP 1347903A1 EP 01991678 A EP01991678 A EP 01991678A EP 01991678 A EP01991678 A EP 01991678A EP 1347903 A1 EP1347903 A1 EP 1347903A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wheel
vehicle
determined
lateral acceleration
motor vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01991678A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jost Brachert
Ulrich Hessmert
Norbert Polzin
Thomas Sauter
Helmut Wandel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1347903A1 publication Critical patent/EP1347903A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/17—Using electrical or electronic regulation means to control braking
    • B60T8/1755—Brake regulation specially adapted to control the stability of the vehicle, e.g. taking into account yaw rate or transverse acceleration in a curve
    • B60T8/17551—Brake regulation specially adapted to control the stability of the vehicle, e.g. taking into account yaw rate or transverse acceleration in a curve determining control parameters related to vehicle stability used in the regulation, e.g. by calculations involving measured or detected parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60T8/17—Using electrical or electronic regulation means to control braking
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    • B60T8/18—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to vehicle weight or load, e.g. load distribution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60T8/58—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration responsive to speed and another condition or to plural speed conditions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G19/00—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups
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    • B60T2240/00—Monitoring, detecting wheel/tire behaviour; counteracting thereof
    • B60T2240/03—Tire sensors

Definitions

  • the present invention relates to a system for assessing a loading condition of a motor vehicle with at least one wheel, comprising: at least one sensor device which detects a quantity proportional to the vehicle weight and outputs a signal representing the quantity, and an evaluation device which represents the quantity measured Processed signal and judged a loading condition of the vehicle in accordance with the result of the processing.
  • the present invention also relates to a method for assessing the loading condition of a motor vehicle with at least one wheel, preferably for execution by a system according to the invention, the method comprising the following steps: detecting a size proportional to the vehicle weight, processing the detected size, and assessing a loading condition of the Vehicle according to the result of the processing.
  • a maximum payload or a maximum total weight is usually assigned to motor vehicles, and if this is exceeded, the operating license for the vehicle expires. This serves to ensure the traffic safety of the vehicles, since in the event of impermissible loading there is a risk of failure of operationally important devices on the vehicle. In addition, the behavior of vehicles changes with the payload. Driving situations can be critical for inadmissibly loaded vehicles, which can be easily managed with a permissible loading condition.
  • Knowing the loading condition is therefore of great importance for ensuring traffic safety. Although a driver who does not load his vehicle at all does not need to worry about the loading condition, situations often occur, for example in general for commercial vehicles but also for transportation by passenger car in which the driver can no longer correctly estimate the loading of his motor vehicle.
  • a system for commercial vehicles is known from the prior art which determines the respective commercial vehicle weight by means of pressure sensors in the air pressure spring systems of the commercial vehicle.
  • tires can be provided in which magnetized surfaces or strips are incorporated into each tire, preferably with field lines running in the circumferential direction.
  • the magnetization always takes place in sections in the same direction, but with the opposite orientation, that is to say with alternating polarity.
  • the magnetized stripes preferably run near the rim flange and near the mountain pines. The sensors therefore rotate at wheel speed.
  • Corresponding transducers are preferably attached to the body at two or more points that are different in the direction of rotation and also have a different radial distance from the axis of rotation.
  • an inner measurement signal and an outer measurement signal can be obtained.
  • a rotation of the tire can then be recognized in the circumferential direction via the changing polarity of the measurement signal or the measurement signals.
  • the wheel speed can be calculated, for example, from the rolling range and the change over time of the inner measurement signal and the outer measurement signal.
  • the measurement signals can also be used to conclude that the tire is deformed and thus that forces are acting between the tire and the driving surface.
  • the sensors can be implemented as micro sensors in the form of micro switch arrays.
  • forces and accelerations and the speed of a wheel are measured by the sensors arranged on the movable part of the wheel bearing. This data is compared with electronically stored basic patterns or with data from a similar or similar microsensor that is attached to the fixed part of the wheel bearing.
  • the sensor device is a wheel force sensor device assigned to the at least one wheel, which detects a wheel contact force of the respective wheel acting essentially between the driving surface and the wheel contact surface as the variable proportional to the vehicle weight.
  • the wheel contact force which is a force component acting orthogonally to the wheel contact surface
  • the vehicle weight can be determined directly, that is to say without further conversion from a gas pressure.
  • an exceeding of the permissible total weight can be detected
  • a strong exceeding of the vehicle's empty weight can lead to a shift of the center of gravity away from the level of the driving surface and thus to an impermissible roof load.
  • the driver when a predetermined vehicle weight threshold value is exceeded, the driver can be informed via an output unit, for example an on-board computer, that driving is not permitted if the registered load is on the vehicle roof and not in the trunk. Furthermore, according to a further aspect of the invention, the driver can use an input device to specify the location at which the vehicle load is on the vehicle, so that the system can compare the vehicle weight with a first predetermined vehicle weight threshold as Assessment of the loading condition can indicate that the total vehicle weight has been exceeded and, taking into account a driver input, can conclude that a permissible roof load has been exceeded by comparison with a second vehicle weight threshold value.
  • an output unit for example an on-board computer
  • the vehicle weight can, however, be determined much more precisely if at least two wheels opposite each other in the vehicle transverse direction, preferably each wheel of the vehicle, are each assigned a wheel force sensor device.
  • a sensor device In the event that a sensor device is assigned to each wheel of the vehicle, it can be determined from the change in the detected wheel contact force of each wheel, for example with regard to an unloaded state, whether the load is on the roof or in the trunk, for example Due to the different locations of the load, change the wheel contact forces differently with the same load weight.
  • a tire sensor device and / or a wheel bearing sensor device can advantageously be considered as a wheel force sensor device.
  • these sensor devices have the advantage that they detect wheel contact forces very precisely without any significant interference can, since the detection location is very close to the point of action of the detected force.
  • a wheel speed and thus a vehicle speed can be determined with these sensor devices. If such a sensor device is assigned to all wheels, that is to say both driven and non-driven, further variables characterizing the driving state can also advantageously be determined, such as wheel slip or a differential speed between left and right vehicle wheels.
  • the system can alternatively or additionally to increase the accuracy include a steering sensor device which is capable of actuating the steering wheel, preferably a steering wheel and / or a steering angle.
  • the system comprises a time measuring device. It will be apparent to those skilled in the art that a timing device may be preferred, but may not necessarily be a watch. Any facility from which a time lapse can be concluded is useful for this. For example, a time can also be determined from knowledge of the vehicle speed and the distance traveled. To determine changes in quantities over time, it is advantageous if the system comprises a storage device. The at least one determined wheel contact force and / or at least one detected wheel speed and / or a detected steering wheel and / or steering angle and / or detection times which are assigned to the detected values can be stored there.
  • the assessment device can determine a change over time of the at least one wheel contact force and a change over time in a steering speed and assess the loading condition in accordance with the result of the determination.
  • the assessment device can at least approximately determine a vehicle mass distribution, preferably the mass moment of inertia, of the vehicle from the vehicle dynamics.
  • the assessment device can also determine a lateral acceleration of the vehicle, preferably from the wheel speed of non-driven wheels and from a yaw rate. From the lateral acceleration and the assessed vehicle approval can be concluded that the vehicle is tipping over.
  • This tendency to tip over can be estimated particularly precisely if the assessment device determines the height of the center of gravity of the vehicle above the driving surface and assesses the loading condition in accordance with the result of the determination.
  • the height of the center of gravity of the vehicle can be determined, for example, via a map, which can be stored in the memory device and which relates the change in time of the determined wheel contact force of the at least one wheel, the change in time of a steering speed and the height of the center of gravity indicates the driving surface.
  • the assessment device can also use the data available to it to determine the curve radius of the curve path currently traversed by the vehicle.
  • An example of how acceleration and curve radius can be determined is given below.
  • the traffic safety of the vehicle can be increased by the assessment device issuing an actuating signal in accordance with the assessed loading condition, the system further comprising an actuating device which influences an operating state of the motor vehicle in accordance with the actuating signal.
  • the ignaltell signal can be a maximum permissible transverse load which can be determined from the loading condition. acceleration and / or include a maximum permissible cornering speed.
  • the control signal can thus limit the lateral acceleration and / or the cornering speed to a corresponding maximum value and thus reliably prevent the vehicle from tipping over.
  • Possible interventions in the operating state of the motor vehicle are, for example, a change in the engine power and / or a change in a wheel brake pressure of at least one wheel of the motor vehicle.
  • the engine power can be achieved by adjusting the ignition timing and / or by changing the throttle lap position and / or by changing the fuel injection quantity.
  • the system can be implemented with the smallest possible number of components if the assessment device and / or the setting device of a device for controlling and / or regulating the driving behavior of a motor vehicle, such as an anti-lock braking system, an ASR system or an ESP system , is or are assigned. This particularly includes the case that the devices mentioned are part of the device.
  • the present invention relates to a system for controlling and / or regulating the driving behavior of a motor vehicle with at least one tire and / or one wheel, a force sensor being fitted in the tire and / or on the wheel, in particular on the wheel bearing, and depending on the cornering speed and / or the lateral acceleration of the vehicle is limited by the output signals of the force sensor.
  • the driving mass or the mass value representing the vehicle mass distribution are determined and, depending on the mass value, the cornering speed and / or the lateral acceleration of the vehicle are limited.
  • the invention is based on the method according to the invention in that, in the detection step, a wheel contact force of the at least one wheel acting essentially between the driving surface and the wheel contact surface is recorded as the variable proportional to the vehicle weight.
  • the vehicle weight can be determined from the wheel contact force detected on the at least one wheel and compared with a corresponding threshold value. Wheel contact forces are preferably recorded on all wheels. From this, both the location of the payload on the vehicle and subsequently exceeding a location-dependent (roof or trunk) permissible payload can be determined.
  • the detection step can include the detection of a wheel speed of at least one wheel and / or the detection of an actuation of the steering wheel, preferably a steering wheel and / or a steering angle and / or the detection of the time or of the time together - hanging sizes include.
  • the assessment of the loading condition can advantageously take place in accordance with the results of the determination of the change over time of the at least one determined wheel contact force and the change over time of a steering speed.
  • a vehicle mass distribution, preferably a mass moment of inertia, of the vehicle can also be determined from the vehicle dynamics that can be determined in this way.
  • the method also includes a determination of a height of the vehicle's center of gravity above the driving surface, the loading condition being assessed in accordance with the result of this determination.
  • the height of the vehicle's center of gravity can be determined, for example, as described above using a suitable map.
  • the height of the vehicle's center of gravity above the driving surface can also be determined from the lateral acceleration and the change in time of the at least one wheel contact force, which is why it is advantageous if the method comprises determining the lateral acceleration.
  • the height of the vehicle's center of gravity can be easily determined using the Lever Act.
  • the curve radius traveled serves as a further measure of impending overturning or for a centrifugal force when cornering, so that it is expedient if the method comprises determining the curve radius.
  • the method may alternatively or additionally include influencing an operating state of the motor vehicle in accordance with the result of the assessment of the loading state, preferably taking into account the curve radius.
  • the lateral acceleration and / or the cornering speed can be limited to a corresponding maximum value, and thus the vehicle can not tip over.
  • a device for controlling and / or regulating the driving behavior of the motor vehicle is provided on the vehicle, such as an anti-lock braking system, an ASR system or an ESP system, it is advantageous to avoid additional components and modules on the vehicle if the influencing step is carried out by this device or these devices.
  • Figure 1 is a block diagram of a system according to the invention.
  • FIG. 2 shows a flow chart of a method according to the invention for determining an overload of the
  • FIG. 3 shows a flow diagram of an alternative or additional method according to the invention for determining a critical roof load of the vehicle
  • FIG. 4 shows part of a tire equipped with a tire sidewall sensor
  • FIG. 5 shows exemplary signal profiles of the tire side wall sensor shown in FIG. 3.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a system according to the invention.
  • a sensor device 10 is assigned to a wheel 12, the wheel 12 shown being shown as representative of the wheels of a vehicle.
  • the sensor device 10 is connected to an assessment device 14 for processing signals from the sensor device 10.
  • the evaluation device 14 comprises a storage device 15 for storing recorded values.
  • the assessment device 14 is also connected to an actuating device 16. This actuating device 16 is in turn assigned to the wheel 12.
  • the sensor device 10 detects the wheel contact force and the wheel speed of the wheel 12.
  • the resultant detection results are transmitted to the evaluation device 14 for further processing.
  • the mentioned wheel forces are determined in the assessment device 14 from a detected deformation of the tire. This can be done by using characteristic curves stored in a memory unit.
  • the load condition of the vehicle can be assessed from the wheel contact forces of the individual wheels by comparison with a vehicle weight threshold value.
  • the assessment device 14 determines a maximum cornering speed and / or a maximum lateral acceleration. Based on a comparison of an instantaneous cornering speed and / or a maximum lateral acceleration with the maximum cornering speed and / or the maximum lateral acceleration, the evaluation device 14 generates a corresponding actuating signal.
  • This signal can then be transmitted to an actuating device 16 so that, depending on the signal, the operating state of the vehicle, in particular the wheel 12, can be influenced.
  • Such an influence can be caused by braking intervention on individual wheels, changing the throttle valve position on the engine, by changing the fuel injection quantity, injection time and / or injection duration, by suppressing the injection and / or by changing the ignition timing.
  • FIG. 2 shows a flowchart of an embodiment of the method according to the invention in the context of the present invention, the loading condition of the vehicle being assessed with regard to overloading and a stabilizing intervention in vehicle operation being carried out by the system according to the invention depending on the result of the assessment.
  • S02 Determination of the contact force of each tire on the driving surface from the detected deformation.
  • S03 Determine the payload weight of the vehicle from the sum of the wheel contact forces of all wheels.
  • S04 Determine the location of the load on the vehicle.
  • S05 Compare the payload weight determined in step S03 with a predetermined trunk load threshold.
  • S06 Output of a warning signal to the driver.
  • S07 Comparison of the loading weight determined in step S03 with a predetermined roof load threshold value.
  • S08 Output of a warning signal to the driver.
  • S09 Determine a maximum permissible lateral acceleration.
  • S10 Determination of an instantaneous actual lateral acceleration.
  • Sll Compare the current actual lateral acceleration with the maximum permissible lateral acceleration determined in step S09.
  • S12 Determine the measures suitable for an operational intervention to limit the current actual lateral acceleration to the maximum permissible lateral acceleration and, if necessary, the wheels on which these are to be carried out.
  • step SOI The method sequence shown in FIG. 2 can be carried out in this or a similar manner in the case of a rear-wheel drive or a front-wheel drive vehicle.
  • a deformation of a tire is recorded in step SOI.
  • a wheel contact force is determined for each wheel in step S02. This is done by means of characteristic curves stored in a memory unit, which indicates the relationship between tire deformations and the wheel contact force. A wheel speed is also determined for each wheel.
  • step S03 the load weight of the vehicle is determined from the sum of the determined wheel contact forces of each wheel and in step S04 the location of the load.
  • the load weight determined in step S03 is compared with a trunk load threshold value in step S05.
  • the predetermined trunk load threshold may be about the maximum allowable total weight of the vehicle, a value close to this or an experimentally determined value at which the driving dynamics properties of the vehicle change in such a way that the vehicle can be brought into critical driving situations considerably more easily. In this way, an overload of the vehicle can be recognized. If the trunk load threshold value is exceeded, a corresponding warning signal is output to the driver in step S06.
  • step S04 If, on the other hand, it is determined in step S04 that the load is on the roof, the load weight determined in step S03 is compared with a roof load threshold value in step S07.
  • the predetermined roof load threshold value can be specified by the vehicle manufacturer according to stability or driving dynamics criteria. This means that the vehicle's roof load can be identified as being too high. If the roof load threshold value is exceeded, a corresponding warning signal is output to the driver in step S08.
  • a maximum permissible lateral acceleration is calculated, at which the vehicle can still be safely controlled.
  • a maximum permissible curve speed can also be calculated. This maximum value or these maximum values are subsequently used for driving dynamics control.
  • An actual lateral acceleration of the vehicle is determined in step S10. The actual lateral acceleration can be determined, for example, by the detected wheel speeds and the yaw rate of the vehicle. For example, it results from:
  • AY_B is the actual lateral acceleration
  • ⁇ is the yaw rate
  • VMNA is the average speed of the non-driven wheels.
  • the yaw rate ⁇ of a vehicle can be calculated, for example, from characteristic vehicle dimensions and the average vehicle speed as follows:
  • DV_G is the differential speed to be determined from the corresponding wheel speeds non-driven wheels
  • # WHEELBASE is the wheelbase of the vehicle
  • #SPURW is the track width
  • step S11 a comparison is made between the actual lateral acceleration and the maximum permissible lateral acceleration determined in step SO9.
  • step S12 suitable measures are determined in order to limit the actual lateral acceleration to the maximum permissible lateral acceleration. This can be done by reducing the speed, for example, by first selecting the wheels which are additionally to be acted upon by a braking force. In the next stage, the amount of the application is calculated.
  • step S13 the measures determined in step S12 are finally carried out by means of appropriate control interventions, for example on hydraulic valves.
  • FIG. 3 shows a flowchart of a method for determining a critical roof load of the vehicle and an intervention in the operating state of the vehicle which is carried out as a function thereof.
  • the method steps are identified by apostrophized reference numerals. Same Reference symbols denote the same method steps.
  • the process steps mean in detail:
  • SOI ' Detection of deformation on each tire.
  • S02 ' Determination of the contact force of each tire on the driving surface from the detected deformation.
  • S14 ' Storage of the current wheel contact forces determined in step S02' together with the associated detection times.
  • S16 ' storage of the current steering wheel angle acquired in step S15' together with the associated acquisition time.
  • S17 ' Determination of a change over time in the wheel contact forces of all wheels.
  • S18 ' determining a change in the steering wheel angle over time.
  • S19 ' Determination of a height of the center of gravity of the vehicle above the driving surface in accordance with a map as a function of the change over time of the wheel contact forces of all wheels and the change over time of the steering wheel angle.
  • S20 ' Compare the vehicle center of gravity determined in step S19' with a predetermined center of gravity height threshold.
  • S21 ' Output of a warning signal to the driver.
  • S09 ' Determination of a maximum permissible lateral acceleration.
  • S10 ' Determining an instantaneous actual lateral acceleration.
  • Sll ' Comparison of a current actual lateral acceleration with the maximum permissible lateral acceleration determined in step S09'.
  • step S14 ' the current wheel contact forces determined in step S02' are stored together with the associated detection times, so that they are available for later calculation of a change over time.
  • step S15 ' a current steering wheel angle is recorded in order to obtain information about a steering speed, that is to say about the change in the steering wheel angle over time.
  • a steering angle can also be recorded.
  • the steering wheel angle should be recorded as simultaneously as possible with the wheel contact forces.
  • step S16 ' analogously to the wheel contact forces in step S14', the steering wheel angle recorded in step S02 'is stored together with the associated detection time. It may be possible to delete old values that are no longer required to relieve the memory device.
  • step S17 ' The change over time in the wheel contact forces of all wheels is subsequently determined in step S17 '.
  • the changes in time on the individual wheels can be combined into a single change variable to simplify further processing.
  • step S18 ' the change in the steering wheel angle over time is determined in step S18 '.
  • the height of the vehicle's center of gravity above the driving surface can then be determined in a step S19 'in accordance with a characteristic diagram as a function of the change over time of the wheel contact forces of all wheels and the change over time of the steering wheel angle.
  • a predetermined center of gravity height threshold value in step S20', the loading condition of the vehicle can be assessed with regard to a critical roof load. If the predetermined center of gravity threshold value is exceeded, a corresponding warning signal is output to the driver in step S21 '.
  • step S09 ' as in step S09 of the method in FIG. 2, there is a maximum permissible lateral acceleration determined, only this time taking into account the vehicle center of gravity height determined in step S19 '.
  • FIG. 4 shows a section of a tire 32 mounted on the wheel 12 with a so-called tire / side wall sensor device 20, 22, 24, 26, 28, 30 when viewed in the direction of the axis of rotation D of the tire 32.
  • the tire / side wall sensor device 20 comprises two sensor devices 20, 22, which are attached to the body at two different points in the direction of rotation. Furthermore, the sensor devices 20, 22 each have different radial distances from the axis of rotation of the wheel 32.
  • the side wall of the tire 32 is provided with a plurality of magnetized surfaces, which run essentially in the radial direction with respect to the wheel axis of rotation, as measuring sensors 24, 26, 28, 30 (strips) with field lines which preferably run in the circumferential direction.
  • the agnetized areas have alternating magnetic polarity.
  • FIG. 5 shows the courses of the signal Si of the sensor device 20 from FIG. 4 arranged on the inside, that is to say closer to the axis of rotation D of the wheel 12, and of the signal Sa of the sensor device 22 of the figure that is arranged on the outside, ie further away from the axis of rotation of the wheel 12 4.
  • a rotation of the tire 32 is recognized via the changing polarity of the measurement signals Si and Sa.
  • the wheel speed can be calculated, for example, from the rolling range and the change over time of the signals Si and Sa.
  • Torsions of the tire 32 can be determined by phase shifts between the signals and thus, for example, wheel forces can be measured directly become.
  • it is of particular advantage if the contact force of the tire 32 on the road 34 according to FIG. 4 can be determined, since this contact force can be used to directly deduce the tendency of the wheels of the motor vehicle to lift in the manner according to the invention.
  • a riot force can be determined from the tire deformation even when the tire is stationary.

Abstract

Ein System zur Beurteilung des Beladungszustandes eines Kraftfahrzeugs mit wenigstens einem Rad (12) umfasst wenigstens eine Sensoreinrichtung (10), welche eine zum Fahrzeuggewicht proportionale Grösse erfasst und ein die Grösse reprässentierrichtung (14), welche das die erfasste Grösse repräsentierende Signal (Si, Sa) verarbeitet und nach Massgabe des Ergebnisses der Verarbeitung einen Beladungszustand des Fahrzeugs beurteilt. Erfindungsgemäss ist die Sensoreinrichtung (10) eine dem wenigstens einen Rad (12) zugeordnete Radkraft-Sensoreinrichtung (10), welche eine im Wesentlichen zwischen Fahruntergrund und Radaufstandsfläche wirkende Radaufstandskraft des jeweiligen Rades (12) als die zum Fahrzeuggewicht proportionale Grösse erfasst. Die Erfindung betrifft ausserdem ein entsprechendes Verfahren.

Description

System und Verfahren zur Beurteilung eines Beladungszustandes eines Kraftfahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Beurteilung eines Beladungszustandes eines Kraftfahrzeugs mit wenigstens einem Rad, umfassend: wenigstens eine Sensoreinrichtung, welche eine zum Fahrzeuggewicht proportionale Größe erfasst und ein die Größe repräsentie- rendes Signal ausgibt, und eine Beurteilungseinrichtung, welche das die erfasste Größe repräsentierende Signal verarbeitet und nach Maßgabe des Ergebnisses der Verarbeitung einen Beladungszustand des Fahrzeugs beurteilt.
Die vorliegende Erfindung betrifft überdies ein Verfahren zur Beurteilung des Beladungszustands eines Kraftfahrzeugs mit wenigstens einem Rad, vorzugsweise zur Ausführung durch ein erfindungsgemäßes System, welches Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erfassen einer zum Fahrzeuggewicht proportionalen Größe, Verarbeiten der erfassten Größe, und Beurteilen eines Beladungszustands des Fahrzeugs nach Maßgabe des Ergebnisses der Verarbeitung . Stand der Technik
Kraftfahrzeugen ist gewöhnlich eine maximale Zuladung beziehungsweise ein maximales Gesamtgewicht zugeordnet, bei dessen Überschreiten die Betriebserlaubnis für das Fahrzeug erlischt. Dies dient der Gewährleistung der Verkehrssicherheit der Fahrzeuge, da bei unzulässiger Beladung ein Versagen von betriebswichtigen Vorrichtungen am Fahrzeug droht. Darüber hinaus verändert sich, mit der Zuladung das Fahrverhalten von Fahrzeugen. Für unzulässig beladene Fahrzeuge können bereits Fahrsituationen kritisch sein, die bei einem zulässigen Beladungszustand völlig problemlos beherrschbar sind.
Dabei ist nicht nur ein Überschreiten des zulässigen Gesamtgewichtes kritisch, sondern auch eine unzulässige Dachbeladung, bei der das zulässige Gesamtgewicht nicht überschritten wird. Durch eine derartige Dachbeladung wird der GesamtSchwerpunkt des Fahrzeugs von der Ebene des Fahruntergrundes weg verlagert, sodass diese Fahrzeuge bei dynamischen Fahrmanövern, wie zum Beispiel Wechselkurvenfahren, zum Umkippen gebracht werden können.
Die Kenntnis des Beladungszustands ist daher für die Gewährleistung der Verkehrssicherheit von großer Wichtigkeit. Zwar braucht sich ein Fahrzeugführer, der sein Fahrzeug überhaupt nicht belädt, über den Beladungszustand keine Gedanken machen, jedoch treten oft genug Situationen ein, etwa generell bei Nutzfahrzeugen aber auch bei Transporten mit Personenkraftwagen, in denen der Fahrzeugführer die Beladung seines Kraftfahrzeugs nicht mehr zutreffend einschätzen kann.
Aus dem Stand der Technik ist für Nutzfahrzeuge ein Sys- tem bekannt, das durch Drucksensoren in den Luftdruckfedersystemen des Nutzfahrzeugs das jeweilige Nutzfahrzeuggewicht bestimmt.
Nachteilig an dieser Vorrichtung ist, dass ihr Einsatz auf Fahrzeuge mit Luftdruckfedersystemen beschränkt ist, was einen Einsatz bei denen meisten Personenkraftwagen ausschließt. Außerdem können erhebliche Ungenauigkeiten durch eine Berechnung des Fahrzeuggewichts aus dem Gasdruck auftreten, etwa durch Temperatureinflüsse oder durch alterungsbedingte Einflüsse auf das Gas.
Im Zusammenhang mit den vorteilhaft einsetzbaren Sensoren ist es weiterhin bekannt, dass verschiedene Reifen- hersteller den zukünftigen Einsatz von sogenannten in- telligenten Reifen planen. Dabei können neue Sensoren und Auswertungsschaltungen direkt am Reifen angebracht sein. Der Einsatz derartiger Reifen erlaubt zusätzliche Funktionen, wie zum Beispiel die Messung des am Reifen quer und längs zur Fahrtrichtung auftretenden Moments, des Reifendrucks oder der Reifentemperatur. In diesem Zusammenhang können beispielsweise Reifen vorgesehen sein, bei denen in jedem Reifen magnetisierte Flächen beziehungsweise Streifen mit vorzugsweise in Umfangs- richtung verlaufenden Feldlinien eingearbeitet sind. Die Magnetisierung erfolgt beispielsweise abschnittsweise immer in gleicher Richtung, aber mit entgegengesetzter Orientierung, das heißt mit abwechselnder Polarität. Die magnetisierten Streifen verlaufen vorzugsweise in Felgenhornnähe und in Latschnähe. Die Messwertgeber rotieren daher mit Radgeschwindigkeit. Entsprechende Messwertaufnehmer sind vorzugsweise karosseriefest an zwei oder mehreren in Drehrichtung unterschiedlichen Punkten angebracht und haben zudem noch einen von der Drehachse unterschiedlichen radialen Abstand. Dadurch können ein inneres Messsignal und ein äußeres Messsignal erhalten werden. Eine Rotation des Reifens kann dann über die sich ändernde Polarität des Messsignals beziehungsweise der Messsignale in Umfangsrichtung erkannt werden. Aus dem Abrollumfang und der zeitlichen Änderung des inneren Messsignals und des äußeren Messsignals kann beispielsweise die Radgeschwindigkeit berechnet werden. Aus den Messsignalen kann weiterhin auf eine Verformung des Reifens und damit auf zwischen Reifen und Fahruntergrund wirkende Kräfte geschlossen werden.
Ebenfalls wurde bereits vorgeschlagen, Sensoren im Rad- lager anzuordnen, wobei diese Anordnung sowohl im rotierenden als auch im statischen Teil des Radlagers erfolgen kann. Beispielsweise können die Sensoren als Mikro- sensoren in Form von Mikroschalter-Arrays realisiert sein. Von den am beweglichen Teil des Radlagers angeord- neten Sensoren werden beispielsweise Kräfte und Beschleunigungen sowie die Drehzahl eines Rades gemessen. Diese Daten werden mit elektronisch abgespeicherten Grundmustern oder mit Daten eines gleichartigen oder ähnlichen Mikrosensors verglichen, der am festen Teil des Radlagers angebracht ist. Vorteile der Erfindung
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen System dadurch auf, dass die Sensoreinrichtung eine dem wenigs- tens einen Rad zugeordnete Radkraft-Sensoreinrichtung ist, welche eine im Wesentlichen zwischen Fahruntergrund und Radaufstandsflache wirkende Radaufstandskraft des jeweiligen Rades als die zum Fahrzeuggewicht proportionale Größe erfasst. Durch die Erfassung der Radauf- Standskraft, die eine orthogonal zur Radaufstandsflache wirkende Kraftkomponente ist, kann das Fahrzeuggewicht unmittelbar, das heißt ohne weitere Umrechnung aus einem Gasdruck, genau bestimmt werden. Dabei kann zum einen eine Überschreitung des zulässigen Gesamtgewichts er- fasst werden, zum anderen kann aus einer starken Überschreitung des Fahrzeugleergewichts auf eine Verschiebung des Schwerpunkts von der Ebene des Fahruntergrundes weg und damit auf eine unzulässige Dachbeladung geschlossen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der Fahrer bei Überschreiten eines vorbestimmten Fahrzeuggewicht-Schwellenwerts über eine Ausgabeeinheit, beispielsweise einen Bordcomputer, informiert werden, dass ein Fahrbetrieb unzulässig ist, wenn sich die er- fasste Zuladung auf dem Fahrzeugdach und nicht etwa im Kofferraum befindet. Weiterhin kann nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung der Fahrer über eine Eingabeeinrichtung den Ort angeben, an welchem sich die Fahr- zeugzuladung am Fahrzeug befindet, sodass das System aus dem erfassten Fahrzeuggewicht durch Vergleich mit einem ersten vorbestimmten Fahrzeuggewicht-Schwellenwert als Beurteilung des Beladungszustands auf ein Überschreiten des Fahrzeuggesamtgewichts schließen kann und unter Berücksichtigung einer Fahrereingabe gegebenenfalls durch Vergleich mit einem zweiten Fahrzeuggewicht-Schwellen- wert auf Überschreiten einer zulässigen Dachlast schließen kann.
Grundsätzlich reicht es bei dem erfindungsgemäßen System aus, lediglich ein Rad mit einer Radkraft-Sensoreinrich- tung zu versehen, da die Verteilung des Fahrzeuggesamtgewichts auf die einzelnen RadaufStandspunkte durch die Fahrzeuggeometrie im Wesentlichen vorgegeben ist. Das Fahrzeuggewicht ist jedoch wesentlich genauer bestimmbar, wenn wenigstens zwei in Fahrzeugquerrichtung einan- der gegenüberliegenden Rädern, vorzugsweise jedem Rad des Fahrzeugs, je eine Radkraft-Sensoreinrichtung zugeordnet ist.
Im Falle, dass jedem Rad des Fahrzeugs je eine Sensor- einrichtung zugeordnet ist, kann anhand der Änderung der erfassten Radaufstandskraft jedes Rads, etwa bezüglich eines unbeladenen Zustands, festgestellt werden, ob sich die Last auf dem Dach oder etwa im Kofferraum befindet, da sich aufgrund der unterschiedlichen Anbringungsorte der Zuladung die RadaufStandskräfte bei gleichem Zuladungsgewicht unterschiedlich ändern.
Als Radkraft-Sensoreinrichtung kommt vorteilhafterweise eine Reifen-Sensoreinrichtung und/oder eine Radlager- Sensoreinrichtung in Frage. Diese Sensoreinrichtungen haben einerseits den Vorteil, dass sie Radaufstandskräf- te ohne nennenswerte Störeinflüsse sehr genau erfassen können, da der Erfassungsort sehr nahe am Wirkort der erfassten Kraft liegt. Andererseits kann mit diesen Sensoreinrichtungen zusätzlich zur Radaufstandskraft eine Raddrehzahl und somit eine Fahrzeuggeschwindigkeit er- mittelt werden. Ist allen Rädern, das heißt angetriebenen wie nicht angetriebenen, je eine derartige Sensoreinrichtung zugeordnet, können darüber hinaus vorteilhaft weitere den Fahrzustand charakterisierende Größen ermittelt werden, wie zum Beispiel ein Radschlupf oder eine Differenzdrehzahl zwischen linken und rechten Fahrzeugrädern.
Obwohl mit der Erfassung von Raddrehzahlen an linken und an rechten Rädern bereits auf eine Kurvenfahrt geschlos- sen werden kann, kann das System alternativ oder zusätzlich zur Erhöhung der Genauigkeit eine Lenkungs-Sensoreinrichtung umfassen, welche in der Lage ist, eine Betätigung des Lenkrads, vorzugsweise einen Lenkrad- und/oder einen Lenkwinkel, zu erfassen.
Um zeitliche Änderungen von Größen genauer erfassen zu können, ist es vorteilhaft, wenn das System eine Zeitmesseinrichtung umfasst. Fachleuten wird offensichtlich sein, dass eine Zeitmesseinrichtung zwar bevorzugt, je- doch nicht notwendigerweise eine Uhr sein kann. Jede Einrichtung, aus der auf einen Zeitablauf geschlossen werden kann, ist hierfür zweckdienlich. Beispielsweise kann eine Zeit auch aus der Kenntnis der Fahrzeuggeschwindigkeit und der zurückgelegten Strecke ermittelt werden. Zur Ermittlung von zeitlichen Änderungen von Größen ist es vorteilhaft, wenn das System eine Speichereinrichtung umfasst. Dort kann die wenigstens eine ermittelte Radaufstandskraft und/oder wenigstens eine erfasste Rad- drehzahl und/oder ein erfasster Lenkrad- und/oder Lenk- winkel und/oder Erfassungszeitpunkte gespeichert sein, welche den erfassten Werten zugeordnet sind.
Beispielsweise kann die Beurteilungseinrichtung eine zeitliche Änderung der wenigstens einen Radaufstandskraft und eine zeitliche Änderung einer Einlenkgeschwindigkeit ermitteln und den Beladungszustand nach Maßgabe des Ermittlungsergebnisses beurteilen. Dies stellt eine Beurteilung des Beladungszustands nach Maßgabe des dyna- mischen Fahrverhaltens des Fahrzeugs dar, was nicht nur eine sehr genaue Beurteilung des Gewichtes, sondern auch eine Beurteilung hinsichtlich des Anbringungsortes der Zuladung zulässt, da die Fahrdynamik durch die Lage des Fahrzeugschwerpunkts über dem Fahruntergrund beeinflusst wird.
So kann die Beurteilungseinrichtung nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung aus der Fahrzeugdynamik wenigstens näherungsweise eine Fahrzeugmassenverteilung, vorzugsweise das Massenträgheitsmoment, des Fahrzeugs bestimmen.
Weiterhin kann die Beurteilungseinrichtung erfindungsgemäß auch eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs bestim- men, vorzugsweise aus der Raddrehzahl von nicht angetriebenen Rädern und aus einer Giergeschwindigkeit. Aus der Querbeschleunigung und der beurteilten Fahrzeugzula- dung kann so auf eine Kippneigung des Fahrzeugs geschlossen werden.
Diese Kippneigung lässt sich dann besonders genau ab- schätzen, wenn die Beurteilungseinrichtung die Höhe des Fahrzeugschwerpunktes über dem Fahruntergrund bestimmt und nach Maßgabe des Bestimmungsergebnisses den Beladungszustand beurteilt. Die Höhe des Fahrzeugschwerpunktes lässt sich beispielsweise über ein Kennfeld bestim- men, welches in der Speichereinrichtung gespeichert sein kann und welches einen Zusammenhang zwischen der zeitlichen Änderung der ermittelten Radaufstandskraft des wenigstens einen Rades, der zeitlichen Änderung einer Einlenkgeschwindigkeit und der Höhe des Fahrzeugschwer- punkts über dem Fahruntergrund angibt.
Darüber hinaus kann die Beurteilungseinrichtung aus den ihr zur Verfügung stehenden Daten auch den Kurvenradius der augenblicklich vom Fahrzeug durchfahrenen Kurvenbahn bestimmen. Ein Beispiel dafür, wie Beschleunigung und Kurvenradius ermittelbar sind, ist weiter unten gegeben.
Über ein bloßes Beurteilen des Beladungszustandes hinaus kann die Verkehrssicherheit des Fahrzeugs dadurch erhöht werden, dass die Beurteilungseinrichtung nach Maßgabe des beurteilten Beladungszustands ein Stellsignal ausgibt, wobei das System weiterhin eine Stelleinrichtung umfasst, die einen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs nach Maßgabe des Stellsignals beeinflusst.
Beispielsweise kann das Ξtellsignal eine aus dem Beladungszustand ermittelbare maximal zulässige Querbe- schleunigung und/oder eine maximal zulässige Kurvengeschwindigkeit umfassen. Das Stellsignal kann so eine Begrenzung der Querbeschleunigung und/oder der Kurvengeschwindigkeit auf einen entsprechenden Maximalwert be- wirken und damit etwa ein Umkippen des Fahrzeugs sicher verhindern. Als mögliche Eingriffe in den Betriebszustand des Kraftfahrzeugs kommen beispielsweise eine Veränderung der Motorleistung und/oder eine Veränderung eines Radbre sdrucks wenigstens eines Rades des Kraft- fahrzeugs in Betracht. Die Motorleistung kann gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung durch Verstellung des Zündzeitpunktes und/oder durch Änderung der Drossel lap- penstellung und/oder durch Änderung der Kraftstoff-Einspritzmenge erfolgen. Das System kann dabei mit einer möglichst geringen Anzahl an Komponenten realisiert werden, wenn die Beurteilungseinrichtung und/oder die Stelleinrichtung einer Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Fahrverhaltens eines Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel einem Antiblockier- , einem ASR- oder einem ESP-System, zugeordnet ist beziehungsweise sind. Damit ist insbesondere der Fall umfasst, dass die genannten Einrichtungen Teil der Vorrichtung sind.
Mit anderen Worten betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur Steuerung und/oder Regelung des Fahrverhaltens eines Kraftfahrzeugs mit wenigstens einem Reifen und/oder einem Rad, wobei in dem Reifen und/oder am Rad, insbesondere am Radlager, ein Kraftsensor angebracht ist und abhängig von den AusgangsSignalen des Kraftsensors die Kurvengeschwindigkeit und/oder die Querbeschleunigung des Fahrzeugs begrenzt wird. Dabei kann abhängig von den Ausgangssignalen des Kraftsensors ein die Fahr- zeugmasse oder die Fahrzeugmassenverteilung repräsentierender Massenwert ermittelt werden und abhängig von dem Massenwert die Kurvengeschwindigkeit und/oder die Querbeschleunigung des Fahrzeugs begrenzt werden.
Die Erfindung baut auf dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch auf, dass im Erfassungsschritt eine im Wesentlichen zwischen Fahruntergrund und Radaufstandsflache wirkende Radaufstandskraft des wenigstens einen Rades als die zum Fahrzeuggewicht proportionale Größe erfasst wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, das sich besonders zur Ausführung durch das erfindungsgemäße System eignet, werden auch die Vorteile des erfindungsgemäßen Systems erreicht, weshalb zur ergänzenden Erläuterung des Verfahrens auf die vorangehende Sys embeschreibung verwiesen wird.
Wie vorstehend bereits beschrieben wurde, kann aus der an dem wenigstens einen Rad erfassten Radaufstandskraft das Fahrzeuggewicht bestimmt und mit einem entsprechenden Schwellenwert verglichen werden. Bevorzugt werden RadaufStandskräfte an allen Rädern erfasst. Daraus kann sowohl der Ort der Zuladung am Fahrzeug als auch nachfolgend eine Überschreitung einer ortsabhängigen (Dach oder Kofferraum) zulässigen Zuladung bestimmt werden.
Nach weiteren vorteilhaften Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung kann der Erfassungsschritt die Erfassung einer Raddrehzahl von wenigstens einem Rad und/oder die Erfassung einer Betätigung des Lenkrads, vorzugsweise eines Lenkrad- und/oder eines Lenkwinkels und/oder die Erfassung der Zeit oder von mit der Zeit zusammen- hängenden Größen umfassen. Die Beurteilung des Beladungszustands kann in vorteilhafter Weise nach Maßgabe der Ermittlungsergebnisse der zeitlichen Änderung der wenigstens einen ermittelten Radaufstandskraft und der zeitlichen Änderung einer Einlenkgeschwindigkeit erfolgen.
Aus der so ermittelbaren Fahrzeugdynamik kann weiterhin eine Fahrzeugmassenverteilung, vorzugsweise ein Massen- trägheitsmoment, des Fahrzeugs ermittelt werden.
Im Hinblick auf eine Ermittlung einer unzulässigen Dachlast ist es vorteilhaft, wenn das Verfahren weiterhin eine Ermittlung einer Höhe des FahrzeugSchwerpunkts über dem Fahruntergrund umfasst, wobei die Beurteilung des Beladungszustands nach Maßgabe des Ergebnisses dieser Ermittlung erfolg .
Die Ermittlung der Höhe des Fahrzeugschwerpunkts kann beispielsweise wie vorstehend beschrieben anhand eines geeigneten Kennfelds erfolgen.
Die Höhe des FahrzeugSchwerpunkts über dem Fahruntergrund kann darüber hinaus aus der Querbeschleunigung und der zeitlichen Änderung der wenigstens einen Radaufstandskraft ermittelt werden, weshalb es vorteilhaft ist, wenn das Verfahren eine Ermittlung der Querbeschleunigung umfasst. Die Höhe des Fahrzeugschwerpunktes lässt sich in diesem Falle in einfacher Weise über das Hebelgesetz ermitteln. Als weiteres Maß für ein drohendes Umkippen beziehungsweise für eine Zentrifugalkraft bei Kurvenfahrt dient der durchfahrene Kurvenradius, sodass es günstig ist, wenn das Verfahren eine Ermittlung des Kurvenradius um- fasst. Zur Erhöhung der Verkehrssicherheit kann das Verfahren alternativ oder zusätzlich eine Beeinflussung eines Betriebszustands des Kraftfahrzeugs nach Maßgabe des Ergebnisses der Beurteilung des Beladungszustands, vorzugsweise unter Berücksichtigung des Kurvenradius, umfassen.
Im Rahmen dieses Beeinflussungsschrittes kann die Querbeschleunigung und/oder die Kurvengeschwindigkeit auf einen entsprechenden Maximalwert begrenzt und so ein Umkippen des Fahrzeugs verhindert werden.
Ist an dem Fahrzeug eine Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Fahrverhaltens des Kraftfahrzeugs vorgesehen, wie zum Beispiel ein Antiblockier- , ein ASR- oder ein ESP-System, so ist es zur Vermeidung zusätzlicher Komponenten und Module am Fahrzeug günstig, wenn der Beeinflussungsschritt von dieser Vorrichtung beziehungsweise diesen Vorrichtungen durchgeführt wird.
Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen noch näher erläutert.
Es zeigen: Figur 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems;
Figur 2 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Ver- fahrens zur Ermittlung einer Überladung des
Fahrzeugs ;
Figur 3 ein Flussdiagramm eines alternativen oder zusätzlichen erfindungsgemäßen Verfahrens zur Er- mittlung einer kritischen Dachlast des Fahrzeugs ;
Figur 4 einen Teil eines mit einem Reifen-Seitenwand- sensor ausgestatteten Reifens;
Figur 5 beispielhafte Signalverläufe des in Figur 3 dargestellten Reifen-Seitenwandsensors .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Systems. Eine Sensoreinrichtung 10 ist einem Rad 12 zugeordnet, wobei das dargestellte Rad 12 stellvertretend für die Räder eines Fahrzeugs gezeigt ist. Die Sensoreinrichtung 10 steht mit einer Beurteilungseinrichtung 14 zum Verarbeiten von Signalen der Sensoreinrichtung 10 in Verbindung. Die Beurteilungseinrichtung 14 umfasst eine Speichereinrichtung 15 zur Speicherung erfasster Werte. Die Beurteilungseinrichtung 14 ist darüber hinaus mit einer Stelleinrichtung 16 verbunden. Diese Stelleinrichtung 16 ist wiederum dem Rad 12 zugeordnet. Die Sensoreinrichtung 10 erfasst im hier gezeigten Beispiel die Radaufstandskraft und die Raddrehzahl des Rades 12. Die hieraus resultierenden Erfassungsergebnisse werden der Beurteilungseinrichtung 14 zur weiteren Verarbeitung übermittelt. Beispielsweise werden in der Beurteilungseinrichtung 14 die genannten Radkräfte aus einer erfassten Deformation des Reifens ermittelt. Dies kann durch Verwendung von in einer Speiehereinheit ge- speicherten Kennlinien erfolgen.
In der Beurteilungseinrichtung 14 kann aus den Radauf- standskräften der einzelnen Räder durch einen Vergleich mit einem Fahrzeuggewicht-Schwellenwert der Beladungszu- stand des Fahrzeugs beurteilt werden.
In Abhängigkeit von dem beurteilten Beladungszustand ermittelt die Beurteilungseinrichtung 14 eine maximale Kurvengeschwindigkeit und/oder eine maximale Querbe- schleunigung. Anhand eines Vergleichs einer momentanen Kurvengeschwindigkeit und/oder einer maximalen Querbeschleunigung mit der maximalen Kurvengeschwindigkeit und/oder der maximalen Querbeschleunigung, erzeugt die Beurteilungseinrichtung 14 ein entsprechendes Stellsig- nal.
Dieses Signal kann dann an eine Stelleinrichtung 16 ü- bertragen werden, so dass in Abhängigkeit des Signals Einfluss auf das den Betriebszustand des Fahrzeugs, ins- besondere auf das Rad 12, genommen werden kann. Ein solcher Einfluss kann durch Bremseneingriff auf einzelne Räder, Änderung der Drosselklappenstellung am Motor, durch Änderung der Kraftstoff-Einspritzmenge, Einspritz- zeit und/oder -Einspritzdauer, durch Einspritzausblen- dung und/oder durch Änderung des Zündzeitpunktes erfolgen.
Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wobei der Beladungszustand des Fahrzeugs hinsichtlich einer Überladung beurteilt und in Abhängigkeit vom Beurteilungsergebnis ein stabilisierender Eingriff in den Fahrzeugbetrieb durch das erfindungsgemäße System durchgeführt wird. Zunächst wird die Bedeutung der einzelnen Schritte angegeben:
SOI: Erfassen einer Deformation an jedem Reifen.
S02: Ermitteln einer Aufstandskraft eines jeden Reifens auf dem Fahruntergrund aus der erfassten Deformation. S03: Bestimmen des Zuladungsgewichtes des Fahrzeugs aus der Summe der RadaufStandskräfte aller Räder. S04: Bestimmen des Ortes der Zuladung am Fahrzeug. S05: Vergleichen des in Schritt S03 bestimmten Zuladungsgewichtes mit einem vorbestimmten Kofferraumlast-Schwellenwert . S06: Ausgabe eines Warnsignals an den Fahrer.
S07: Vergleichen des in Schritt S03 bestimmten Zula- dungsgewichtes mit einem vorbestimmten Dachlast- Schwellenwert . S08: Ausgabe eines Warnsignals an den Fahrer. S09: Ermitteln einer maximal zulässigen Querbeschleunigung. S10: Ermitteln einer momentanen Ist-Querbeschleunigung. Sll: Vergleichen der momentanen Ist-Querbeschleunigung mit der in Schritt S09 ermittelten maximal zulässigen Querbeschleunigung.
S12: Ermitteln der für einen Betriebseingriff zur Begrenzung der momentanen Ist-Querbeschleunigung auf die maximal zulässige Querbeschleunigung geeigneten Maßnahmen und gegebenenfalls der Räder, an denen diese durchzuführen sind.
S13 : Durchführen der Maßnahmen.
Der in Figur 2 gezeigte Verfahrensablauf kann so oder in ähnlicher Weise bei einem heck- oder auch einem frontgetriebenen Fahrzeug erfolgen. In Schritt SOI wird eine Deformation eines Reifens erfasst.
Aus dieser Deformation wird in Schritt S02 für jedes Rad eine Radaufstandskraft ermittelt. Dies geschieht durch in einer Speichereinhei abgelegte Kennlinien, die den Zusammenhang zwischen Reifen-Deformationen und der Rad- aufstandskraft angibt. Weiterhin wird eine Raddrehzahl für jedes Rad ermittelt.
In Schritt S03 wird aus der Summe der ermittelten Radaufstandskrafte eines jeden Rades das Zuladungsgewicht des Fahrzeugs und in Schritt S04 der Ort der Zuladung bestimmt .
Wird in Schritt S04 bestimmt, dass sich die Zuladung im Kofferraum befindet, wird in Schritt S05 das in Schritt S03 bestimmte Zuladungsgewicht mit einem Kofferraumlast- Schwellenwert verglichen. Der vorbestimmte Kofferraumlast-Schwellenwert kann etwa das maximal zulässige Ge- samtgewicht des Fahrzeugs, ein diesem naher Wert oder ein experimentell bestimmter Wert sein, bei welchem sich die Fahrdynamik-Eigenschaften des Fahrzeugs derart ändern, dass das Fahrzeug erheblich leichter in kritische Fahrsituationen gebracht werden kann. So kann auf eine Überladung des Fahrzeugs erkannt werden. Wird der Kofferraumlast-Schwellenwert überschritten, so wird in Schritt S06 ein entsprechendes Warnsignal an den Fahrer ausgegeben.
Wird dagegen in Schritt S04 bestimmt, dass sich die Zuladung auf dem Dach befindet, wird in Schritt S07 das in Schritt S03 bestimmte Zuladungsgewicht mit einem Dachlast-Schwellenwert verglichen. Der vorbestimmte Dach- last-Schwellenwert kann vom Fahrzeughersteller nach Stabilität oder Fahrdynamikkriterien vorgegeben sein. So kann auf eine zu hohe Dachlast des Fahrzeugs erkannt werden. Wird der Dachlast-Schwellenwert überschritten, so wird in Schritt S08 ein entsprechendes Warnsignal an den Fahrer ausgegeben.
Im anschließenden Schritt S09 wird unter Berücksichtigung des ermittelten Zuladungsgewichts eine maximal zulässige Querbeschleunigung berechnet, bei der das Fahr- zeug noch sicher beherrschbar ist. Es sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf verwiesen, dass erfindungsgemäß alternativ oder zusätzlich zur maximal zulässigen Querbeschleunigung auch eine maximal zulässige Kurvengeschwindigkeit berechnet werden kann. Dieser Maximalwert beziehungsweise diese Maximalwerte werden nachfolgend für eine Fahrdynamikregelung herangezogen. In Schritt S10 wird eine Ist-Querbeschleunigung des Fahrzeugs ermittelt. Die Ist-Querbeschleunigung kann dabei beispielsweise durch die erfassten Raddrehzahlen und der Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt wer- den. Sie ergibt sich zum Beispiel aus:
AY _ B = ω • VMNA
wobei AY_B die Ist-Querbeschleunigung, ω die Gierge- schwindigkeit und VMNA die mittlere Geschwindigkeit der nicht angetriebenen Räder ist. Die Giergeschwindigkeit ω eines Fahrzeugs kann beispielsweise aus charakteristischen Fahrzeugabmessungen und der mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit wie folgt berechnet werden:
a.) Für heckgetriebene Fahrzeuge:
DV G 1 ω =
# SPURW • cos (δ) 1 + cl • VMNA'
mit cos (δ) = 1 - 0,5 • δ2
, «. # RADSTAND DV G und δ = DV G • = =— • c2
~~ # SPURW • VMNA VMNA
Für frontgetriebene Fahrzeuge:
DV G 1 ω =
# SPURW 1 + cl • VMNA2
Wobei cl und c2 Konstanten, DV_G die aus entsprechenden Raddrehzahlen zu ermittelnde Differenzgeschwindigkeit nicht angetriebener Räder, #RADSTAND der Radstand des Fahrzeugs und #SPURW die Spurweite sind.
In Schritt Sll wird ein Vergleich zwischen der Ist- Querbeschleunigung und der in Schritt SO9 ermittelten maximal zulässigen Querbeschleunigung durchgeführt.
Ergibt der Vergleich, dass die Ist-Querbeschleunigung die maximal zulässige Querbeschleunigung übersteigt, so findet in den anschließenden Verfahrensschritten ein stabilisierender Eingriff in den Fahrzeug-Betriebszustand statt.
In Schritt S12 werden geeignete Maßnahmen ermittelt, um die Ist-Querbeschleunigung auf die maximal zulässige Querbeschleunigung zu beschränken. Dies kann durch eine Geschwindigkeitsverringerung beispielsweise derart erfolgen, dass zunächst die Räder ausgewählt werden, die durch eine Bremskraft zusätzlich beaufschlagt werden sollen. In der nächsten Stufe wird dann der Betrag der Beaufschlagung berechnet .
In Schritt S13 werden die in Schritt S12 ermittelten Maßnahmen schließlich durch entsprechende Stelleingrif- fe, beispielsweise an Hydraulikventilen, durchgeführt.
In Figur 3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Ermittlung einer kritischen Dachlast des Fahrzeugs und eines in Abhängigkeit davon durchgeführten Eingriffs in den Betriebszustand des Fahrzeugs gezeigt. Die Verfahrensschritte sind im Gegensatz zu denen der Figur 2 mit apostrophierten Bezugszeichen gekennzeichnet. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei gleiche Verfahrensschritte. Die Verfahrensschritte bedeuten dabei im Einzelnen:
SOI' : Erfassen einer Deformation an jedem Reifen. S02': Ermitteln einer Aufstandskraft eines jeden Reifens auf dem Fahruntergrund aus der erfassten Deformation. S14' : Speichern der in Schritt S02' ermittelten aktuellen Radaufstandskrafte zusammen mit den zugehörigen Er- fassungszeitpunkten.
S15' : Erfassen eines Lenkradwinkels.
S16' : Speichern des in Schritt S15' erfassten aktuellen Lenkradwinkels zusammen mit dem zugehörigen Erfassungszeitpunkt . S17': Bestimmen einer zeitlichen Änderung der Radauf- standskräfte aller Räder. S18': Bestimmen einer zeitlichen Änderung des Lenkradwinkels . S19' : Bestimmen einer Höhe des Fahrzeugschwerpunktes über dem Fahruntergrund nach Maßgabe eines Kennfelds in Abhängigkeit von der zeitlichen Änderung der Radaufstandskrafte aller Räder und der zeitlichen Änderung des Lenkradwinkels . S20': Vergleichen der in Schritt S19' bestimmten Fahr- zeug-Schwerpunkt öhe mit einem vorbestimmten Schwerpunkthöhen-Schwellenwert . S21' : Ausgabe eines Warnsignals an den Fahrer. S09' : Ermitteln einer maximal zulässigen Querbeschleunigung. S10': Ermitteln einer momentanen Ist-Querbeschleunigung. Sll' : Vergleichen einer momentanen Ist-Querbeschleunigung mit der in Schritt S09' ermittelten maximal zulässigen Querbeschleunigung.
S12': Ermitteln der für einen Betriebseingriff zur Begrenzung der momentanen Ist-Querbeschleunigung auf die maximal zulässige Querbeschleunigung geeigneten Maßnahmen und gegebenenfalls der Räder, an denen diese durchzuführen sind.
S13' : Durchführen der Maßnahmen.
Im Folgenden werden nur die Verfahrensschritte erläutert, die sich von jenen des in Figur 2 gezeigten Verfahrens unterscheiden. Hinsichtlich der übrigen Verfahrensschritte wird auf die Beschreibung der Figur 2 verwiesen.
In Schritt S14' werden die in Schritt S02' ermittelten aktuellen Radaufstandskrafte zusammen mit den zugehörigen Erfassungszeitpunkten gespeichert, so dass sie für eine spätere Berechnung einer zeitlichen Änderung zur Verfügung stehen.
In Schritt S15' wird ein aktueller Lenkradwinkel erfasst, um Informationen über eine Einlenkgeschwindig- keit, das heißt über die zeitliche Änderung des Lenkradwinkels, zu erhalten. Anstelle des Lenkradwinkels kann auch ein Lenkwinkel erfasst werden. Um einen guten Zusammenhang zwischen den Radaufstandskraften und dem Einlenken zu erhalten, sollte der Lenkradwinkel möglichst gleichzeitig mit den Radaufstandskraften erfasst werden. In Schritt S16' wird analog zu den Radaufstandskr ften in Schritt S14' der in Schritt S02' erfasste Lenkradwinkels zusammen mit dem zugehörigen Erfassungszeitpunkt gespeichert. Eventuell können zur Entlastung der Spei- chereinrichtung alte Werte, die nicht mehr benötigt werden, gelöscht werden.
Nachfolgend wird in Schritt S17' die zeitliche Änderung der Radaufstandskrafte aller Räder bestimmt. Die zeitli- chen Änderungen an den einzelnen Rädern können zur Vereinfachung der weiteren Verarbeitung zu einer einzigen Änderungsgröße zusammengefasst werden.
Ebenso wird in Schritt S18' die zeitliche Änderung des Lenkradwinkels bestimmt.
Anschließend lässt sich in einem Schritt S19' nach Maßgabe eines Kennfelds in Abhängigkeit von der zeitlichen Änderung der Radaufstandskrafte aller Räder und der zeitlichen Änderung des Lenkradwinkels die Höhe des Fahrzeugschwerpunktes über dem Fahruntergrund bestimmen. Durch Vergleich der in Schritt S19' bestimmten Fahrzeug- Schwerpunkthöhe mit einem vorbestimmten Schwerpunkthö- hen-Schwellenwert in Schritt S20' kann der Beladungszu- stand des Fahrzeugs hinsichtlich einer kritischen Dachlast beurteilt werden. Bei Überschreiten des vorbestimmten Schwerpunkthöhen-Schwellenwerts wird in Schritt S21' ein entsprechendes Warnsignal an den Fahrer ausgegeben.
In Schritt S09' wird wie in Schritt S09 des Verfahrens von Figur 2 eine maximal zulässige Querbeschleunigung ermittelt, nur dieses mal unter Berücksichtigung der in Schritt S19' bestimmten Fahrzeug-Schwerpunkthöhe .
In Figur 4 ist ein Ausschnitt aus einem an dem Rad 12 montierten Reifen 32 mit einer sogenannten Reifen-/Side- Wall-Sensoreinrichtung 20, 22, 24, 26, 28, 30 bei Betrachtung in Richtung der Drehachse D des Reifens 32 dargestellt. Die Reifen-/Side-Wall-Sensoreinrichtung 20 umfasst zwei Sensorvorrichtungen 20, 22, die karosserie- fest an zwei in Drehrichtung unterschiedlichen Punkten angebracht sind. Ferner weisen die Sensorvorrichtungen 20, 22 jeweils unterschiedliche radiale Abstände von der Drehachse des Rades 32 auf. Die Seitenwand des Reifens 32 ist mit einer Vielzahl von bezüglich der Raddrehachse im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufenden magne- tisierten Flächen als Messwertgeber 24, 26, 28, 30 (Streifen) mit vorzugsweise in Umfangsrichtung verlaufenden Feldlinien versehen. Die agnetisierten Flächen weisen abwechselnde magnetische Polarität auf.
Figur 5 zeigt die Verläufe des Signals Si der innen, das heißt näher an der Drehachse D des Rades 12, angeordneten Sensorvorrichtung 20 von Figur 4 und des Signals Sa der außen, das heißt weiter der Drehachse des Rades 12 entfernt, angeordneten Sensorvorrichtung 22 von Figur 4. Eine Rotation des Reifens 32 wird über die sich ändernde Polarität der Messsignale Si und Sa erkannt. Aus dem Abrollumfang und der zeitlichen Änderung der Signale Si und Sa kann beispielsweise die Radgeschwindigkeit be- rechnet werden. Durch Phasenverschiebungen zwischen den Signalen können Torsionen des Reifens 32 ermittelt werden und somit beispielsweise direkt Radkräfte gemessen werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es von besonderem Vorteil, wenn die Aufstandskraft des Reifens 32 auf der Straße 34 gemäß Figur 4 ermittelt werden kann, da sich aus dieser Aufstandskraft unmittelbar auf die Abhebeneigung von Rädern des Kraftfahrzeugs in erfindungsgemäßer Weise rückschließen lässt. Eine Aufstandskraft lässt sich schon bei stillstehendem Reifen aus der Reifendeformation ermitteln.
Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

Claims

Ansprüche
1. System zur Beurteilung des Beladungszustandes eines Kraftfahrzeugs mit wenigstens einem Rad (12), umfassend:
- wenigstens eine Sensoreinrichtung (10) , welche eine zum Fahrzeuggewicht proportionale Größe erfasst, und ein die Größe repräsentierendes Signal (Si, Sa) ausgibt , und
- eine Beurteilungseinrichtung (14), welche das die erfasste Größe repräsentierende Signal (Si, Sa) verarbeitet und nach Maßgabe des Ergebnisses der Verarbeitung einen Beladungszustand des Fahrzeugs beurteilt,
dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (10) eine dem wenigstens einen Rad (12) zugeordnete Radkraft- Sensoreinrichtung (10) ist, welche eine im Wesentlichen zwischen Fahruntergrund und Radaufstandsflache wirkende Radaufstandskraft des jeweiligen Rades (12) als die zum Fahrzeuggewicht proportionale Größe erfasst.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei in Fahrzeugquerrichtung einander gegenüberliegenden Rädern (12) , vorzugsweise jedem Rad (12) des Fahrzeugs, je eine Radkraft-Sensoreinrichtung (10) zugeordnet ist.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Radkraft-Sensoreinrichtung
(10) eine Reifen-Sensoreinrichtung (20, 22, 24, 26, 28, 30) und/oder eine Radlager-Sensoreinrichtung ist.
4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Speichereinrichtung
(15) zur Speicherung der wenigstens einen ermittelten Radaufstandskraft und/oder wenigstens einer erfassten Raddrehzahl und/oder eines erfassten Lenkrad- und/oder eines Lenkwinkels und/oder von den erfassten Werten zugeordneten Erfassungszeitpunkten umfasst.
5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beurteilungseinrichtung
(14) eine zeitliche Änderung der wenigstens einen ermittelten Radaufstandskraft und eine zeitliche Änderung einer Einlenkgeschwindigkeit ermittelt und den Beladungszustand nach Maßgabe des Ermittlungsergebnisses beurteilt.
6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beurteilungseinrichtung (14) die Höhe des Fahrzeugschwerpunktes über dem Fahrun- tergrund bestimmt und nach Maßgabe des Bestimmungsergebnisses den Beladungszustand beurteilt.
7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beurteilungseinrichtung (14) nach Maßgabe des beurteilten Beladungszustands ein Stellsignal ausgibt und
- dass das System weiterhin eine Stelleinrichtung (16) umfasst, die einen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs nach Maßgabe des Stellsignals beeinflusst.
8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellsignal eine Begrenzung der Querbeschleunigung und/oder der Kurvengeschwindigkeit auf einen entsprechenden Maximalwert bewirkt .
9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beurteilungseinrichtung (14) und/oder die Stelleinrichtung (16) einer Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Fahrverhaitens eines Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel einem Antiblo- ckier- , einem ASR- oder einem ESP-System, zugeordnet ist beziehungsweise sind.
10. System zur Steuerung und/oder Regelung des Fahrverhaltens eines Kraftfahrzeugs mit wenigstens einem Reifen und/oder einem Rad (12) , wobei in dem Reifen und/oder am Rad (12), insbesondere am Radlager, ein Kraftsensor (20, 22) angebracht ist und abhängig von den Ausgangssignalen des Kraftsensors (20, 22) die Kurvengeschwindigkeit und/oder die Querbeschleunigung des Fahrzeugs begrenzt wird.
11. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von den AusgangsSignalen (Si, Sa) des Kraftsensors (20, 22) ein die Fahrzeugmasse oder die Fahrzeugmassenverteilung repräsentierender Massenwert ermittelt und abhängig von dem Massenwert die Kurvengeschwindigkeit und/oder die Querbeschleunigung des Fahrzeugs begrenzt wird.
12. Verfahren zur Beurteilung des Beladungszustands eines Kraftfahrzeugs mit wenigstens einem Rad (12) , welches die folgenden Schritte umfasst:
Erfassen einer zum Fahrzeuggewicht proportionalen Größe (SOI, S02; SOI', S02'),
Verarbeiten der erfassten Größe (S03, S04; S14' bis S19' ) , und
Beurteilen eines Beladungszustands des Fahrzeugs nach Maßgabe des Ergebnisses der Verarbeitung (S05,
S07; S20')
dadurch gekennzeichnet, dass im Erfassungsschritt (SOI, S02; SOI', S02') eine im Wesentlichen zwischen Fahrun- tergrund und Radaufstandsflache wirkende Radaufstandskraft des wenigstens einen Rades (12) als die zum Fahrzeuggewicht proportionale Größe erfasst wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin folgende Schritte umfasst: Ermittlung einer zeitlichen Änderung der wenigstens einen ermittelten Radaufstandskraft (S17'), und
Ermittlung einer zeitlichen Änderung einer Einlenk- geschwindigkeit (S18').
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13 , dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin einen Schritt der Ermittlung einer Höhe des FahrzeugSchwerpunkts über dem FahrUntergrund umfasst (S19'), wobei die Beurteilung des Beladungszustands nach Maßgabe des Ergebnisses dieser Ermittlung erfolgt (S20') .
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, da- durch gekennzeichnet, dass es weiterhin einen Schritt der Ermittlung einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs umfasst (S09, S10; S09', S10').
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, da- durch gekennzeichnet, dass es weiterhin einen Schritt der Ermittlung eines Kurvenradius der augenblicklich vom Fahrzeug durchfahrenen Kurvenbahn umfasst.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, da- durch gekennzeichnet, dass es weiterhin folgenden
Schritt umfasst:
Beeinflussen eines Betriebszustands des Kraftfahrzeugs nach Maßgabe des Ergebnisses der Beurteilung des Beladungszustands (S12, S13 ; S12', S13 ' ) , vorzugsweise unter Berücksichtigung des Kurvenradius.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Beeinflussungsschritt eine Begrenzung der Querbeschleunigung und/oder der Kurvengeschwindigkeit auf einen entsprechenden Maximalwert umfasst (S12; S12' ) .
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Beeinflussungsschritt von einer Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Fahrverhaltens eines Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel einem Antiblockier- , einem ASR- oder einem ESP-System, durchgeführt wird.
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