EP2024205A1 - Verfahren zur verbesserung des kippverhaltens von fahrzeugen durch hinterachseingriffe - Google Patents

Verfahren zur verbesserung des kippverhaltens von fahrzeugen durch hinterachseingriffe

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EP2024205A1
EP2024205A1 EP07727686A EP07727686A EP2024205A1 EP 2024205 A1 EP2024205 A1 EP 2024205A1 EP 07727686 A EP07727686 A EP 07727686A EP 07727686 A EP07727686 A EP 07727686A EP 2024205 A1 EP2024205 A1 EP 2024205A1
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EP
European Patent Office
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rear wheel
braked
outside
lateral acceleration
outside rear
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Withdrawn
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EP07727686A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gero Nenninger
Matthew Nimmo
Daniel Fellke
Ernst Schermann
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • B60T8/17554—Brake regulation specially adapted to control the stability of the vehicle, e.g. taking into account yaw rate or transverse acceleration in a curve specially adapted for enhancing stability around the vehicles longitudinal axle, i.e. roll-over prevention
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    • B60T2230/00—Monitoring, detecting special vehicle behaviour; Counteracting thereof
    • B60T2230/03—Overturn, rollover

Definitions

  • a tipping prevention system in which a sensor in response to a predetermined, the vehicle to overturn urgent force, a tip-over signal outputs.
  • a tip-over signal When the overturn signal is present, either both front wheel brakes or the one associated with the wheel having the strongest wheel load are used
  • the invention relates to a method for improving the tilting behavior of vehicles, in which at an imminent or foreseeable tipping risk at least the outside rear wheel is braked, which is braked at an imminent or foreseeable overturning danger, the outside rear wheel with a dependent of the lateral acceleration braking force.
  • the lateral acceleration is the lateral acceleration acting on the vehicle. This reduces both the probability of overturning and improves the driving dynamics of the vehicle and the comfort in this situation.
  • the intervention on the outside rear wheel has the following advantages:
  • the vehicle speed is lowered more than just by braking intervention front outside, which brings a greater lateral acceleration reduction and reduces the kinetic energy of the vehicle.
  • An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the maximum externally generated, stabilizing yawing moment is determined for the outside rear wheel and the outside rear wheel is braked so that the maximum, stabilizing yawing moment is generated.
  • An advantageous embodiment of the invention is characterized in that - from a tire characteristic curve, a slip angle is determined in which the transmittable lateral force is maximum,
  • a target value for the brake slip is determined, in which the yaw moment generated by the braking of the outside rear wheel is maximum, - the outside rear wheel is braked so that this brake slip sets.
  • An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the lateral acceleration enters as input parameters in the tire characteristic.
  • the tire characteristic may be a generic tire characteristic.
  • An advantageous embodiment of the invention is characterized in that in case of imminent or foreseeable overturning danger additionally the outside front wheel is braked.
  • the invention comprises a device containing means for carrying out the previously described methods.
  • the stabilizing brake engagement takes place on both outer wheels and it is a definition for driving dynamic favorable engagement forces on the rear axle described.
  • the specific choice of engagement strength calculated individually for the front and rear wheels, reduces both the probability of overturning and improves the driving dynamics of the vehicle and the comfort in this tipping situation.
  • the basic idea of this invention is the recognition that it is useful in a tilt-critical situation to delay both the outside front wheel and the outside rear wheel by optimally possible braking interventions.
  • the main objective here is to achieve a faster speed on both outer wheels due to the higher braking effect and a better distribution of the braking forces
  • the lateral acceleration leading to tipping is a function of the vehicle speed and the current radius of curvature of the trajectory that the vehicle is traversing.
  • the corresponding formula is:
  • the brake slip ⁇ B is plotted in the abscissa direction, in the ordinate direction the yaw moment M GI , HAA - ⁇ M A, MAx caused by this brake slip identifies the brake slip at which the yaw moment M GI ; HAA assumes the maximum value.
  • the rear outer wheel is to be braked in a situation critical to a fall so that a maximum of this wheel outgoing stabilizing (i.e., out of the curve) yaw moment is achieved. This is the case when the vector of forces acting on the wheel (sum of lateral force and braking force) is perpendicular to the connection between the wheel contact point and the center of gravity of the vehicle.
  • the stabilizing yaw moment reduces the yaw rate or increases the radius of curvature and thus reduces the lateral acceleration.
  • the yaw momentum maximum as a function of the brake slip results when the lever arm around the vehicle center of gravity and force resulting maximum.
  • This is in Fig. 3 shown.
  • 300 indicates the trajectory of the vehicle
  • SP indicates the center of gravity
  • 301 indicates the connection line between the wheel contact point and the center of gravity of the vehicle.
  • F b denotes the braking force
  • F Q the lateral force
  • F re the sum of these two forces.
  • the vector F re is perpendicular to the connecting line 301.
  • the brake slip that causes this maximum force result can be calculated as follows:
  • ⁇ j ⁇ A max is the necessary brake slip
  • sr the track width Ih the distance parallel to the vehicle axis between the vehicle center of gravity and wheel contact point of the rear wheel and O-HJ ⁇ max are the necessary slip angle.
  • the slip angle is determined from the tire characteristic. With such a set brake slip, the stabilizing yaw moment is maximum. Thus, the yaw rate is reduced (or the orbit radius increased) and thus reduces the lateral acceleration and thus the overturning probability.
  • Another advantage of the invention is the faster speed reduction, which has been proven by driving tests. This is shown in FIG. 5. There is in
  • the setpoint slip at the rear wheel is specified by a factor P RMFRearAxleBoost multiplied by the abovementioned maximum slip ⁇ j ⁇ A max and the wheel slip is set by a secondary slip control.
  • P RMFRearAxleBoost [0, 1, 4] on time course of
  • a slip angle is determined from a tire characteristic curve at which the transmittable side force is maximum.
  • a setpoint value for the brake slip is determined from this slip angle as well as parameters dependent on the vehicle geometry, in which case the yaw moment generated by the braking of the outside rear wheel is maximal.
  • the outside rear wheel is braked so that this brake slip occurs.
  • the inventive method ends.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Regulating Braking Force (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung des Kippverhaltens von Fahrzeugen, bei dem bei einer drohenden oder absehbar zu erwartenden Umkippgefahr zumindest das kurvenäußere Hinterrad gebremst wird, wobei bei einer drohenden oder absehbar zu erwartenden Umkippgefahr das kurvenäußere Hinterrad mit einer von der Querbeschleunigung abhängigen Bremskraft gebremst wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Verbesserung des Kippyerhaltens von Fahrzeugen durch Hinterachseingriffe.
Stand der Technik
Bei Fahrzeugen mit hohem Schwerpunkt wie z.B. SUVs oder Kleintransportern) besteht auf griffiger Fahrbahn und bei plötzlichen Lenkeingriffen mit hohen Lenkgradienten und/oder hohen Lenkwinkeln eine Umkippgefahr, die durch die hohe Querbeschleunigung verursacht wird.
Aus der US 6,605,558 ist ein Umkippverhinderungssystem bekannt, bei welchem ein Sensor in Reaktion auf eine vorbestimmte, das Fahrzeug um Umkippen drängende Kraft, ein Umkippsignal abgibt. Bei Vorliegen des Umkippsignals werden entweder beide Vorderradbremsen oder die dem Rad mit der stärksten Radlast zugeordnete
Vorderradbremse betätigt.
In der Schrift DE 196 32 943 Al wird ein umkippstabilisierender Bremseingriff an beiden kurvenäußeren Rädern vorgeschlagen. In dieser Schrift wird jedoch keine Empfehlung bezüglich der Stärke des Eingriffes, weder an der Vorder- noch an der
Hinterachse, gegeben.
Die Merkmale der Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche sind der DE 196 32 943 Al entnommen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung des Kippverhaltens von Fahrzeugen, bei dem bei einer drohenden oder absehbar zu erwartenden Umkippgefahr zumindest das kurvenäußere Hinterrad gebremst wird, wobei bei einer drohenden oder absehbar zu erwartenden Umkippgefahr das kurvenäußere Hinterrad mit einer von der Querbeschleunigung abhängigen Bremskraft gebremst wird. Bei der Querbeschleunigung handelt es sich um die auf das Fahrzeug wirkende Querbeschleunigung. Dadurch werden sowohl die Umkippwahrscheinlichkeit reduziert als auch die fahrdynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs und der Komfort in dieser Situation verbessert. Der Eingriffes am kurvenäußeren Hinterrad bringt folgende Vorteile:
Maximal mögliche Gierratenreduktion und somit eine stärkere
Querbeschleunigungsreduktion. - Der Zugewinn an Rollstabilität durch den Eingriff am äußeren hinteren Rad ermöglicht schwächere Eingriffe vorne außen, was wiederum die Lenkbarkeit des Fahrzeugs während des Eingriffes erhöhen kann und komfortabler für den Fahrer ist.
Durch das Abbremsen von beiden kurvenäußeren Rädern wird die Fahrzeuggeschwindigkeit stärker abgesenkt als nur durch Bremseingriff vorne außen, was eine stärkere Querbeschleunigungsreduktion mit sich bringt und die kinetische Energie des Fahrzeugs verringert.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass für das kurvenäußere Hinterrad das maximal erzeugbare, stabilisierende Giermoment ermittelt wird und das kurvenäußere Hinterrad so abgebremst wird, dass das maximale, stabilisierende Giermoment erzeugt wird.
Damit wird eine optimal stabilisierende Wirkung durch die Hinterradbremsung erreicht. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, - dass aus einer Reifenkennlinie ein Schräglaufwinkel bestimmt wird, bei welchem die übertragbare Seitenkraft maximal ist,
- aus diesem Schräglaufwinkel sowie von der Fahrzeuggeometrie abhängigen Parametern ein Sollwert für den Bremsschlupf ermittelt wird, bei dem das durch die Bremsung des kurvenäußeren Hinterrades erzeugte Giermoment maximal ist, - das kurvenäußere Hinterrad so abgebremst wird, dass dieser Bremsschlupf sich einstellt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Querbeschleunigung als Eingangsparameter in die Reifenkennlinie eingeht. Bei der Reifenkennlinie kann es sich um eine generische Reifenkennlinie handeln. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einer drohenden oder absehbar zu erwartenden Umkippgefahr zusätzlich das kurvenäußere Vorderrad gebremst wird.
Weiter umfasst die Erfindung eine Vorrichtung, enthaltend Mittel zur Durchführung der vorhergehend geschilderten Verfahren.
Bei der im Folgenden beschriebenen Erfindung findet der stabilisierende Bremseingriff an beiden kurvenäußeren Rädern statt und es wird dabei eine Definition für fahrdynamisch günstige Eingriffsstärken an der Hinterachse beschrieben. Durch die spezifische Wahl der Eingriffsstärke, die für das Vorder- und Hinterrad einzeln berechnet wird, werden sowohl die Umkippwahrscheinlichkeit reduziert als auch die fahrdynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs und der Komfort in dieser umkippgefährdeten Situation verbessert.
Der Grundgedanke dieser Erfindung ist die Erkenntnis, dass es in einer kippkritischen Situation nützlich ist, sowohl das kurvenäußere Vorderrad als auch das kurvenäußere Hinterrad durch möglichst optimale Bremseingriffe zu verzögern. Das im Vordergrund stehende Ziel dabei ist es, durch die höhere Bremswirkung und eine bessere Verteilung der Bremskräfte an beiden kurvenäußeren Rädern einen schnelleren
Querbeschleunigungsabbau zu erreichen und somit die Kippgefahr schnell zu beseitigen und das Fahrzeug schnell zu stabilisieren.
Die zum Kippen führende Querbeschleunigung ist eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit und des momentanen Krümmungsradius der Bahnkurve, die das Fahrzeug durchfährt. Die zugehörige Formel lautet:
aQ = — = v(ß+ψ) , P
wobei aQ die Querbeschleunigung, v die Fahrzeuggeschwindigkeit, p der
Krümmungsradius der Bahnkurve, ß der Schwimmwinkel und ψ der Gierwinkel des Fahrzeugs sind. Somit hängt die Querbeschleunigung letztlich von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Summe der zeitlichen Änderungen des Schwimm- und Gierwinkels ab. Um die Querbeschleunigung möglichst effektiv und schnell zu - A -
reduzieren, müssen also in einer kippkritischen Situation die Fahrzeuggeschwindigkeit und vor allem die zeitlichen Änderungen des Schwimm- und Gierwinkels (Gierrate) schnell abgebaut werden.
Durch die so genannte dynamische Radlastverteilung wird in der Kurve der hauptsächliche Anteil der Fahrzeugmasse von den kurvenäußeren Rädern abgestützt. Damit übertragen diese Räder im wesentlichen die absetzbaren Brems- und Seitenkräfte. Für die maximal mögliche Reduktion der Seitenkraft und damit der Querbeschleunigung müssten daher die kurvenäußeren Räder möglichst stark (d.h. bis hin zu blockierenden Rädern) abgebremst werden. Dies ist in Fig. 1 dargestellt. Dort ist in Ordinatenrichtung der Verlauf der Reibbeiwerte in Längsrichtung über dem in Abszissenrichtung aufgetragenen Bremsschlupf λB dargestellt. Die Darstellung erfolgt dabei für verschiedene Schräglaufwinkel, welche jeweils in der Maßeinheit Grad über den verschiedenen Kennlinien eingetragen sind, μb kennzeichnet in Ordinatenrichtung den Reibbeiwert in Längsrichtung, μs kennzeichnet in Ordinatenrichtung den Reibbeiwert in
Querrichtung
Die jeweils vorliegenden Schräglaufwinkel in Grad (1°, 2°, 4°, 7°, 10°, 15°) sind als Parameter neben die zugehörigen Kurven eingetragen.
Der Verlauf des vom Rad hinten außen ausgehenden Giermomentes MGI,HAA um den
Schwerpunkt ist in Abb. 2 qualitativ dargestellt. Dazu ist in Abszissenrichtung der Bremsschlupf λB aufgetragen, in Ordinatenrichtung das durch diesen Bremsschlupf bewirkte Giermoment MGI,HAA- λMA,MAx kennzeichnet denjenigen Bremsschlupf, bei welchem das Giermoment MGl;HAA den maximalen Wert annimmt.
Das hintere äußere Rad soll in einer kippkritischen Situation so abgebremst werden, dass ein von diesem Rad ausgehendes Maximum an stabilisierendem (d.h. aus der Kurve ausdrehendem) Giermoment erzielt wird. Dies ist dann der Fall, wenn der Vektor der am Rad angreifenden Kräfte (Summe aus Seitenkraft und Bremskraft) senkrecht zur Verbindung zwischen dem Radaufstandspunkt und Schwerpunkt des Fahrzeugs steht.
Durch das stabilisierende Giermoment wird die Gierrate reduziert bzw. der Kurvenradius erhöht und dadurch die Querbeschleunigung reduziert.
Das Giermomentmaximum in Abhängigkeit des Bremsschlupfes ergibt sich, wenn der Hebelarm um den Fahrzeugschwerpunkt und Kraftresultierende maximal wird. Dies ist in Fig. 3 dargestellt. Dort kennzeichnet 300 die Trajektorie des Fahrzeugs, SP kennzeichnet den Schwerpunkt und 301 kennzeichnet die Verbindungslinie zwischen dem Radaufstandspunkt und Schwerpunkt des Fahrzeugs. Fb kennzeichnet die Bremskraft, FQ die Seitenkraft und Fre die Summe dieser beiden Kräfte. Der Vektor Fre steht senkrecht auf der Verbindungslinie 301.
Der Bremsschlupf, der diese maximale Kraftresultierende verursacht, kann wie folgt berechnet werden:
„ _ Sr
^HA,max ~ ~7T®, HA, max ,
Ih
wobei λj^A max der notwendige Bremsschlupf, sr die Spurhalbweite, Ih der zur Fahrzeugachse parallele Abstand zwischen Fahrzeugschwerpunkt und Radaufstandspunkt des hinteren Rades und O-HJ^ max der dazu notwendige Schräglaufwinkel sind. Der Schräglaufwinkel wird aus der Reifenkennlinie bestimmt. Bei einem derart eingestellten Bremsschlupf ist das stabilisierende Giermoment maximal. Damit wird die Gierrate verkleinert (bzw. der Bahnradius vergrößert) und somit die Querbeschleunigung und damit die Umkippwahrscheinlichkeit reduziert.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist der schnellere Geschwindigkeitsabbau, was durch Fahrversuche nachgewiesen wurde. Dies ist in Fig. 5 dargestellt. Dort ist in
Abszissenrichtung die Zeit t und in Ordinatenrichtung die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit aufgetragen.
Dadurch wird ebenfalls die Querbeschleunigung reduziert. Außerdem wird das Untersteuern minimiert, indem die Geschwindigkeit schneller auf einen Wert reduziert wird, bei dem das Fahrzeug wieder der Lenkvorgabe folgt. Kommt es trotz Ausweichmanövers dennoch zu einem Unfall, hat eine reduzierte Geschwindigkeit schließlich den Vorteil, dass durch die reduzierte kinematische Energie wiederum die Verletzungsgefahr der Insassen reduziert wird.
Vorteilhaft ist auch das Einstellen des Bremsschlupfes in einem gut regelbaren (da linearen) Schlupfbereich. Dieses ermöglicht einen schnellen Abbau der Fahrzeuggeschwindigkeit, die wiederum die Querbeschleunigung reduziert. Es ist auch möglich, über die Maximierung des Hebelarmes hinaus einen Bremsschlupf einzustellen. Zwar wird das stabilisierende Giermoment wieder gegenüber dem Giermomentenmaximum reduziert, jedoch wird über den Kamm'schen Kreis die Seitenkraft und damit die Querbeschleunigung noch stärker abgesenkt.
In einer speziellen Ausführungsform wird der Sollschlupf am Rad hinten außen durch einen Faktor P RMFRearAxleBoost multipliziert mit dem obengenannten maximalen Schlupf λj^A max vorgegeben und der Radschlupf durch einen unterlagerten Schlupfregler eingestellt. In einer Untersuchung im Fahrzeug wurden die Auswirkungen der Einstellungen P RMFRearAxleBoost = [0, 1, 4] auf zeitlichen Verlauf von
Querbeschleunigung und Fahrzeugverzögerung miteinander verglichen (s. Abb. 4 und 5). Aus den Messungen geht hervor, dass sowohl die Querbeschleunigung (siehe Fig. 4) als auch Fahrzeuggeschwindigkeit (siehe Fig. 5) für P RMFRearAxleBoost- Werte von 1 und 4 gegenüber Wert von Null (kein Eingriff hinten außen) deutlich reduziert werden. Dadurch werden Umkippgefahr, Unfall- sowie Verletzungsrisiko reduziert.
Der Ablauf des erfmdungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 6 dargestellt. Nach dem Start in Block 600 wird in Block 601 dass aus einer Reifenkennlinie ein Schräglaufwinkel bestimmt wird, bei welchem die übertragbare Seitenkraft maximal ist. In Block 602 wird aus diesem Schräglaufwinkel sowie von der Fahrzeuggeometrie abhängigen Parametern ein Sollwert für den Bremsschlupf ermittelt wird, bei dem das durch die Bremsung des kurvenäußeren Hinterrades erzeugte Giermoment maximal ist. Anschließend wird in Block 603 das kurvenäußere Hinterrad so abgebremst wird, dass dieser Bremsschlupf sich einstellt. In Block 604 endet das erfmdungsgemäße Verfahren.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Verbesserung des Kippverhaltens von Fahrzeugen, bei dem bei einer drohenden oder absehbar zu erwartenden Umkippgefahr zumindest das kurvenäußere Hinterrad gebremst wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer drohenden oder absehbar zu erwartenden
Umkippgefahr das kurvenäußere Hinterrad mit einer von der Querbeschleunigung (aQ) abhängigen Bremskraft gebremst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - für das kurvenäußere Hinterrad das maximal erzeugbare, stabilisierende Giermoment
(MGI,HAA) ermittelt wird und das kurvenäußere Hinterrad so abgebremst wird, dass das maximale, stabilisierende Giermoment (MGI,HAA) erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- dass aus einer Reifenkennlinie ein Schräglaufwinkel bestimmt wird, bei welchem die übertragbare Seitenkraft maximal ist (601),
- aus diesem Schräglaufwinkel sowie von der Fahrzeuggeometrie abhängigen Parametern ein Sollwert für den Bremsschlupf ermittelt wird, bei dem das durch die Bremsung des kurvenäußeren Hinterrades erzeugte Giermoment maximal ist (602),
- das kurvenäußere Hinterrad so abgebremst wird, dass dieser Bremsschlupf sich einstellt (603).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Querbeschleunigung (aQ) als Eingangsparameter in die Reifenkennlinie eingeht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Reifenkennlinie um eine generische Reifenkennlinie handelt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer drohenden oder absehbar zu erwartenden Umkippgefahr zusätzlich das kurvenäußere Vorderrad gebremst wird.
7. Vorrichtung, enthaltend Mittel zur Durchführung der Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
EP07727686A 2006-05-19 2007-04-03 Verfahren zur verbesserung des kippverhaltens von fahrzeugen durch hinterachseingriffe Withdrawn EP2024205A1 (de)

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