Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen von FahzeugzustandsgroßenMethod and device for determining vehicle condition quantities
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Fahzeugzustandsgroßen, bei dem wenigstens eine, für die Fahrzeugkipptendenz um die Fahrzeuglangsachse indikative Größe gemessen und zum Ermitteln von Steuer- oder Regelgrößen eines Kraftfahrzeug-Regelungssystems ausgewertet wird nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.The invention relates to a method for determining vehicle state variables, in which at least one variable that is indicative of the vehicle tilting tendency about the vehicle longitudinal axis and is evaluated for determining control or regulating variables of a motor vehicle control system is evaluated according to the preamble of claim 1 and a device according to the preamble of claim 11.
Fahrzeuge mit hoher Schwerpunktlage und weicher Federung neigen bei extremen Lenkmanovern zum Kippen um die Langsachse.Vehicles with a high center of gravity and soft suspension tend to tip around the longitudinal axis in extreme steering maneuvers.
Es sind Systeme bekannt, die den Vorgang des nahenden Kippens zu erkennen versuchen, indem die gemessene Querbeschleunigung des Fahrzeugs mit einem Schwellwert von beispielsweise 0.5g verglichen wird (DE 196 32 943 Cl) . In solchen Fallen erfolgt uberlicherweise ein aktives Einbremsen oder eine Drosselung der Motorleistung, um die Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit zu beschranken und damit indirekt die Querbeschleunigung zu verringern. Es kann auch ein Einbremsen allein der kurvenaußeren Rader durchgeführt werden. Als weiteres Signal für eine Kippgefahr wird standardmäßig das gemessene Signal eines Lenkwinkelsensors zum Beispiel in Verbindung mit einem den Wankwinkel repräsentierenden Signal herangezogen, um
heftige Lenkreaktionen des Fahrers ebenfalls zu beurteilen (EP 0 758 601 A2) .Systems are known which attempt to recognize the approaching tipping by comparing the measured lateral acceleration of the vehicle with a threshold value of, for example, 0.5 g (DE 196 32 943 Cl). In such cases, there is usually an active braking or throttling of the engine power in order to limit the vehicle's longitudinal speed and thus indirectly to reduce the lateral acceleration. It is also possible to brake only the wheels on the outside of the curve. As a further signal for a risk of tipping, the measured signal of a steering angle sensor is used as standard, for example in connection with a signal representing the roll angle, in order to violent steering reactions of the driver must also be assessed (EP 0 758 601 A2).
Diese bekannten Systeme haben den Nachteil, daß die Beschrankung der Dynamik immer von festen Schwellen beispielsweise der Querbeschleunigung abhangt, ohne daß dabei der jeweilige Beladungszustand, also die tatsächliche Schwerpunkthohe und die Beladungsverteilung, der Zustand der Federung und der Straße etc. berücksichtigt werden. Das hat zur Folge, daß ein Fahrzeug mit tiefer Schwerpunktlage und gunstiger Gewichtsverteilung oftmals zu stark in seiner Fahrdynamik eingeschränkt werden kann. Andererseits kann ein sehr ungunstig beladenes oder überladenes Fahrzeug m t gealterter Federung trotz der Erkennungseinrichtung kippen, wenn die eingestellten Schwellen für die Situation zu hoch liegen .These known systems have the disadvantage that the limitation of the dynamics always depends on fixed thresholds, for example the lateral acceleration, without taking into account the respective loading condition, i.e. the actual center of gravity and the loading distribution, the condition of the suspension and the road etc. The result of this is that a vehicle with a low center of gravity and favorable weight distribution can often be restricted too much in terms of its driving dynamics. On the other hand, a very unfavorably loaded or overloaded vehicle with aged suspension can tip despite the detection device if the set thresholds are too high for the situation.
Man hat zwar schon versucht ein von der Veränderung des Massenschwerpunktes abhangige, die Kippgefahr repräsentierende Zustandsgroße zu ermitteln, wobei diese Zustandsgroße die am Fahrzeugschwerpunkt angreifende Querbeschleunigung und/oder der Nickwinkel und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Lenkwinkel und/oder die Gierrate zugrunde gelegt werden (WO 00/03900). Die Korrelation der Veränderung desAttempts have already been made to determine a state variable which is dependent on the change in the center of gravity and which represents the risk of tipping over, this state variable being based on the lateral acceleration acting on the vehicle's center of gravity and / or the pitch angle and / or the vehicle speed and / or the steering angle and / or the yaw rate be (WO 00/03900). The correlation of the change in
Massenschwerpunktes mit der jeweiligen Zustandsgroße erfordert jedoch einen bei der Erfassung und Auswertung der für die Fahrzeugkipptendenz mdikativen Signale großen Aufwand, der zu einer Verzögerung bei der Bildung der Steuer- oder Regelgroße fuhrt, wobei die drohende Kippgefahr erst nach der Korrelation der Signale erkannt wird.The center of gravity with the respective state size, however, requires a great deal of effort in the acquisition and evaluation of the signals indicative of the vehicle tipping tendency, which leads to a delay in the formation of the control or regulation size, the impending risk of tipping being recognized only after the signals have been correlated.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche eine möglichst schnelle
Reaktion auf eine Fahrzeugkippgefahr mittels eines regelnden Eingriffs erlaubt.The object of the invention is to create a method and a device which are as fast as possible Reaction to a risk of tipping over is permitted by means of a regulating intervention.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 11 gelost .This object is achieved by the features of claims 1 and 11.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind m den Unteranspruchen angegeben.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
Da aus Meßgroßen, die mit Hilfe von Reifen- oder Radkraftsensoren ermittelt wurden und die die Reifen- oder Radseitenkrafte und/oder die Reifen- oder Radaufstandskrafte wiedergeben, mindestens eine für die Fahrzeugkipptendenz indikative Kenngroße (n) durch laufendes Erfassen dieser Meßgroßen an mindestens einem kurveninneren und -äußeren Fahrzeugrad ermittelt wird und die ermittelten direkten Reifenoder Radkrafte selbst oder daraus abgeleitete Großen, wie gefilterte Großen, und/oder unter Einbeziehung von Korrekturgroßen oder -werten gebildete Signale als Steuer- oder Regelgroßen verwendet werden, ist eine schnelle Reaktion auf eine Kippgefahr möglich, weil anhand der Reifen- oder Radkraftsensoren in einfacher Weise Kräfte m Längs- und Queroder Vertikalrichtung errechnet werden können. Eine Errechnung dieser Kräfte erfordert also nur eine geringe Zeit. Daher empfiehlt es sich, genau diese Kräfte auch als Kenngroße für eine Fahrzeugkipptendenz heranzuziehen, um auf dem direktesten Weg einen Regeleingriff, insbesondere einen Bremseingriff an dem kurvenaußeren Vorderrad bzw. den kurvenaußeren Vorderradern, vornehmen zu können. Darüber hinaus erlauben diese Kräfte auch eine Vorhersage einer Kippgefahr eines Fahrzeugs, da dieser Vorgang sich vorher dadurch ankündigt, daß die kurveninneren Rader des Fahrzeugs ausgehoben werden, also ihre Aufstandskrafte verlieren. Je nach Achslastverteilung kann
entweder das kurveninnere Vorderrad oder das kurveninnere Hinterrad früher betroffen sein. Das Verfahren zur Erkennung von drohenden Kippzustanden bei Fahrzeugen ermittelt daher diese Zustande vorzugsweise durch die Überwachung der Seltenkraftinformationen an den kurveninneren und -äußeren Fahrzeugradern über die direkten Reifen- oder Radkrafte selbst oder daraus abgeleiteten Signale.Since at least one parameter (s) that is indicative of the tendency of the vehicle to tip over by continuously recording these measured variables on at least one inside of the curve, from measured variables that were determined with the aid of tire or wheel force sensors and that reflect the tire or wheel lateral forces and / or the tire or wheel contact forces and -external vehicle wheel is determined and the determined direct tire or wheel forces themselves or variables derived therefrom, such as filtered variables, and / or signals formed with the inclusion of correction variables or values are used as control variables, a quick reaction to a risk of tipping is possible , because forces in the longitudinal and transverse or vertical directions can be easily calculated using the tire or wheel force sensors. Calculating these forces therefore only takes a short time. It is therefore advisable to use precisely these forces as a parameter for a tendency of the vehicle to tip over, in order to be able to carry out a control intervention in the most direct way, in particular a braking intervention on the front wheel or the front wheels on the outside of the curve. In addition, these forces also allow a risk of a vehicle tipping over to be predicted, since this process announces itself beforehand by lifting the wheels on the inside of the curve, ie losing their contact forces. Depending on the axle load distribution either the inside front wheel or the inside rear wheel may be affected earlier. The method for detecting impending tipping conditions in vehicles therefore preferably determines these states by monitoring the rare-force information on the inside and outside of the vehicle wheels via the direct tire or wheel forces themselves or signals derived therefrom.
Vorteilhaft werden daher die sich anbahnenden Kippsituationen sicher und frühzeitig mit Hilfe von Reifen- oder Radkraftinformationen erfaßt. Diese Kraftinformationen spiegeln den exakten Fahrzustand wider, so daß alle Parameter, wie Schwerpunkthohe, Gewichtsverlagerung, Zustand der Federung, Straßenzustand etc. mit einbezogen sind.Advantageously, the looming tipping situations are detected reliably and early with the help of tire or wheel force information. This force information reflects the exact driving condition so that all parameters such as the height of the center of gravity, weight shift, state of the suspension, road condition etc. are included.
Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung bietet also den Vorteil, daß ein Eingriff zum Verhindern des Kippens um die Langsachse exakt dann nach einer kurzen Regelemtrittstotzeit aktviert wird. Diese Zeit kann den Notwendigkeiten bzw. den Verhaltnissen angepasst werden und kann z.B. 100 ms betragen. Ein Eingriff kann auch direkt ohne Eintrittszeit erfolgen. Das heißt, der fahrerunabhangige, kippstabilisierende Eingriff erfolgt direkt dann, wenn das Fahrzeug tatsächlich zu kippen droht (Querkraft =0) also sofort oder bei einer vorgeschalteten erkennung gemass der Erfindung nach einer Regelemtπttszeit . Auf diese Weise wird einem Fahrzeug mit gunstiger Schwerpunktlage und guter Federung generell eine höhere Fahrdynamik erlaubt als einem ungunstig beladenen oder in schlechtem Zustand befindlichen Fahrzeug.The method and the device according to the invention thus offer the advantage that an intervention to prevent tipping about the longitudinal axis is activated exactly after a short period of regular death. This time can be adapted to the needs or circumstances and can e.g. 100 ms. An intervention can also take place directly without entry time. This means that the driver-independent, tilt-stabilizing intervention takes place directly when the vehicle actually threatens to tip over (lateral force = 0), or immediately or after an upstream detection according to the invention, after a regular time. In this way, a vehicle with a favorable center of gravity and good suspension is generally allowed to drive more dynamically than an unfavorably loaded vehicle or in poor condition.
Zweckmaßigerweise wird für die wenigstens eine Kenngroße mindestens ein zugehöriger Kippverhmderungs-Schwellwert ermittelt. Eine Fahrzeugkipptendenz liegt vor, wenn die Kenngroße den Kippverhmderungs-Schwellwert überschreitet, der
in Abhängigkeit von weiteren Meßgroßen, die mit konventionellen Sensoren, wie Raddrehzahlsensoren, ermittelt wurden, und/oder die die momentane Fahrsituation wiedergeben (Kurvenfahrt, Geradeausfahrt, Reibwert), gebildet wird. Der variable Kippverhinderungs-Schwellenwert kann abhangig von dem Reibwert, der Querbeschleunigung, dem Kurvenradius u . dgl . individuell für jeden Fahrzustand jedem Fahrzeug zugeordnet werden, so dass eine rechtzeitige, situationsangepasste frühzeitige Erkennung der Kippgefahr möglich ist. Eine Kippgefahr gilt dann als erkannt, wenn die Differenz der Seitenkrafte zwischen dem kurvenaußeren und -inneren Rad einen Schwellwert überschreitet, der eine Funktion der Seitenkrafte, der Langskrafte und der Fahrzeuggeschwindigkeit oder der eine Funktion der Seitenkrafte und deren zeitlichen Ableitungen, der Langskrafte und der Fahrzeuggeschwindigkeit ist.At least one associated tilt prevention threshold value is expediently determined for the at least one parameter. There is a tendency for the vehicle to tip over if the parameter exceeds the tilt prevention threshold that as a function of further measured quantities, which were determined with conventional sensors, such as wheel speed sensors, and / or which reflect the current driving situation (cornering, straight-ahead driving, coefficient of friction). The variable tilt prevention threshold can be dependent on the coefficient of friction, lateral acceleration, cornering radius and the like. the like can be individually assigned to each vehicle for each driving condition so that timely, situation-adapted, early detection of the risk of tipping is possible. A risk of tipping is recognized if the difference in the lateral forces between the inside and outside wheel exceeds a threshold value which is a function of the lateral forces, the longitudinal forces and the vehicle speed, or a function of the lateral forces and their time derivatives, the longitudinal forces and the vehicle speed is.
Dieser mindestens eine Kippverhmderungs-Schwellwert wird bei vorliegender Fahrzeugkipptendenz von der Kenngroße oder dem zeitlichen Gradient der Kenngroße punktuell oder über einen definierten Zeitraum, vorzugsweise von der Differenz der Seitenkrafte zwischen dem kurvenaußeren und -inneren Rad in aufeinander folgenden oder zeitlich dicht beieinander liegenden Regelungszyklen, überschritten. Die Kippgefahr wird folglich dann als erkannt angesehen, wenn mindestens einer der Kippverh derungs-Schwellwerte über einen definierten Zeitraum, also von den Seitenkraftdifferenzen diverser aufeinander folgender oder zeitlich dicht beieinander liegender Regelungszyklen überschritten wird. Eine Kippgefahr gilt weiterhin dann als erkannt, wenn die Differenz der Seitenkrafte zwischen dem kurveninnere und -äußere Rad einer beliebigen Achse oder beider Achsen den Kippverhmderungs-Schwellwert punktuell oder über einen längeren Zeitraum überschreitet. Ferner gilt eine Kippgefahr dann als erkannt, wenn der
zeitliche Gradient der Differenz zwischen der Seitenkraft des kurvenaußeren und -inneren Rades einer Achse oder aller Achsen den Schwellwert überschreitet. Eine Kippgefahr gilt dann als erkannt, wenn die Seitenkraft eines kurveninneren Rades einen unteren Schwellwert unterschreitet, wahrend die Seitenkraft des kurvenaußeren Rades einen hohen Schwellwert überschreitet oder wenn die Seitenkraft des kurvenaußeren Rades einen hohen Schwellwert überschreitet.In the event of a vehicle tipping tendency, this at least one tilt prevention threshold value is exceeded at certain points or over a defined period, preferably by the difference in lateral forces between the inside and outside wheel in successive or closely spaced control cycles, depending on the characteristic variable or the temporal gradient of the characteristic variable , The risk of tipping is consequently considered to be recognized if at least one of the tipping prevention threshold values is exceeded over a defined period of time, that is to say by the lateral force differences of various control cycles which follow one another or are closely spaced in time. A risk of tipping is still recognized if the difference in the lateral forces between the inside and outside wheel of any axle or both axles exceeds the tipping prevention threshold value selectively or over a longer period of time. Furthermore, a risk of tipping is considered to be recognized if the temporal gradient of the difference between the lateral force of the inside and outside wheel of an axle or all axles exceeds the threshold value. A risk of tipping is recognized if the lateral force of an inside wheel falls below a lower threshold value, while the lateral force of the outside wheel exceeds a high threshold value or if the lateral force of the outside wheel exceeds a high threshold value.
Die Bedingungen, daß die Seitenkraft eines kurveninneren Rades einen unteren Schwellwert unterschreitet, wahrend die Seitenkraft des kurvenaußeren Rades einen hohen Schwellwert überschreitet oder daß die Seitenkraft des kurvenaußeren Rades einen hohen Schwellwert überschreitet, können punktuell oder auch über einen längeren Zeitraum betrachtet werden, wobei eine Kippgefahr dann als erkannt gilt, wenn die Bedingungen über einen längeren Zeitraum oder punktuell erfüllt sind. Diese Bedingungen müssen nach einer Ausfuhrungsform punktuell oder über einen längeren Zeitraum nur an einer oder an beiden Achsen erfüllt sein. Dabei gilt eine Kippgefahr dann als erkannt, wenn die Seitenkraft eines kurveninneren Rades zunächst ein Maximum überschreitet und dann abnimmt, wahrend die Seitenkraft des kurvenaußeren Rades weiter zunimmt. Eine Kippgefahr gilt nach einer weiteren Ausfuhrungsform dann als erkannt, wenn an beiden Achsen die Seitenkraft eines kurveninneren Rades zunächst ein Maximum überschreitet und dann abnimmt, wahrend die Seitenkraft des kurvenaußeren Rades weiter zunimmt.The conditions that the lateral force of a wheel on the inside of the curve falls below a lower threshold value, while the lateral force of the wheel on the outside of the curve exceeds a high threshold value or that the lateral force of the wheel on the outside of the curve exceeds a high threshold value can be considered selectively or over a longer period, with a risk of tipping over is then considered recognized if the conditions are fulfilled over a longer period of time or selectively. According to one embodiment, these conditions only have to be fulfilled on one or both axes, either selectively or over a longer period of time. A risk of tipping is then recognized when the lateral force of an inside wheel first exceeds a maximum and then decreases, while the lateral force of the outside wheel continues to increase. According to a further embodiment, a risk of tipping is recognized if the lateral force of a wheel on the inside of the curve initially exceeds a maximum and then decreases, while the lateral force of the wheel on the outside of the curve continues to increase.
Eine vorteilhafte Vorrichtung zum Bestimmen von Fahzeugzustandsgroßen, bei der wenigstens eine, für die Fahrzeugkipptendenz um die Fahrzeuglangsachse indikative Große gemessen und in einer Auswerteeinheit zum Ermitteln von Steueroder Regelgroßen für ein Kraftfahrzeug-Regelungssystem ausgewertet wird, weist Reifen- oder Radkraftsensoren auf, die
Großen erfassen, die die Reifen- oder Radseitenkrafte und/oder die Reifen- oder Radaufstandskrafte wiedergeben, und bei der die Auswerteeinheit mindestens eine Kenngroße (n) aus den laufend erfassten Meßgroßen an mindestens einem kurveninneren und -äußeren Fahrzeugrad ermittelt, wobei die ermittelten direkten Reifen- oder Radkrafte selbst oder daraus abgeleitete und/oder unter Einbeziehung von Korrekturgroßen oder -werten gebildete Signale, wie gefilterte Großen, dem Regelungssystem als Steuer- oder Regelgroßen zugeführt werden. Die Kippzustande werden vorzugsweise durch die Überwachung der Seltenkraftinformationen an den kurveninneren und -äußeren Fahrzeugradern ermittelt, wobei bevorzugt die direkten Reifenoder Radkrafte selbst oder daraus abgeleitete Signale, wie gefilterte Großen, verwendet werden.An advantageous device for determining vehicle condition variables, in which at least one variable indicative of the vehicle tipping tendency about the vehicle longitudinal axis is measured and evaluated in an evaluation unit for determining control or control variables for a motor vehicle control system, has tire or wheel force sensors which Detect variables that represent the tire or wheel side forces and / or the tire or wheel contact forces, and in which the evaluation unit determines at least one characteristic variable (s) from the continuously recorded measurement variables on at least one vehicle wheel inside and outside the curve, the determined direct tires - or wheel forces themselves or signals derived therefrom and / or formed with the inclusion of correction variables or values, such as filtered variables, are fed to the control system as control variables. The tilting states are preferably determined by monitoring the rare force information on the inside and outside of the vehicle wheels, preferably using the direct tire or wheel forces themselves or signals derived therefrom, such as filtered variables.
Sensoren für die Querbeschleunigung, die Gierrate oder den Lenkwinkel werden nicht benotigt.Sensors for the lateral acceleration, the yaw rate or the steering angle are not required.
Nach einer Ausfuhrungsform der Erfindung ist eine Ermittlungsemheit vorgesehen, die für die wenigstens eine Kenngroße mindestens einen zugehörigen Kippverhmderungs- Schwellwert ermittelt, der Abhängigkeit von weiteren Meßgroßen, die mit konventionellen Sensoren, wie Raddrehzahlsensoren, ermittelt wurden, und/oder die die momentane Fahrsituation wiedergeben (Kurvenfahrt, Geradeausfahrt, Reibwert), gebildet wird, und daß eine Vergleichsemheit vorgesehen ist, die die Kenngroße mit dem Kippverhmderungs-Schwellwert vergleicht, und das Vergleichergebms dem Kraffahrzeug-Regelungssystem als Steure- oder Regelgroße zur Verfugung stellt. Vorrichtung zur Erkennung von drohenden Kippzustanden bei Fahrzeugen,
Eine Kippgefahr gilt dann als erkannt, wenn die Differenz der Seitenkrafte zwischen dem kurvenaußeren und -inneren Rad einen Schwellwert überschreitet, der eine Funktion der Seitenkrafte, der Langskrafte und der Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Ferner gilt eine Kippgefahr dann als erkannt, wenn die Differenz der Seitenkrafte zwischen dem kurvenaußeren und - inneren Rad einen Schwellwert überschreitet, der eine Funktion der Seitenkrafte und deren zeitlichen Ableitungen, der Langskrafte und der Fahrzeuggeschwindigkeit ist . eiterhin gilt eine Kippgefahr dann als erkannt, wenn einer der Schwellwerte gemäß über einen definierten Zeitraum, also von den Seltenkraftdifferenzen diverser aufeinander folgender oder zeitlich dicht beieinander liegender Regelungszyklen überschritten wird. Nach einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel gilt eine Kippgefahr dann als erkannt, wenn die Differenz der Seitenkrafte zwischen dem kurveninnerem und -äußerem Rad einer beliebigen Achse oder beider Achsen den mindestens einen Kippverhmderungs-Schwellwert punktuell oder über einen längeren Zeitraum überschreitet. Nach einem Ausfuhrungsbeispiel gilt eine Kippgefahr auch dann als erkannt, wenn der zeitliche Gradient der Differenz zwischen der Seitenkraft des kurvenaußeren und -inneren Rades einer Achse oder aller Achsen den Kippverhmderungs-Schwellwert überschreitet. Ferner gilt eine Kippgefahr dann als erkannt, wenn der zeitliche Gradient der Differenz zwischen der Seitenkraft des kurvenaußeren und - inneren Rades einer Achse oder aller Achsen denAccording to one embodiment of the invention, a determination unit is provided which determines at least one associated tipping prevention threshold value for the at least one characteristic variable, the dependence on further measurement variables which were determined with conventional sensors, such as wheel speed sensors, and / or which reflect the current driving situation ( Cornering, straight ahead, coefficient of friction) is formed, and that a comparison unit is provided which compares the parameter with the tipping prevention threshold value, and which the comparator provides to the vehicle control system as a control or control variable. Device for recognizing impending tipping conditions in vehicles, A risk of tipping is recognized when the difference in lateral forces between the inside and outside wheel exceeds a threshold value that is a function of the lateral force, the longitudinal force and the vehicle speed. Furthermore, a risk of tipping is recognized when the difference in lateral forces between the outer and inner wheels exceeds a threshold value which is a function of the lateral forces and their time derivatives, the longitudinal forces and the vehicle speed. Furthermore, a risk of tipping is considered to be recognized if one of the threshold values is exceeded over a defined period of time, that is to say the rare force differences of various control cycles that follow one another or are closely spaced in time. According to a further exemplary embodiment, a risk of tipping is considered to be recognized if the difference in the lateral forces between the inside and outside wheel of any axis or both axles exceeds the at least one tipping prevention threshold value selectively or over a longer period of time. According to an exemplary embodiment, a risk of tipping is also recognized if the time gradient of the difference between the lateral force of the inside and outside wheel of an axle or all axles exceeds the tipping prevention threshold. Furthermore, a risk of tipping is considered to be recognized if the time gradient of the difference between the lateral force of the outer and inner wheel of an axle or all axles
Kippverhmderung-Schwellwert punktuell oder über einen längeren Zeitraum überschreitet. Nach einem Ausfuhrungsbeispiel ermittelt die Vorrichtung eine Kippgefahr, wenn die Seitenkraft eines kurveninneren Rades einen unteren Kippverhmderungs- Schwellwert unterschreitet, wahrend die Seitenkraft des kurvenaußeren Rades einen hohen Kippverhmderungs-Schwellwert überschreitet. Eine Kippgefahr gilt auch dann als erkannt, wenn
die Seitenkraft des kurvenaußeren Rades einen hohen Ξchwellwert überschreitet .Tilt prevention threshold exceeded selectively or over a longer period. According to an exemplary embodiment, the device determines a risk of tipping if the lateral force of an inside wheel falls below a lower tipping prevention threshold, while the lateral force of the outside wheel exceeds a high tipping prevention threshold. A risk of tipping is also recognized if the lateral force of the wheel on the outside of the curve exceeds a high threshold value.
Nach einem Ausfuhrungsbeispiel müssen die Bedingungen, daß die Seitenkraft eines kurveninneren Rades einen unteren Kippverhmderungs-Schwellwert unterschreitet, wahrend die Seitenkraft des kurvenaußeren Rades einen hohen Kippverhmderungs-Schwellwert überschreitet oder daß die Seitenkraft des kurvenaußeren Rades einen hohen Schwellwert überschreitet, punktuell oder über einen längeren Zeitraum an einer oder an beiden Fahrzeugachsen erfüllt sein müssen.According to an exemplary embodiment, the conditions that the lateral force of an inside wheel falls below a lower tilt prevention threshold, while the lateral force of the outside wheel exceeds a high tilt prevention threshold or that the lateral force of the outside wheel exceeds a high threshold, selectively or over a longer period of time must be fulfilled on one or both vehicle axles.
Vorzugsweise gilt eine Kippgefahr dann als erkannt, wenn die Seitenkraft eines kurveninneren Rades zunächst ein Maximum überschreitet und dann abnimmt, wahrend die Seitenkraft des kurvenaußeren Rades weiter zunimmt. Nach einem Ausfuhrungsbeispiel muß diese Bedingung an beiden Achsen erfüllt sein.A risk of tipping is preferably recognized when the lateral force of an inside wheel first exceeds a maximum and then decreases, while the lateral force of the outside wheel continues to increase. According to an exemplary embodiment, this condition must be met on both axes.
Die Kraftinformationen werden bevorzugt mit Hilfe von Reifenseitenwand-Torsionssensoren ermittelt .The force information is preferably determined with the aid of tire sidewall torsion sensors.
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden naher beschrieben. Es zeigenAn exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. Show it
Fig. 1 die Verteilung der Kräfte an einer Fahrzeugachse bei einer Kurvenfahrt eines KraftfahrzeugsFig. 1 shows the distribution of forces on a vehicle axle when cornering a motor vehicle
Fig.2 ein Diagramm über den Verlauf der Seitenkrafte an einem kurveninneren und -äußeren Fahrzeugrad2 shows a diagram of the course of the lateral forces on an inside and outside vehicle wheel
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung
Die Vorrichtung 10 zum Bestimmen von Fahzeugzustandsgroßen, bei der wenigstens eine, für die Fahrzeugkipptendenz um die Fahrzeuglängsachse indikative Größe gemessen und in einer Auswerteeinheit 11 zum Ermitteln von Steuer- oder Regelgrößen für ein Kraftfahrzeug-Regelungssystem 12 ausgewertet wird ist in Figur 3 schematisch dargestellt. Sie weist Reifen- oder Radkraftsensoren 13, 14 auf, die Größen erfassen, die die Reifen- oder Radseitenkräfte und/oder die Reifen- oder RadaufStandskräfte wiedergeben. In der Auswerteeinheit 11 wird mindestens eine Kenngröße (n) aus den laufend erfassten Meßgrößen (Reifen- oder Radkräfte) an mindestens einem kurveninneren und -äußeren Fahrzeugrad ermittelt, wobei die ermittelten direkten Reifen- oder Radkräfte selbst oder daraus abgeleitete Größen, wie gefilterte Größen und/oder unter Einbeziehung von Korrekturgrößen oder -werten gebildete Signale dem Regelungssystem 12 als Steuer- oder Regelgrößen zugeführt werden. In einer Ermittlungseinheit 15 wird mindestens ein, für die wenigstens eine Kenngröße zugehöriger Kippverhmderungs- Schwellwert ermittelt, der in Abhängigkeit von weiteren Meßgrößen, die mit Sensoren, wie Raddrehzahlsensoren, ermittelt wurden, und/oder die die momentane Fahrsituation wiedergeben (Kurvenfahrt, Geradeausfahrt, Reibwert), gebildet. Eine Vergleichseinheit 16 vergleicht die Kenngröße mit dem Kippverhmderungs-Schwellwert und stellt das Vergleichergebnis dem Kraftfahrzeug-Regelungssystem 12 als Steuer- oder Regelgröße zur Verfügung. Die Ermittlungseinheit 15 ermittelt den Kippverhmderungs-Schwellwert THR nach der Beziehung THR -= f(F , , F} a ,Fx l , Fx a ,v ) , mit Fyj ,Fyfi = Seitenkräfte Fy am kurveninneren und kurvenäußeren Rad, Fx l ,Fx a = Längskräfte Fx am kurveninneren und kurvenäußeren Rad und der Fahrzeuggeschwindigkeit v oder nach der Beziehung
THR = f(F , F a , F , Fi a , F l , Fx a ,v ) , m t Fy„ Fy a = Seitenkrafte Fy am kurveninneren und kurvenaußeren Rad, F , F = zeitliche Ableitung Seitenkrafte F am kurveninneren und kurvenaußeren Rad, F ,Fιa = Langskrafte Fx am kurveninneren und kurvenaußeren Rad und der Fahrzeuggeschwindigkeit v .Fig. 3 is a block diagram of a device The device 10 for determining vehicle state variables, in which at least one variable indicative of the vehicle tipping tendency about the vehicle longitudinal axis and measured in an evaluation unit 11 for determining control or regulating variables for a motor vehicle control system 12 is shown schematically in FIG. 3. It has tire or wheel force sensors 13, 14, which detect variables that reflect the tire or wheel lateral forces and / or the tire or wheel contact forces. In the evaluation unit 11, at least one parameter (s) is determined from the continuously recorded measured variables (tire or wheel forces) on at least one vehicle wheel inside and outside the curve, the direct tire or wheel forces determined themselves or variables derived therefrom, such as filtered variables and / or signals formed with the inclusion of correction variables or values are fed to the control system 12 as control variables. In a determination unit 15, at least one, for the at least one characteristic, associated tilt prevention threshold value is determined, which is a function of further measured variables, which were determined with sensors, such as wheel speed sensors, and / or which reflect the current driving situation (cornering, driving straight ahead, coefficient of friction ), educated. A comparison unit 16 compares the parameter with the tilt prevention threshold value and makes the comparison result available to the motor vehicle control system 12 as a control or regulating variable. The determination unit 15 determines the tilt prevention threshold value THR according to the relationship THR - = f (F,, F } a , F xl , F xa , v), with F yj , F yfi = lateral forces F y on the inside and outside wheel, F xl , F xa = longitudinal forces F x on the inside and outside wheel and the vehicle speed v or according to the relationship THR = f (F, F a , F, F ia , F l , F xa , v), mt F y „F ya = lateral forces F y on the inside and outside wheel, F, F = time derivative of lateral forces F on the inside of the curve and Outer wheel, F, F ιa = longitudinal forces F x on the inside and outside wheel and the vehicle speed v.
Die Vergleichsemheit 16 summiert die ermittelten Reifen- oder Radkrafte, insbesondere Seitenkrafte, an dem mindestens einen kurveninneren und -äußeren Fahrzeugrad einer beliebigen Fahrzeugachse oder aller Fahrzeugachsen und bestimmt aus der Differenz der Seitenkrafte die Kenngroße (n) . Die Vergleichsemheit 16 vergleicht mindestens einen der Kippverhinderungs-Schwellwerte mit der Kenngroße oder dem zeitlichen Gradient der Kenngroße punktuell oder über einen definierten Zeitraum, vorzugsweise von der Differenz der Seitenkrafte zwischen dem kurvenaußeren und -inneren Rad in aufeinander folgenden oder zeitlich dicht beieinander liegenden Regelungszyklen. Die Auswerteeinheit 11 gibt m Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis, wie beim Überschreiten des Kippverhmderungs-Schwellwertes, eine für dieThe comparison unit 16 sums the determined tire or wheel forces, in particular lateral forces, on the at least one vehicle wheel inside and outside the curve of any vehicle axle or all vehicle axles and determines the characteristic variable (s) from the difference in the lateral forces. The comparison unit 16 compares at least one of the tilt prevention threshold values with the characteristic variable or the time gradient of the characteristic variable selectively or over a defined period of time, preferably from the difference in the lateral forces between the inside and outside wheel in successive or closely spaced control cycles. The evaluation unit 11 gives one for the function of the comparison result, such as when the tilt prevention threshold value is exceeded
Fahrzeugkipptendenz indikative Steuer- oder Regelgroße für das Kraftfahrzeug-Regelungssystem aus .Vehicle tilt tendency indicative control or rule size for the motor vehicle control system.
Die für die Fahzeugkipptendenz indikative Große wird wie folgt ermittelt :The size indicative of the vehicle tipping tendency is determined as follows:
Um das Kippverhalten des Fahrzeugs zu beurteilen, werden im wesentlichen die Seitenkrafte der Rader herangezogen. Fallt die Seitenkraft eines kurveninneren Rades unter einen niedrigen Schwellwert, wahrend die Seitenkraft des achsgleichen kurvenaußeren Rades einen honen Schwellwert überschreitet, so ist dies ein deutliches Indiz für eine stark reduzierte
Aufstandskraft am inneren Rad, so daß eine Kippgefahr als gegeben angesehen werden kann.In order to assess the tipping behavior of the vehicle, the lateral forces of the wheels are essentially used. If the lateral force of a wheel on the inside of a curve falls below a low threshold value, while the side force of the wheel on the outside of the curve exceeds a high threshold value, this is a clear indication of a greatly reduced value Riot force on the inner wheel, so that a risk of tipping can be considered as given.
Dieser Sachverhalt wird gemäß Fig. 1 nachfolgend erläutert. Dargestellt ist eine beliebige Achse eines in Kurvenfahrt befindlichen Fahrzeugs. Auf dieser Achse lastet ein Gewichtsanteil, der identisch ist mit der Summe der Radaufstandskrafte :This fact is explained in accordance with FIG. 1 below. Any axis of a vehicle in cornering is shown. There is a weight on this axle that is identical to the sum of the wheel contact forces:
, + F = GΛ , + F = G Λ
Der von den Rädern der Achse zu kompensierende Fliehkraftanteil ist identisch mit der Summe der Seitenkräfte:The part of the centrifugal force to be compensated by the wheels of the axle is identical to the sum of the lateral forces:
F ,a = mA *ay (2)F , a = m A * a y (2)
Zwischen der Aufstandskraft und der Seitenkraft eines beliebigen Rades besteht der ZusammenhangThere is a connection between the contact force and the lateral force of any wheel
Basierend auf dem oben beschriebenen Sachverhalt werden nun einige wirkungsvolle Verfahren beschrieben, um eine Fahrzeugkipptendenz bzw. -gefahr rechtzeitig zu erkennen, ohne dem Fahrzeug zu frühe Einschränkungen in der Fahrdynamik aufzuerlegen .Based on the facts described above, some effective methods are now described in order to recognize a tendency or danger of vehicle tipping in good time without imposing early restrictions on the driving dynamics of the vehicle.
Eine Kippgefahr gilt dann als gegeben, wenn die Differenz der Seitenkräfte einer Achse einen Schwellwert überschreitet, der eine Funktion der Seitenkräfte selbst, der Längskräfte sowie der Fahrzeuggeschwindigkeit ist:There is a risk of tipping if the difference in the lateral forces of an axle exceeds a threshold value that is a function of the lateral forces themselves, the longitudinal forces and the vehicle speed:
Δ > THR ( )
mitΔ> THR () With
THR = f(FlJ,F}fi,F,J,Fx l,v ) (5;THR = f (F lJ , F } fi , F, J , F xl , v) (5;
und ΔF, =F y,,° F., (β:and ΔF, = F y ,, ° F., (β:
Dabei können die Kraftinformationen die direkten Reifen- bzw. Radkräfte oder weiterverarbeitete Signale sein, wie etwa mit unterschiedlichen Zeitkonstanten gefilterte Kraftsignale. Eine Verbesserung des Verfahrens besteht darin, den Schwellwert nicht nur von den Seitenkräften selbst sondern auch von den Gradienten der Seitenkräfte abhängig auszuführen:The force information can be the direct tire or wheel forces or further processed signals, such as force signals filtered with different time constants. An improvement of the method consists in carrying out the threshold value not only depending on the lateral forces themselves but also on the gradients of the lateral forces:
THR^AF^F^F^F^F^F^v ) (7)THR ^ AF ^ F ^ F ^ F ^ F ^ F ^ v) (7)
Verschiedene Ausführungsbeispiele ergeben sich dadurch, die Kippgefahr dann als gegeben anzunehmen, wenn die Differenz der Seitenkräfte an einer beliebigen Achse oder an beiden Achsen den Schwellwert nach Gleichung (5) oder (7) überschreitet:Different exemplary embodiments result from assuming the risk of tipping as given when the difference in the lateral forces on any axis or on both axes exceeds the threshold value according to equation (5) or (7):
Fiar-FW.>THR oder Fyoh-Fy h>THR (8)F iar -F W. > THR or F yoh -F yh > THR (8)
oderor
F,Al. - F, 1 > 7HR und FAA - FyJJ, >THR ( 9 )F, Al . - F, 1 > 7HR and F AA - F yJJ ,> THR (9)
Eine weitere Verbesserung der Überwachung des Kippverhaltens kann dadurch erzielt werden, daß ein Eingriff nicht nur punktuell über eine harte Schwellenüberschreitung eingeleitet wird, sondern daß eine Beobachtung der Kraftrelationen gemäß Gleichungen (4) bis (9) über einen gewissen Zeitraum erfolgt
und damit eine zeitliche Kette ermittelter Kraftwerte zur Auswertung kommt:A further improvement in the monitoring of the tipping behavior can be achieved in that an intervention is not only initiated selectively via a hard threshold crossing, but that the force relations are observed over a certain period of time in accordance with equations (4) to (9) and thus a time chain of determined force values is evaluated:
^v[i + ] = F i + \] - F ι[i + l] Δ^ + 2] = F / + 2] - FJv[/ + 2]^ v [i +] = F i + \] - F ι [i + l] Δ ^ + 2] = F / + 2] - F Jv [/ + 2]
ΔF1[/+ y] = F^[ +;]-F^,[/+ y]ΔF 1 [/ + y] = F ^ [+;] - F ^, [/ + y]
für i = beliebiger Regelungszyklus, i+1 = nachfolgender Regelungszyklus etc.for i = any control cycle, i + 1 = subsequent control cycle etc.
Eine Kippgefahr gilt dann als erkannt, wenn die Werte ΔFr[z] die Bedingungen aus Gleichung (4) bzw. (8) oder (9) über einen definierten Zeitraum erfüllen.A risk of tipping is recognized if the values ΔF r [z] meet the conditions from equations (4) or (8) or (9) over a defined period of time.
Ein weiteres wichtiges Kriterium zur Erkennung der Kippgefahr bildet der zeitliche Gradient der Seitenkraftdifferenz einer oder aller Achsen, da der Gradient die Dynamik des Aushebevorgangs repräsentiert:Another important criterion for recognizing the risk of tipping is the temporal gradient of the lateral force difference of one or all axes, since the gradient represents the dynamics of the lifting process:
dΔFdΔF
> THR dt :n:> THR dt: n:
wobei der Schwellwert THR wieder gemäß Gleichung (5) oder (7 gebildet werden kann.wherein the threshold value THR can again be formed according to equation (5) or (7).
Weitere Kriterium zur Erkennung der Kippgefahr sind die Unterschreitung eines kleinen Schwellwerts durch die kurveninnere Seitenkraft bei gleichzeitiger Überschreitung eines hohen Schwellwerts durch die kurvenäußere Seitenkraft
oder das alleinige Überschreiten eines hohen Schwellwerts durch die kurvenäußere Seitenkraft:A further criterion for recognizing the risk of tipping is that the lateral force on the inside of the curve falls short of a small threshold value while the lateral force on the outside of the curve exceeds a high threshold value or the sole exceeding of a high threshold value by the lateral force on the outside of the curve:
F, , < THR und Fy,a > THRh,gh ( 12 :F,, <THR and Fy, a> TH R h, gh (12:
oder nuror just
F,a > THRhlgh (13!F, a > THR hlgh (13!
Eine weitere, sehr sichere Methode, um ein gefährliches Ausheben der kurveninneren Räder zu erkennen, besteht darin, einen charakteristischen Verlauf der Seitenkräfte einer Achse über der Zeit zu beobachten. Dieser Verlauf ist prinzipiell in Fig. 2 dargestellt. Dabei erhöhen sich zunächst beide Seitenkräfte einer Achse aufgrund einer zunehmenden Querdynamik. Die kurveninnere Seitenkraft erreicht bei einer bestimmten Querbeschleunigung ein Maximum und reduziert sich danach kontinuierlich, während sich die kurvenäußeren Seitenkraft weiterhin erhöht.Another very safe method to detect dangerous lifting of the wheels on the inside of the curve is to observe a characteristic course of the lateral forces of an axle over time. This course is shown in principle in FIG. 2. Initially, both lateral forces on an axle increase due to increasing transverse dynamics. The lateral force on the inside of the curve reaches a maximum at a certain lateral acceleration and then decreases continuously, while the lateral force on the outside of the curve continues to increase.
Dieser Sachverhalt läßt sich folgendermaßen physikalisch erklären:This can be explained physically as follows:
Zunächst nimmt die Aufstandskraft des kurveninneren Rades gemäß Fig. 1 mit wachsender Querbeschleunigung ab:First, the contact force of the wheel on the inside of the curve decreases as the lateral acceleration increases:
m F ι = - *(g* c / 2 - av * h) (14: cm F ι = - * (g * c / 2 - a v * h) (14: c
Zwischen der Aufstandskraft und der Querkraft des Rades besteht vereinfacht und unter der Annahme, daß ein ausreichender Reibwert vorliegt, der ZusammenhangThere is a simplified relationship between the contact force and the lateral force of the wheel and assuming that there is a sufficient coefficient of friction
Fx J = F: ι *a g (15)
Aus den Gleichungen (14) und (15) ergibt sichF x J = F : ι * ag (15) From equations (14) and (15) follows
a, mΛ a, m Λ
Fr, = - : (g * c 12 - a * h) (16) g * c F r, = - : (g * c 12 - a * h) (16) g * c
Gegensätzlich verhält sich die Seitenkraft am kurvenäußeren Rad:The lateral force on the outside wheel is opposite:
F„ = GA * ay / g - F„ (17)F "= G A * a y / g - F" (17)
Diese Gleichungen für das kurveninnere und das kurvenäußere Rad weisen die in Fig. 2 dargestellte Charakteristik auf.These equations for the inside wheel and the outside wheel have the characteristic shown in FIG. 2.
Vorgeschlagen zur Erkennung der Situation wird ein Verfahren oder eine Vorrichtung zur Überprüfung der typischen Charakteristik der beiden Seitenkräfte einer Achse gemäß obiger Gleichung und Fig. 2.A method or a device for checking the typical characteristic of the two lateral forces of an axis according to the above equation and FIG. 2 is proposed for recognizing the situation.
Bei Überschreitung des Seitenkraftmaximums am inneren Rad, anschließender Abnahme der Seitenkraft des inneren Rades und weiterer Zunahme der Seitenkraft des äußeren Rades gilt eine Kippgefahr als erkannt.If the lateral force maximum on the inner wheel is exceeded, the lateral force of the inner wheel then decreases and the lateral force of the outer wheel increases further, a risk of tipping is recognized.
Die verwendeten Signale und Parameter haben folgende Bedeutung:The signals and parameters used have the following meaning:
F. beliebige LängskraftF. any longitudinal force
Fv beliebige SeitenkraftF v any side force
Fr ι kurveninnere SeitenkraftFor lateral force on the inside of the curve
Fvu kurvenäußere SeitenkraftF vu lateral force on the outside of the curve
F, !,,',,!.' kurveninnere Seitenkraft vorneF,! ,, ',,!.' Inside lateral force at the front
F, \ .ι,.l,ι, kurveninnere Seitenkraft hinten
F , kurvenäußere Seitenkraft vorneF, \ .ι, .l, ι, inside lateral force behind F, outside lateral force at the front
F(ή kurvenäußere Seitenkraft hintenF (ή outer lateral force at the rear
F zeitliche Ableitung der kurveninneren SeitenkraftF Derivation of the lateral force on the inside of the curve
F1(7 zeitliche Ableitung der kurvenäußeren SeitenkraftF 1 (7 time derivative of the lateral force on the outside of the curve
F, kurveninnere AufstandskraftF, inside riot force
Fή kurvenäußere Aufstandskraft For outside contact force
GA achsbezogene Gewichtskraft des Fahrzeugs mA achsbezogene Masse des Fahrzeugs α, Querbeschleunigung des Fahrzeugs c Spurweite des Fahrzeugs h Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs g Erdbeschleunigung
G A axle-related weight of the vehicle m A axle-related mass of the vehicle α, lateral acceleration of the vehicle c track width of the vehicle h center of gravity of the vehicle g gravitational acceleration