DE102006050875A1

DE102006050875A1 - System zum dynamischen Bestimmen der Achslasten eines sich bewegenden Fahrzeugs mit einem integrierten Sensorsystem und seiner Anwendung in der Fahrzeugdynamiksteuerung

Info

Publication number: DE102006050875A1
Application number: DE102006050875A
Authority: DE
Inventors: Jianbo Livonia Lu
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2007-05-10
Also published as: US7600826B2; GB0621445D0; GB2434127A; US8005592B2; GB2434127B; US20070106442A1; US20100036557A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug (10) mit einem Steuersystem (18) zur Steuerung eines Fahrzeugsystems, das eine Radnormallast entsprechend einer Abhebebewegungsradlast, verhaltensbasierten Radlast und vertikalbewegungsinduzierten Radlast bestimmt, wobei die verschiedenen Radlasten indirekt aus den Ausgaben der Sensoren (28-40) der verschiedenen dynamischen Kontrollsystemausgaben bestimmt werden können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeugsteuersystem. Sie bezieht sich allgemein auf eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeugsystem entsprechend einem gemessenen dynamischen Verhalten und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, dynamisch die normale Achs- oder Radlast zu bestimmen und ein Fahrzeugsystemdynamikverhalten auf Basis der detektierten normalen Belastung zu steuern.

Verschiedenste Kraftfahrzeuge haben kürzlich mit dem Einbau von dynamischen Steuersystemen begonnen. Derartige dynamische Fahrzeugsteuersysteme umfassen Gier-Stabilitätssteuersysteme, Roll-Stabilitätssteuersysteme, integrierte dynamische Kraftfahrzeugsteuersysteme usw.. Ein ständiges Ziel von Fahrzeugsteuersystemen besteht darin, ein koordiniertes Systemniveau des Fahrzeugverhaltens für die Fahrt, die Handhabung, Sicherheit und Treibstoffökonomie zu erreichen.

Bei den derzeitigen Fortschritten in der Mechatronik haben Fahrzeugsteuerungen verbesserte Möglichkeiten, Steuerverhalten unter Verwendung der Informations- und Steuerstrategien, die bisher auf Luftfahrzeuge und Raumfahrzeuge beschränkt waren, zu erreichen. Beispielsweise sind nun Gyro-Sensoren, die bisher nur in Luftfahrzeugen verwendet wurden, in verschiedene Fahrzeugsteuerungen eingebaut worden und die ursprünglich für Flugzeuge erfundenen Antiblockiersysteme sind nun Standardkraftfahrzeugsteuersysteme. Die derzeitige Sensortechnologie generiert ständig wachsende Möglichkeiten der Fahrzeugsteuerung. Ein Fahrzeugsteuersystem muss dynamische dreidimensionale Fahrzeugbewegungen für gutes Steuerverhalten und hohe Genauigkeit/Präzision der dynamischen Steuerung messen. Beispielsweise umfasst bei Gier-Stabilitäts- und Rollstabilitätssteuerungen die Steueraufgabe dreidimensionale Bewegungen entlang der Fahrzeugroll-, -nick- und -gierrichtung und entlang der longitudinalen, lateralen und vertikalen Richtungen.

Die Achslast (oder Vertikallast) eines sich bewegenden Fahrzeugs kann direkt durch Kraft- oder Lastmeßsysteme (beispielsweise wie im US 5,265,481 oder US 5,002,141 beschrieben) gemessen werden. Derartige Systeme sind sehr teuer und üblicherweise aus Kostengründen nicht für den Einsatz auf Kraftfahrzeugen vertretbar.

Die Messung der Achsen-/Radlasten eines sich bewegenden Fahrzeugs ist in verschiedenen Fahrzeugdynamiksteuersystemen erwünscht. Eine Anwendung einer derartigen Messung ist eine Rollstabilitätssteuerung. Ein Rollstabilitätssteuersystem steuert die Rollcharakteristiken eines Fahrzeugs, um dessen Position zur Straße zu halten, d. h. die Fahrzeugrollbedingung so zu ändern, dass seine Bewegung entlang der Rollrichtung daran gehindert wird, eine vorherbestimmte Grenze (Überschlagsgrenze) durch Betätigung der vorliegenden aktiven Systeme, wie einem steuerbaren Bremssystem, Lenksystem, Aufhängungssystem usw. zu erreichen. Da die erhältlichen aktiven Steuersysteme andere normale Funktionen liefern müssen (beispielsweise muss ein Bremssystem Antiblockierbremsen, Traktionskontrolle, Gierstabilitätssteuerung usw. durchführen) ist erwünscht, dass die Rollsteuerfunktion nur auf Anforderung durchgeführt wird, nämlich wenn potentiell ein Fahrzeugüberschlag auftritt und abgestellt wird, wenn das Fahrzeug unter normalen Bedingungen fährt oder unter Bedingungen außerhalb der Aktivierungskriterien der Rollstabilitätssteuerung. Demzufolge wird die Identifizierung eines Überschlagszustands ein sehr wichtiger Faktor für eine erfolgreiche Implementierung eines Rollstabilitätssteuersystems. Ein Überschlag tritt dann auf, wenn das Fahrzeug Radlasten an einem oder zwei Rädern auf der gleichen Fahrzeugseite verliert und der Fahrzeugrollwinkel divergiert. Eine Echtzeit-Fahrzeug-Messung der Radlasten kann dazu verwendet werden, derartige Vorüberschlagscharakteristika zu detektieren. Dies bedeutet, dass dann, falls mindestens eine vorhergesagte Radlast signifikant kleiner als der jeweilige Normalwert ist, ein potentieller Überschlagszustand identifiziert wird.

Eine weitere Anwendung der Achs- und Radnormallastbestimmung besteht darin, Bremsverteilung des Antiblockierbremssystems oder der Gierstabilitätssteuersysteme durchzuführen.

Eine weitere Anwendung der Achs- und Radlastbestimmung ist die Radsteuerung in einem Fahrzeug mit einer steuerbaren Aufhängung. Die Interaktion zwischen Rad und Straße spielt eine Schlüsselrolle für die Maximierung der Fahrzeug-Stabilität während Handhabungsmanövern und Verringerung von Straßenschäden (speziell für schwere Lastwagen). Dieses Verhaltenserfordernis ist heutzutage durch die Implementierung steuerbarer Federungen praktikabel geworden. Die Verhaltensanforderung ist, konstante Achs-/Radlasten aufrechtzuerhalten. Um ein derartiges Verhalten zu erzielen, müssen Rückkopplungssteuersignale aus den Achs-/Radlasten konstruiert werden. Demzufolge ist eine dynamische Bestimmung der Achs-/Radlast notwendig.

Das vierte Erfordernis, um dynamisch die Achs- und Radlasten eines sich bewegenden Fahrzeugs zu bestimmen, besteht darin, genau die Reifenkräfte zwischen Reifen und Straßenoberfläche zu charakterisieren. Eine Radlastbestimmung gemeinsam mit einer Echtzeitinformation über die an ein angetriebenes Rad abgegebenes Antriebsmoment ermöglicht Vorhersage eines Oberflächen μ (Reibungskoeffizient μ). Die Kenntnis des Oberflächen μ ist für verschiedene Stabilitätssteueranwendungen von Fahrzeugen erwünscht.

Demzufolge ist es Aufgabe der Erfindung, eine Echtzeitvorhersage oder dynamische Bestimmung der Rad-/Achslasten eines sich bewegenden Fahrzeugs zu erhalten. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Fahrzeugsteuersystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung schafft ein Verfahren und ein System, dynamisch die Achs- und Radlasten eines sich bewegenden Fahrzeugs indirekt unter Verwendung der zugänglichen Sensoren, die typischerweise in einem integrierten dynamischen Fahrzeugsteuersystem vorliegen, zu messen und eine Echtzeitvorhersage ohne Verwendung von Lastsensoren, sondern unter Verwendung zugänglicher Sensorsignale aus den verschiedenen dynamischen Steuersystemen und einiger der berechneten Signale aus den erhältlichen Sensorsignalen zu erhalten.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs das Bestimmen einer Radhebebewegungs-Last, Bestimmen einer verhaltensabhängigen Radlast, Bestimmen einer durch eine vertikale Radbewegung induzierten Radlast und Bestimmen einer Gesamtradnormallast entsprechend der Hebebewegungsradlast, der verhaltensabhängigen Radlast und der durch Vertikalbewegung induzierten Radlast. Ein Fahrzeugsystem wird entsprechend der Gesamtradnormallast gesteuert.

Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung hat ein Fahrzeug eine gefederte Masse, eine Federgeschwindigkeit, eine Radanordnungsmasse, eine Aufhängung, einen Körper- und Aufhängungspunkt, an dem die Aufhängung mit dem Körper koppelt, auf halber Spurweite einen Schwerpunkt, einen Longitudinalabstand zwischen dem Schwerpunkt und der Achse, Vertikalabstand zwischen dem Schwerpunkt und dem Aufhängungspunkt. Ein Verfahren unter Verwendung des Fahrzeuges umfaßt das Bestimmen eines relativen Nickwinkels, Bestimmen eines relativen Rollwinkels und Bestimmen einer Vertikalbeschleunigung. Eine Hebebewegung wird entsprechend der gefederten Masse und der Vertikalbeschleunigung bestimmt. Eine verhaltensabhängige Radlast wird entsprechend der Federrate und der halben Spurweite des Longitudinalabstandes zwischen den Schwerpunkt und der Achse bestimmt. Eine durch vertikale Radbewegung induzierte Radlast wird entsprechend der Radanordnungsmasse und der aus dem vertikalen Abstand zwischen dem Schwerpunkt und dem Aufhängungspunkt abgeleiteten Vertikalbeschleunigung bestimmt. Eine Gesamtnormalradlast wird entsprechend der Hebebewegungsradlast, der verhaltensabhängigen Radlast und der Vertikalbewegungsinduzierten Radlast bestimmt. Das Fahrzeugsystem wird entsprechend der Gesamtradnormallast gesteuert. Bemerkenswerterweise kann die Normallast für jedes Rad bestimmt werden. Jedes Rad einer speziellen Achse kann bestimmt werden. Es sollte auch beachtet werden, dass der Terminus "Achse" für die Vorderräder oder die Hinterräder verwendet wird. Tatsächlich muss keine physikalisch getrennte Achse vorliegen.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass keine zusätzlichen Sensoren zusätzlich zu den Sensoren des dynamischen Steuersystems für das System benö tigt werden. Demzufolge kann die Gesamtnormalradlast in kosteneffektiver Weise bestimmt werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels gemeinsam mit der Zeichnung und den anhängenden Ansprüchen offensichtlich. Darin zeigt:
1 ein diagrammatische Ansicht eines Fahrzeugs mit variablen Vektor – und Koordinatenrahmen gemäß der Erfindung;
2 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Stabilisierungssystems;
3 eine Frontansicht eines Kraftfahrzeugs mit verschiedenen Winkeln;
4 eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs mit verschiedenen Variablen;
5A eine Rückansicht einer Aufhängungs-/Reifenanordnung;
5B eine Seitenansicht der Aufhängungs-/Reifenanordnung der 5A; und
6 ein logisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines dynamischen Fahrzeugssystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
In den nachfolgenden Figuren werden die gleichen Bezugszeichen zur Identifikation gleicher Komponenten verwendet. Die Erfindung wird bevorzugt gemeinsam mit Fahrzeugsteuersystemen eingesetzt, ist aber nicht auf solche beschränkt, die ein Gierstabilitätssteuersystem, ein Rollstabilitätssteuersystem, ein integriertes dynamisches Fahrzeugsteuersystem oder ein Gesamtfahrzeugsteuersystem für Treibstoffökonomie und Sicherheit und andere Fahrzeugverhaltensniveaus umfassen. Das System wird auch hinsichtlich einer Trägheitsmesseinheit (IMU) oder eines integrierten Sensorsystems (ISS) beschrieben. Es können aber auch diskrete Sensoren dazu verwendet werden, um die Erfindung zu implementieren.
In 1 ist ein Kraftfahrzeug 10 mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitssystem mit den verschiedenen angreifende Kräften und Momenten während eines Überschlagszustands gezeigt. Das Fahrzeug 10 besitzt vordere rechte (FR) und vordere linke (FL) Räder/Reifen 12A und 12B und hintere rechte (RR) Räder/Reifen 13A und hintere linke (RL) Räder/Reifen 13B. Das Fahrzeug kann auch mehrere unterschiedliche Typen Frontsteuersysteme 14A und Hecksteuersysteme 14B umfassen, eingeschlossen solche, bei denen jedes Vorder- und Hinterrad mit einem entsprechend steuerbaren Betätiger ausgerüstet ist, wobei die Front- und Hinterräder ein konventionelles System besitzen, bei dem beide Fronträder gemeinsam und beide Hinterräder gemeinsam gesteuert werden, ein System mit konventioneller Frontsteuerung und unabhängig steuerbarer hinterer Steuerung für jedes Rad oder umgekehrt. Allgemein hat das Fahrzeug ein Gewicht, repräsentiert als Mg am Schwerpunkt des Fahrzeugs, wobei g = 9,8 m/s² und M die Gesamtmasse des Fahrzeugs ist.
Wie eben erwähnt, kann das System auch mit Sicherheitssystemen eingeschlossen aktive/semiaktive Aufhängungssysteme, Überschlagsbügel oder Airbags oder anderen Sicherheitsvorrichtungen eingesetzt werden, die bei Messung vorherbestimmter dynamischer Bedingungen des Fahrzeugs ausgelöst oder aktiviert werden.
Das Meßsystem 16 ist mit einem Steuersystem 18 verbunden. Das Meßsystem 16 kann viele verschiedene Sensoren, eingeschlossen dem typischerweise in einer Rollstabilisierungssteuerung oder einem Überschlagssteuersystem gefundenem Sensorsatz (eingeschlossen Lateral-Accelerometer, Gierratensensor, Lenkwinkelsensor und Radgeschwindigkeitssensor, die für ein traditionelles Gierstabilitätssteuersystem ausgelegt sind) gemeinsam mit einem Rollratensensor, einem Nickratensensor und einem Longitudinalrichtungsbeschleunigungsmesser. Die verschiedenen Sensoren werden weiter unten genauer beschrieben. Die Sensoren können auch durch das Steuersystem in verschiedenen Bestimmungen eingesetzt werden, wie zur Bestimmung eines Hebeereignisses, Normalkräfte auf die Räder, Höhe und Position einer Masse usw.. Die Radgeschwindigkeitssensoren 20 sind an jeder Ecke des Fahrzeugs befestigt und generieren Signale entsprechend der Umdrehungsgeschwindigkeit jedes Rades. Die übrigen Sensoren des Sensorsystems 16 können direkt auf dem Schwerpunkt des Fahrzeugkörpers, entlang der Richtungen x, y, z, wie in 1 gezeigt angebracht sein. Wie dem Fachmann ersichtlich, wird der Rahmen von b₁, b₂ und b₃ als Körperrahmen 22 bezeichnet, dessen Ursprung sich am Schwerpunkt des Fahrzeugkörpers befindet, wobei b₁ der nach vorne zeigenden x-Achse, b₂ der sich von der Fahrerseite (nach links) wegzeigenden y-Achse und b₃ der nach oben gerichteten z-Achse entspricht. Die Winkelgeschwindigkeiten des Fahrzeugkörpers um seine entsprechenden Achsen werden als ω_x für die Rollrate, ω_y für die Nickrate und ω_z für die Gierrate bezeichnet. Berechnungen können in einem Trägheitsrahmen 24 stattfinden, der vom Körperrahmen 22, wie weiter unten beschrieben, abgeleitet werden kann.
Die Roll-, Nick- und Gierwinkel-Geschwindigkeitssensoren und die Lateral-, Longitudinal- und Vertikal-Beschleunigungsmesser können auf dem Fahrzeugkörper entlang der Körperrahmen-Richtung b₁, b₂ und b₃ angebracht werden, welche die x-, y- und z-Achsen der gefederten Masse des Fahrzeugs sind. Die Sensoren können in einem IMU oder ISS oder diskrete Sensoren sein. Die Sensoren können außerhalb des Schwerpunkts liegen, aber numerisch zum Schwerpunkt verschoben werden.
Der Longitudinalbeschleunigungssensor ist auf dem Fahrzeugkörper am Schwerpunkt angebracht, mit Messrichtung entlang der b₁-Achse, seine Ausgabe wird als a_x bezeichnet. Der Lateralbeschleunigungssensor wird auf dem Fahrzeugkörper am Schwerpunkt angebracht, mit Messrichtung entlang der b₂-Achse, seine Ausgabe wird als a_y bezeichnet.
Der in der nachfolgenden Diskussion verwendete weitere Rahmen umfaßt den Straßenrahmen, wie in 1 dargestellt. Das Straßenrahmensystem r₁r₂r₃ ist auf der befahrenen Straßenoberfläche fixiert, wobei die r₃-Achse entlang der durchschnittlichen Normal-Straßenrichtung verläuft, die aus den Normalrichtungen der vier Reifen-/Straßenkontaktflächen berechnet wird.
In der nachfolgenden Diskussion werden die Euler-Winkel des Fahrzeugrahmens b₁b₂b₃ gegenüber dem Straßenrahmen r₁r₂r₃ als θ_xbr und θ_ybr bezeichnet, welche auch als relative Euler-Winkel bezeichnet werden (nämlich relative Roll- und relative Nickwinkel).
In 2 ist ein Steuersystem 18 detaillierter dargestellt, mit einer Steuerung 26, zur Aufnahme von Informationen von einer Anzahl von Sensoren, die einen Gierratensensor 28, einen Geschwindigkeitssensor 20, einen Lateralbeschleunigungssensor 32 einen Vertikalbeschleunigungssensor 33, einen Rollwinkelgeschwindigkeitssensor 34, einen Longitudinalbeschleunigungssensor 36, einen Nickratensensor 37, einen Lenkwinkel-(der Räder oder des Betätigers) Positionssensor 38, einen Aufhängungspositions-(Höhen)sensor 40 umfassen können. Selbstverständlich sind verschiedene Kombinationen und Unterkombinationen der Sensoren einsetzbar.
Das Sensorcluster 16 kann sich in einem Gehäuse 43 befinden und umfaßt einen Rollratensensor 34, der ein Rollratensignal generiert, einen Nickratensensor 37, der ein Nickratensignal generiert, einen Gierratensensor 38, der ein Gierratensignal generiert, einen Longitudinalbeschleunigungssensor 36 der ein Longitudinalbeschleunigungssignal generiert, einen Lateralbeschleunigungssensor 32, der ein Lateralbeschleunigungssignal generiert und einen Vertikalbeschleunigungssensor 33, der ein Vertikalbeschleunigungssignal generiert.
Falls diskrete oder individuelle Sensoren verwendet werden, können die Lateralbeschleunigung, Rollorientierung und Geschwindigkeit unter Verwendung eines globalen Positionierungssystems (GPS) erhalten werden. Auf Basis der Eingaben von den Sensoren kann die Steuerung 26 eine Sicherheitsvorrichtung 44 steuern. Abhängig von der erwünschten Empfindlichkeit des Systems und verschiedener anderer Faktoren müssen nicht alle Sensoren in einer kommerziellen Ausführungsform verwendet werden. Die Sicherheitsvorrichtung 44 kann einen Airbag 45 oder einen Lenkbetätiger 46A–46D an einem oder mehreren der Räder 12A, 12B, 13A, 13B des Fahrzeugs steuern. Es können auch andere Fahrzeugkomponenten, wie eine Aufhängungssteuerung 48 eingesetzt werden, um die Aufhängung so einzustellen, dass sie Überschlag verhindert.
Der Rollratensensor 34 und der Nickratensensor 37 können den Rollzustand oder Abheben des Fahrzeuges auf Basis des Messens der Höhe eines oder mehrerer Punkte am Fahrzeug relativ zur Straßenoberfläche messen. Sensoren, die dazu verwendet werden, umfassen, sind aber nicht begrenzt auf radarbasierte Nähesensoren, laserbasierte Nähesensoren und sonarbasierte Nähesensoren. Der Rollratensensor 34 kann auch eine Kombination von Sensoren, wie Nähesensoren verwenden, um eine Rollratenbestimmung durchzuführen.
Der Rollratensensor 34 und der Nickratensensor 37 können auch den Rollzustand oder Abheben auf Basis der relativen, linearen oder Rotationsverschiebung oder Verschiebungsgeschwindigkeit einer oder mehrerer Chassis-Aufhängungskomponenten messen. Dies kann zusätzlich oder in Kombination mit dem Aufhängungspositionssensor 40 erfolgen. Der Aufhängungspositionssensor 40, der Rollratensensor 34 und/oder der Nickratensensor 37 können einen linearen Höhen- oder Reisesensor, einen Rotationshöhen- oder Reisesensor, einen Radgeschwindigkeitssensor, um eine Geschwindigkeitsänderung zu überwachen, einen Lenkradpositionssensor, einen Lenkradgeschwindigkeitssensor und eine Fahrer-Haupteingabe über eine elektronische Komponente, die das Lenken über Zug unter Verwendung eines Handrades oder einen Joystick umfassen kann, beinhalten.
Der Gierratensensor 28, der Rollratensensor 34, der Lateralbeschleunigungssensor 32 und der Longitudinalbeschleunigungssensor 36 können gemeinsam eingesetzt werden, um zu bestimmen, dass das Rad abgehoben ist. Derartige Sensoren können dazu verwendet werden, um das Abheben von Rädern zu bestimmen oder eine Normallast, die mit dem Radabheben assoziiert ist, abzuschätzen.
Der Rollzustand, wie der relative Rollwinkel des Fahrzeugs, kann auch durch eine oder mehrere der nachfolgenden Translations- oder Rotationspositionen, Geschwindigkeiten oder Beschleunigung des Fahrzeugs erfasst werden, eingeschlossen einen Rollgyrometer, Rollratensensor 34, Gierratensensor 28, Lateralbeschleunigungssensor 32, Vertikalbeschleunigungssensor 33, Longitudinalbeschleuni gungssensor 36, Lateral- oder Vertikal-Geschwindigkeitssensor, eingeschlossen einen Geschwindigkeitssensor auf Radbasis 20, einen radarbasierten Geschwindigkeitssensor, einen sonarbasierten Geschwindigkeitssensor, einen laserbasierten Geschwindigkeitssensor oder einen auf Optik basierendem Geschwindigkeitssensor.
Die Steuerung 26 kann das Messen von Algorithmen umfassen, eingeschlossen aber nicht begrenzt auf die Vergleichshöhe und Vergleichsrichtungsgeschwindigkeitsbestimmungen, globale/relative Verhaltensbestimmungen, Richtungsgeschwindigkeitsbestimmung, Sensorplausibilitätsüberprüfung, Sensorsignalkonditionierung, Sensorfehlerkompensation, Straßenprofil, Oberflächenzustandsbestimmung und Überwachung abnormalen Zustands.
Die Steuerung 26 umfaßt verschiedene Steuereinheiten, welche die vorgenannten Überprüfungsalgorithmen steuern. Diese Einheiten können umfassen: eine Referenzsignaleinheit 70 (Referenzsignalgenerator (RSG)), welcher eine Höhenreferenzberechnung und eine Geschwindigkeitsreferenzberechnung umfaßt, eine Straßenprofileinheit 72 (Straßenprofilbestimmungseinheit (RPD)), eine Verhaltenseinheit oder relative Verhaltensbestimmungseinheit 74 (RAD), eine globale Verhaltenseinheit 76 (globale Verhaltensbestimmungseinheit (GAD)) und eine Richtungseinheit 78 (Richtungsgeschwindigkeitsbestimmungseinheit (DVD)), eine Sensorplausibilitätseinheit 80 (Sensorplausibilitätsüberprüfungseinheit (SPC)), eine Abnormalzustandseinheit 82 (Einheit zur Überwachung abnormalen Zustands (ASM)), eine sensorsignalkompensierende Einheit 84 (SSC), eine Abschätzungseinheit 86 (Kraft- und Drehmomentabschätzungseinheit (FATE)), eine Einheit des festen Referenzrahmens zum Fahrzeugkörper 88 (Körper/Referenzeinheit (B2R)), eine Normallasteinheit 90 (Normallastbestimmungseinheit (NLD)) und eine Fahrzeugparametereinheit 92 (Fahrzeugparameterbestimmungseinheit (VPD)). Signale der vorgenannten Einheiten werden zur Vorhersage von Fahrzeugbetriebszustandssignalen verwendet. Die Erfindung liegt im wesentlichen in der Normallastbestimmungseinheit (NLD) 90.
Die Sicherheitsvorrichtung 44 kann die Position des rechten Vorderradbetätigers 46A, des linken Vorderradbetätigers 46B, des linken Hinter-Radbetätigers 46C und des rechten Hinter-Radbetätigers 46D steuern. Obwohl bereits oben beschrieben, können ein oder mehrere Betätiger gleichzeitig gesteuert werden. Beispielsweise werden in einem Zahnstangenritzelsystem die beiden damit verbundenen Räder gleichzeitig gesteuert. Auf Basis der Eingaben der Sensoren 28–43B bestimmt die Steuerung 26 einen Rollzustand und/oder Radabheben und steuert die Lenkposition und/oder Bremsen der Räder.
Die Sicherheitsvorrichtung 44 kann mit einer Bremssteuerung 60 verbunden sein. Die Bremssteuerung 60 steuert die Größe des Bremsdrehmoments an einer rechten Vorderbremse 62A, linken Vorderbremse 62B, linken Hinterbremse 62C und einer rechten Hinterbremse 62D. Andere Sicherheitssysteme, wie ein Antiblockiersystem, ein Gierstabilitätssteuersystem 66 und ein Traktionssteuerungssystem 68 können auch vom Wissen um den Rollgradienten, Rollratenparameter, Rollbeschleunigungskoeffizienten, zusätzliche Masse und Position der Masse Nutzen ziehen. Diese Information kann die Steuerstrategie, wie eine Bremskraftmodifikation, beeinflussen.
Der Geschwindigkeitssensor 20 kann einer von vielen dem Fachmann bekannten Geschwindigkeitssensoren sein. Beispielsweise kann ein geeigneter Geschwindigkeitssensor einen Sensor an jedem Rad umfassen, der durch die Steuerung 26 gemittelt wird. Die Steuerung kann die Radgeschwindigkeiten in die Fahrzeuggeschwindigkeit übersetzen. Gierrate, Lenkwinkel, Radgeschwindigkeit und möglicherweise eine Rutschwinkelabschätzung an jedem Rad können in die Geschwindigkeit des Fahrzeugs am Schwerpunkt rückübersetzt werden. Dem Fachmann sind verschiedene andere Algorithmen bekannt. Geschwindigkeit kann auch aus einem Transmissionssensor erhalten werden. Beispielsweise kann, falls die Geschwindigkeit während des Beschleunigens oder Bremsens um eine Kurve bestimmt wird, die niedrigste oder höchste Radgeschwindigkeit aufgrund ihres Fehlers nicht verwendet werden. Demzufolge kann auch ein Transmissionssensor verwendet werden, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu bestimmen.
Der Rollzustand eines Fahrzeugs kann durch den relativen Rollwinkel zwischen dem Fahrzeugkörper und der Radachse und dem Radabhebewinkel (zwischen Radachse und der durchschnittlichen Straßenoberfläche) charakterisiert wer den. Sowohl der relative Rollwinkel als auch der Radabhebewinkel können in einem relativen Rollwinkelabschätzmodul (RAD 74) unter Verwendung der Rollraten und Lateralbeschleunigungssensorsignale berechnet werden. Falls sowohl der relative Rollwinkel als auch die Radabhebewinkel groß genug sind, kann sich das Fahrzeug in einem Einzelrad- oder Doppelradabheben befinden. Andererseits sind wahrscheinlich, falls die beiden Winkel ausreichend klein sind, wahrscheinlich alle Räder auf dem Boden. Falls beide nicht klein sind und Doppelradabheben detektiert oder bestimmt wird, wird die Summe dieser beiden Winkel durch den Rückmeldungssteuermodul zur Berechnung des erwünschten Betätigerbefehls zur Rollsteuerung eingesetzt.
Der Rollzustand des Fahrzeugs kann durch einen Rollradius basierten Radabheberollwinkel charakterisiert sein, der den Winkel zwischen der Radachse und der durchschnittlichen Straßenoberfläche durch die dynamischen Rollradien der linken und rechten Räder, wenn beide Räder sich auf dem Boden befinden, umfasst. Da die Berechnung des Rollradius mit der Radgeschwindigkeit und der Lineargeschwindigkeit des Rades zusammenhängt, wird ein derartiger rollradiusbasierter Radabhebewinkel abnormale Werte annehmen, wenn viel Radrutschen auftritt. Dies tritt auf, wenn ein Rad abgehoben ist und Drehmoment auf das Rad aufgebracht wird. Falls demzufolge dieser rollradiusbasierte Radabhebewinkel schnell wächst, kann das Fahrzeug abgehobene Räder besitzen. Ein kleiner Winkel zeigt an, dass sich alle Räder auf dem Boden befinden.
Der Rollzustand des Fahrzeugs ist indirekt aus dem RadLongitudinalrutschen ersichtlich. Falls während normalen Brems- oder Antriebsdrehmoments der Räder auf einer Seite des Fahrzeugs mehr Rutschen erfahren, verlieren die Räder dieser Seite longitudinales Straßendrehmoment. Dies impliziert, dass die Räder entweder auf einer Oberfläche mit niedrigem μ angetrieben oder angehoben sind. Der Zustand einer Oberfläche niedrigen μ und der Radanhebezustand kann ferner aufgrund der Chassisrollwinkelberechnung weiter differenziert werden, d. h. bei einer Oberfläche mit niedrigem μ ist der Chassisrollwinkel üblicherweise sehr klein. Demzufolge ist eine exakte Bestimmung des Chassisrollens erwünscht.
Der Rollzustand des Fahrzeugs kann durch die an jedem Rad aufrechterhaltene Normallast charakterisiert werden. Theoretisch wird dann, wenn eine Normallast auf ein Rad auf 0 fällt, das Rad nicht länger die Straßenoberfläche kontaktieren. In diesem Falle ist ein potentieller Überschlag unterwegs. Eine große derartige Last zeigt an, dass das Rad Bodenkontakt hat. Normallast ist eine Funktion der berechneten Chassis-Roll- und -Nickwinkel. Demzufolge ist eine genaue Bestimmung der Chassis-Roll- und Nickwinkel erwünscht.
Der Rollzustand kann durch Überprüfen der auf die Räder aufgebrachten tatsächlichen Straßendrehmomente und der Straßendrehmomente, die dazu benötigt werden, die Räder im Bodenkontakt zu halten, identifiziert werden. Die tatsächlichen Raddrehmomente können durch einen Drehmomentausgleich für jedes Rad erzielt werden unter Verwendung der Radbeschleunigung, des Antriebsdrehmoments und des Bremsdrehmoments. Falls das Rad die Straßenoberfläche kontaktiert, müssen die berechneten tatsächlichen Raddrehmomente gleich oder größer als die aus den nicht linearen Drehmomenten bestimmten Drehmomente sein, die aus der Normallast und dem longitudinalen Rutschen an jedem Rad berechnet werden.
Der Rollzustand eines Fahrzeugs kann durch den Chassisrollwinkel selbst charakterisiert werden, nämlich den relativen Rollwinkel θ_xr zwischen dem Fahrzeugkörper und der Radachse. Falls dieser Chassisrollwinkel schnell wächst, könnte sich das Fahrzeug nahe am Radabheben oder Überschlag befinden. Ein kleiner Winkel zeigt an, dass die Räder nicht abgehoben sind oder alle Bodenkontakt haben. Demzufolge ist eine genaue Bestimmung des Chassisrollwinkels günstig, um zu bestimmen, ob sich das Fahrzeug in einem Nicht-Überschlagszustand befindet.
Der Rollzustand eines Fahrzeugs kann auch durch den Rollwinkel zwischen der Radachse und der durchschnittlichen Straßenoberfläche charakterisiert werden, dieser wird als Radabhebewinkel bezeichnet. Falls der Rollwinkel schnell wächst, hat das Fahrzeug ein abgehobenes Rad oder Räder und es muss eine aggressive Steueraktion vorgenommen werden, um das Fahrzeug am Überschlagen zu hindern. Ein kleiner Winkel zeigt an, dass die Räder nicht abgehoben sind.
Der Schwerpunkt C wird auch mit der nominalen Masse M bezeichnet. Eine Rollachse ist auch in einem Abstand D vom Schwerpunkt dargestellt. Das Symbol a_y ist die Lateralbeschleunigung.
Die Sicherheitsvorrichtung kann Steuerfunktion/Prioritätslogik umfassen. Wie erläutert, befindet sich die Logik innerhalb der Sicherheitsvorrichtung 44, kann aber Teil einer Steuerung 26 und/oder Bremssteuerung 60 sein.
In 3 ist die Beziehung der verschiedenen Winkel des Fahrzeugs 10 mit der Straßenoberfläche 11 dargestellt. Ein Referenz-Straßenbankettwinkel θ_bank ist relativ zum Fahrzeug 10 auf einer Straßenoberfläche gezeigt. Das Fahrzeug hat einen Fahrzeugkörper 10a und eine Radachse 10b. Der Radabhebewinkel θ_wda ist der Winkel zwischen der Radachse und der Straße. Der relative Rollwinkel θ_xr ist der Winkel zwischen der Radachse 10b und dem Körper 10a. Der globale Rollwinkel θ_x ist der Winkel zwischen der horizontalen Ebene (beispielsweise auf Meeresniveau) und dem Fahrzeugkörper 10a.
Ein weiterer wichtiger Winkel ist der lineare Bankettwinkel. Der lineare Bankettwinkel ist ein Bankettwinkel, der häufiger (möglicherweise in jeder Schleife) durch Subtraktion des relativen Rollwinkels aus einer linearen Rolldynamik eines Fahrzeugs (siehe US PS 6,556,908, auf welches hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird, um Wiederholungen zu vermeiden), vom berechneten globalen Rollwinkel (wie im US Patent 6,631,317 beschrieben, auf welches hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird) erhalten wird. Falls sich alles langsam ohne Drift, Fehler oder dergleichen ändert, wären die linearen Bankettwinkeltermini und der Referenzstraßenbankettwinkeltermini äquivalent.
Während eines Ereignisses, welches das Fahrzeug zum Rollen veranlasst, unterliegt der Fahrzeugkörper einem Rollmoment aufgrund der Kopplung zwischen der Lateral-Reifenkraft und der Lateral-Beschleunigung, die auf das Schwerkraftzentrum des Fahrzeugkörpers wirkt. Dieses Rollmoment veranlasst eine Aufhängungshöhenvariation, welche wiederum zu einem relativen Fahrzeug-Rollwinkel (auch als Chassisrollwinkel oder Aufhängungsrollwinkel bezeichnet) führt. Der relative Rollwinkel ist eine wichtige Variable, die als Eingabe in die Aktivierungskriterien und zur Konstruktion des Rückmeldungsbremsdruckbefehls verwendet wird, da er das relative Rollen zwischen dem Fahrzeugkörper und der Achse einschränkt. Die Summe eines derartigen Chassisrollwinkels und des Rollwinkels zwischen der Radachse und der Straßenoberfläche (als Radabhebewinkel bezeichnet) liefert den Rollwinkel zwischen einem Fahrzeugkörper und der durchschnittlichen Straßenoberfläche, welche eine der wichtigen Variablen ist, die in das Rollstabilitätssteuermodul rückgeführt werden.
Der relative oder Chassisrollwinkel und der relative Nickwinkel können wie im US-Patent 6,556,908 unter Verwendung der Lateral-Beschleunigung des Schwerpunkts des Fahrzeugkörpers, der Rollwinkelbeschleunigung und der Rollwinkelgeschwindigkeit, gemeinsam mit fahrzeugspezifischen Parametern, wie der gefederten Masse, dem Fahrzeugkörperrollträgheitsmoment, der Rollsteifigkeit und dem Dämpfungsverhalten der Aufhängungen und der Überschlagsbügel und dem Abstand zwischen dem Schwerpunkt des Fahrzeugkörpers und dem Boden des Fahrzeugkörpers berechnet werden. Auf die Offenbarung des US-Patentes 6,556,908 wird hiermit in vollem Umfang Bezug genommen.
In den 4 und 5 ist ein Kraftfahrzeug 10 mit den verschiedenen Parametern darauf dargestellt. Die Seitenansicht des Kraftfahrzeugs 10 ist gezeigt. Eine Frontaufhängung 82 und eine Heckaufhängung 82r sind dargestellt. Die Aufhängungen sind an entsprechenden Aufhängungspunkten 84f, 84r mit dem Fahrzeugkörper gekoppelt. Der Abstand zwischen dem Aufhängungspunkt 84f mit dem Radzentrum wird mit z_sh bezeichnet. Der Abstand zwischen Schwerpunkt CG und Vorderaufhängung wird mit b_f bezeichnet. Der Abstand zwischen CG und dem Heckaufhängungspunkt 84r wird als b_r bezeichnet. Der vertikale Abstand zwischen dem Schwerpunkt und dem Aufhängungspunkt wird entsprechend als h_f und h_r bezeichnet. Ein Abschnitt der Körperachse b₃ und der Straßenachse r₃ ist dargestellt. Der Winkel dazwischen ist der relative Nickwinkel θ_yr. Der Rollradius des Reifens wird mit z_w bezeichnet.
In den 5A und 5B ist eine Hinteransicht des Rades 12a gegenüber der Aufhängung 82f mit dem Aufhängungspunkt 84f gezeigt. Der relative Rollwinkel der Aufhängung wird mit θ_sxr angegeben. Der relative Nickwinkel θ_syr ist in 5B angegeben.
Die Achs-/Radlast bedeutet hier die dynamische Normallast, die durch jedes der vier Räder während dynamischer Fahrzeugmanöver oder während normaler Fahrbedingungen erfahren wird. Diese Achs-/Radlasten werden entlang der Normalrichtungen der Kontaktbereiche (CP) gemessen, den Flächen, an der sich Räder und Straßenoberfläche treffen. Wenn das Fahrzeug auf ebenem Grund gefahren wird, verlaufen definierte Achsen-/Radlasten entlang der Vertikalen, senkrecht zur Straßenoberfläche. Der Terminus Achs-/Radlast wird hier für jeweils eine oder beide verwendet. Wie unten erläutert, wird die Radlast durch Addition der Radlasten an jeder Achse bestimmt.
In 6 beginnt das Verfahren gemäß der Erfindung im Startblock 110. Im Schritt 102 werden Signale von den verschiedenen Sensoren empfangen. In Schritt 104 wird die Plausibilität jedes Sensors bestimmt. In Schritt 106 wird, falls die Sensorsignale nicht plausibel sind, Schritt 108 durchgeführt, wo die Sensorfehlerverarbeitungslogik durchgeführt wird. In Schritt 110 wird Sensorsignalkompensation durchgeführt. Die Sensorsignalkompensation kann Kompensierung der Sensorsignale für verschiedene Abweichungen, Sensorrauschen und Sensorfehlausrichtung zum Fahrzeugkörperrahmen umfassen.
Die Radlast auf jedes Rad besteht aus drei Abschnitten: dem Abschnitt aufgrund der Hebbewegung des Fahrzeugs (als N_heave bezeichnet), dem Abschnitt aufgrund des Fahrzeugsverhaltens (als N_attitude bezeichnet) und dem Abschnitt aufgrund der Vertikalbewegung der Räder (als N_wheel bezeichnet). Dies bedeutet, dass die Gesamtradlast des i-ten Rades (als N_total bezeichnet) die folgende Gesamtsumme ist: Ntotal(i) = Nheave(i) + Nattitude(i) + Nwheel(i) (1) wobei der Index i = 0,1,2,3 die die linken Vorder-, rechten Vorder-, linken Hinter- und rechten Hinterräder des Fahrzeugs bezeichnet.
Die Beschleunigungsausgaben der Sensorsignalkompensationseinheit auf Basis der IMU oder der Sensoren messen die Fahrzeugkörperrichtungsbeschleunigungen an Sensororten entlang der Körper fixierten Achsen und werden nach Ihren entsprechenden Achsen bezeichnet, wie a sl / x-BFF für die Longitudinalbeschleunigung, a sl / y-BFF für die Lateralbeschleunigung und a sl / z-BFF für Vertikalbeschleunigung. Diese Beschleunigungen können in solche am Schwerpunkt des Fahrzeugkörpers transformiert werden. Die Radgeschwindigkeitssensoren werden an den Radorten befestigt und mit w_lf, w_rf, w_lr, w_rr für das linke Vorderrad, rechte Vorderrad, linke Hinterrad und rechte Hinterrad bezeichnet. Die vier Aufhängungshöhensensoren z_sh(0), z_sh(1), z_sh(2) und z_sh(3) messen die Abstände zwischen den beiden Enden der linken Front-, rechten Front-, linken Heck- und rechten Heckaufhängungen.
Ein Straßenbewegungsrahmen bewegt sich und giert mit dem Fahrzeugkörper, aber parallel zur Straßendurchschnittsoberfläche. Ein derartiger Rahmen wird als sich bewegender Straßenrahmen oder kurz MRF bezeichnet. Das Verhalten des Fahrzeugs gegenüber der Straßenoberfläche kann durch die Eulerwinkel aufgenommen werden, um den sich bewegenden Straßenrahmen auf den körperfixierten Rahmen zu übertragen. Diese Relativ-Verhalten können von der relativen Verhaltensbestimmungseinheit (RAD) im ISS-System berechnet werden.
Unter Verwendung des relativen Rollwinkels θ_xr und des relativen Nickwinkels θ_yr werden die Vertikal-Beschleunigungen des Fahrzeugskörpers auf die Vertikalrichtung des sich bewegenden Straßenrahmens projiziert und können aus den körpergebundenen Signalen in Schritt 114 zu: az-MRF = ax-BFFsin(θyr) + ay-BFFsin(θxr)cos(θyr) + az-BFFcos(θxr)cos(θyr) (2)berechnet werden.
In Schritt 116 kann die durch die Hebebewegung generierte Radlast wie nachfolgend berechnet werden:
wobei a_z-MRF eine Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugkörperschwerpunktes CG ist, aber entlang der Vertikalachse des sich bewegenden Straßenrahmens gemessen, M die gefederte Masse des Fahrzeugs, θ_xr der relative Rollwinkel zwischen Fahrzeugkörper und der Straßenoberfläche; θ_yr der relative Nickwinkel zwischen dem Fahrzeugkörper und der Straßenoberfläche; b_f der Abstand des Fahrzeugschwerpunktes von der Frontachse und b_r der Abstand des Fahrzeugschwerpunktes von der Hinterachse.
Der Bewegungsabschnitt der Normallasten ohne Abheben beruht auf der anderen Bewegung des Fahrzeugs, eingeschlossen die Roll- und Nickwinkelbewegung des Fahrzeugkörpers gegenüber der Straßenoberfläche, den Lastverschiebungen aufgrund der Longitudinal- und Lateralbeschleunigungen. Die Radlasten aufgrund des Körperverhaltens können in Schritt 118 bestimmt werden zu: Nattitude(0) = Kf(–θxrtf + θyrbf)cos(θxr)cos(θyr) Nattitude(1) = Kf(θxrtf + θyrbf)cos(θxr)cos(θyr) Nattitude(2) = Kr(–θxrtr – θyrbr)cos(θxr)cos(θyr) Nattitude(3) = Kr(θxrtr – θyrbr)cos(θxr)cos(θyr) (4)wobei K_f die Federrate der Frontaufhängungen und K_r die Federrate der hinteren Aufhängungen ist.
Die vertikalbewegungsinduzierte Normallast kann ausgedrückt werden zu:
wobei M_wf und M_wr die Massen der Rad-/Aufhängungsanordnung für jedes Vorder- und Hinterrad sind und z_w(i) die Vertikalverschiebung des i-ten Rades definiert entlang der Vertikalachse des sich bewegenden Straßenrahmens, aber bezogen auf den Trägheitsrahmen, ist. Die vertikale Verschiebung z_w(i) für i = 0,1,2,3 und ihre Beschleunigung
müssen danach berechnet werden.
Die absoluten Verschiebungen der vier Aufhängungspunkte werden in Schritt 120 bestimmt (auf dem Fahrzeugkörper dort, wo die Aufhängungen den Boden des Fahrzeugkörpers treffen). Im körperfixierten Rahmen können diese vier Punkte durch die nachfolgenden Koordinaten beschrieben werden: LF Corner: x(0) = bf,y(0) = tf,z(0) = –hf RF Corner: x(1) = bf,y(1) = –tf,z(1) = –hf LR Corner: x(2) = –br,y(2) = tr,z(2) = –hr RR Corner: x(3) = –br,y(3) = –tr,z(3) = –hr (6)wobei h_f und h_r die Abstände zwischen dem Schwerpunkt des Körpers und den Orten, wo die Front- und Heckaufhängungen den Fahrzeugkörper treffen, t_f und t_r die Halbspur der Front- und Hinterachsen, b_f und b_r die Abstände vom Schwerpunkt des Körpers zu den Front- und Hinterachsen sind.
Entlang der Vertikalachsen des sich bewegenden Straßenrahmens können die Abstände zwischen dem Schwerpunkt des Körpers und den Orten, an denen die Vorder- und Hinteraufhängungen den Fahrzeugkörper treffen, wie nachfolgend unter Verwendung der Euler'schen Transformation in Schritt 122 und der Koordinaten in (6) ausgedrückt werden: zbc-MRF(i) = –x(i)sin(θyr) + y(i)sin(θxr)cos(θyr) + z(i)cos(θxr)cos(θyr) (7)wobei θ_xr und θ_yr die Roll- und Nickeulerwinkel zwischen dem Fahrzeugkörperrahmen und dem sich bewegenden Straßenrahmen sind, die, wie oben beschrieben, berechnet werden.
Der Abstand zwischen dem Fahrzeugkörperschwerpunkt und dem Meeresniveau oder einem Trägheitsrahmen, aber entlang der Vertikalachse der sich bewegenden Straße beträgt z_cg-MRF. Die relativen Abstände zwischen den Punkten an denen die Aufhängungen den Fahrzeugkörper treffen und der Straßenoberfläche entlang der Vertikalachse der sich bewegenden Straße können ausgedrückt werden zu: zc-MRF(i) = zcg-MRF + zbc-MRF = zcg-MRF –x(i)sin(θyr) + y(i)sin(θxr)cos(θyr) + z(i)cos(θxr)cos(θyr) (8)
Die Geschwindigkeit ż_cg-MRF kann aus der körperfixierten Longitudinalgeschwindigkeit v_x-BFF, der Lateralgeschwindigkeit v_y-BFF und der Vertikalgeschwindigkeit V_z-BFF, erhalten in der Richtungsgeschwindigkeitsbestimmungs(DVD)Einheit des integrierten Sensorsystems, wie folgt, berechnet werden. żcg-MRF = vz-MRF = vx-BFFsin(θyr) + vy-BFFsin(θxr)cos(θyr) + vz-BFFcos(θxr)cos(θyr) (9)
Durch Projektion der i-ten Aufhängungshöhe auf den sich bewegenden Straßenrahmen erhalten wir das Nachfolgende: zsh-MRF(i) = zsh(i)cos(θxr – θsxr0(i))cos(θyr – θsyr0(i))wobei θ_sxr0(i) und θ_syr0(i) die Anfangswinkel der Aufhängung sind.
Die Geschwindigkeit des Punktes am Körper, wo die i-te Aufhängung den Körperboden trifft und die vertikale Radgeschwindigkeit entlang der Vertikalachse der Straße wird in Schritt 124 erfasst. Nachfolgende Berechnung der Vertikalgeschwindigkeit des i-ten Rades:
Unter Verwendung der Gleichung (10) kann die Beschleunigung
sodann in Schritt 126 durch Bestimmen der Ableitung von
bestimmt werden. Demzufolge können, unter Verwendung des so berechneten
die Radlasten aufgrund der Radbewegungen unter Verwendung von (5) in Schritt 128 berechnet werden. Unter Verwendung der in (1) für jedes Rad angegebenen Gleichungen können die Normallasten in Schritt 130 bestimmt werden. Die Front- und Hinterachslasten können in Schritt 132 wie folgt berechnet werden: Nfront-axle = N(0) + N(1) Nrear-axle = N(2) + N(3) (11)
In Schritt 134 werden die verschiedenen Fahrzeugsysteme unter Verwendung der Achs- oder Radlast gesteuert, beispielsweise kann ein Sicherheitssystem 80 gesteuert werden. Das Sicherheitssystem kann ein dynamisches Steuersystem, wie ein ABS-System, ein Rollstabilitätssteuersystem, ein Gierstabilitätssystem umfassen. Auch eine Aufhängung kann gesteuert werden, um eine gleichmäßigere Achsen-/Radlast aufrechtzuerhalten, insbesondere bei der Anwendung in schweren Lastwagen. Ein weiteres Fahrzeugsystem kann die Berechnung des Oberflächen μ für verschiedene Zwecke der Fahrzeugdynamiksteuerung umfassen.
In Rollstabilitätssteuerungen kann eine derartige Normallastdetektion dazu verwendet werden, Radabhebedetektion und Steuerverstärkungsplanung durchzuführen.
Die Normallast kann dazu verwendet werden, das Bremsen des Fahrers während Hochgeschwindigkeitsfahrt zu modifizieren, um die kleinste Fahrzeugwegabweichung zu generieren. Falls das Fahrzeug während hoher Geschwindigkeit gebremst wird, modifizieren ABS-Bremssteuerungen die vom Fahrer angeforderte Größe des Bremsdrucks; d. h. die vom Fahrer angeforderten Bremsdrücke werden auf Größen im Verhältnis der Normallasten auf die vier Rädern verändert. So hätte das Fahrzeug beim Bremsen des Fahrers bei hoher Geschwindigkeit eine kleinere Wegabweichung.
Ein derartig normallastmodifiziertes Fahrerabbremsen würde auch eine weniger aggressive Nickbewegung des Fahrzeuges bewirken. Obwohl der Fahrzeugnickwinkel aufgrund der negativen Beschleunigung des Fahrzeugs der gleiche ist, würde eine solche normallastbasierte, vom Fahrer veranlasste Bremsung eine geringere Nickgeschwindigkeit als eine unmodifizierte vom Fahrer veranlasste Bremsung generieren. Demzufolge kann eine geringere Nickbeeinträchtigung der Passagiere und der Fracht im Fahrzeug erzielt werden.
Die Gierstabilitätssteuerung kann davon ebenfalls profitieren, eingeschlossen vom Einsatz der Normallast. Beispielsweise können sowohl die Fahrerbremsdrehmomente als auch die Antriebsdrehmomente (im Falle eines 4×4 Systems) auf jedes der vier Räder auf Basis der Fahrzeugnormallasten zusätzlich zu den Gierstabilitätsdrehmomentanforderungen verteilt werden. So kann unnötige Abweichung vom Fahrweg des Fahrzeugs minimiert werden.
Die Aufhängungssteuerung kann auf Basis der Normallastinformation durchgeführt werden.
Das Straßenoberflächereibungsniveau an jeder Ecke kann zur Normallast, der Radrotationsabbremsung, dem Antriebsdrehmoment und dem Bremsdrehmoment an jeder Ecke in Beziehung gesetzt werden. Für die i-te Ecke haben wir:
wobei τ_d(i) das aus dem Maschinendrehmoment berechnete Antriebsdrehmoment ist, falls das i-te Rad ein angetriebenes Rad ist, τ_b(i) das Bremsdrehmoment ist, das üblicherweise proportional dem aufgebrachten Bremsdruck ist, J_w(i) das Rotationsträgheitsmoment der i-ten Rad-/Reifenanordnung, w(i) das i-te Radgeschwindigkeitssensorsignal.
Man beachte, dass obige Berechnung die wahre Straßenoberfläche am i-ten Rad-/Reifenkontaktbereich reflektiert, falls das Longitudinalrutschverhältnis λ(i) des i-ten Rades unter einer Schwelle λ _i liegt und der i-te Radseitenrutschwinkel β(i) sich unter einer weiteren Schwelle, β _i befindet:
Man beachte, dass die bestehenden Verfahren des Berechnens der Straßenoberflächen Reibung μ gut arbeiteten, solange das Fahrzeug während aggressiver Manöver gefahren wurde. Die bestehenden Verfahren waren üblicherweise weniger genau während eines regelmäßigen Dauerfahrzustandes. Nun kann unter Verwendung von (13) das Oberflächen μ sogar während des gleichmäßigen Fahrzustands berechnet werden. Dies beruht darauf, dass während eines gleichmäßigen Fahrzustandes das Fahrzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit mit konstanter Lenkradeingabe (könnte 0 sein) in Bewegung gehalten wird, wobei die Radseitenrutschwinkel und Longitudinalrutschverhältnisse alle nahe 0 sind. Dies setzt voraus, dass die Bedingungen zum Einsatz von (13) automatisch gelten. In diesem Fall kann das Straßenoberflächen μ wie nachfolgend berechnet werden:
Man beachte auch, dass das gleichmäßige Straßenoberflächen μ spezifisch bei der Begrenzung der Fahrzeuggeschwindigkeit während des Wendens in einer Kurve genutzt werden kann. Die Straßenoberfläche einer Kurve hat üblicherweise eine Fahrzeuggeschwindigkeitssicherheitsgrenze, die vom Straßenoberflächen μ abhängt, da Fahrzeuge üblicherweise eine Kurve in einem stabilen Zustand durchfahren. Bisher versagen viele bestehende Straßenoberflächen μ Berechnungen bei der Detektion des Straßenoberflächen μ. Unter Verwendung von (13) oder (14) kann das Straßenoberflächen μ sogar bei gleichmäßigem Durchfahren einer Kurve detektiert werden. Falls das Fahrzeug mit einem GPS-Empfänger und einer GPS-Karte ausgerüstet ist, kann aufgrund der aus (13) berechneten durchschnittlichen Straßenoberflächen μ (eingeschlossen μ des stabilen Zustands) und der Kurvatur der Straße ein Geschwindigkeitslimit v_curve durch die nachfolgende Funktion erhalten werden: vcurve = f(ρcurve, μave) (15)wobei ρ_curve die Straßenkurvatur, bestimmt durch das GPS-Signal und die GPS-Karte, μ_ave die durchschnittliche Straßenoberflächenrauhigkeit μ auf Basis des berechneten μ(i) für i = 1,2,3,4 ist. Das Fahrzeugbremssteuersystem oder die adaptive Fahrsteuerung wird dazu verwendet, die Fahrzeuggeschwindigkeit unter das oben berechnete v_curve zu limitieren.
Während die Erfindung anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, sind verschiedenartigste Abwandlungen und alternative Ausführungsformen dem Fachmann offensichtlich. Demzufolge ist die Erfindung lediglich durch den Umfang der Ansprüche limitiert.

10: Kraftfahrzeug
10a: Fahrzeugkörper
10b: Radachse
12A: rechter Vorderreifen
12B: linke Vorderreifen
13A: rechte Hinterreifen
13B: linke Hinterreifen
14A: Frontsteuersystem
14B: hinteres Steuersystem
16: Meßsystem
18: Steuersystem
20: Radgeschwindigkeitssensor
22: Körperrahmen
24: Trägheitsrahmen
26: Steuerung
28: Gierratensensor
32: Lateralbeschleunigungssensor
33: Vertikalbeschleunigungssensor
34: Rollwinkelgeschwindigkeitssensor
36: Longitudinalbeschleunigungssensor
37: Nickratensensor
38: Lenkwinkel-(der Räder oder des Betätigers)-positionssensors
40: Aufhängungspositions-(Höhen)-sensor
44: Sicherheitsvorrichtung
45: Airbag
46A: Steuerbetätiger
46B: Steuerbetätiger
46C: Steuerbetätiger
46D: Steuerbetätiger
48: Aufhängungssteuerung
60: Bremssteuerung
62A: rechte Vorderbremse
62B: linke Vorderbremse
62C: rechte Hinterbremse
62D: linke Hinterbremse
66: Gierstabilitätssteuersystem
68: Traktionssteuerungssystem
70: Referenzsignaleinheit
72: Straßenprofileinheit
74: Verhaltensbestimmungseinheit
76: globale Verhaltensbestimmungseinheit
78: Richtungseinheit
80: Sensorplausibilitätseinheit
82: Abnormalzustandseinheit
82: Vorderaufhängung
82r: Hinteraufhängung
84: sensorsignalkompensierende Einheit
84f: Aufhängungspunkt
84r: Aufhängungspunkt
86: Abschätzungseinheit
88: Einheit des Testreferenzrahmens zum Fahrzeugkörper
90: Normallasteinheit
92: Fahrzeugparametereinheit
102–34: Verfahrensschritte

Claims

Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs mit: – Bestimmen einer Abhebebewegungsradlast; – Bestimmen einer verhaltensbasierten Radlast; – Bestimmen einer vertikalbewegungsinduzierten Radlast; – Bestimmen einer Gesamtradnormallast entsprechend der Abhebebewegungsradlast, der verhaltensbasierten Radlast und der vertikalbewegungsinduzierten Radlast; und – Steuern eines Fahrzeugsystems nach der Gesamtradnormallast.
Verfahren nach Anspruch 1, mit – Durchführen der Schritte – Bestimmung einer entsprechenden Abhebebewegungsradlast für ein rechtes Vorderrad, ein linkes Vorderrad, ein rechtes Hinterrad und ein linkes Hinterrad; – Bestimmen einer entsprechenden verhaltensbasierten Radlast für ein rechtes Vorderrad, ein rechtes Hinterrad, ein linkes Vorderrad und ein linkes Hinterrad; – Bestimmen einer entsprechenden vertikalbewegungsinduzierten Radlast für ein rechtes Vorderrad, ein linkes Vorderrad, ein rechtes Hinterrad und ein linkes Hinterrad; – Bestimmen einer Gesamtradnormallast für das rechte Vorderrad, einer Gesamtradnormallast für das linke Vorderrad; einer Gesamtnormallast für das rechte Hinterrad und einer Gesamtradnormallast für das linke Hinterrad entsprechend der Abhebebewegungsradlast, der entsprechenden verhaltensbasierten Radlast und der entsprechenden vertikalbewegungsinduzierten Radlast; und – Steuern eines Fahrzeugsystems entsprechend der Gesamtnormallast des rechten Vorderrades, der Gesamtnormallast des linken Vorderrades, der Gesamtnormallast des rechten Hinterrades und der Gesamtnormallast des linken Hinterrades.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuern eines Fahrzeugs das Steuern des Fahrzeugsicherheitssystems umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung einer Abhebebewegungsradlast das Bestimmen der entsprechenden Abhebebewegungsradlast entsprechend einer Vertikalbeschleunigung umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner die Bestimmung einer Vertikalbeschleunigung eines sich bewegenden Straßenrahmens nach einem relativen Rollwinkel, einem relativen Nickwinkel und einer Vertikalbeschleunigung des Körperrahmens umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen der entsprechenden Radlastabhebebewegung das Bestimmen derselben entsprechend einer Vertikalbeschleunigung und eines longitudinalen Abstandes vom Schwerpunkt zu einer Achse des Fahrzeugs umfaßt.
Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung einer entsprechenden Abhebebewegungsradlast das Bestimmen derselben entsprechend einer Vertikalbeschleunigung, eines relativen Rollwinkels und eines relativen Nickwinkels umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung einer entsprechenden verhaltensabhängigen Radlast die Bestimmung derselben entsprechend einem longitudinalen Abstand vom Schwerpunkt zu einer Achse des Fahrzeugs und einer Halbspur des Fahrzeuges umfaßt.
Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs nach Anspruch 2, wobei die Bestimmung einer entsprechenden verhaltensabhängigen Radlast die Bestimmung derselben nach einem Longitudinalabstand vom Schwerpunkt bis zu einer Frontachse oder Hinterachse des Fahrzeuges, einer hinteren Halbspurbreite oder einer vorderen Halbspurbreite, des relativen Rollwinkels und eines relativen Nickwinkels umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung einer entsprechenden verhaltensabhängigen Radlast das Bestimmen derselben nach dem Longitudinalabstand des Schwerpunktes von einer Frontachse oder einer Hinterachse des Fahrzeuges, einer Hinterachshalbspurbreite oder einer Vorderachshalbspurbreite, einem relativen Rollwinkel, einem relativen Nickwinkel und einer vorderen oder hinteren Federrate umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung einer entsprechenden verhaltensabhängigen Radlast die Bestimmung nach einem relativen Rollwinkel und einem relativen Nickwinkel umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung einer entsprechenden vertikalbewegungsinduzierten Radlast das Bestimmen der entsprechenden vertikalbewegungsinduzierten Radlast nach einer vertikalen Verschiebung der Radanordnung umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung der vertikalbewegungsinduzierten Radlast das Bestimmen derselben gemäß einer Vertikalbeschleunigung eines Rades umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, welches ferner das Bestimmen einer entsprechenden Vertikalbeschleunigung entsprechend einer Halbspur, einem longitudinalem Abstand eines Schwerpunkts von einer Fahrzeugachse und einem vertikalen Abstand eines Treffpunktes eines Fahrzeugkörpers mit einer Aufhängung umfasst.
Fahrzeugsteuersystem (18) mit einem Fahrzeugsystem mit: – einem integriertem Sensorsystem, das dynamische Signale Indikativ für den dynamischen Zustand des Fahrzeugs generiert, – einer mit dem integrierten Sensorsystem gekoppelten Steuerung (26), die einen relativen Nickwinkel aus den dynamischen Signalen, einen relativen Rollwinkel aus den dynamischen Signalen; eine Vertikalbeschleunigung aus den dynamischen Signalen, eine Gesamtradnormallast entsprechend dem relativen Nickwinkel, dem relativen Rollwinkel und der Vertikalbeschleunigung bestimmen und ein Steuersignal für das Fahrzeug entsprechend der Gesamtradnormallast generieren kann.