DE10103414A1 - Testverfahren zur Bestimmung der Kippstabilität eines Fahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Testverfahren zur Bestimmung der Kippstabilität eines Fahrzeugs. DOLLAR A Zum Testen der Kippstabilität wird in einem ersten Schritt die Wankeigenfrequenz des Fahrzeugs ermittelt und in einem zweiten Schritt das Fahrzeug mit einer Lenkfrequenz, die einem Drittel der Wankeigenfrequenz entspricht, wobei man zumindest vorübergehend wenigstens annähernd einen Bereich des maximalen Kraftschlusspotentials erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Testverfahren zur Bestimmung der Kippstabilität eines Fahrzeugs auf ebener Fahrbahn.

Gerade in jüngster Zeit hat sich die Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit verstärkt auf die Kippsicherheit von Kraftfahrzeugen gerichtet. Zum einen wird diese Aufmerk­ samkeit durch aktuelle Tests von Fahrzeugen erzeugt, die für einzelne Modelle Kippsicherheits-Schwächen aufzeigen. Zum anderen wecken signifikante Anteile von Kippunfällen an den Gesamtunfallzahlen, insbesondere in den USA, das Inte­ resse der Öffentlichkeit.

Um die Kippsicherheit von Fahrzeugen zu erhöhen, wurden bereits eine Reihe von Verbesserungsmaßnahmen ergriffen. In diesem Zusammenhang wird auf die DE 196 15 737 A1, die DE 196 54 223 A1 und die DE 198 29 361 A1 hingewiesen. Ins­ besondere in der letztgenannten Veröffentlichung wurde beschrieben, dass bei dem Auftreten von Wankbewegungen, die Spektralanteile im Bereich der Wankeigenfre­ quenz enthalten, ein kritischer Bereich für die Fahrzeugsicherheit erreicht werden kann.

Vorliegend wird keine unmittelbare Maßnahme zur Erhöhung der Kippsicherheit bei einem Fahrzeug vorgestellt, sondern ein Testverfahren, um die Kippstabilität eines Fahrzeugs nachvollziehbar und nachbildbar zu bestimmen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein reproduzierbares Testverfahren an­ zugeben, welches eine eindeutige Aussage über die Kippsicherheit bei einem unter­ suchten Fahrzeug zulässt.

In der DE 198 29 361 A1 ist beschrieben, dass eine signifikante Kippgefahr dann angenommen werden muss, wenn instationäre Seitenbewegungen des Fahrzeugs, wie sie beispielsweise durch Lenkbewegungen am Lenkrad initiiert werden können, Spektralanteile enthalten, die mit der Wankeigenfrequenz des Fahrzeugs überein­ stimmen. In Versuchen konnte aufgezeigt werden, dass vor allem infolge der nicht linearen Sättigungscharakteristiken der Seitenkraft-Schräglaufwinkelkurve in der querdynamischen Fahrzeugreaktion eine dritte Oberwelle gegenüber der Lenkbe­ wegung auftritt, welche sich im Bereich der Wankeigenfrequenz bewegt und im be­ sonderen Maße eine Kippgefahr hervorruft. Vorraussetzung für eine Kippgefahr ist natürlich, dass das maximale Kraftschlusspotential zwischen Reifen und Fahrbahn weitgehend ausgenutzt wird.

Aufbauend auf dieser Erkenntnis wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zunächst die Wankeigenfrequenz des Fahrzeugs zu ermitteln und in einem zweiten Schritt das Fahrzeug mit einer Lenkfrequenz anzuregen, die einem Drittel der Wankeigen­ frequenz entspricht. Zumindest teilweise sollte man sich dabei im Bereich des ma­ ximalen Kraftschlusspotentials befinden. Bei einem Schlittern oder Rutschen des Fahrzeugs auf dem Fahruntergrund vermindert sich die Kippgefahr wieder erheb­ lich.

Die Bestimmung der Wankeigenfrequenz kann beispielsweise durch Messen der Wankbewegung erfolgen, die durch eine sinusförmige Wankanregung mit kontinu­ ierlich zunehmender Frequenz (durchwobbeln) ausgelöst wird. Typische Wankanre­ gungen liegen im Bereich 0,5 bis 4 Hz.

Die Anregung kann beispielsweise mittels einer Hydropulsanlage erzeugt werden, bei der die linken und rechten Fahrzeugräder durch eine Hubbewegung gegenpha­ sig angehoben bzw. abgesenkt werden.

Alternativ kann die Wankeigenfrequenz auch durch Messung des querdynamischen Fahrzeugverhaltens in Form von Frequenzgangfunktionen ermittelt werden, wobei die Fahrzeugreaktionen auf frequenzgewobbelte sinusförmige oder stochastische Lenkvorgaben bestimmt werden.

Die Wankeigenfrequenz ergibt sich jeweils aus dem Amplitudengang der Wankbe­ wegung zur Anregung an der Frequenzstelle, an der die Resonanzüberhöhung des Amplitudengangs ein Maximum erreicht.

Bei dem Testverfahren zur Kippsicherheit können sogenannte "closed-loop" oder "open-loop" Testverfahren verwendet werden.

Bei einem "closed-loop" Testverfahren kann beispielsweise eine Wedelgasse mit Pylonen markiert werden. Dabei wird der Abstand der Pylonen derart gewählt, dass bei einer vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit eine Lenkfrequenz beim Durchfahren der Wedelgasse erreicht wird, die im Bereich von einem Drittel der Wankeigenfre­ quenz liegt. Beim Durchfahren der Wedelgasse wird dann ein maximales Aufschau­ keln des Fahrzeugs erreicht. Behalten alle vier bzw. mindestens drei Räder des Fahrzeugs auch bei weitgehender Ausnutzung des Kraftschlusspotentials auf tro­ ckener, griffiger Fahrbahn den Bodenkontakt, so ist die Kippsicherheit des Fahr­ zeugs sichergestellt. Um eine weitgehende Ausnutzung des Kraftschlusspotentials zu erreichen und damit die Sättigungscharakteristik der Seitenkraft- Schräglaufwinkelkurve auszunutzen, können die Pylone gegebenenfalls seitlich zu­ einander versetzt werden.

In einem "open-loop" Testverfahren kann eine Lenkfrequenz von einem Drittel der Wankeigenfrequenz beispielsweise von einer Lenkmaschine oder einem Fahrer vorgegeben werden. Dabei wird die Amplitude der Lenkbewegung kontinuierlich gesteigert, bis das Kraftschlusspotential voll ausgeschöpft ist. Auch in diesem Fall gilt die Kippsicherheit des Fahrzeugs dann als gegeben, wenn bei maximal ausge­ schöpftem Kraftschlusspotential der Bodenkontakt aller vier Räder bzw. mindestens von drei Rädern erhalten bleibt.

Ein einfaches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgen mit Bezug auf die zwei beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs auf einer Hydropulsanla­ ge und

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine Wedelgasse, die von einem Fahrzeug durchfahren wird.

Im Folgenden wird ein einfaches "closed-loop" Testverfahren gemäß der vorliegen­ den Erfindung beschrieben. In einem ersten Schritt wird die Wankeigenfrequenz eines Fahrzeugs ermittelt. Dazu wird das Fahrzeug auf eine Hydropulsanlage ge­ stellt (vorliegend nur schematisch angedeutet), wobei die linken Fahrzeugräder auf Hubkolben 12' und die rechten Fahrzeugräder auf Hubkolben 12" stehen. Durch gegenphasiges Auf- und Abbewegen der Hubkolben 12', 12" (Doppelpfeile) werden die rechten und linken Fahrzeugräder ebenfalls gegensinnig angehoben bzw. abge­ senkt. Wird nun die Frequenz für die Wankanregung von 0,5 auf 4 Hz durchgefah­ ren (durchgewobbelt), so wird bei einer Eigenfrequenz des Fahrzeugs eine maxima­ le Wankamplitude festgestellt. Die dazugehörige Anregungsfrequenz wird als Wankeigenfrequenz definiert. Die maximale Wankamplitude kann auf einfache Wei­ se mit dem Auge festgestellt werden. Sind genauere Messergebnisse notwendig, so kann die maximale Wankamplitude beispielsweise auch durch Auslenkung eines auf dem Fahrzeug befestigten Peilstabes ermittelt werden.

Für den zweiten Schritt des Testverfahrens wird eine Wedelgasse mit Pylonen 30 aufgestellt, und zwar derart, dass der Abstand A zweier nacheinander angeordneter Pylone 30 zueinander so gewählt ist, dass bei einer vorgegebenen Durchfahrtsge­ schwindigkeit, beispielsweise 50 km/h, eine Lenkfrequenz von einem Drittel der Wankeigenfrequenz realisiert werden muss, um die Wedelgasse richtig zu durchfah­ ren.

Nach dem Aufstellen der Wedelgasse wird diese mit dem Fahrzeug 10 in vorgege­ bener Weise durchfahren. Bleiben dabei alle vier bzw. mindestens 3 Räder auf dem Boden und ist eine maximale Querbeschleunigung erreicht, so kann man von der Kippsicherheit des Fahrzeugs ausgehen. Um die entsprechende Querbeschleuni­ gung zu erreichen, können alle zweiten Pylone seitlich gegenüber den anderen Py­ lonen versetzt sein.

Claims (8)

1. Testverfahren zur Bestimmung der Kippstabilität eines Fahrzeugs, bei dem

• - in einem ersten Schritt die Wankeigenfrequenz des Fahrzeugs ermittelt wird und
• - in einem zweiten Schritt das Fahrzeug mit einer Lenkfrequenz, die einem Drittel der Wankeigenfrequenz entspricht, angeregt wird, wobei man zumin­ dest vorübergehend wenigstens annähernd einen Bereich des maximalen Kraftschlusspotentials erreicht.

2. Testverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wankeigenfrequenz durch Beaufschlagen des Fahrzeugs mit einer sinusförmigen Wankanregung, welche gesteigert wird, ermittelt wird.

3. Testverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wankanregung mittels einer Hydropulsanlage durchgeführt wird, bei der die Räder einer Fahrzeugseite abwechselnd angehoben und abge­ senkt und die Räder der anderen Fahrzeugseite gegensinnig abgesenkt bzw. angehoben werden.

4. Testverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lenkanregung eine Wedelgasse mit Pylonen verwendet wird, wo­ bei die Pylone in einem Abstand voneinander positioniert werden, dass bei einer vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit die Lenkfrequenz etwa einem Drit­ tel der Wankeigenfrequenz entspricht.

5. Testverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pylone seitlich so versetzt sind, dass die Sättigungscharakterisitk der Seitenkraft-Schräglaufwinkelkurve des Fahrzeugs erreicht wird.

6. Testverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lenkfrequenz von etwa einem Drittel der Wankeigenfrequenz vor­ gegeben wird und die Amplitude der Lenkbewegung gesteigert wird.

7. Testverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steigerung der Amplitude der Lenkbewegung erfolgt bis das Kraftschlusspotential ausgeschöpft ist.

8. Testverfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lenkmaschine zur Lenkanregung verwendet wird.