DE10164481A1 - System zur Betätigung eines gekuppelten Querstabilisators bei einem Kraftfahrzeug - Google Patents

System zur Betätigung eines gekuppelten Querstabilisators bei einem Kraftfahrzeug

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DE10164481A1
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Abstract

Die Erfindung geht aus von einem System zur Betätigung eines gekuppelten Stabilisators bei einem Kraftfahrzeug, bei dem der Stabilisator durch eine Kupplung trennbar ist. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass Mittel vorgesehen sind, mittels der die vor dem Fahrzeug befindliche Umgebung erfasst wird und die Betätigung der Kupplung abhängig von der erfassten Umgebung geschieht. Als Umgebung wird insbesondere der vor dem Fahrzeug liegende Fahrbahnverlauf und/oder vor dem Fahrzeug befindliche Hindernisse erfasst.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein System zur Betätigung eines ge­ kuppelten Stabilisators bei einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Bei konventionell ausgelegten Fahrwerken von Kraftfahrzeugen ist es üblich, zur Minderung von Wankbewegungen die Räder beziehungsweise Radaufhängung auf einer Seite je Achse mit den Rädern beziehungsweise Radaufhängung der anderen Seite durch sogenannte Stabilisatoren beziehungsweise Querstabili­ satoren zu verbinden.
Querstabilisatoren, die durch eine Kupplung trennbar sind, sind bspw. bekannt aus der DE 37 40 244 A1. Hier geschieht die Ansteuerung der Kupplung unter anderem abhängig von der erwarteten Querbeschleunigung, die aus dem Lenkwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet wird.
Die Bestimmung des zukünftigen Kursverlaufs eines Kraftfahr­ zeugs an sich, insbesondere die Bestimmung der Straßenkrüm­ mung, zeigt beispielsweise die DE 197 22 947 C1. Hierzu wird der Lenkwinkel, die Fahrzeuggeschwindigkeit, ein Videosen­ sorsignal und/oder ein landkartengestütztes GPS- (Naviga­ tions-) Signal verwendet (GPS = "Global Positioning System"). Die DE 197 22 947 C1 weist jedoch keinen Bezug zu einem ver­ stellbaren Kraftfahrzeugfahrwerk, insbesondere einem ver­ stellbaren Stabilisator, auf.
Weiterhin bekannt ist eine aktive Rollstabilisierung (Wank­ stabilisierung) bei Kraftfahrzeugen, wobei ein aktiver Sta­ bilisator im Fahrzeug mit einem elektrischen Motor angetrie­ ben verdreht werden kann. Bei diesem System wird besonders die Querbeschleunigung und der Lenkwinkel gemessen. Hier sei beispielhaft auf die DE 198 46 275 A1 verwiesen.
Darüber hinaus sind sogenannte ACC- (Adaptive Cruise Con­ trol) Systeme bei Kraftfahrzeugen bekannt, die, bspw. mit­ tels Radarreflexionen, die Fahrzeugumgebung, insbesondere vor dem Fahrzeug befindliche Fahrzeuge oder Hindernisse, er­ fassen.
Vorteile der Erfindung
Wie schon erwähnt geht die Erfindung aus von einem System zur Betätigung eines gekuppelten Stabilisators bei einem Kraftfahrzeug, bei dem der Stabilisator durch eine Kupplung trennbar ist.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass Mittel vorgesehen sind, mittels der die vor dem Fahrzeug befindliche Umgebung erfasst wird und die Betätigung der Kupplung abhängig von der erfaßten Umgebung geschieht. Als Umgebung wird insbeson­ dere der vor dem Fahrzeug liegende Fahrbahnverlauf und/oder vor dem Fahrzeug befindliche Hindernisse erfaßt.
Die vorliegende Erfindung schlägt also vor, mehr a priori-Wissen, also mehr vorausschauendes Wissen, durch Informatio­ nen über die vor dem Fahrzeug liegende Fahrbahn (Kurvenin­ formation, Hindernisse) und damit mehr wissen über unmittel­ bar bevorstehende Fahrmanöver in die Regelung der Stabilisa­ torkupplung mit einzubeziehen. Bei einer eingangs erwähnten aktiven Rollstabilisierung bzw. Wankstabilisierung führt die Erfindung zu einer erheblichen Reduktion der Leistung des Elektromotors. Erfindungsgemäß kann sogar anstelle eines voll verdrehbaren Stabilisator nur eine aktive Kupplung vorgese­ hen sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind er­ ste Mittel zur optischen Erfassung der vor dem Kraftfahrzeug befindlichen Umgebung vorgesehen. Die Erfassung des Fahr­ bahnverlaufs und/oder von Hindernissen geschieht abhängig von den Ausgangssignalen der ersten Mittel.
Weiterhin können zweite Mittel zur satellitengestützten Er­ fassung der Position des Kraftfahrzeug vorgesehen sein. Ver­ knüpft man die so erhaltene Positionsinformation mit einer gespeicherten Straßenkarte, so erhält man den vor dem Fahr­ zeug liegenden Fahrbahnverlauf.
Darüber hinaus können dritte Mittel zur Erfassung einer die Querbewegung des Kraftfahrzeugs repräsentierenden Querbewe­ gungsgröße wie der Lenkwinkel und/oder die Querbeschleuni­ gung vorgesehen sein. In diesem Fall geschieht die Erfassung des Fahrbahnverlaufs auch abhängig von der Querbewegungsgrö­ ße.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass abhängig von der vor dem Fahrzeug be­ findlichen Umgebung, insbesondere abhängig vom Fahrbahnver­ lauf und/oder von Hindernissen, eine das unmittelbar bevor­ stehende Wankverhalten des Kraftfahrzeugs repräsentierende Wankgröße gebildet wird. Die Kupplung geschieht dann abhän­ gig von der Wankgröße.
In einer weitergehenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass neben der im letzten Absatz erwähnten Wankgröße auch die er­ wähnte Querbewegungsgröße in die Kupplungsansteuerung ein­ geht.
Besonders vorteilhaft ist es, die Wankgröße mit einem Schwellenwert zu vergleichen. Die Kupplung wird dann ge­ schlossen, wenn die Wankgröße den Schwellenwert übersteigt. Die Kupplung wird geöffnet, wenn die Wankgröße den Schwel­ lenwert nicht übersteigt.
Geht neben der Wankgröße auch die Querbewegungsgröße in die Kupplungsansteuerung ein, so wird die Kupplung dann ge­ schlossen wird, wenn die Wankgröße einen ersten Schwellen­ wert und die Querbewegungsgröße einen zweiten Schwellenwert übersteigt. Die Kupplung wird geöffnet, wenn die Wankgröße den ersten Schwellenwert und die Querbewegungsgröße den zweiten Schwellenwert nicht übersteigt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprü­ chen zu entnehmen.
Zeichnung
Die Fig. 1 stellt schematisch die Kupplungsansteuerung an­ hand eines Blockschaltbildes dar. Die Fig. 2 zeigt die An­ steuerung des Kupplung anhand eines Ablaufdiagramms.
Ausführungsbeispiel
Anhand der im folgenden beschriebenen Ausführungsformen soll die Erfindung detailliert dargestellt werden.
Die Fig. 1 zeigt mit den Bezugszeichen 13a und 13b die zwei Teile eines durch eine Kupplung 12 trennbaren Querstabilisa­ tors. Die Kupplung 12 wird dabei durch das Ausgangssignal K der Steuermittel 11 angesteuert. Hierdurch kann die Kupplung 12 geöffnet (Stabilisatorteile 13a und 13b sind getrennt) oder geschlossen (Stabilisatorteile 13a und 13b sind verbun­ den) werden.
Als Eingangssignale erhalten die Steuermittel 11 folgende Signale:
  • - Ein durch die Videoerfassung 14 erfaßtes Umgebungssignal S.
  • - Die durch den Querbeschleunigungssensor 15 erfaßte Quer­ beschleunigung des Fahrzeugs.
  • - Ein Umgebungssignal GPS, das durch Satellitensignale landkartengestützt den vor dem Fahrzeug liegenden Fahr­ bahnverlauf angibt.
  • - Die im Block 17 erfaßte Fahrzeuglängsgeschwindigkeit V.
  • - Der durch den Lenkwinkelsensor 18 erfaßte Lenkwinkel des Fahrzeugs.
Mit einer eingangs erwähnten aktiven Rollstabilisierung bzw. Wankstabilisierung wird versucht, den Kompromiß zwischen Komfort und Fahrstabilität entgegenzuwirken. Mit einem kon­ ventionellen Stabilisator werden rechte und linke Räder mit einem Federelement so verbunden, dass eine Verbesserung der Straßenlage erreicht wird und das Wanken während einer Kur­ venfahrt des Fahrzeugs verringert wird. Dies führt durch die steife Verbindung allerdings zu einer Verschlechterung des Fahrkomforts. Mit einer aktiven Rollstabilisierung bzw. Wankstabilisierung ist es möglich, während einer Geradeaus­ fahrt linke und rechte Räder unabhängig voneinander laufen zu lassen und erst während einer Kurvenfahrt anzuspannen. Durch den elektrischen Motor ist es auch möglich, ein be­ reits wankendes Fahrzeug begrenzt aufzurichten.
Im freilaufenden Zustand (z. B. während einer Geradeausfahrt) wird die durch das Fahrwerk geführte Bewegung des Rades trotzdem von der Massenträgheit des Elektromotors etwas be­ einflußt.
Mit der Verwendung einer Kupplung 12 anstelle von einem Elektromotor reduziert sich dementsprechend sowohl der Rea­ lisierungsaufwand als auch der Energiebedarf während des Be­ triebs. Um die Kupplung 12 rechtzeitig zu schließen, wird ausreichende Information über den zu erwartenden Kurvenver­ lauf oder mögliche Ausweichmanöver benötigt, die mit der Vi­ deoerfassung 14 der Fahrbahn und/oder einem GPS 16 gewonnen werden kann.
Damit kann eine elektromotorische Rollstabilisierung bzw. Wankstabilisierung bzgl. Bauraum und Gewicht stark reduziert werden.
Eine Realisierung dieses Vorschlags geht von einem Fahrzeug aus, das mit einer Videoerfassung 14 der Straßenlage und möglicherweise einem Navigationssystem 16 (basierend auf GPS) ausgestattet ist.
In der Fig. 2 ist beispielhaft ein Ablaufdiagramm der Er­ findung gezeigt.
Nach dem Startschritt 21 werden in den Blöcken 22, 23, 24 und 25
  • - der Lenkwinkel δ und/oder die Querbeschleunigung aq,
  • - der Straßenverlauf durch die Videoerfassung,
  • - die GPS-Navigation und
  • - die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit V
erfasst.
Im Block 26 findet unter Benutzung dieser Eingangssignale eine modellbasierte Krümmungsanalyse statt. Dies bedeutet, dass die voraussichtliche Wirkung auf das Wankverhalten des Fahrzeugs ermittelt wird. Dies führt zu einem geschätztem Wankverhalten ϕ*.
Im Block 27 wird das geschätzte Wankverhalten ϕ* mit einer Schwelle SW1 verglichen. Ebenso wird der Lenkwinkel δ mit einer Schwelle SW2 verglichen.
Die Kupplung 12 wird im Block 28 dann geschlossen, wenn die geschätzte Wankgröße ϕ* die erste Schwelle SW1 und der Lenk­ winkel δ die zweite Schwelle SW2 übersteigt.
Die Kupplung 12 wird (oder bleibt) geöffnet (Block 29), wenn die geschätzte Wankgröße ϕ* die erste Schwelle SW1 und der Lenkwinkel δ die zweite Schwelle SW2 nicht übersteigt.
Nach dem Endschritt 30 wird der in der Fig. 2 gezeigte Ab­ lauf erneut durchlaufen.
In der Kurve wankt ein Fahrzeug um seine Längsachse nach au­ ßen. Mit einer elektromotorischen Rollstabilisierung bzw. Wankstabilisierung wird anhand von gemessenen Lenkwinkel und/oder Querbeschleunigung eine Kurvenfahrt erkannt und der Motor so aktiviert, dass das Fahrzeug wieder aufgerichtet wird, falls das Fahrzeug bereits durch die Kurvenfahrt ge­ wankt ist.
Die vorliegende Erfindung sieht vor, den Stabilisator 13a, 13b bei Geradeausfahrt durch eine Kupplung 12 zu trennen. Dabei laufen die Räder links und rechts unabhängig voneinan­ der. Durch die Videostraßenerkennung 14 und ggf. durch das Navigationssystem 16 wird der Abstand des Fahrzeugs zur Kur­ ve, der Krümmungsgrad der Kurve und/oder der Abstand zu ei­ nem Hindernis ermittelt.
Mit dieser Information wird die Kupplung 12 rechtzeitig vor einer Kurve oder vor rechtzeitig vor einem Ausweichmanöver vor einem Hindernis geschlossen und damit wieder eine Ver­ bindung zwischen linken und rechten Räder geschaffen. Das Fahrzeug wankt weniger in der Kurve und fährt entsprechend sicher durch die Kurve. Sobald die Kurvenfahrt beendet ist beziehungsweise das Hindernis umfahren ist, wird die Kupp­ lung 12 wieder geöffnet und die Räder wieder getrennt.
Die Einfahrt in die Kurve beziehungsweise der Beginn eines Ausweichmanövers wird eindeutig erkannt bzw. bestätigt, so­ bald der Fahrer einen vorgegebenen Lenkwinkel-Grenzwert Sw2 überschreitet. Diese Lenkwinkelgrenze Sw2 kann auch aus der Videokurvenberechnung ggf. Navigationsinformation dynamisch ermittelt bzw. aktualisiert werden. Bei einer Geradeausfahrt ohne Hindernisse wird davon ausgegangen, dass das Fahrzeug nur geradeaus fahren sollte und dementsprechend werden die Grenzwerte Sw2 für das Lenksignal δ hochgesetzt. Sobald eine Kurve oder ein Hindernis auf der Fahrbahn erfasst wird und je mehr sich das Fahrzeug der Kurve oder dem Hindernis nä­ hert, desto kleiner werden die Grenzwerte SW2 gesetzt. Beim geringen Anstieg des Lenksignals (z. B. erste Lenkmanöver um die Kurve zu kompensieren ggf. Hindernis auszuweichen), wird die Kupplung 12 geschlossen.
Mit dem GPS-Navigationssystem kann auch eine geneigte Fahr­ bahn (Neigung um die Längsachse der Straße) erkannt und da­ mit kompensiert werden.
Der erfindungsgemäße gekuppelte Stabilisator kann genauso für die Vorderachse und für Hinterachse eines Fahrzeuges verwendet werden.

Claims (10)

1. System zur Betätigung eines gekuppelten Stabilisators (13a, 13b) bei einem Kraftfahrzeug, bei dem der Stabilisator (13a, 13b) durch eine Kupplung (12) trennbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (11, 14, 15, 16) vorgesehen sind, mittels der die vor dem Fahrzeug befindliche Umgebung erfasst wird und die Betätigung der Kupplung (12) abhängig von dem erfaßten Umgebung geschieht.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Umgebung der vor dem Fahrzeug liegende Fahrbahnverlauf und/oder vor dem Fahrzeug befindliche Hindernisse erfaßt werden.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er­ ste Mittel (14) zur optischen Erfassung der vor dem Kraft­ fahrzeug befindlichen Umgebung vorgesehen sind und die Er­ fassung des Fahrbahnverlaufs und/oder von Hindernissen ab­ hängig von den Ausgangssignalen der ersten Mittel (14) ge­ schieht.
4. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Mittel (16) zur satellitengestützten Erfassung der Position des Kraftfahrzeug vorgesehen sind und die Er­ fassung des Fahrbahnverlaufs abhängig von den Ausgangssigna­ len der zweiten Mittel (16) geschieht.
5. System nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass dritte Mittel (15 oder 18) zur Erfassung einer die Querbewegung des Kraftfahrzeugs repräsentierenden Querbewe­ gungsgröße (aq und/oder δ) vorgesehen sind und die Erfassung des Fahrbahnverlaufs abhängig von der Querbewegungsgröße (aq und/oder δ) geschieht.
6. System nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von dem vor dem Fahrzeug befindlichen Umge­ bung, insbesondere abhängig vom Fahrbahnverlauf und/oder von Hindernissen, eine das unmittelbar bevorstehende Wankverhal­ ten des Kraftfahrzeugs repräsentierende Wankgröße (ϕ*) ge­ bildet wird und die Betätigung der Kupplung (12) abhängig von der Wankgröße (ϕ*) geschieht.
7. System nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von dem vor dem Fahrzeug befindlichen Umge­ bung, insbesondere abhängig vom Fahrbahnverlauf und/oder von Hindernissen, eine das unmittelbar bevorstehende Wankverhal­ ten des Kraftfahrzeugs repräsentierende Wankgröße (ϕ*) ge­ bildet wird und die Betätigung der Kupplung (12) abhängig von der Wankgröße (ϕ*) und der Querbewegungsgröße (aq und/oder δ) geschieht.
8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wankgröße (ϕ*) mit einem Schwellenwert (SW1) verglichen wird und
die Kupplung (12) dann geschlossen wird, wenn die Wank­ größe (ϕ*) den Schwellenwert (SW1) übersteigt und
die Kupplung (12) dann geöffnet wird, wenn die Wankgröße (ϕ*) den Schwellenwert (SW1) nicht übersteigt.
9. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wankgröße (ϕ*) mit einem ersten Schwellenwert (SW1) und die Querbewegungsgröße (aq und/oder δ) mit einem zweiten Schwel­ lenwert (SW2) verglichen wird und
die Kupplung (12) dann geschlossen wird, wenn die Wank­ größe (ϕ*) den ersten Schwellenwert (SW1) und die Querbe­ wegungsgröße (aq und/oder δ) den zweiten Schwellenwert (SW2) übersteigt und
die Kupplung (12) dann geöffnet wird, wenn die Wankgröße (ϕ*) den ersten Schwellenwert (SW1) und die Querbewegungs­ größe (aq und/oder δ) den zweiten Schwellenwert (SW2) nicht übersteigt,
wobei insbesondere vorgesehen ist, dass der Abstand des Fahrzeugs zur Kurve und/oder der Abstand des Fahrzeugs zu einem Hindernis ermittelt wird und der zweite Schwellenwert abhängig von dem ermittelten Abstand verändert wird.
10. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Stabilisator um eine Querstabilisator handelt.
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