DE102004004151A1

DE102004004151A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung und Stabilisierung eines schlingernden Anhängers mittels Radkräften

Info

Publication number: DE102004004151A1
Application number: DE102004004151A
Authority: DE
Inventors: Peter Ahner; Joachim Schadow; Peter Zegelaar
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2024-01-29
Also published as: US7226068B2; DE102004004151B4; US20050161901A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines aus einem Zugfahrzeug und einem Anhänger bestehenden Gespanns, DOLLAR A - bei dem mittels einer Radkräfte oder Reifenkräfte erfassenden Sensorik die auf wenigstens ein Rad oder wenigstens einen Reifen einwirkenden Querkräfte ermittelt werden, DOLLAR A - anhand der ermittelten Querkräfte das Vorliegen einer Schlingerbewegung des Anhängers detektiert wird und DOLLAR A - bei einer detektierten Schlingerbewegung des Anhängers ein Bremseingriff und/oder Lenkeingriff durchgeführt wird.

Description

Stand der Technik

Wenn ein Gespann instabil wird, macht sich dies durch ein Schlingen des Anhängers bemerkbar. Hierbei überträgt der Anhänger periodisch alternierende Kräfte über die Anhängerkupplung auf die Zugmaschine. Diese alternierenden Kräfte liegen im wesentlichen in der Fahrbahnrichtung senkrecht zur Fahrtebene. Die Frequenzen solcher Anhängerbewegungen liegen ungefähr zwischen 0.5 Hz und 1.5 Hz.

Aus der DE 199 64 048 A1 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zum Stabilisieren eines Straßenfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens mit einem durch das Straßenfahrzeug gezogenen Anhänger, bekannt. Dabei wird das Straßenfahrzeug in Bezug auf Schlingerbewegungen überwacht. Beim Erkennen einer Schlingerbewegung wird dem Straßenfahrzeug automatisch ein Giermoment eingeprägt, welches der Schlingerbewegung im wesentlichen gegenphasig ist.

In der DE 100 41 093 A1 werden eine Sensoranordnung und Auswerteverfahren vorgeschlagen, welche in einem Wälzlager zur Detektierung physikalischer Größen, insbesondere zur Detektierung und Auswertung drehzahlabhängiger Größen während der Bewegung der im Wälzlager geführten Bauteile geeignet sind. Die auf die feststehende Lagerschale des Wälzlagers wirkenden, durch Wälzelemente des Wälzlagers verursachten Dehnkräfte werden mit dehnungsempfindlichen Sensoren dadurch erfasst, dass zwei Sensoren jeweils um die Hälfte des Winkelabstands der Wälzelemente in Drehrichtung versetzt zueinander auf der Lagerschale angebracht sind. Diese Erfindung eignet sich beispielsweise zur Erfassung von Brems-, Beschleunigungs-, Quer- und Aufstandskräften.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines aus einem Zugfahrzeug und einem Anhänger bestehenden Gespanns

– bei dem mittels einer Radkräfte oder Reifenkräfte erfassenden Sensorik die auf wenigstens ein Rad oder wenigstens einen Reifen einwirkenden Querkräfte ermittelt werden,
– anhand der ermittelten Querkräfte das Vorliegen einer Schlingerbewegung des Anhängers detektiert wird und
– bei einer detektierten Schlingerbewegung des Anhängers ein Bremseingriff und/oder Lenkeingriff durchgeführt wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass

– periodische Anteile der ermittelten Querkräfte ermittelt werden,
– die Frequenzen und Phasenlagen der periodischen Anteile ermittelt werden und
– durch Auswertung der Frequenzen und Phasenlagen das Vorliegen einer Schlingerbewegung des Anhängers detektiert wird.

Diese Ausgestaltung beruht darauf dass ein schlingernder Anhänger zu periodischen Anteilen in der Querbewegung bzw. Gierbewegung (und damit den Querkräften) des Fahrzeugs führt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass

– die Radkräfte oder Reifenkräfte für wenigstens die beiden Räder einer Achse ermittelt werden und dass das Vorliegen einer Schlingerbewegung des Anhängers dann detektiert wird, wenn
– die Frequenzen und Phasenlagen der beiden periodischen Anteile übereinstimmen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass

– die Radkräfte oder Reifenkräfte sämtlicher Räder des Zugfahrzeugs ermittelt werden,
– dass zusätzlich die Amplituden der periodischen Anteile ermittelt werden und dass das Vorliegen einer Schlingerbewegung des Anhängers dann detektiert wird, wenn
– die Frequenzen alter periodischen Anteile übereinstimmen,
– die Amplituden und Phasenlagen der periodischen Anteile der Vorderachsräder übereinstimmen,
– die Amplituden und Phasenlagen der periodischen Anteile der Hinterachsräder übereinstimmen,
– die Amplituden der periodischen Anteile der Hinterachsräder größer als die Amplituden der periodischen Anteile der Vorderachsräder sind und
– die Phasenlagen der periodischen Anteile der Hinterachsräder gegenphasig zu den Phasenlagen der periodischen Anteile der Vorderachsräder sind.

Beide letztgenannten vorteilhaften Ausgestaltungen kennzeichnen mögliche Ausführungsformen der Erfindung.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Amplituden der periodischen Anteile ermittelt werden und dass für den Fall

– dass eine Schlingerbewegung vorliegt und
– wenigstens eine Amplitude einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet,

das rechte und das linke Rad der Achse abwechselnd gebremst werden. Durch dieses alternierende Bremsen kann dem Fahrzeug ein Giermoment eingeprägt werden, welches der Gierbewegung des Anhängers entgegenwirkt.

Deshalb ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz, mit welcher der Wechsel zwischen einer Bremsung des linken Rades und des rechten Rades stattfindet mit der Frequenz der periodischen Anteile übereinstimmt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass

– mittels eines Einspurmodells die Sollwerte der Querkräfte ermittelt werden und
– dass die periodischen Anteile aus der Differenz zwischen den Sollwerten der Querkräfte und den mittels Radkräfte oder Reifenkräfte erfassenden Sensorik ermittelten Querkräften ermittelt wird.

Die mittels des Einspurmodells ermittelten Sollwerte repräsentieren den im allgemeinen nichtperiodischen Fahrerwunsch und beinhalten keine vom Anhängerschlingern herrührenden periodischen Komponenten. Durch diese Differenzbildung werden wesentliche nichtperiodische Komponenten (eine Art Offsetwert) aus dem Querkraftsignal entfernt und damit wird eine einfachere Signalverarbeitung ermöglicht.

Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Stabilisierung eines aus einem Zugfahrzeug und einem Anhänger bestehenden Gespanns enthaltend

– Sensormittel zur Ermittlung der auf wenigstens ein Rad oder wenigstens einen Reifen einwirkende Querkräfte,
– Schlingererkennungsmittel zur Detektion des Vorliegens einer Schlingerbewegung anhand der Ausgangssignale der Sensormittel sowie
– wenigstens einen Aktuator zur Durchführung eines Bremseingriffs und/oder Lenkeingriffs bei einer detektierten Schlingerbewegung des Anhängers.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Sensormitteln um dehnungsempfindliche Sensoren auf der Lagerschale des Wälzlagers des wenigstens einen Rades handelt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Sensoren um Reifenkraftsensoren handelt.

Die vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens äußern sich selbstverständlich auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt.

Zeichnung
Die Zeichnung besteht aus den 1.
1 zeigt den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsbeispiel
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass mittels einer Sensorik detektiert wird, wenn der Anhänger über die Anhängerkupplung periodische Kräfte auf das Zugfahrzeug überträgt. Nach der Erkennung einer solchen Situation wird das Gespann stabilisiert.
Mittels einer die Radkraft messenden Sensorik werden die Querkraftschwingungen Fq_i (Fq_i bezeichnet die Querkraft Fq am i-ten Rad) aller 4 Räder des Zugfahrzeugs nach Amplitude und Phase analysiert. Bei der die Radkraft messenden Sensorik handelt es sich um eine Sensorik, die die am Rad wirkenden Kräfte unmittelbar misst und die beispielsweise am Radlager oder direkt am Reifen angeordnet sein kann.
Sind folgende Punkte gleichzeitig erfüllt, liegt ein Schlingern des Anhängers vor:

1. Die Frequenzen der einzelnen Radschwingungen sind gleich,
2. die Amplitude und die Phase der Schwingungen an beiden Vorderrädern sind näherungsweise gleich,
3. die Amplitude und die Phase der Schwingungen an beiden Hinterrädern sind näherungsweise gleich,
4. die Amplitude der Schwingungen an den Hinterrädern ist größer als an den Vorderrädern und
5. die Schwingungen an Vorder- und Hinterachse sind gegenphasig.

Zur robusteren Ausführung der Erfindung können zuerst mittels des Einspurmodells die einzelnen Radseitenkräfte Fq_einspur i ohne äußere Störungen (Schlingern des Anhängers) berechnet werden. Hierzu werden der augenblickliche Fahrzustand, der Betätigungszustand der Aktuatoren (Lenkung, Antriebsstrang, Bremse) sowie ein Reifenmodell benötigt. Der eigentlichen Analyse wird nur noch die Differenz zwischen Fq_i und Fq_einspur i zugeführt. Dies ist besonders vorteilhaft bei Fahrzeugen, deren Schwerpunkt sich eher im hinteren Teil des Fahrzeugs befindet. Eine drohende Instabilität wird erkannt, falls die Schwingungen sich aufschaukeln oder schon einen Grenzwert überschritten haben. In diesem Fall werden alternierend die Räder der linken und rechten Fahrzeugseite abgebremst. Anstelle einer Abbremsung beider linken bzw. rechten Räder zugleich kann alternativ auch nur jeweils ein Rad der linken und rechten Seite abgebremst werden, um das Gespann durch das dadurch erzeugte Giermoment (welches der Gierbewegung des Anhängers entgegenwirkt) zu stabilisieren.
Alternativ kann ein solches stabilisierendes Giermoment auch mittels einer aktiven Lenkung aufgebracht werden. Dies bringt weiterhin den Vorteil mit sich, dass die Eingriffsschwellen stark abgesenkt werden können, da der Lenkungseingriff sehr schnell und sehr feindosiert stattfinden kann und gerade bei kleinen Anhängerschwingungen vom Fahrer auch nicht wahrgenommen wird. Somit wird ein Aufschaukeln des Anhängerschlingerns bereits sehr frühzeitig unterdrückt.
Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 1 dargestellt. Nach dem Start in Block 100 werden in Block 101 die Reifen- oder Radkräfte ermittelt. In Block 102 wird anschließend anhand der in Block 101 ermittelten Querkräfte festgestellt, ob eine Schlingerbewegung vorliegt. Liegt keine Schlingerbewegung vor, dann wird zu Block 101 zurückverzweigt. Liegt jedoch eine Schlingerbewegung vor, dann werden anschließend in Block 103 Lenk- und/oder Bremseingriffe durchgeführt. Optional wird nach Block 103 zu Block 101 zurückverzeigt und es werden erneut die Radkräfte ermittelt.

Claims

Verfahren zur Stabilisierung eines aus einem Zugfahrzeug und einem Anhänger bestehenden Gespanns – bei dem mittels einer Radkräfte oder Reifenkräfte erfassenden Sensorik die auf wenigstens ein Rad oder wenigstens einen Reifen einwirkenden Querkräfte ermittelt werden (101), – anhand der ermittelten Querkräfte das Vorliegen einer Schlingerbewegung des Anhängers detektiert wird (102) und – bei einer detektierten Schlingerbewegung des Anhängers ein Bremseingriff und/oder Lenkeingriff durchgeführt wird (103).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – periodische Anteile der ermittelten Querkräfte ermittelt werden, – die Frequenzen und Phasenlagen der periodischen Anteile ermittelt werden und – durch Auswertung der Frequenzen und Phasenlagen das Vorliegen einer Schlingerbewegung des Anhängers detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die Radkräfte oder Reifenkräfte für wenigstens die beiden Räder einer Achse ermittelt werden und dass das Vorliegen einer Schlingerbewegung des Anhängers dann detektiert wird, wenn – die Frequenzen und Phasenlagen der beiden periodischen Anteile jeweils übereinstimmen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die Radkräfte oder Reifenkräfte sämtlicher Räder des Zugfahrzeugs ermittelt werden, – dass zusätzlich die Amplituden der periodischen Anteile ermittelt werden und dass das Vorliegen einer Schlingerbewegung des Anhängers dann detektiert wird, wenn – die Frequenzen aller periodischen Anteile übereinstimmen, – die Amplituden und Phasenlagen der periodischen Anteile der Vorderachsräder übereinstimmen, – die Amplituden und Phasenlagen der periodischen Anteile der Hinterachsräder übereinstimmen, – die Amplituden der periodischen Anteile der Hinterachsräder größer als die Amplituden der periodischen Anteile der Vorderachsräder sind und – die Phasenlagen der periodischen Anteile der Hinterachsräder gegenphasig zu den Phasenlagen der periodischen Anteile der Vorderachsräder sind.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Amplituden der periodischen Anteile ermittelt werden und dass für den Fall – dass eine Schlingerbewegung vorliegt und – wenigstens eine Amplitude einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, das rechte und das linke Rad der Achse abwechselnd gebremst werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz, mit welcher der Wechsel zwischen einer Bremsung des linken Rades und des rechten Rades stattfindet mit der Frequenz der periodischen Anteile übereinstimmt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – mittels eines Einspurmodells die Sollwerte der Querkräfte ermittelt werden und – dass die periodischen Anteile aus der Differenz zwischen den Sollwerten der Querkräfte und den mittels Radkräfte oder Reifenkräfte erfassenden Sensorik ermittelten Querkräften ermittelt wird.
Vorrichtung zur Stabilisierung eines aus einem Zugfahrzeug und einem Anhänger bestehenden Gespanns enthaltend – Sensormittel zur Ermittlung der auf wenigstens ein Rad oder wenigstens einen Reifen einwirkende Querkräfte, – Schlingererkennungsmittel zur Detektion des Vorliegens einer Schlingerbewegung anhand der Ausgangssignale der Sensormittel sowie – wenigstens einen Aktuator zur Durchführung eines Bremseingriffs und/oder Lenkeingriffs bei einer detektierten Schlingerbewegung des Anhängers.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Sensormitteln um dehnungsempfindliche Sensoren auf der Lagerschale des Wälzlagers des wenigstens einen Rades handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Sensoren um Reifenkraftsensoren handelt.