DE102006003626B3

DE102006003626B3 - Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeuggespanns und Fahrzeug mit einer Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102006003626B3
Application number: DE200610003626
Authority: DE
Inventors: Frédéric Dipl.-Ing. Holzmann; Andreas Dr.-Ing. Schwarzhaupt; Gernot Prof. Dr.-Ing. Spiegelberg; Armin Dr.-Ing. Sulzmann
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2026-01-27

Abstract

Bei einem Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeuggespanns wird das Entstehen einer Schlingerbewegung erkannt und ggf. dem ein der Schlingerbewegung entgegenwirkender Systemeingriff vorgenommen. Das Erkennen der entstehenden Schlingerbewegung basiert dabei auf der Erfassung des zeitlichen Querbewegungsverlaufs (y) des Fahrzeuggespanns während eines vorgegebenen Zeitfensters, der Ermittlung des Frequenzgangs (F1) des erfassten Querbewegungsverlaufs (y), und der Prüfung, ob der ermittelte Frequenzgang (F1) in einem vorgegebenen Frequenzbereich eine Resonanzspitze (P) mit einem einen vorgegebenen Schwellwert (Ys) überschreitenden Wert aufweist und/oder ob die Resonanzspitze (P) mit einer einen vorgegebenen Anstiegsschwellwert überschreitenden Anstiegsgeschwindigkeit ansteigt. Bei Erfüllung mindestens einer dieser Bedingungen wird auf eine sich gerade aufbauende Schlingerbewegung geschlossen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeuggespanns gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Fahrzeug mit einer Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein Fahrzeuggespann kann während einer Fahrt in Vorwärtsrichtung aufgrund der Reaktionszeit des Fahrers und der begrenzten dynamischen Leistungsfähigkeit des Fahrers infolge einer Störung leicht ins Schlingern geraten. Der Versuch des Fahrers, diese seitlichen Eigenschwingungen zu korrigieren, kann aufgrund der Reaktionszeit des Fahrers zu einer Verstärkung der Schwingung führen, so dass eine Resonanzfrequenz von etwa 2 Hz entsteht.

Ein erfahrener Fahrer lässt das Lenkrad in einer solchen Situation los, bis das Fahrzeuggespann sich stabilisiert hat, um anschließend den Lenkwinkel langsam zu korrigieren.

Ein Verfahren zur Stabilisierung des Fahrzeuggespanns soll es auch einem ungeübten Fahrer ermöglichen, eine solche Situation zu meistern.

Ein gattungsgemäßes Verfahren, das dies gewährleistet, ist beispielsweise aus der DE 100 32 230 A1 bekannt. Bei diesem verfahren wird die Gier- oder Rollbewegung des Fahrzeuggespanns erfasst und die hieraus resultierende Schlingerbewegung als harmonische Schwingung betrachtet. Die Stabilisierung des Gespanns erfolgt dann durch phasenrichtiges (dämpfendes) Aufmodulieren eines korrigierenden Systemeingriffs in die Lenkung, Bremse oder Stoßdämpfer.

Aus der DE 100 48 418 A1 ist ebenfalls ein Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeuggespanns bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Bremseingriff aktiviert, wenn erkannt wird, dass die Amplitude einer berechneten Gierwinkelabweichung einen vorgegebenen Amplitudenschwellwert überschreitet.

Aus der DE 199 64 048 A1 ist ein weiteres Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeuggespanns bekannt. Bei diesem Verfahren wird die Frequenz und Amplitude der Querbeschleunigung, der Giergeschwindigkeit oder der Gierbeschleunigung ermittelt und anhand dieser Größen entschieden, ob eine Schlingerbewegung vorliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die frühzeitige Erkennung einer sich aufbauenden Schlingerbewegung zur ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird bei einem Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeuggespanns, insbesondere eines Gespanns umfassend eine Zugmaschine und mindestens einen an die Zugmaschine angekoppelten Anhänger oder Auflieger, das Entstehen einer Schlingerbewegungen erkannt ein der Schlingerbewegung entgegenwirkender Systemeingriff vorgenommen, wobei das Erkennen einer sich aufbauenden Schlingerbewegung auf folgenden Schritten basiert:

– Erfassung des zeitlichen Querbewegungsverlaufs des Fahrzeuggespanns während eines vorgegebenen Zeitfensters,
– Ermittlung des Frequenzgangs des erfassten Querbewegungsverlaufs,
– Prüfung, ob der ermittelte Frequenzgang in einem vorgegebenen Frequenzbereich eine Resonanzspitze aufweist, die mit einer einen vorgegebenen Anstiegsschwellwert überschreitenden Anstiegsgeschwindigkeit ansteigt, und vorzugsweise zusätzliche Prüfung, ob die Resonanzspitze einen wert aufweist, der einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.

Wenn die Prüfung ergibt, dass mindestens eine der geprüften Bedingungen erfüllt ist, vorzugsweise dass beide Bedingungen erfüllt sind, wird davon ausgegangen, dass eine Schlingerbewegung sich gerade aufbaut, so dass es angebracht ist, einen entgegenwirkenden Systemeingriff oder eine Kombination von mehreren entgegenwirkenden Systemeingriffen vorzunehmen. Mit dieser Methode ist es möglich eine Schlingerbewegung frühzeitig, noch in der Entstehungsphase zu erkennen und frühzeitig entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten.

Vorzugsweise wird der Frequenzgang des Querbewegungsverlaufs ermittelt, indem eine Fourier- oder Fast-Fourier-Transformation durchgeführt wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird aus dem ermittelten Frequenzgang ein korrigierter Frequenzgang berechnet, indem der ermittelte Frequenzgang im Frequenzbereich der Resonanzspitze geglättet wird.

Vorzugsweise erfolgt die Glättung dadurch, dass der ermittelte Frequenzgang der Querbewegung im Frequenzbereich der Resonanzspitze durch einen linear interpolierten Verlauf ersetzt wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird der korrigierte Frequenzgang in den Zeitbereich transformiert, um einen gewünschter Sollverlauf der Querbewegung des Fahrzeuggespanns zu bestimmen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird ein Lenkeingriff und/oder ein Einzelradbremseingriff als Systemeingriff durchgeführt, wobei der Systemeingriff derart erfolgt, dass der Querbewegungsverlauf dem gewünschten Sollverlauf angenähert wird, d.h. dass der Querbewegungsverlauf entsprechend dem gewünschten Sollverlauf geregelt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auf einfache Weise in die Software einer Steuereinrichtung eines Fahrzeugs integrieren und somit mit geringem Hardwareaufwand realisieren. Es eignet sich sowohl für den Einsatz in Nutzfahrzeugen, als auch für den Einsatz in Personenkraftfahrzeugen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Beispiel eines Zeit-Weg-Diagramm der Querbewegung des Gespanns,
2 ein zu dem Diagramm aus 1 zugehöriges Frequenzspektrum
3 ein Zeit-Weg-Diagramm der Querbewegung für den Fall, dass ein korrigierender Lenkeingriff vorgenommen wurde in Gegenüberstellung zu dem unkorrigierten Fall.
In 1 ist auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate die Weglänge y der Querbewegung eines eine Zugmaschine und einen Anhänger oder Auflieger aufweisenden Fahrzeuggespanns aufgetragen. Eine Kurve K1 zeigt den während einer Kurvenfahrt gewünschten Querbewegungsverlauf des Fahrzeuggespanns. Der Fahrer des Gespanns korrigiert während der Fahrt durch Betätigung des Lenkrads laufend den Lenkwinkel entsprechend der gewünschten Fahrtrichtung. Aufgrund der begrenzten Reaktionsfähigkeit des Fahrers und der Reaktionszeit der Zugmaschine baut sich eine Schwingung auf und das Fahrzeuggespann gerät ins Schlingern, wie dies aus der Kurve K2 ersichtlich wird. Die Frequenz dieser Schwingung beträgt etwa 2 Hz und ist von der Reaktionsfähigkeit des Fahrers und von Parametern des Fahrzeuggespanns, insbesondere von der Reaktionszeit des Lenksystems der Zugmaschine abhängig.
Um die Entstehung von solchen Schwingungen bereits in der Entstehungsphase zu erkennen, wird der zeitliche Verlauf y(t) der Querbewegung y, d.h. der zeitliche Verlauf der durchfahrenden Weglänge quer zur Längsachse des Zugfahrzeugs erfasst. Die Erfassung der Weglänge y der Querbewegung basiert dabei auf der Berechnung des Verlaufs der Quergeschwindigkeit des Zugfahrzeugs aus dem sensorisch erfassten Lenkwinkel oder Gierwinkel der Zugmaschine und der erfassten Längsgeschwindigkeit der Zugmaschine sowie auf der Berechnung des zum Verlauf der Quergeschwindigkeit zugehörigen Streckenverlaufs.
Der zeitliche Verlauf der Querbewegung wird dabei während eines vorgegebenen Zeitfensters, beispielsweise während der letzten 10 Sekunden, erfasst und zwischengespeichert. Somit werden etwa 5 Perioden der möglichen Resonanzfrequenz von rund 2 Hz erfasst.
Der erfasste zeitliche Verlauf der Querbewegung y wird nun in den Frequenzbereich transformiert, beispielsweise durch eine Fourier- oder Fast-Fourier-Transformation.
Der so erhaltene Frequenzgang ist in 2 mit dem Bezugszeichen F1 bezeichnet. Man erkennt, dass der Frequenzgang in einem vorgegebenen Auswertebereich von etwa 0,5 Hz bis 2,5 Hz eine Resonanzspitze P aufweist. Der Amplitudenwert Y dieser Resonanzspitze P wird nun aus dem Frequenzgang F1 ermittelt. Es reicht dafür aus, den Frequenzgang F1 in dem vorgegebenen Frequenzbereich zu analysieren.
Die Berechnung des Frequenzgangs wird periodisch mit den jeweils aktuellen Querbewegungsdaten wiederholt, so dass man durch Vergleichen des aktuellen Frequenzgangs mit dem zu einem früheren Zeitpunkt ermittelten Frequenzgang die Anstiegsgeschwindigkeit der Resonanzspitze P berechnen kann.
Wenn die Resonanzspitze P in der Höhe einen vorgegebenen Schwelwert Ys überschreitet und wenn die berechnete Anstiegsgeschwindigkeit der Resonanzspitze P zudem einen vorgegebenen Anstiegsschwellwert überschreitet wird davon ausgegangen, dass eine Schlingerbewegung im Entstehen ist und ein korrigierender Systemeingriff in die Lenkanlage oder die Bremsanlage der Zugmaschine erforderlich ist. Der Eingriff in die Bremsanlage kann dabei vorsehen, dass ein einzelnes Rad oder die Räder an einer Fahrzeugseite abgebremst werden, um ein der Schlingerbewegung entgegen wirkendes Giermoment aufzubauen. Der Systemeingriff in die Lenkanlage kann vorsehen, dass ein vom Fahrer am Lenkrad fühlbares Lenkmoment bereitgestellt wird, um ihn eine Kaptische Rückmeldung über den Systemeingriff zu geben. Der Systemeingriff erfolgt dabei derart, dass er vom Fahrer durch Betätigung des Lenkrads mit erhöhter Kraft überbrückt werden kann. Damit wird gewährleistet, dass der Fahrer die Herrschaft über das Fahrzeuggespann behält und ggf. eine aus einem fehlerhaften Systemeingriff resultierende Konfliktsituation vermeiden kann.
Der Systemeingriff erfolgt durch eine Regelung derart, dass der Querbewegungsverlauf einem gewünschten Sollverlauf angenähert wird.
Zur Bestimmung des Sollverlaufs wird aus dem ermittelten Frequenzgang F1 ein korrigierter Frequenzgang F2 berechnet. Die Korrektur erfolgt dahingehend, dass der Frequenzgang F1 im Frequenzbereich Δf der Resonanzspitze P geglättet wird, beispielsweise durch eine lineare Interpolation des Frequenzgangs F1 in diesem Frequenzbereich Δf. In 2 zeigt die gestrichelt dargestellte Kurve F2 den auf diese Art erhaltenen korrigierten Frequenzgang.
Der korrigierte Frequenzgang F2 wird nun aus dem Frequenzbereich in den Zeitbereich transformiert, beispielsweise durch eine inverse Fourier- oder inverse Fast-Fourier-Transformation. Als Ergebnis erhält man dann den gewünschten Sollverlauf der Querbewegung. Dieser entspricht im Idealfall der Kurve K1 aus 1. Die Querbewegung kann dann mit herkömmlichen in die Lenkanlage oder Bremsanlage eingreifenden Reglern auf den Sollverlauf geregelt werden.
3 zeigt das Zeit-Weg-Diagramm der Querbewegung für den Fall, dass ein korrigierender Systemeingriff vorgenommen wird (Kurve K10), und für den Fall, dass kein korrigierender Systemeingriff vorgenommen wird (Kurve K11). Zum Zeitpunkt T1 wird gemäß dem oben beschriebenen Verfahren erkannt, dass die Gefahr einer sich aufbauenden Schlingerbewegung besteht.
Durch einen rechtzeitigen Systemeingriff, der die fehlerhafte Fahrerlenkaktivität korrigiert, gelingt es, die Amplitude der Querbewegung y gering zu halten, wie dies aus der Kurve K10 ersichtlich wird. Ohne Systemeingriff würde die Amplitude der Querbewegung y, wie aus der Kurve K11 ersichtlich wird, zunehmend ansteigen und zu einer gefährlichen instabilen Fahrt führen.
Die vorliegende Erfindung eignet sich sowohl für den Einsatz in Nutzfahrzeugen als auch für den Einsatz in Personenkraftfahrzeugen.

Claims

Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeuggespanns, bei dem das Entstehen einer Schlingerbewegung erkannt wird und bei dem ein der Schlingerbewegung entgegen wirkender Systemeingriff vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennen der entstehenden Schlingerbewegung auf folgenden Schritten basiert: Erfassung des zeitlichen Querbewegungsverlaufs (y) des Fahrzeuggespanns während eines vorgegebenen Zeitfensters, – Ermittlung des Frequenzgangs (F1) des erfassten Querbewegungsverlaufs (y), – Prüfung, ob der ermittelte Frequenzgang (F1) in einem vorgegebenen Frequenzbereich eine Resonanzspitze (P) mit einer einen vorgegebenen Anstiegsschwellwert überschreitenden Anstiegsgeschwindigkeit aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennen der entstehenden Schlingerbewegung zusätzlich auf einer Prüfung basiert, ob die Resonanzspitze (P) einen einen vorgegebenen Schwellwert (Ys) überschreitenden Wert aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzgang (F1) des Querbewegungsverlaufs (y) durch eine Fourier- oder Fast-Fourier-Transformation ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem ermittelten Frequenzgang (F1) ein korrigierter Frequenzgang (F2) berechnet wird, indem der ermittelte Frequenzgang (F1) im Frequenzbereich (Δf) der Resonanzspitze (P) geglättet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Glättung des ermittelten Frequenzgangs (F1) dieser im Frequenzbereich (Δf) der Resonanzspitze (P) durch einen linear interpolierten Verlauf ersetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Transformation des korrigierten Frequenzgangs (F2) in den Zeitbereich ein gewünschter Sollverlauf der Querbewegung (y) des Fahrzeuggespanns ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lenkeingriff und/oder Einzelradbremseingriff als Systemeingriff derart durchgeführt wird, dass der Querbewegungsverlauf dem gewünschten Sollverlauf angenähert wird.
Fahrzeug mit einer Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche.