DE102007050188A1

DE102007050188A1 - Fahrzeugstabilisierungsverfahren

Info

Publication number: DE102007050188A1
Application number: DE200710050188
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Ing. Schwarzhaupt; Armin Dr. Ing. Sulzmann; Istvan Dipl.-Ing. Vegh; Urs Dipl.-Ing. Wiesel
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-10-20
Filing date: 2007-10-20
Publication date: 2009-04-23

Abstract

Verfahren zum Stabilisieren eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, während eines Bremsvorgangs, bei dem ein Ist-Lenkmoment bestimmt wird, bei dem ein Soll-Lenkmoment in Abhängigkeit von Zustandsgrößen des Fahrzeugs berechnet wird und bei dem in Abhängigkeit einer Soll-Ist-Abweichung mittels einer Stelleinrichtung in ein Lenksystem des Fahrzeugs ein die Soll-Ist-Abweichung reduzierendes Stellmoment eingeleitet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stabilisieren eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, während eines Bremsvorgangs.
Die Fahrstabilität eines Fahrzeugs ist für die Fahrsicherheit und den Fahrkomfort vor allem bei Grenzsituationen von besonderer Bedeutung. Dies gilt in besonderem Maße für Bremsvorgänge mit großen Verzögerungen bzw. großen negativen Beschleunigungen, bei denen das Fahrzeug bereits durch relativ kleine Störungen einen Querversatz bezüglich seiner Geradeausfahrt erfährt. Bei starken Verzögerungen können außerdem am Lenkrad relativ große Lenkmomente entstehen, denen der Fahrer entgegenwirken muss, um den gefährlichen Querversatz des Fahrzeugs zu vermeiden. Bei Nutzfahrzeugen ist die Gefahr eines Querversatzes bei starken Verzögerungen erhöht, da das Fahrwerk bzw. der Rahmen des Nutzfahrzeugs eine vergleichsweise große Elastizität aufweist, wodurch es bei großen Verzögerungen zu Relativbewegungen zwischen Rahmen und Lenkkinematik kommen kann. Bei einer Vollbremsung aus einer hohen Geschwindigkeit kann es bei Nutzfahrzeugen zu einem Querversatz von mehreren Metern relativ zu einer Sollbahn führen. Insbesondere kann das Nutzfahrzeug so bei einer üblichen Straße während des Bremsvorgangs die Fahrspur wechseln und insbesondere auf die Gegenspur geraten. Während ein ABS-Bremssystem bei einem Bremsvorgang grundsätzlich die Lenkbarkeit des Fahrzeugs gewährleistet, kann es das Fahrzeug hinsichtlich eines Querversatzes sowie hinsichtlich der am Lenkrad auftretenden Lenkmomente nur begrenzt stabilisieren.
Aus der DE 22 12 328 A ist es bekannt, mittels einer Stelleinrichtung ein Stellmoment in ein Lenksystem eines Fahrzeugs einzuleiten, wobei das Stellmoment in Abhängigkeit einer Bremskraftdifferenz an lenkbaren Rädern des Fahrzeugs betätigt wird. Dabei wird als Stelleinrichtung ein Kolben-Zylinder-Aggregat verwendet, dessen Kolben im Zylinder zwei Kammern voneinander trennt, die hydraulisch jeweils an den Bremsdruck eines der beiden lenkbaren Räder angeschlossen sind. Der Kolben ist somit durch die Bremsdruckdifferenz angetrieben und leitet über eine Kolbenstange ein Stellmoment in das Lenksystem ein, das einen durch die Bremskraftdifferenz ausgelösten Lenkwinkel reduziert.
Aus der DE 10 2005 007 307 A1 ist eine Fahrzeuglenkung bekannt, die ein Lenkrad und eine Stelleinrichtung zur Einleitung von Stellmomenten in ein Lenksystem umfasst. Die Stelleinrichtung wird dabei zur Reduzierung von Störmomenten am Lenkrad angesteuert, die beispielsweise bei Fahrbahnunebenheiten vom Fahrer am Lenkrad wahrnehmbar sind. Um hierbei Irritierungen des Fahrers zu reduzieren, kompensiert die Stelleinrichtung derartige Störmomente. Die Stelleinrichtung kann dabei elektrisch oder hydraulisch arbeiten.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Verfahren, das während eines Bremsvorgangs eine Stabilisierung des Fahrzeugs bewirkt, eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine verbesserte Wirkungsweise bzw. durch eine erhöhte Stabilisierungswirkung auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Stelleinrichtung zur Kompensation einer Abweichung zwischen einem Ist-Lenkmoment und einem Soll-Lenkmoment zu betätigen. Die Stelleinrichtung leitet dabei ein diese Abweichung reduzierendes Stellmoment in das Lenksystem des Fahrzeugs ein. Die Erfindung nutzt hierbei die Überlegung, dass letztlich die Abweichung zwischen Ist-Lenkmoment und Soll-Lenkmoment zum Querversatz des Fahrzeugs während des Bremsvorgangs führt. Durch die Reduzierung dieser Abweichung mittels der mit der Stelleinrichtung in das Lenksystem eingeleiteten Stellmomente lässt sich somit der Querversatz des Fahrzeugs reduzieren, was die Fahrstabilität des Fahrzeugs während des Bremsvorgangs entsprechend erhöht. Die vorgeschlagene Vorgehensweise hat außerdem zur Folge, dass am Lenkrad keine überhöhten Lenkmomente auftreten, denen der Fahrer entgegenwirken muss. Hierdurch wird der Fahrkomfort und letztlich die Fahrsicherheit erheblich erhöht.
Beim erfindungsgemäßen Stabilisierungsverfahren werden zunächst ein Ist-Lenkmoment und ein Soll-Lenkmoment bestimmt. Daraus kann eine Soll-Ist-Abweichung der Lenkmomente ermittelt werden. In Abhängigkeit dieser Soll-Ist-Abweichung kann eine Stelleinrichtung betätigt werden, und zwar so, dass mittels dieser Stelleinrichtung ein Stellmoment in ein Lenksystem des Fahrzeuges eingeleitet wird, welches die zuvor bestimmte Soll-Ist-Abweichung reduziert und im Idealfall kompensiert. Hierdurch wird beim Bremsvorgang automatisch ein vom Fahrer unabhängiges zusätzliches Stellmoment in das Lenksystem eingeleitet, das den möglichen Querversatz des Fahrzeugs reduziert.
Bei der Stelleinrichtung kann es sich grundsätzlich um einen bei einer Servolenkung ohnehin vorhandenen Servomotor handeln. Bevorzugt handelt es sich bei der Stelleinrichtung jedoch um einen zusätzlich zu einem solchen Servomotor vorhandenen Aktuator.
Eine herkömmliche Servolenkung besitzt eine Eingangsseite ohne Kraftübersetzung sowie eine Ausgangsseite mit Kraftübersetzung. Die Eingangsseite umfasst das Lenkrad sowie eine Steuereinrichtung, die die mit Hilfe des Lenkrads in die Lenkung eingeleiteten Lenkmomente erfasst und in deren Abhängigkeit den Servomotor ansteuert. Dies erfolgt üblicherweise hydraulisch, kann jedoch auch elektrisch realisiert werden. Die Ausgangsseite umfasst dann den Servomotor, der beispielsweise über eine Lenkstange mit den lenkbaren Rädern gekoppelt ist. Die zur Fahrstabilisierung verwendete Stelleinrichtung kann nun optional ausgangsseitig, also zur Unterstützung des Servomotors oder eingangsseitig, also zur Unterstützung des Fahrers angeordnet sein. Bei den zur Betätigung der Stelleinrichtung herangezogenen Lenkmomenten kann es sich dementsprechend entweder um die am Lenkrad auftretenden Lenkmomente oder um die an den lenkbaren Rädern auftretenden Lenkmomente handeln.
Beim erfindungsgemäßen Stabilisierungsverfahren wird das Soll-Lenkmoment in Abhängigkeit von Zustandsgrößen des Fahrzeugs berechnet. Hierzu ist das jeweilige Fahrzeug mit einer entsprechenden Sensorik zur Erfassung der Fahrzeugzustandsgrößen ausgestattet sowie mit einer Steuereinrichtung, welche mit der Sensorik kommuniziert und die in Abhängigkeit der Sensorsignale das Soll-Lenkmoment ermittelt. Das Soll-Lenkmoment kann beispielsweise aus den Größen Lenkradwinkel, Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs und Längsbeschleunigung des Fahrzeugs sowie Querbeschleunigung des Fahrzeugs berechnet werden. Die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs während des Bremsvorgangs entspricht betragsmäßig der dabei entstehenden Längsverzögerung des Fahrzeugs. Es ist klar, dass das Soll-Lenkmoment auch aus anderen Größen berechnet werden kann, die mit den zuvor genannten Größen korrelieren.
Zur Bestimmung des Ist-Lenkmoments kann ebenfalls eine entsprechende Sensorik herangezogen werden. Beispielsweise kann das Ist-Lenkmoment mittels eines Lenkmoment-Sensors gemessen werden. Dieser Lenkmoment-Sensor kann dabei – je nach eingangsseitiger oder ausgangsseitiger Positionierung der Stelleinrichtung – eingangsseitig oder ausgangsseitig im Lenksystem angeordnet sein, so dass er entweder das am Lenkrad herrschende Ist-Lenkmoment oder das an den lenkbaren Rädern herrschende Ist-Lenkmoment erfasst. Bei dieser Lösung mit Lenkmoment-Sensor wird die Stelleinrichtung zweckmäßig im Sinne einer Regelung mit Soll-Ist-Vergleich des Lenkmoments betätigt. Die Stabilisierung mit Regelung arbeitet besonders effektiv, benötigt hierzu jedoch den zusätzlichen Lenkmoment-Sensor.
Alternativ ist es jedoch auch möglich, das Ist-Lenkmoment mittels eines Kennfelds zu ermitteln. Ein derartiges Kennfeld kann insbesondere adaptiv ausgestaltet sein, d. h. die Zuordnungen im Kennfeld können sich während des Betriebs des Fahrzeugs aufgrund von Erfahrungswerten selbsttätig anpassen. Zur Realisierung eines derartigen Kennfelds können statistische Messungen an vergleichbaren Messfahrzeugen durchgeführt werden, wodurch der Einfluss der abhängigen Größen auf das störende Lenkmoment mittels einer Lenkmomentmessung ermittelt werden kann. Hierbei wird bevorzugt das zu korrigierende Lenkmoment in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit, der Fahrzeugverzögerung und den Einzelraddrehzahlen der lenkbaren Räder im Kennfeld abgelegt. Derartigen Messungen kann beispielsweise entnommen werden, dass die störenden Lenkmomente mit zunehmender Verzögerung stark zunehmen. Dadurch werden die kompensierenden Stellmomente der Stelleinrichtung entsprechend erhöht.
Aufgrund der Einzelraddrehzahlen der lenkbaren Räder, also regelmäßig der Vorderräder des Fahrzeugs kann auf die Richtung des störenden Lenkmoments geschlossen werden. Wird beispielsweise von einem entsprechenden Steuergerät erkannt, dass die Raddrehzahl beispielsweise des vorderen rechten Rads kleiner ist als die des vorderen linken Rads, kann daraus geschlossen werden, dass der sog. „my-Wert" auf der rechten Seite kleiner ist als auf der linken Seite. Der my-Wert entspricht dabei der erzielbaren Bremsverzögerung. Durch unterschiedliche my-Werte kommt es zu ungleich wirkenden Bremskräften zwischen rechter und linker Fahrzeugseite, was zu einem störenden Lenkmoment in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn führt. Am Lenkrad wäre demnach ein nach links drehendes störendes Lenkmoment bemerkbar. Die Stelleinrichtung kann nun ein nach rechts wirkendes Stellmoment in das Lenksystem einleiten, um so das störende Lenkmoment zu reduzieren bzw. zu kompensieren.
Bei der Berechnung des Soll-Lenkmoments und/oder im Kennfeld des Ist-Lenkmoments können beispielsweise Reibwerte berücksichtigt werden. Derartige Reibwerte, also Reibungskoeffizienten zwischen Fahrzeugrad und Fahrbahn hängen von den Fahrbahnverhältnissen ab, wie z. B. Fahrbahnbeschaffenheit und Witterungsbedingungen. Die Fahrbahn kann beispielsweise aus Sand, Beton, Teer, Bitumen und dergleichen beschaffen sein. Die unterschiedlichen Fahrbahnen zeichnen sich durch unterschiedliche Reibwerte aus. Witterungsbedingungen sind hauptsächlich Temperatur, trocken und nass. Trockene und nasse Fahrbahnen unterscheiden sich ebenso wie heiße und kalte Fahrbahnen durch ihre Reibwerte.
Insbesondere bei Nutzfahrzeugen kann der Beladungszustand eine wichtige Bedeutung für die Stabilisierung des Fahrzeugs haben. Weiter ist es für die Stabilität des Fahrzeugs von Bedeutung, ob es sich hierbei um eine Zugmaschine im Solo-Betrieb oder um eine Zugmaschine mit angekoppeltem Auflieger handelt. Die störenden Lenkmomente beim Bremsvorgang können insbesondere am Lenkrad bei einer Zugmaschine mit Auflieger gegenüber einer Solo-Zugmaschine deutlich zunehmen. Für derartige Fälle kann beispielsweise aus den CAN-Daten eine Achslast des Aufliegers für die Berechnung eines korrigierten Lenkmoments berücksichtigt werden. Fehlt eine derartige Achslast, kann ein entsprechendes Steuergerät daraus schließen, dass kein Auflieger vorhanden ist. Dementsprechend kann auch der Solo-Betriebszustand bei der Ermittlung des Lenkmoments berücksichtigt werden.
Die vorliegende Erfindung umschließt außerdem ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, welches ein Lenksystem mit einer Stelleinrichtung zur Einleitung von Stellmomenten in das Lenksystem aufweist. Ein entsprechendes Steuergerät ist so ausgestaltet, dass es das vorstehend beschriebene Verfahren zur Stabilisierung des Fahrzeugs während eines Bremsvorgangs durchführen kann. Insbesondere kann hierzu auch eine Kopplung des Steuergeräts mit einer entsprechenden Sensorik zur Erfassung von Fahrzeugzustandsgrößen und/oder zur Erfassung des Ist-Lenkmoments vorgesehen und mit dem Steuergerät gekoppelt sein. Gegebenenfalls kann im Steuergerät ein Kennfeld zur Bestimmung des Ist-Lenkmoments enthalten sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 2212328 A [0003]
- DE 102005007307 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Stabilisieren eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, während eines Bremsvorgangs, dadurch gekennzeichnet, – dass ein Ist-Lenkmoment bestimmt wird, – dass ein Soll-Lenkmoment in Abhängigkeit von Zustandsgrößen des Fahrzeugs berechnet wird, – dass in Abhängigkeit einer Soll-Ist-Abweichung mittels einer Stelleinrichtung in ein Lenksystem des Fahrzeugs ein die Soll-Ist-Abweichung reduzierendes Stellmoment eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Soll-Lenkmoment aus den Größen Lenkradwinkel, Längsgeschwindigkeit, Längsbeschleunigung und Querbeschleunigung oder aus damit korrelierten Größen berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, – dass das Ist-Lenkmoment mittels wenigstens eines Lenkmoment-Sensors gemessen wird, oder – dass das Ist-Lenkmoment mittels wenigstens eines Kennfelds ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennfeld das Ist-Lenkmoment in Abhängigkeit von Fahrgeschwindigkeit, Fahrzeugbeschleunigung und Einzelraddrehzahlen zumindest der lenkbaren Räder enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung im Sinne einer Regelung mit Soll-Ist-Vergleich des Lenkmoments betätigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung des Soll-Lenkmoments und/oder im Kennfeld von Fahrbahnverhältnissen, wie z. B. trocken, nass, warm, kalt, Sand, Beton, Teer etc. abhängige Reibwerte berücksichtigt werden.