DE102009013895B4

DE102009013895B4 - Fahrzeug mit einer Einrichtung zur Regelung der Fahrdynamik mit in einer gemeinsamen Baueinheit integriertem Lenkwinkelsensor, Gierratensensor und Beschleunigungssensor

Info

Publication number: DE102009013895B4
Application number: DE102009013895A
Authority: DE
Inventors: Christian 80937 Huber; Markus 80993 Stöhr; Michael 80935 Herges; Oliver 74394 Jundt
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2029-03-20
Also published as: US8660768B2; DE102009013895A1; US20100292903A1

Abstract

Fahrzeug mit einer Einrichtung zur Regelung der Fahrdynamik, beinhaltend wenigstens einen Lenkwinkelsensor (2), einen Gierratensensor (4) und einen Beschleunigungssensor (6) zum Messen wenigstens der Querbeschleunigung des Fahrzeugs sowie eine Signalaufbereitungselektronik (8) zur Aufbereitung der von den Sensoren gelieferten Messsignale und eine Auswerteelektronik zur Beeinflussung einer Bremsanlage und/oder eines Antriebs des Fahrzeugs abhängig von diesen Signalen, wobei der Lenkwinkelsensor (2), der Gierratensensor (4) und der Beschleunigungssensor (6) in einer gemeinsamen Baueinheit (10) zusammengefasst sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (10) außerhalb eines mit Kippscharnieren versehenen Fahrerhauses des Fahrzeugs angeordnet ist, wobei der Gierratensensor (4) und der Beschleunigungssensor (6) in einem separaten Gehäuse untergebracht sind, welches an das Gehäuse (1) des Lenkwinkelsensors (2) angeflanscht ist und wobei die Signalaufbereitungselektronik (8) entweder in dem separaten Gehäuse oder in dem Gehäuse (1) des Lenkwinkelsensors (2) angeordnet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Fahrzeug mit einer Einrichtung zur Regelung der Fahrdynamik gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein solches ESP-System (Elektronisches Stabilitätsprogramm) betrifft die Regelung des Fahrzeugverhaltens im fahrdynamischen Grenzbereich und soll die drei Freiheitsgrade des Fahrzeugs in der Ebene (Längs-, Quer- und Giergeschwindigkeit um die Hochachse) im Sinne eines an den Fahrerwunsch und die Fahrbahn angepassten Fahrverhaltens beeinflussen. Hierzu muss zuerst bestimmt werden, wie sich das Fahrzeug im Grenzbereich entsprechend dem Fahrerwunsch verhalten soll (Sollverhalten) und wie es sich tatsächlich verhält (Istverhalten). Zur Verringerung der Differenz zwischen Soll- und Istverhalten (Regelabweichung) müssen die Reifenkräfte in geeigneter Weise über Stellglieder beeinflusst werden.
Das Gesamtsystem enthält das Fahrzeug als Regelstrecke, die Sensoren zur Bestimmung der Reglereingangsgrößen, Stellglieder zur Beeinflussung der Brems- und Antriebskräfte sowie den hierarchisch strukturierten Regler, bestehend aus überlagertem Fahrdynamikregler und unterlagerten Schlupfreglern. Der überlagerte Regler gibt Sollwerte für den unterlagerten Regler in Form von Sollschlupf vor. Im „Beobachter” wird die geregelte Zustandsgröße ermittelt.
Zur Bestimmung des Sollverhaltens werden die den Fahrerwunsch beschreibenden Signale des Lenkradwinkelsensors (Lenkwunsch), des Bremsdrucksensors (Verzögerungswunsch) und des Motormanagements (Antriebsmomentenwunsch) ausgewertet. Zusätzlich geht in die Berechnung des Sollverhaltens die Fahrzeuggeschwindigkeit ein, die aus den Signalen der Raddrehzahlensensoren, des Querbeschleunigungssensors, des Giergeschwindigkeitssensors und des Bremsdrucksensors geschätzt wird. In Abhängigkeit von der Regelabweichung wird das Giermoment berechnet, das benötigt wird, um die Istzustandsgrößen den Sollzustandsgrößen anzugleichen.
Zur Erzeugung dieses Giersollmoments werden im Fahrdynamikregler die erforderlichen Sollschlupfänderungen an den geeigneten Rädern ermittelt. Sie werden über die unterlagerten Brems- und Antriebsschlupfregler und die Stellglieder Bremse und Motor eingestellt. Ein solches ESP-System baut auf bekannten ABS- und ASR-Komponenten auf. Durch das Motorsteuergerät mit CAN-Schnittstelle können das erforderliche Motormoment und damit die Antriebsschlupfwerte an den Rädern eingestellt werden.
Eine solche Einrichtung ist in der EP 0 922 618 B1 offenbart. Dort sind der Giergeschwindigkeitssensor und der Querbeschleunigungssensor in die Fahrdynamikelektronik integriert. Damit ergeben sich gewisse Vorteile hinsichtlich einer Ersparnis von Verkabelung und Gehäusen.
Die DE 11 2005 003 289 T5 beschreibt eine Fahrzeugsensorvorrichtung mit einem Fahrzeugdynamiksensor und einem Lenkwinkelsensor. Dabei ist eine Baueinheit beinhaltend den Lenkwinkelsensor und den Fahrdynamiksensor im Bereich der Lenksäule innerhalb einer Fahrgastzelle angeordnet. Alternativ wird eine Lösung beschrieben, bei welcher der Fahrdynamiksensor auf der Maschinenraumseite mit einem Steuergerät zu einer Baueinheit verbaut und der Lenkwinkelsensor an der Lenksäule in der Fahrgastzelle angeordnet ist.
Die EP 1 118 519 A2 beschreibt ein Fahrzeug, bei welchem ein Gierratensensor und ein Beschleunigungssensor in das Gehäuse eines Steuergeräts integriert sind, wobei dieses Gehäuse an einem Rahmen eines Nutzfahrzeugs, entfernt vom Lenkwinkelsensor, angeordnet ist.
Bei solchen Fahrdynamikregelsystemen besteht die Gefahr, dass ihre Funktion durch eine defekte Verkabelung der Baueinheit mit anderen Komponenten wie beispielsweise dem ESP-Steuergerät beeinträchtigt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug der eingangs erwähnten Art derart weiter zu bilden, dass dessen Einrichtung zur Regelung der Fahrdynamik weniger störanfällig ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Lenkwinkelsensor, der Gierratensensor und der Beschleunigungssensor in einer gemeinsamen Baueinheit zusammengefasst sind.
Weiterhin ist in die Baueinheit weiterhin wenigstens eine Signalaufbereitungselektronik zur Aufbereitung der von den Sensoren gelieferten Messsignale wie ein Analog-Digital-Wandler integriert. Bevorzugt sind die Signalaufbereitungselektronik sowie der Beschleunigungssensor und der Gierratensensor auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet. Alternativ ist die Signalaufbereitungselektronik in dem Gehäuse für den Lenkwinkelsensor untergebracht.
Da die Sensoren zur Signalübermittlung in der Regel an einen Fahrzeugdatenbus angeschlossen sind, wird zudem der Umfang des Kabelbaums bzw. die Anzahl der Stecker reduziert, was sich vorteilhaft auf die Kosten und die Zuverlässigkeit auswirkt.
Erfindungsgemäß ist die Baueinheit außerhalb eines mit Kippscharnieren versehenen Fahrerhauses des Fahrzeugs angeordnet.
Vorteilhaft dabei ist, dass die Verkabelung der Baueinheit nicht über die Kippscharniere des Fahrerhauses geführt werden muss und daher keiner Bewegung ausgesetzt ist, was die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Sensorverkabelung vorteilhaft erhöht.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Erfindung möglich.
Da die Neigung der Lenksäule in heutigen Fahrzeugen, insbesondere in Nutzfahrzeugen in der Regel in Fahrzeuglängsrichtung einstellbar ist, würde ein zusammen mit dem Lenkwinkelsensor in einer Baueinheit verbauter Gierratensensor falsche Messsignale liefern, wenn die Lenksäule gegenüber der Fahrzeugvertikalen geneigt eingestellt ist. Falls aber in bevorzugender Weise der Beschleunigungssensor ein dreiachsiger Sensor zur Erfassung der Beschleunigung in drei zueinander senkrechten Richtungen ist, kann aus den drei Beschleunigungsmesssignalen in X-, Y- und Z-Richtung die momentane Winkelposition des Gierratensensors in Bezug zur Vertikalen bestimmt und das Messsignal des Gierratensensors derart korrigiert werden, als ob dieses Messsignal von einem Gierratensensors stammte, welcher mit seiner Messrichtung exakt vertikal ausgerichtet wäre.
Weiterhin müsste ein einachsiger Beschleunigungssensor zur Messung der Querbeschleunigung mit seiner Messrichtung exakt senkrecht zur Fahrzeuglängsachse ausgerichtet werden, was bei der Montage aber nicht immer oder nur unter größeren Toleranzen gelingt.
Nicht zuletzt bietet ein in drei Achsen messender Beschleunigungssensor gegenüber einem in nur einer Achse (Querrichtung) messenden Beschleunigungssensor im Rahmen der Erfindung den Vorteil, dass Kippbewegungen oder Schwingungen des Fahrerhauses aufgrund einer bei schweren Nutzfahrzeugen federnden Aufhängung des Fahrerhauses am Rahmen detektiert werden können, da diese zumeist in allen drei Richtungen stattfinden und damit ausgeschlossen werden kann, dass die in der Messrichtung quer zur Fahrzeuglängsrichtung vom Beschleunigungssensor erzeugten Signale auf eine Kurvenfahrt zurückzuführen sind. Solche, lediglich auf ein Schwingen des Fahrerhauses zurückzuführende Signale werden dann von der Auswertelektronik ausgefiltert und nicht als Messsignale innerhalb des ESP-Systems verwertet.
Alternativ könnte der Gierratensensor ein dreiachsiger Sensor zur Erfassung der Gierrate in drei zueinander senkrechten Richtungen sein, weil dann aus den drei Messsignalen in X-, Y- und Z-Richtung der Winkel der Lenksäule in Bezug zur Fahrzeugvertikalen und damit auch die Gierrate des Fahrzeugs in Bezug zur Fahrzeugvertikalen in Z-Richtung bestimmt bzw. berechnet werden kann.
Genaueres geht aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor.
Zeichnung
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Regelung der Fahrdynamik mit in einer gemeinsamen Baueinheit integriertem Lenkwinkelsensor, Gierratensensor und Beschleunigungssensor dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur eine Querschnittsdarstellung einer Baueinheit 10 aus Lenkwinkelsensor 2, Gierratensensor 4, Beschleunigungssensor 6 und Signalaufbereitungselektronik 8 in dem Gehäuse 1 des Lenkwinkelsensors 2.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist ein Gehäuse 1 eines Lenkwinkelsensors 2 gezeigt, welcher Teil einer Einrichtung zur Regelung der Fahrdynamik eines Fahrzeugs, hier insbesondere eines Nutzfahrzeugs ist.
Die Einrichtung beinhaltet weiterhin einen Gierratensensor 4 und einen Beschleunigungssensor 6 zum Messen wenigstens der Querbeschleunigung des Fahrzeugs sowie eine Signalaufbereitungselektronik 8 zur Aufbereitung der von den Sensoren gelieferten Messsignale in Form eines Micro-Controllers, welcher beispielsweise die von den Sensoren 2, 4, 6 analogen Messsignale in digitale Signale wandelt, um diese dann in einen hier nicht gezeigten CAN-Fahrzeug-Datenbus einsteuern zu können, welcher die digitalisierten Signale dann an eine Auswerteelektronik sendet, die abhängig von diesen Signalen eine Bremsanlage und den Antrieb des Fahrzeugs beeinflusst.
Gemäß einer Ausführungsform sind der Lenkwinkelsensor 2, der Gierratensensor 4, der Beschleunigungssensor 6 und die Signalaufbereitungselektronik 8 in einer gemeinsamen Baueinheit 10 zusammengefasst, indem diese Bauteile bzw. Baugruppen bevorzugt im Gehäuse 1 des Lenkwinkelsensors 2 untergebracht sind. Das Gehäuse 1 des Lenkwinkelsensors 2 ist ohnehin bereits an der Lenksäule vorhanden, um seine Signalaufbereitungselektronik sowie den Lenkwinkelsensor 2 selbst geschützt unterzubringen.
Erfindungsgemäß sind jedoch der Gierratensensor 4 und der Beschleunigungssensor 6 in einem eigenen Gehäuse untergebracht, welches dann an das Gehäuse 1 des Lenkwinkelsensors 2 angeflanscht ist, wobei die Signalaufbereitungselektronik 8 dann entweder in dem separaten Gehäuse oder in dem Gehäuse 1 des Lenkwinkelsensors 2 angeordnet ist. Anstatt einer gemeinsamen Signalaufbereitungselektronik 8 für alle Sensoren 2, 4, 6 könnte auch jeder der Sensoren 2, 4, 6 über eine eigene Signalaufbereitungselektronik verfügen, welche dann ebenfalls in die Baueinheit 10 bzw. in das Gehäuse 1 integriert sind.
Dieses Gehäuse 1 hat eine Durchgangsöffnung 12, durch welche eine Lenksäule 14 ragt, in welcher eine ein Lenkrad endseitig tragende Lenkspindel 16 drehbar gelagert ist. Bei dem Lenkwinkelsensor 2 handelt es sich bevorzugt um einen magnetoresistiven Sensor mit einem ringförmigen Zahnkranz, der die Durchgangsöffnung 12 und den mit der Lenkspindel 16 mitdrehenden Sensorteil umschließt.
Die Neigung der Lenksäule 14 in Bezug zur Fahrzeuglängsrichtung ist einstellbar. Daher würde ein zusammen mit dem Lenkwinkelsensor 2 in einer Baueinheit 10 verbauter Gierratensensor 4 falsche Messsignale liefern, wenn die Lenksäule 14 gegenüber der Fahrzeugvertikalen geneigt eingestellt wird. Deshalb ist der Beschleunigungssensor 6 bevorzugt ein dreiachsiger Sensor zur Erfassung der Beschleunigung in drei zueinander senkrechten Richtungen. Dann ist die Auswertelektronik bevorzugt ausgebildet, um aus den drei Beschleunigungsmesssignalen in X-, Y- und Z-Richtung die momentane Winkelposition des Gierratensensors 4 in Bezug zur Fahrzeugvertikalen zu bestimmen und das Messsignal des Gierratensensors 4 derart zu korrigieren, dass es ausschließlich die Drehung des Fahrzeugs um die Fahrzeugvertikale oder Z-Richtung beschreibt.
Alternativ oder zusätzlich kann der Gierratensensor 4 ein dreiachsiger Sensor zur Erfassung der Gierrate in drei zueinander senkrechten Richtungen sein, weil dann aus den drei Messsignalen in X-, Y- und Z-Richtung der Winkel der Lenksäule in Bezug zur Fahrzeugvertikalen oder Z-Richtung und damit auch die Gierrate des Fahrzeugs in Bezug zur Fahrzeugvertikalen in Z-Richtung bestimmt bzw. berechnet werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Lenkwinkelsensor
4: Gierratensensor
6: Beschleunigungssensor
8: Signalaufbereitungselektronik
10: Baueinheit
12: Durchgangsöffnung
14: Lenksäule
16: Lenkspindel
18: Leiterplatte

Claims

Fahrzeug mit einer Einrichtung zur Regelung der Fahrdynamik, beinhaltend wenigstens einen Lenkwinkelsensor (2), einen Gierratensensor (4) und einen Beschleunigungssensor (6) zum Messen wenigstens der Querbeschleunigung des Fahrzeugs sowie eine Signalaufbereitungselektronik (8) zur Aufbereitung der von den Sensoren gelieferten Messsignale und eine Auswerteelektronik zur Beeinflussung einer Bremsanlage und/oder eines Antriebs des Fahrzeugs abhängig von diesen Signalen, wobei der Lenkwinkelsensor (2), der Gierratensensor (4) und der Beschleunigungssensor (6) in einer gemeinsamen Baueinheit (10) zusammengefasst sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (10) außerhalb eines mit Kippscharnieren versehenen Fahrerhauses des Fahrzeugs angeordnet ist, wobei der Gierratensensor (4) und der Beschleunigungssensor (6) in einem separaten Gehäuse untergebracht sind, welches an das Gehäuse (1) des Lenkwinkelsensors (2) angeflanscht ist und wobei die Signalaufbereitungselektronik (8) entweder in dem separaten Gehäuse oder in dem Gehäuse (1) des Lenkwinkelsensors (2) angeordnet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (6) ein dreiachsiger Sensor zur Erfassung der Beschleunigung in drei zueinander senkrechten Richtungen ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gierratensensor (4) ein dreiachsiger Sensor zur Erfassung der Gierrate in drei zueinander senkrechten Richtungen ist.