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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung
eines Beladungszustandes eines Fahrzeuges, wobei das Fahrzeug mindestens
ein Assistenzsystem einer Fahrdynamikregelung, insbesondere ein
elektronisches Stabilitätsprogramm, umfasst.
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Aus
der
DE 10 2006
024 367 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Leuchtweitenregulierung
von verstellbaren Scheinwerfern eines Fahrzeuges bekannt. Dazu umfasst
das Fahrzeug mindestens ein Assistenzsystem, welches fahrdynamische Größen
mittels Sensoren erfasst und auswertet. Weiterhin ist eine Auswerte-
und Steuereinheit vorgesehen, welche von dem mindestens einen Assistenzsystem
eine Kenngröße empfängt, welche von dem mindestens
einen Assistenzsystem aus den erfassten fahrdynamischen Größen
ermittelt wird, wobei die erfassten fahrdynamischen Größen
eine Vorderachsendrehzahl, eine Hinterachsendrehzahl und eine Antriebskraft
des Fahrzeuges umfassen und wobei die Auswerte- und Steuereinheit
während eines Fahrbetriebes aus der ermittelten Kenngröße
einen aktuellen durch eine Beladung des Fahrzeuges verursachten
Nickwinkel abschätzt und eine Leuchtweite der verstellbaren
Scheinwerfer über einen Verstellantrieb entsprechend dem
abgeschätzten Nickwinkel einstellt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem
Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Ermittlung eines Beladungszustandes eines
Fahrzeuges anzugeben, auf dessen Grundlage wenigstens eine Leuchtweitenregulierung
durchgeführt wird.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des
Verfahrens durch die in Anspruch 1 und hinsichtlich der Vorrichtung
durch die in Anspruch 6 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren zur Ermittlung eines
Beladungszustandes eines Fahrzeuges, welches mindestens ein Assistenzsystem
einer Fahrdynamikregelung, insbesondere ein elektronisches Stabilitätsprogramm,
umfasst, sieht vor, dass der Beladungszustand anhand eines Eigenlenkverhaltens
des Fahrzeuges ermittelt wird.
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Unter
dem Eigenlenkverhalten des Fahrzeuges wird im Sinne der Erfindung
insbesondere dessen Gierwilligkeit als Rotationsbewegung um die z-Achse
(Fahrzeughochachse) verstanden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis
zugrunde, dass sich das Eigenlenkverhalten als Funktion der Fahrzeugbeladung
in Bezug auf das Fahrzeug, insbesondere in Längsrichtung
(x-Richtung) oder in Querrichtung (y-Richtung) des Fahrzeuges, ändert.
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Durch
ein solches, auf Basis des Eigenlenkverhaltens basierendes Verfahren
zur Ermittlung des Beladungszustandes können zusätzliche
aufwendige mechanische und/oder elektrische Sensoren und andere
Funktions-Anwahlelemente entfallen. Insbesondere wird das Eigenlenkverhalten
und anhand dessen der Beladungszustand in einfacher Art und Weise
mittels des Assistenzsystems, insbesondere des elektronischen Stabilitätsprogramms,
bestimmt. Hierdurch ist es ermöglicht, bereits am und/oder
im Fahrzeug angeordnete Sensorik des Assistenzsystems zur Fahrdynamikregelung
zur Ermittlung des Beladungszustands zu verwenden.
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Der
ermittelte Beladungszustand wird in einer Weiterbildung der Erfindung
zur Steuerung und/oder Regelung weiterer Systeme im Fahrzeug verwendet.
So kann der ermittelte Beladungszustand zur Regelung und/oder Steuerung
von Leuchtweite, Fahrzeugniveau, Stoßdämpfern,
Kohlendioxidausstoß und/oder anderer Assistenzfunktionen
verwendet werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Dabei
zeigt:
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1 ein
Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung eines
erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung eines
Beladungszustandes eines Fahrzeuges.
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In 1,
die die einzige Figur ist, ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung
zur Durchführung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Ermittlung eines Beladungszustandes und/oder einer
Position einer Beladung eines Fahrzeuges 1 dargestellt.
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Das
Fahrzeug 1 verfügt über mindestens ein Assistenzsystem 2 einer
Fahrdynamikregelung, vorzugsweise über ein elektronisches
Stabilitätsprogramm.
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In
einem ersten Verfahrensschritt werden im Fahrbetrieb des Fahrzeuges 1 mittels
einer Sensorik 3 des Assistenzsystems 2 Betriebsgrößen
M, wie z. B. ein Motordrehmoment, ein Lenkwinkel, eine Querbeschleunigung,
ein Schwimmwinkel der einzelnen Fahrzeugräder, eine Längsbeschleunigung,
eine Radgeschwindigkeit der einzelnen Fahrzeugräder, eine
Antriebskraft, eine Bremskraft und/oder eine Gierrate ermittelt.
Alternativ oder zusätzlich können die Betriebsgrößen
M anhand von in einer Auswerte- und Steuereinheit 2.1 des
Assistenzsystems 2 durchgeführten Berechnung ermittelt
werden. Die erfassten Betriebsgrößen M werden
insbesondere über ein CAN-Bus-System der Auswerte- und
Steuereinheit 2.1 des Assistenzsystems 2 zur Verfügung
gestellt.
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Die
ermittelten sowie die berechneten Betriebsgrößen
M, wie beispielsweise die Längsbeschleunigung des Fahrzeuges 1,
werden anschließend in einem weiteren Verfahrensschritt
in der Auswerte- und Steuereinheit 2.1 anhand weiterer
Daten, wie beispielsweise Navigationsdaten, Umgebungsdaten und/oder
anderer geeigneter Fahrzeugbetriebsdaten, korrigiert. So wird z.
B. ermittelt, ob sich das Fahrzeug 1 auf einem Gefälle,
auf einer Steigung oder auf einer Ebene befindet.
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In
der Auswerte- und Steuereinheit 2.1 des Assistenzsystems 2 sind
darüber hinaus Fahrzeugparameter P zur Identifikation des
Fahrzeuges 1, insbesondere des Fahrzeugtyps, hinterlegt.
Beispielsweise sind als Fahrzeugparameter P der Radstand, das Leergewicht,
das maximal zulässige Gesamtgewicht, der Wert einer kritischen
Querbeschleunigung für das Fahrzeug 1 mit normaler
Beladung und für das Fahrzeug 1 ohne Beladung
und/oder ein für das Fahrzeug 1 mit einer vorgegebenen „normalen” Beladung
und ohne Beladung ermittelter Eigenlenkgradient gespeichert. Der
Eigenlenkgradient beschreibt dabei ein Maß für
das Eigenlenkverhalten des Fahrzeuges 1 und wird in herkömmlicher
Art und Weise als Quotient aus Lenkwinkeländerung und Querbeschleunigungsänderung
ermittelt. Dabei wird der gespeicherte Eigenlenkgradient durch Fahrversuche, beispielsweise
konstante Kreisfahrten mit zunehmender Geschwindigkeit, mit dem
Fahrzeug 1 mit der vorgegebenen Beladung und ohne Beladung
ermittelt und als Referenz hinterlegt.
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Aus
dem Eigenlenkgradienten kann darüber hinaus in vorteilhafter
Weise eine charakteristische Geschwindigkeit im Fahrbetrieb, für
das Fahrzeug 1 ermittelt oder in herkömmlicher
Art und Weise als Wurzel aus dem reziproken Wert des Eigenlenkgradienten
abgeleitet werden. Unter der charakteristischen Geschwindigkeit
wird dabei insbesondere die beladungsabhängige Gierwilligkeit
des Fahrzeuges 1 verstanden. D. h., es kann mitunter eine
Aussage darüber gemacht werden, ob das Fahrzeug 1 auf Grund
seiner Beladung vorderachslastig oder hinterachslastig ist. Das
Fahrzeug weist mithin einen beladungsabhängigen maximalen
Wert der charakteristischen Geschwindigkeit auf, aus deren Abweichungen
am Fahrzeug 1 die Fahrzeugbeladung in Längsrichtung
des Fahrzeugs 1 (x-Richtung) ermittelt werden kann.
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Die
charakteristische Geschwindigkeit beschreibt somit das Eigenlenkverhalten
des Fahrzeuges 1 und ist unter anderem von wirksamen Schräglaufsteifigkeiten
an Vorderachse und Hinterachse, von dem Radstand, von einer Fahrzeugmasse
und von der Schwerpunktlage des Fahrzeuges 1 abhängig.
Der Eigenlenkgradient sowie die charakteristische Geschwindigkeit
repräsentieren somit eine Tendenz des Gierens des Fahrzeuges 1 bezogen
auf einen Fahrzeugführerlenkwunsch.
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Vorzugsweise
sind in der Auswerte- und Steuereinheit 2.1 die für
das unbeladene Fahrzeug 1 ermittelte charakteristische
Geschwindigkeit sowie die für das vorgegebene normal beladene
Fahrzeug 1 ermittelte charakteristische Geschwindigkeit
als Kennlinien hinterlegt. Dabei ist unter normal beladenem Fahrzeug 1 zu
verstehen, dass die Beladung nach empfohlenen Herstellerangaben
derart gleichverteilt im Fahrzeug 1 angeordnet ist, dass
sich die Schwerpunktlage des Fahrzeuges 1 in Längsrichtung (x-Richtung)
entsprechend der Fahrzeugauslegung verändert. Regelschwellen
des Assistenzsystems 2 der Fahrdynamikregelung werden in
einer Applikationsphase durch eine Fahrzeugidentifikation für
das unbeladene und das normal beladene Fahrzeug 1 bestimmt.
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Im
Betrieb des Fahrzeuges 1 wird dann anhand des momentanen
Fahrverhaltens die tatsächliche charakteristische Geschwindigkeit
ermittelt und der Auswerte- und Steuereinheit 2.1 zugeführt.
Anschließend wird die ermittelte tatsächliche
charakteristische Geschwindigkeit mit den hinterlegten charakteristischen
Geschwindigkeiten verglichen. Dabei resultiert aus dem Vergleich,
ob das Fahrzeug 1 unbeladen, vorderachslastig, normal oder
hinterachslastig beladen ist.
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Weiterhin
ist in der Auswerte- und Steuereinheit 2.1 ein Kennfeld
hinterlegt, welches Reifeneigenschaften des Fahrzeuges 1 berücksichtigt.
Insbesondere beschreibt das Kennfeld die Abhängigkeit von Seitenführungskraft
und Normalkraft (= senkrechte Radaufstandskraft) bei verschiedenen
Schräglaufwinkeln für einen Reifen. Dabei bezeichnet
die Normalkraft eine Radaufstandskraft, die sich in Abhängigkeit
des Beladungszustandes sowie der Position der Beladung ändert.
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Zur
Ermittlung des Beladungszustands des Fahrzeuges 1 werden
in einem weiteren Verfahrensschritt die Reifeneigenschaften des
Fahrzeuges 1 berücksichtigt, indem mittels der
Auswerte- und Steuereinheit 2.1 die Seitenführungskraft
und der Schräglaufwinkel insbesondere radbezogen und gegebenenfalls
in Bezug auf Vorderachse und Hinterachse getrennt ermittelt und
anhand dieser die Normalkraft und somit als Beladungszustand das
Gewicht der Beladung bestimmt werden. Um die Position der Beladung
in Bezug zum Fahrzeug 1 zu ermitteln, wird aus den radbezogen
ermittelten Seitenführungskräften und Schräglaufwinkeln
und den daraus abgeleiteten Normalkräften der Schwerpunkt
des Fahrzeuges und somit die Position der Beladung ermittelt und
gegebenenfalls bewertet.
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Wird
beispielsweise das Fahrzeug 1 mit einer zusätzlichen
Hecklast bestückt, verschiebt sich die Schwerpunktlage
nach hinten. Die Radlast auf der Hinterachse nimmt dadurch linear
zu, so dass sich Schwerpunktverschiebung und Radlast proportional
zueinander verhalten. Aufgrund der hecklastigeren Schwerpunktlage
wird bei Kurvenfahrt die Zentrifugalkraft zunehmend von der Hinterachse
des Fahrzeuges 1 aufgenommen. Dieser Zusammenhang ist ebenfalls
linear, d. h. Schwerpunktverschiebung und Seitenführungskraftzunahme
an der Hinterachse verhalten sich bei Kurvenfahrt proportional.
Das hat zur Folge, dass sich im Fall eines hinterachslastigeren Fahrzeuges 1 bei
Kurvenfahrt ein größerer Schräglaufwinkel
an der Hinterachse einstellt. Das Fahrzeug 1 fährt
somit in Kurven tendenziell übersteuernd.
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Ein
hinterachslastigeres Fahrzeug weist eine Tendenz zum Übersteuern,
d. h., der maximale Wert der charakteristischen Geschwindigkeit
verschiebt sich in Richtung höherer Fahrzeuggeschwindigkeiten,
und ein vorderachslastigeres Fahrzeug weist eine Tendenz zum Untersteuern
auf. D. h. der maximale Wert der charakteristischen Geschwindigkeit verschiebt
sich in Richtung kleinerer Fahrzeuggeschwindigkeiten, Mittels des
erfindungsgemäßen Verfahrens wird dabei im Detail
aus einer Veränderung, insbesondere einer Erhöhung
der übertragenen Seitenführungskraft und den daraus
resultierenden Schräglaufwinkeln auf eine Veränderung
der Normalkraft und somit auf eine Änderung der Beladung
zurück geschlossen.
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Insbesondere
wird ermittelt, welche Achse anteilsmäßig in Bezug
auf ein Gesamtgewicht des Fahrzeuges 1 höher beladen
ist, wodurch die Position der Beladung in Längsrichtung
des Fahrzeuges 1 bestimmt wird.
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In
besonders vorteilhafter Weise sieht das erfindungsgemäße
Verfahren weiterhin vor, die Position der Beladung auch in Querrichtung
des Fahrzeuges 1 zu ermitteln. Hierzu wird die Position
hinsichtlich der Beladung in Querrichtung über eine Asymmetrie
eines Fahrzeugverhaltens bei Kurvenfahrten ermittelt.
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Zusätzlich
kann vorgesehen sein, dass mittels eines Beschleunigungssensors
Störgrößen hinsichtlich des ermittelten
Beladungszustandes und/oder der Position der Beladung erfasst werden. Hierzu
ist der Hochbeschleunigungssensor mit der Auswerte- und Steuereinheit 2.1 gekoppelt.
Die erfassten Signale werden der Auswerte- und Steuereinheit 2.1 zugeführt,
wodurch die Ermittlung des Beladungszustandes, insbesondere das
Gewicht, das Volumen und/oder die Ermittlung der Position der Beladung
in dem Fahrzeug 1 verbessert werden kann. Auch kann der
Hochbeschleunigungssensor dahingehend verwendet werden, den anhand
des Verfahrens ermittelten Beladungszustand, insbesondere das Gewicht,
das Volumen und/oder die ermittelte Position der Beladung anhand
erfasster Signale zu bestätigen.
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Das
Assistenzsystem 2 der Fahrdynamikregelung steuert und/oder
regelt in Abhängigkeit vom ermittelten Beladungszustand,
insbesondere des Gewichts, des Volumens und/oder der Position der Beladung
die Abweichung zwischen Fahrerlenkwunsch und dem tatsächlichen
Fahrverhalten des Fahrzeuges 1 durch entsprechende Übersteuer- oder
Untersteuereingriffe aus.
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Wird
beispielsweise mittels des Assistenzsystems 2 anhand des
Eigenlenkverhaltens unter Berücksichtigung der Reifeneigenschaften
ermittelt, dass das Fahrzeug 1 in Längsrichtung
(x-Richtung) auf der Vorderachse aufgrund einer Beladung stärker belastet
ist, so wird eine Tendenz zu einem untersteuernden Fahrverhalten
für das frontlastige Fahrzeug 1 mittels des Assistenzsystems 2 ermittelt
und ein entsprechendes Steuersignal erzeugt, das diesem untersteuernden
Fahrverhalten entgegen wirkt.
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Wird
hingegen mittels des Assistenzsystems 2 anhand des Eigenlenkverhaltens
unter Berücksichtigung der Reifeneigenschaften ermittelt,
dass das Fahrzeug 1 in Längsrichtung (x-Richtung)
auf der Hinterachse aufgrund einer Beladung stärker belastet
ist, so wird eine Tendenz zu einem übersteuernden Fahrverhalten
für das hecklastige Fahrzeug 1 mittels des Assistenzsystems 2 ermittelt
und ein entsprechendes Steuersignal erzeugt, das diesem übersteuernden
Fahrverhalten entgegen wirkt.
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Darüber
hinaus ist vorgesehen, dass ermittelt werden kann, ob das Fahrzeug 1 fehlerhaft
beladen ist. Unter einer fehlerhaften Beladung wird insbesondere
verstanden, dass die Beladung und/oder der resultierende Fahrzeugeschwerpunkt
räumlich gesehen hinter der Hinterachse in dem Fahrzeug 1 oder an
dem Fahrzeug 1 angeordnet ist. Dadurch kann das Fahrzeug 1 ein übersteuerndes
Verhalten aufweisen. Fährt das Fahrzeug 1 beispielsweise
eine Steigung hinauf, kann es im Extremfall passieren, dass die
Fahrzeugreifen der Vorderachse keine Straßenhaftung mehr
aufweisen, wodurch das übersteuernde Verhalten in ein untersteuerndes
Verhalten übergeht.
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Wird
bei Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ermittelt, dass das Fahrzeug 1 fehlerhaft beladen
ist, ist vorgesehen, dass eine Warnmeldung, optisch, haptisch und/oder
akustisch, an einen Fahrzeugführer des Fahrzeuges 1 ausgegeben
wird, wodurch in besonders vorteilhafter Weise auf die Gefahr eines
möglichen übersteuernden oder untersteuernden
Fahrverhaltens hingewiesen wird. Alternativ oder zusätzlich
ist es vorgesehen, die Warnmeldung in der Auswerte- und Steuereinheit 2.1 oder
einem geeigneten Speichermedium abzuspeichern, sodass bspw. weitere
Assistenzsysteme auf diese Fahrzeuginformation zugreifen und diese
verwenden können.
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In
einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird dieses für weitere Assistenzfunktionen F1 bis Fn des
Fahrzeuges, wie z. B. eine Leuchtweitenregulierung, eine Niveauregulierung, eine
Vorderachs- und/oder Hinterachs-Stoßdämpferfunktion,
eine Applikation von Antiblockiersystem-, Antischlupfregelung- und/oder
elektronischen Stabilitätsprogramm-Funktionen beladungsabhängig
verwendet. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens für derartige Assistenzfunktionen F1 bis Fn
wird die Fahrsicherheit verbessert.
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Weiterhin
können ein Schaltprogramm eines Automatikgetriebes, Motorkennfeldmaßnahmen,
ein CO2-reduzierender Fahrbetrieb, eine
Bremsrekuperation und/oder eine Wankregulierung des Fahrzeuges 1 optimiert
werden.
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Bei
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
eine separate Sensorik zur Ermittlung des Beladungszustandes und/oder
zur Ermittlung der Position der Beladung im Fahrzeug 1 in
vorteilhafter Weise nicht erforderlich.
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Assistenzsystem
- 2.1
- Auswerte-
und Steuereinheit
- 3
- Sensorik
- F1
bis Fn
- Assistenzfunktion
- M
- Betriebsgrößen
- P
- Fahrzeugparameter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006024367
A1 [0002]