DE102014211268A1

DE102014211268A1 - Gespann-Stabilisationsvorrichtung

Info

Publication number: DE102014211268A1
Application number: DE102014211268.0A
Authority: DE
Inventors: Enrico Pellegrini; Christoph Kilian; Tommaso Beretta; Jonathan Miller; Stefan Gietl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-06-12
Filing date: 2014-06-12
Publication date: 2015-12-17

Abstract

Erfindungsgemäß ist ein Regelsystem einer Gespann-Stabilisationsvorrichtung zum Stabilisieren des Schlingerverhaltens eines Gespanns aus Zugfahrzeug und daran angehängtem Anhängerfahrzeug geschaffen, mit einer Sensoreinrichtung, mittels der das Ist-Schlingerverhalten des Gespanns ermittelbar ist, mit einer Modelleinrichtung, mittels der das Soll-Schlingerverhalten des Gespanns ermittelbar ist, und mit einer Steuereinrichtung, mittels der durch einen Vergleich des Ist-Schlingerverhaltens mit dem Soll-Schlingerverhalten ein Aktuator zur Stabilisierung des Schlingerverhaltens des Gespanns betätigbar ist, wobei mit der Modelleinrichtung das Soll-Schlingerverhaltens des Gespanns anhand eines Einspurmodells allein des Zugfahrzeugs ermittelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelsystem einer Gespann-Stabilisationsvorrichtung zum Stabilisieren des Schlingerverhaltens eines Gespanns aus Zugfahrzeug bzw. Fahrzeug ohne Anhängerfahrzeug und daran angehängten Anhängerfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung eine derartige Gespann-Stabilisationsvorrichtung, ein Gespann mit einer derartigen Gespann-Stabilisationsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Stabilisieren des Schlingerverhaltens eines Gespanns aus Zugfahrzeug und daran angehängtem Anhängerfahrzeug.
Bei Fahrzeuggespannen, die mit einem Zugfahrzeug und einem Anhängerfahrzeug gebildet sind, nimmt bei zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit die Eigendämpfung des Gespanns üblicherweise stark ab. Das Anhängerfahrzeug beginnt dann hinter dem Zugfahrzeug zu schlingern. Aus Versuchen ist es bekannt, dass insbesondere bei Fahrzeuggeschwindigkeiten von mehr als 80 km/h das Gespann instabil werden kann und die Amplituden der Schlingerbewegung des Anhängerfahrzeugs anwachsen. Dieser Effekt wird bei einer ungünstigen Massenverteilung zwischen Zugfahrzeug und Anhängerfahrzeug zusätzlich verstärkt. Bei einem einsetzenden Schlingern wird dadurch auch eine wirksame Korrekturmaßnahme am Zugfahrzeug erschwert.
Allgemein bekannte Verfahren zum Abbau von auftretenden Schlingerbewegungen an Gespannen nutzen einen so genannten Knickwinkel zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhängerfahrzeug, der mit einem Knickwinkelsensor ermittelt wird. Mit dem Knickwinkelsensor wird dann eine ungewünschte bzw. unbeabsichtigte Änderung des Knickwinkels und damit die Schlingerbewegung erkannt.
Aus DE 44 31 698 C1 ist ein Verfahren zur Begrenzung des Knickwinkels eines Gespanns, dort ein Gelenkbus, bekannt, bei dem durch selektives Betätigen der Fahrzeugbremsen an den einzelnen Rädern jeweils nach hinten gerichtete Kräfte erzeugt werden, deren Momente der Schlingerbewegung entgegenwirken. Obwohl mit diesem Verfahren ein Schlingern wirksam abbaubar sein soll, stellt die Betätigung der Fahrzeugbremsen einen verhältnismäßig großen Regelungseingriff dar, der erst jenseits eines Toleranzbandes, das heißt nach Überschreitung einer kritischen Schlingeramplitude, vorgenommen werden sollte. Dies hat zur Folge, dass der Regelungseingriff als niederfrequenter Bremseingriff durch die Fahrdynamikregelung für den Passagier des Fahrzeugs nicht unbemerkt bleibt, was wiederum negativen Einfluss auf den Fahrkomfort hat.
Mit der Erfindung soll eine Gespann-Stabilisationsvorrichtung zum Stabilisieren des Schlingerverhaltens eines Gespanns aus Zugfahrzeug und daran angehängtem Anhängerfahrzeug sowie ein Verfahren zum Stabilisieren des Schlingerverhaltens eines Gespanns aus Zugfahrzeug und daran angehängtem Anhängerfahrzeug geschaffen werden, mit dem insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten des Gespanns eine verbesserte Fahrdynamik gewährleistet ist.
Die Aufgabe ist mit einem Regelsystem einer Gespann-Stabilisationsvorrichtung zum Stabilisieren des Schlingerverhaltens eines Gespanns aus Zugfahrzeug und daran angehängtem Anhängerfahrzeug gelöst, mit einer Sensoreinrichtung, mittels der das Ist-Schlingerverhalten des Gespanns ermittelbar ist, mit einer Modelleinrichtung, mittels der das Soll-Schlingerverhalten des Gespanns ermittelbar ist, und mit einer Steuereinrichtung, mittels der durch einen Vergleich des Ist-Schlingerverhaltens mit dem Soll-Schlingerverhalten ein Aktuator zur Stabilisierung des Schlingerverhaltens des Gespanns betätigbar ist, wobei mit der Modelleinrichtung das Soll-Schlingerverhaltens des Gespanns anhand eines Einspurmodells allein des Zugfahrzeugs ermittelt ist.
Das erfindungsgemäße Regelsystem verwendet zum Modellieren eines Soll-Schlingerverhaltens eines Gespanns nicht das gesamte Gespann, also nicht ein Zweispurmodell aus Zugfahrzeug und Anhängerfahrzeug, sondern ein Einspurmodell und zwar allein des Zugfahrzeugs. Mit dieser Vorgehensweise wird die Modellierung des Soll-Schlingerverhaltens erheblich vereinfacht, wobei zugleich, dass haben Versuche inzwischen gezeigt, die erforderliche Genauigkeit bei der Modellierung gewährleistet werden kann.
Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß beim Stabilisieren des Schlingerverhaltens des Gespanns auf ein Soll-Schlingerverhalten des Zugfahrzeugs allein referenziert. Das Soll-Schlingerverhalten des Gespanns wird dabei vorzugsweise anhand eines Fahrer-Lenkwinkels des Zugfahrzeugs und/oder anhand der Fahrzeug-Geschwindigkeit des Zugfahrzeugs ermittelt. Der Fahrer-Lenkwinkel gibt als eine wesentliche Eingangsgröße für das erfindungsgemäße Modell den Richtungswunsch des Fahrers mittels dessen Stellbewegung am Lenkrad wieder. Die Fahrzeug-Geschwindigkeit des Zugfahrzeugs ist eine weitere wichtige Eingangsgröße für das erfindungsgemäße Modell, anhand der dann dessen Soll-Verhalten besonders vereinfacht bestimmt werden kann.
Das Ist-Schlingerverhalten des erfindungsgemäßen Gespanns wird vorzugsweise anhand einer Gierrate des Gespanns und/oder anhand der Querbeschleunigung des Gespanns ermittelt. Die beiden Größen Gierrate und Querbeschleunigung sind am Gespann einfach zu ermittelnde Werte, mittels denen erfindungsgemäß vereinfacht sehr genau auf die Ist-Situation des erfindungsgemäßen Gespanns rückgeschlossen werden kann.
Ferner ist die Aufgabe mit einer Gespann-Stabilisationsvorrichtung zum Stabilisieren des Schlingerverhaltens eines Gespanns aus Zugfahrzeug und daran angehängtem Anhängerfahrzeug gelöst, insbesondere mit einem oben genannten Regelsystem, bei der das Zugfahrzeug mit einer aktiven Wankstabilisierung versehen ist, die durch aktive oder semiaktive Komponenten umgesetzt ist, eine Sensoreinrichtung vorgesehen ist, mittels der das Ist-Schlingerverhalten des Gespanns ermittelbar ist, und eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, mittels der die aktive Wankstabilisierung in Abhängigkeit des Schlingerverhaltens des Gespanns betätigbar ist.
Die aktive Wankstabilisierung ist dabei insbesondere bevorzugt mittels eines aktiven Stabilisators und/oder mittels eines semiaktiven oder aktiven Dämpfers eines zugehörigen Fahrwerks des Zugfahrzeugs ausgebildet.
Alternativ oder zusätzlich ist erfindungsgemäß eine Gespann-Stabilisationsvorrichtung zum Stabilisieren des Schlingerverhaltens eines Gespanns aus Zugfahrzeug und daran angehängtem Anhängerfahrzeug geschaffen, insbesondere mit einem Regelsystem der oben genannten Art, bei der das Zugfahrzeug mit einer aktiven Hinterradlenkung bzw. Hinterachsschräglaufregelung versehen ist, eine Sensoreinrichtung vorgesehen ist, mittels der das – Schlingerverhalten des Gespanns ermittelbar ist, und eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, mittels der die aktive Hinterradlenkung bzw. Hinterachsschräglaufregelung in Abhängigkeit des Ist-Schlingerverhaltens des Gespanns betätigbar ist.
Darüber hinaus ist gemäß der Erfindung ein Gespann mit einer derartigen erfindungsgemäßen Gespann-Stabilisationsvorrichtung vorgesehen, bei dem das Zugfahrzeug ein Personenkraftwagen ist.
Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zum Stabilisieren des Schlingerverhaltens eines Gespanns aus Zugfahrzeug und daran angehängtem Anhängerfahrzeug vor, wobei das Zugfahrzeug mit einer aktiven Wankstabilisierung versehen ist, bei dem das Ist-Schlingerverhalten des Gespanns ermittelt und die aktive Wankstabilisierung in Abhängigkeit des Ist-Schlingerverhaltens des Gespanns betätigt wird.
Ferner sieht die Erfindung ein Verfahren zum Stabilisieren des Schlingerverhaltens eines Gespanns aus Zugfahrzeug und daran angehängtem Anhängerfahrzeug vor, wobei das Zugfahrzeug mit einer aktiven Hinterradlenkung versehen ist, bei dem das Ist-Schlingerverhalten des Gespanns ermittelt und die aktive Hinterradlenkung in Abhängigkeit des Ist-Schlingerverhaltens des Gespanns betätigt wird.
Die erfindungsgemäßen Verfahren sind bevorzugt gezielt auf eine Verwendung eines Personenkraftwagens als Zugfahrzeug gerichtet.
Beim Stabilisieren des Schlingerverhaltens des Gespanns gemäß der Erfindung wird wie erläutert auf ein Ist-Schlingerverhalten des Zugfahrzeugs allein referenziert. Das fahrdynamische Verhalten bzw. die Fahrdynamik des Zugfahrzeugs dient dann als ein Referenzverhalten, mittels dem ein Schlingern des Anhängerfahrzeugs überhaupt erkannt und/oder durch einen Regelungseingriff auf das Zugfahrzeug dann auch wieder ausgeglichen werden kann.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 ein Schaltschema eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Gespann-Stabilisationsvorrichtung,
2 eine Variante des Schaltschemas gemäß 1 mit einem zugehörigen Referenzverhalten und
3 Draufsichten auf erfindungsgemäße Zugfahrzeuge bei zwei möglichen Eingriffsvarianten des Verfahrens gemäß der Erfindung.
In den 1 und 2 ist ein Schaltschema 10 einer Gespann-Stabilisationsvorrichtung und deren Regelsystem veranschaulicht, bei der an einem Knoten 12 ein Soll-Verhalten 14 der Straßenlage bzw. des Fahrverhaltens, insbesondere das Soll-Schlingerverhalten, eines Einzelfahrzeugs bzw. Zufahrzeugs eines zugehörigen Gespanns aus Zugfahrzeug und Anhängerfahrzeug sowie ein Ist-Verhalten 16 des Gespanns, insbesondere ein Ist-Schlingerverhalten des Gespanns, miteinander verglichen werden.
In Abhängigkeit des Soll-Ist-Vergleichs wird als Teil einer Steuereinrichtung ein Regler 18 betrieben, der vorliegend insbesondere ein PID-Regler ist. Mittels des Reglers 18 wird ein ebenfalls zur Steuereinrichtung gehörender Aktuator bzw. Steller 20 für eine Stabilisierung des Schlingerverhaltens des Anhängerfahrzeugs angesteuert. Der Steller 20 ist vorliegend ein Steller, der auf eine Wankstabilisierung und/oder eine Hinterradlenkung des zugehörigen Zugfahrzeugs Einfluss nimmt. Bei der Wankstabilisierung wird dabei insbesondere ein Fahrwerk des Zugfahrzeugs mit dessen verstellbaren Dämpfern und/oder dessen aktivem Stabilisator dynamisch bzw. statisch angesteuert, während bei der Hinterradlenkung der Lenkwinkel von Rädern an der zugehörigen Hinterachse verändert wird. Ferner befindet sich an dem zugehörigen Zugfahrzeug ein Steller 22, der von einem Fahrer des Fahrzeugs betätigt wird und mittels dem dieser das Fahrverhalten des Zugfahrzeugs ebenfalls beeinflussen kann. Der Steller 22 ist vorliegend in herkömmlicher Weise in Gestalt eines Lenkrades ausgebildet. Mit dem Steller 22 gibt der Fahrer also einen Soll-Lenkwinkel für das Zugfahrzeug vor.
Die derartigen Steller 20 und 22 wirken gemeinsam auf das zugehörige Gespann 24 und bewirken, dass dieses mit einem Fahrverhalten 26, insbesondere einer beabsichtigten Geschwindigkeit und der gewünschten Fahrlinie über insbesondere eine Straße bewegt wird.
Um ein Schlingern des Anhängerfahrzeugs dieses Gespanns 24 zu erkennen und dieses Schlingerverhalten auch passend auszugleichen, ermittelt die Gespann-Stabilisationsvorrichtung in einer Modelleinrichtung 28 ein Modellverhalten bzw. Referenzverhalten eines Einspurmodells des Zugfahrzeugs. Dieses Soll-Verhalten des Zugfahrzeugs allein kann für eine bestimmte Geschwindigkeit, eine gewünschte Fahrlinie und/oder auch eine ermittelte Straßensituation errechnet werden. Insbesondere werden für dieses Einspurmodell die Lage der Hochachse 30 des Zugfahrzeugs, der Abstand 32 der Hinterachse von dieser Hochachse 30, die seitliche Kraft 34 hinten, der Abstand 36 der Vorderachse von der Hochachse 30, die seitliche Kraft 38 vorne, der Lenkwinkel 40 der Vorderräder, die Drehbeschleunigung bzw. Drehrate 42 sowie der Drehwinkel 44 des Zugfahrzeugs um seine Hochachse 30 berücksichtigt. In das derartige Einspurmodell gehen ein tatsächlicher Fahrer-Lenkwinkel 45 des Zugfahrzeugs sowie eine tatsächlich vorliegende Fahrzeug-Geschwindigkeit 47 des Zugfahrzeugs ein. Aus diesen Werten wird das Einspurmodell gefüllt, gerechnet und dann daraus auf das Soll-Schlingerverhalten des gesamten Gespanns 24 rückgeschlossen.
Das Ist-Verhalten 16 des Gespanns wird 24 wird anhand einer am Gespann gemessenen Gierrate und/oder einer am Gespann gemessenen Querbeschleunigung ermittelt.
Aus einer Abweichung aus dem derart ermittelten Modell- bzw. Referenzverhalten des Zugfahrzeugs kann also das Soll-Verhalten des Gespanns 24 ermittelt und entsprechend wie oben erläutert, mittels eines Vergleichs mit dem Ist-Verhalten 16 mit der erfindungsgemäßen Gespann-Stabilisationsvorrichtung gegengeregelt werden.
Das Schaltschema 12 gemäß 2 veranschaulicht unter anderem auch, dass bei der derartigen Regelung vor dem Regler 18 unter Umständen zusätzlich ein Alter 46 zum Einsatz kommen kann.
In 3 ist veranschaulicht, wie bei diesem Gegenregeln an einem Zugfahrzeug 48 in Gestalt eines Personenkraftwagens mittels einer Hinterachslenkung geregelt wird. Das Zugfahrzeug 48 weist eine Vorderradachse 50 mit einer Vorderradlenkung sowie zwei zugehörigen Vorderrädern 52 auf. Ferner ist dem Zugfahrzeug 48 eine Hinterachse 54 mit einer Hinterradlenkung zugeordnet, mittels der zwei Hinterräder zu lenken sind. Alternativ können auch mehrere Hinterachsen 54 mit Hinterradlenkung vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste

10: Schaltschema
12: Knoten als Teil einer Sensoreinrichtung
14: Soll-Verhalten
16: Ist-Verhalten
18: Regler als Teil einer Steuereinrichtung
20: Steller für Stabilisierung des Schlingerverhaltens als Teil einer Steuereinrichtung
22: Steller für Fahrverhalten des Zugfahrzeugs
24: Gespann
26: Fahrverhalten des Gespanns
28: Referenzverhalten des Zugfahrzeugs
30: Hochachse
32: Abstand der Hinterachse
34: seitliche Kraft hinten
36: Abstand der Vorderachse
38: seitliche Kraft vorne
40: Lenkwinkel
42: Drehrate
44: Drehwinkel
45: Fahrer-Lenkwinkel des Zugfahrzeug
46: Filter
47: Fahrzeug-Geschwindigkeit des Zugfahrzeugs
48: Zugfahrzeug
50: Vorderradachse mit Vorderradlenkung
52: Vorderrad
54: Hinterachse mit Hinterradlenkung
56: Hinterrad
58: erstes Drehzentrum
60: erster Drehradius
62: zweites Drehzentrum
64: zweiter Drehradius

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4431698 C1 [0004]

Claims

Regelsystem einer Gespann-Stabilisationsvorrichtung zum Stabilisieren des Schlingerverhaltens eines Gespanns (24) aus Zugfahrzeug (48) und daran angehängtem Anhängerfahrzeug, mit einer Sensoreinrichtung (12), mittels der das Ist-Schlingerverhalten des Gespanns (24) ermittelbar ist, mit einer Modelleinrichtung, mittels der das Soll-Schlingerverhalten des Gespanns (24) ermittelbar ist, und mit einer Steuereinrichtung (18, 20), mittels der durch einen Vergleich des Ist-Schlingerverhaltens mit dem Soll-Schlingerverhalten ein Aktuator zur Stabilisierung des Schlingerverhaltens des Gespanns (24) betätigbar ist, wobei mit der Modelleinrichtung (28) das Soll-Schlingerverhaltens des Gespanns (24) anhand eines Einspurmodells allein des Zugfahrzeugs (48) ermittelt ist.
Regelsystem nach Anspruch 1, wobei das Soll-Schlingerverhalten des Gespanns (24) anhand eines Fahrer-Lenkwinkels des Zugfahrzeugs (48) und/oder anhand der Fahrzeug-Geschwindigkeit des Zugfahrzeugs (48) ermittelt ist.
Regelsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Ist-Schlingerverhalten des Gespanns (24) anhand einer Gierrate des Gespanns (24) und/oder anhand der Querbeschleunigung des Gespanns (24) ermittelt ist.
Gespann-Stabilisationsvorrichtung zum Stabilisieren des Schlingerverhaltens eines Gespanns (24) aus Zugfahrzeug (48) und daran angehängtem Anhängerfahrzeug, insbesondere mit einem Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Zugfahrzeug (48) mit einer aktiven Wankstabilisierung versehen ist, bei der eine Sensoreinrichtung (12) vorgesehen ist, mittels der das Ist-Schlingerverhalten des Gespanns (24) ermittelbar ist, und eine Steuereinrichtung (18, 20) vorgesehen ist, mittels der die aktive Wankstabilisierung in Abhängigkeit des Ist-Schlingerverhaltens des Gespanns (24) betätigbar ist.
Gespann-Stabilisationsvorrichtung zum Stabilisieren des Schlingerverhaltens eines Gespanns (24) aus Zugfahrzeug (48) und daran angehängtem Anhängerfahrzeug, insbesondere nach Anspruch 4 und insbesondere mit einem Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Zugfahrzeug (48) mit einer aktiven Hinterradlenkung versehen ist, bei der eine Sensoreinrichtung (12) vorgesehen ist, mittels der das Ist-Schlingerverhalten des Gespanns (24) ermittelbar ist, und eine Steuereinrichtung (18, 20) vorgesehen ist, mittels der die aktive Hinterradlenkung in Abhängigkeit des Ist-Schlingerverhaltens des Gespanns (24) betätigbar ist.
Gespann (24) mit einer Gespann-Stabilisationsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei dem das Zugfahrzeug (48) ein Personenkraftwagen ist.
Verfahren zum Stabilisieren des Schlingerverhaltens eines Gespanns (24) aus Zugfahrzeug (48) und daran angehängtem Anhängerfahrzeug, bei dem das Ist-Schlingerverhalten des Gespanns (24) ermittelt wird, das Soll-Schlingerverhalten des Gespanns (24) anhand eines Modells ermittelt wird, und durch einen Vergleich des Ist-Schlingerverhaltens mit dem Soll-Schlingerverhalten das Schlingerverhaltens des Gespanns (24) stabilisiert wird, wobei als Modell für das Soll-Schlingerverhalten des Gespanns (24) ein Einspurmodell allein des Zugfahrzeugs (48) verwendet wird.
Verfahren zum Stabilisieren des Schlingerverhaltens eines Gespanns aus Zugfahrzeug (48) und daran angehängtem Anhängerfahrzeug, insbesondere nach Anspruch 7, wobei das Zugfahrzeug (48) mit einer aktiven Wankstabilisierung versehen ist, bei dem das Ist-Schlingerverhalten des Gespanns (24) ermittelt und die aktive Wankstabilisierung in Abhängigkeit des Ist-Schlingerverhaltens des Gespanns (24) betätigt wird.
Verfahren zum Stabilisieren des Schlingerverhaltens eines Gespanns (24) aus Zugfahrzeug (48) und daran angehängtem Anhängerfahrzeug, insbesondere nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Zugfahrzeug (48) mit einer aktiven Hinterradlenkung versehen ist, bei dem das Ist-Schlingerverhalten des Gespanns (24) ermittelt und die aktive Hinterradlenkung in Abhängigkeit des Ist-Schlingerverhaltens des Gespanns (24) betätigt wird.