DE102019128513A1 - Verfahren zur Vermeidung eines Umkippens eines Fahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung eines Umkippens eines Fahrzeugs (1) um seine Längsachse (2), bei dem von einem elektronischen Bremssystem (3) eine aktuelle Querbeschleunigung (4) ausgewertet und nach Überschreiten eines ersten Grenzwerts der Querbeschleunigung (4) eine Testbremsung vom elektronischen Bremssystem (3) ausgeführt wird, und bei dem ein während der Testbremsung blockierendes oder zum Blockieren neigendes kurveninneres Rad (5) einer Achse (6) eine Verzögerungsbremsung wenigstens eines kurvenäußeren Rads (7) auslöst.Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dann, wenn nach Überschreiten des ersten Grenzwerts und während der Testbremsung des elektronischen Bremssystems (3) eine Zusatzbremsung mit einem aktuellen Bremsdruck ausgeführt wird, welcher ein Blockieren oder eine Blockierneigung des kurveninneren Rads (5) zur Folge hat, zunächst ein zweiter Grenzwert der Querbeschleunigung (4) mithilfe des aktuellen Bremsdrucks berechnet und anstelle des ersten Grenzwerts einer Beurteilung der Gefahr eines Umkippens zugrunde gelegt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung eines Umkippens eines Fahrzeugs um seine Längsachse, bei dem von einem elektronischen Bremssystem eine Querbeschleunigung ausgewertet und nach Überschreiten eines ersten Grenzwerts der Querbeschleunigung eine Testbremsung vom Bremssystem ausgeführt wird, und bei dem ein während der Testbremsung blockierendes oder zum Blockieren neigendes kurveninneres Rad einer Achse eine Verzögerungsbremsung wenigstens eines kurvenäußeren Rads auslöst. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung einer Schwerpunkthöhe eines Fahrzeugs, ein Bremsensteuergerät zur Durchführung dieser Verfahren und ein elektronisches Bremssystem mit einem solchen Bremsensteuergerät.
• Verfahren zum Ermitteln und Vermeiden einer Gefahr eines Umkippens eines Fahrzeugs um seine Längsachse sind u. a. offenbart in DE 196 02 879 C1 und EP 1 142 768 B1 . Auf die gesamte Offenbarung dieser beiden Dokumente wird auch zur Darstellung und Erläuterung der Erfindung ausdrücklich Bezug genommen.
• Moderne Straßenfahrzeuge sind mit einem elektronischen Bremssystem ausgestattet. Das elektronische Bremssystem beinhaltet zumindest eine Antiblockierregelung. Verbreitet sind inzwischen auch stabilisierende Regelungen zum Vermeiden eines Ausbrechens des Fahrzeugs in Kurvenfahrten oder beim Beschleunigen.
• Zweispurige Fahrzeuge mit höherem Schwerpunkt, insbesondere Nutzfahrzeuge, können in zu schnell gefahrenen Kurven umkippen. Dies kann ebenfalls durch entsprechende Regelsysteme verhindert werden. Hierzu wird laufend die Querbeschleunigung des Fahrzeugs gemessen. Bei Überschreiten eines Grenzwerts wird davon ausgegangen, dass eine Gefahr eines Umkippens besteht. Ergänzend führt das elektronische Bremssystem dann eine Testbremsung mit geringem Bremsdruck aus. Wenn dann das kurveninnere Rad blockiert oder fast blockiert, bedeutet dies, dass die auf das kurveninnere Rad wirkende dynamische Radlast nur noch sehr gering ist und Gegenmaßnahmen erforderlich sind. Vorzugsweise wird dann vom Bremssystem eine Verzögerungsbremsung eingeleitet, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu verringern. Falls das kurveninnere Rad bei der Testbremsung nicht blockiert und auch keine Blockierneigung zeigt, können Gegenmaßnahmen unterbleiben. Eine Blockierneigung wird insbesondere dann angenommen, wenn das kurveninnere Rad einen Bremsschlupf von mehr als 20 % aufweist. In kurzen Zeitabständen werden weitere Testbremsungen durchgeführt, jedenfalls solange die Querbeschleunigung über dem ersten Grenzwert bleibt.
• Während der Testbremsung durch das Bremssystem kann eine zusätzliche Bremsanforderung auftreten, nämlich eine Zusatzbremsung, etwa durch den Fahrer als Fahrerbremsung oder durch ein Stabilitätsregelsystem eines ziehenden Fahrzeugs, sofern das hier betrachtete Fahrzeug ein Anhängefahrzeug ist. Diese Zusatzbremsung wird in der Regel mit höherem Bremsdruck ausgeführt als die Testbremsung. An den Bremszylindern ist dann der höhere Bremsdruck der Zusatzbremsung wirksam. Das Bremssystem geht aber weiterhin davon aus, dass eine Testbremsung durchgeführt wird und wartet auf das entsprechende Ergebnis. Durch den höheren Bremsdruck der Zusatzbremsung blockiert das kurveninnere Rad eher als bei der Testbremsung, sodass für das Bremssystem eher der Eindruck entsteht, es müssten Gegenmaßnahmen ausgeführt werden. Dies kann zu unnötigen und unkomfortablen, vom Bremssystem ausgelösten Verzögerungsbremsungen führen. Damit verbunden sind erhöhter Reifenverschleiß, Bremsenverschleiß und Kraftstoffverbrauch.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Verbesserung des Verhaltens des bekannten Verfahrens zur Vermeidung des Umkippens eines Fahrzeugs um seine Längsachse. Insbesondere sollen unnötige Verzögerungsbremsungen vermieden werden.
• Zur Lösung der Aufgabe weist das erfindungsgemäße Verfahren die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Insbesondere ist vorgesehen, dass dann, wenn nach Überschreiten des ersten Grenzwerts und während der Testbremsung des Bremssystems eine Zusatzbremsung mit einem aktuellen Bremsdruck ausgeführt wird, welcher ein Blockieren oder eine Blockierungsneigung des kurveninneren Rads zur Folge hat, zunächst ein zweiter Grenzwert der Querbeschleunigung mithilfe des aktuellen Bremsdrucks berechnet und anstelle des ersten Grenzwerts einer Beurteilung einer Gefahr des Umkippens zugrunde gelegt wird.
• Der zweite Grenzwert der Querbeschleunigung ÿ_crit und der auf die Erdbeschleunigung g normierte zweite Grenzwert der Querbeschleunigung a_q,crit können wie folgt berechnet werden: $$F_{\text{z}\text{,Brems}}=\frac{1}{2}z\left(\left(F_{\text{z}\text{,voll}}-F_{\text{z}\text{,leer}}\right)\frac{p_{\text{ist}}}{p_{\text{voll}}-p_{\text{leer}}}+\frac{p_{\text{voll}}{F}_{\text{z}\text{,leer}}-p_{\text{leer}}{F}_{\text{z}\text{,voll}}}{p_{\text{voll}}-p_{\text{leer}}}\right)$$

  

  $$M_{\text{innen}}=\sqrt{\frac{{\left(\frac{F_{\text{z}\text{,Brems}\text{,innen}}}{g}\right)}^2}{{\mathrm{\mu }}^2-\frac{{\ddot{y}}_{ist}^2}{g^2}}}$$

  

  $$a_{\text{q}\text{,crit}}=\frac{{\ddot{y}}_{\text{crit}}}{g}=\frac{{\ddot{y}}_{\text{ist}}\left(M_{\text{Rad}}-M_{\text{Rest}}\right)}{g\left(M_{\text{Rad}}-M_{\text{innen}}\right)}$$

  

  mit den folgenden Variablen und Konstanten:

aq,crit

auf die Erdbeschleunigung g normierte Querbeschleunigung ÿ_crit

Fz,Brems

berechnete Vertikalkraft eines Rads auf Basis der Bremsberechnung und des aktuellen Bremsdrucks bei Geradeausfahrt

Fz,Brems,innen

berechnete Vertikalkraft des kurveninneren Rads auf Basis der Bremsberechnung und des aktuellen Bremsdrucks bei Geradeausfahrt

Fz,voll

Achsvertikalkraft beladen

Fz,leer

Achsvertikalkraft leer

g

Erdbeschleunigung

Minnen

aktuelle dynamische Radlast kurveninneres Rad

MRad

mittlere Radlast, halbe Achslast

MRest

kritische Restradlast, vom Systemhersteller vorgegeben als Parameter

pist

Bremsdruck aktuell

pleer

Bremsdruck, bei dem Räder des leeren Fahrzeugs blockieren

pvoll

Bremsdruck, bei dem Räder des vollen Fahrzeugs blockieren

ÿcrit

kritische Querbeschleunigung, bei der Verzögerungsbremsung gestartet werden soll

ÿist

aktuelle Querbeschleunigung

z

auf die Erdbeschleunigung g normierte Abbremsung

µ

Reibwert (angenommen mit 0,7 für trockene Straße)

• Wie in Formel (3) angegeben, werden die aktuelle Querbeschleunigung ÿ_ist, 4, die Erdbeschleunigung g, eine mittlere Radlast M_Rad, eine kritische Restradlast M_Rest und eine aktuelle dynamische Radlast M_innen des kurveninneren Rads benötigt. Die kritische Restradlast ist vom Systemhersteller als Parameter vorgegeben. Die mittlere Radlast entspricht der halben Achslast und liegt beispielsweise aus Sensordaten während einer vorangegangenen Geradeausfahrt vor. Die dynamische Radlast des kurveninneren Rads wird berechnet, siehe Formel (2). Hierfür werden zusätzlich benötigt eine berechnete Vertikalkraft F_{z,Brems,innen} des kurveninneren Rads auf Basis einer Bremsberechnung und des aktuellen Bremsdrucks p_ist sowie ein Reibwert µ für die Reibung zwischen Reifen und Straße. Der Reibwert kann beispielsweise mit 0,7 angenommen werden. Die Vertikalkraft des kurveninneren Rads ergibt sich aus einer Berechnung gemäß Formel (1). In die Berechnung gehen eine auf die Erdbeschleunigung normierte Abbremsung z, eine Achsvertikalkraft des beladenen Fahrzeugs, eine Achsvertikalkraft des leeren Fahrzeugs, der aktuelle Bremsdruck, der Bremsdruck, bei dem die Räder des leeren Fahrzeugs blockieren, und der Bremsdruck, bei dem die Räder des vollen Fahrzeugs blockieren, ein. Die genannten Werte ergeben sich entweder aus einer Bremsberechnung oder aus Vorversuchen. Für zwird vorzugsweise ein Wert zwischen 0,5 und 0,6 angenommen.
• Der berechnete zweite Grenzwert der Querbeschleunigung wird mit dem fortlaufend ermittelten aktuellen Wert der Querbeschleunigung verglichen. Dabei kann der zweite Grenzwert bereits Sicherheitsabschläge enthalten. So kann bei der Berechnung des zweiten Grenzwerts als Sicherheitsabschlag etwa ein Faktor, der kleiner ist als 1, oder ein negativer Summand bzw. ein Subtrahend einbezogen werden.
• Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Verzögerungsbremsung nur durchgeführt wird, wenn die aktuelle Querbeschleunigung größer ist als der zweite Grenzwert der Querbeschleunigung. Vorzugsweise wird die Verzögerungsbremsung vom Bremssystem erst dann ausgeführt, wenn der zweite Grenzwert der Querbeschleunigung aktuell überschritten ist und die aktuelle Testbremsung wenigstens eine Blockierneigung des kurveninneren Rads zur Folge hat.
• Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann vorgesehen sein, dass für die Berechnung des zweiten Grenzwerts der Querbeschleunigung auch die aktuelle Querbeschleunigung und/oder eine aktuelle Achslast und/oder Radlast verwendet werden. Die aktuelle Querbeschleunigung steht dem elektronischen Bremssystem ohnehin zur Verfügung. Die aktuelle Achslast kann über typischerweise ohnehin vorhandene Sensoren abgefragt werden. Sofern das Fahrzeug mit einer Luftfederung ausgestattet ist, können Drucksensoren in Luftfederbälgen Daten liefern, aus denen die Achslast bestimmbar ist. Analog gilt dies für Radlasten.
• Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann vorgesehen sein, dass für die Berechnung des zweiten Grenzwerts der Querbeschleunigung zusätzlich einer oder mehrere der folgenden Parameter verwendet werden:
1. a) Abbremsung, aus Bremsberechnung,
2. b) Achsvertikalkraft vollbeladen, aus Bremsberechnung,
3. c) Achsvertikalkraft leer, aus Bremsberechnung,
4. d) Bremsdruck zum Blockieren, leer, aus Bremsberechnung,
5. e) Bremsdruck zum Blockieren, voll, aus Bremsberechnung,
6. f) aktuelle Radlast des kurveninneren Rads,
7. g) berechnete Vertikalkraft des kurveninneren Rads,
8. h) statische Achslast, insbesondere aus Sensordaten,
9. i) kritische Restradlast, vorgegeben.
• Die aktuelle Radlast des kurveninneren Rads (Parameter f) kann sich insbesondere durch Berechnung oder aus Sensordaten ergeben. Eine Bremsberechnung wird vom Hersteller typischerweise bei Anpassung des Bremssystems an das Fahrzeug durchgeführt.
• Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann vorgesehen sein, dass aus einer berechneten aktuellen Radlast des kurveninneren Rads und einer statischen Achslast eine Schwerpunkthöhe berechnet und für eine Anpassung des ersten oder zweiten Grenzwerts der Querbeschleunigung verwendet wird. Durch Einbeziehung der Schwerpunkthöhe kann der Grenzwert der Querbeschleunigung noch genauer bestimmt werden.
• Die Schwerpunkthöhe H_SP kann wie folgt berechnet werden: $$H_{\text{SP}}=\frac{s\left(M_{\text{Rad}}-M_{\text{Rest}}\right)}{M_{\text{Aches}}\frac{{\ddot{y}}_{\text{ist}}}{g}}$$

  

  mit den folgenden Variablen und Konstanten:

g

Erdbeschleunigung

HSP

Schwerpunkthöhe

MAchse

Achslast

MRad

mittlere Radlast, halbe Achslast

MRest

kritische Restradlast, vom Systemhersteller vorgegeben als Parameter

s

Spurweite

ÿist

aktuelle Querbeschleunigung

• Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Bestimmung einer Schwerpunkthöhe eines Fahrzeugs mit elektronischem Bremssystem. Ausgehend von einem zweispurigen Fahrzeug mit unbekannter Schwerpunkthöhe, die durch unterschiedliche Beladung variieren kann, werden verschiedene Parameter und physikalische Größen zur Berechnung einer aktuellen Schwerpunkthöhe herangezogen, siehe Anspruch 6. Insbesondere ist eine Berechnung der Schwerpunkthöhe unter Verwendung einer dynamischen Radlast eines kurveninneren Rads und einer statischen Achslast vorgesehen. In die Berechnung können weitere Größen einfließen. Die Schwerpunkthöhe kann für andere Berechnungen und Aktionen des Bremssystems verwendet werden.
• Gegenstand der Erfindung ist auch ein Bremsensteuergerät nach Anspruch 7 mit einer Software zur Durchführung des Verfahrens zur Vermeidung des Umkippens des Fahrzeugs und/oder des Verfahrens zur Bestimmung einer Schwerpunkthöhe. Die einzelnen Verfahrensschritte sind in der Software des Steuergerätes abgebildet.
• Schließlich richtet sich die Erfindung auch auf ein elektronisches Bremssystem gemäß Anspruch 8. Das elektronische Bremssystem weist das genannte Steuergerät auf.
• Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung im Übrigen und aus den Ansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs während einer Kurvenfahrt in einer Draufsicht,
• 2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch das Fahrzeug nach 1,
• 3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch das Fahrzeug entsprechend 2, wobei das Fahrzeug einer Gefahr eines Umkippens unterliegt,
• 4 einen Graphen eines zeitlichen Verlaufs von Bremsdruck, Querbeschleunigung, Drehzahl des kurveninneren Rads und Drehzahl des kurvenäußeren Rads im Zeitverlauf, mit Testbremsung und Verzögerungsbremsung (Stand der Technik),
• 5 einen Graphen eines zeitlichen Verlaufs entsprechend 5, jedoch mit Testbremsung, Zusatzbremsung und Verzögerungsbremsung, ohne Verwendung eines zweiten Grenzwerts für die Querbeschleunigung (Stand der Technik),
• 6 einen Graphen eines zeitlichen Verlaufs entsprechend 5, mit Testbremsung, Zusatzbremsung und Verzögerungsbremsung, jedoch mit Berechnung und Verwendung eines zweiten Grenzwerts der Querbeschleunigung,
• 7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Vermeidung eines Umkippens eines Fahrzeugs,
• 8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung einer Schwerpunkthöhe eines Fahrzeugs.
• 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1 während eines Durchfahrens einer Kurve 13. Das Fahrzeug 1 ist hier generisch dargestellt: Bei dem Fahrzeug 1 kann es sich sowohl um einen Motorwagen und ggf. eine Zugmaschine für ein Anhängefahrzeug handeln als auch um ein Anhängefahrzeug. Das Fahrzeug 1 weist hier zwei Achsen 6 auf, wobei an jeder Achse zwei Räder 14 befestigt sind. Während des Durchfahrens der Kurve 13 weist das Fahrzeug 1 an jeder der beiden Achsen 6 ein kurveninneres Rad 5 und ein kurvenäußeres Rad 7 auf. Das Nutzfahrzeug 1 weist eine Längsachse 2 auf.
• Während des Durchfahrens der Kurve 13 erfährt das Fahrzeug 1 eine Querbeschleunigung 4 in Bezug auf die Kurve 13 nach außen. Dadurch neigt das Fahrzeug 1 dazu, während des Durchfahrens der Kurve 13 in Bezug auf die Kurve 13 um seine Längsachse 2 nach außen zu kippen, sodass sich das kurveninnere Rad 5 von einer Radaufstandsebene 16, die in 1 parallel zur Zeichenebene verläuft, lösen kann. Im schlimmsten Fall kann das Fahrzeug 1 um die Längsachse 2 umkippen.
• Das Fahrzeug 1 weist ein elektronisches Bremssystem 3 auf. Das elektronische Bremssystem 3 kann ein Subsystem 15 aufweisen, insbesondere, wenn es sich bei dem Fahrzeug 1 um ein Anhängefahrzeug handelt. Das elektronische Bremssystem 3 weist ein Bremsensteuergerät 11 auf, das wiederum eine Software 17 aufweist.
• In 2 ist ein Querschnitt durch das Fahrzeug nach 1 gezeigt. Das Innere der Kurve 13 liegt in der Darstellung links, das Äußere der Kurve 13 rechts. Die Querbeschleunigung 4 wirkt folglich ebenfalls nach rechts. Das Fahrzeug 1 unterliegt somit einer Gefahr eines Umkippens ebenfalls nach rechts (bzw. nach unten links in 1), wie dies in 3 angedeutet ist. Dabei löst sich das kurveninnere Rad 5 von der Radaufstandsebene 16. Bereits bevor sich das kurveninnere Rad 5 von der Radaufstandsebene 16 löst, verringert sich eine Radlast 9 des kurveninneren Rads 5, weil sich eine Masse des Fahrzeugs 1 bedingt durch die Querbeschleunigung 4 weiter auf das kurvenäußere Rad 7 verlagert und das kurveninnere Rad 5 entlastet. Somit ist eine verringerte Radlast 9 des kurveninneren Rads 5 ein Indiz, dass eine Gefahr eines Umkippens des Fahrzeugs 1 besteht. Dass die Radlast 9 des kurveninneren Rads 5 verringert ist, ist auch daran erkennbar, dass das kurveninnere Rad 5 bei einer Bremsung blockiert oder zumindest eine Blockierneigung zeigt.
• Während auf die Räder 5, 7, 14 jeweils eine Radlast 9 wirkt, wirkt auf die Achse 6 eine Achslast 8. Aus der Radlast 9, der Achslast 8 und einer Spurweite 19 kann eine Schwerpunkthöhe 10 eines Schwerpunkts 18 des Fahrzeugs 1 über der Radaufstandsebene 16 berechnet werden. Die Schwerpunkthöhe 10 ist abhängig von einer Beladung des Fahrzeugs 1.
• Für die folgende graphische Darstellung in den 4, 5 und 6 wird beispielhaft davon ausgegangen, dass das Fahrzeug 1 ein Anhängefahrzeug mit einem elektronischen Bremssystem 3 ist, das an eine ziehende Zugmaschine mit Fahrer angehängt ist. Die Zugmaschine und das Anhängefahrzeug sind mit einer Antiblockierregelung ausgestattet. Zumindest das Anhängefahrzeug weist ein Subsystem 15 zur Vermeidung des Umkippens um seine Längsachse auf. Hierfür wird vom elektronischen Bremssystem 3 die aktuelle Querbeschleunigung ÿ_ist, 4 erfasst und ausgewertet, eventuell berechnet. Im Subsystem 15 ist ein erster Grenzwert für die Querbeschleunigung 4 gespeichert. Sobald dieser erste Grenzwert überschritten wird, führt das elektronische Bremssystem 3 des Anhängefahrzeugs in kurzen Abständen Testbremsungen mit geringem Bremsdruck aus. Wenn dabei eine Blockierneigung des kurveninneren Rads 5 auftritt, wird von einer Gefahr des Umkippens um die Längsachse 2 ausgegangen. Das elektronische Bremssystem 3 führt dann selbstständig eine Verzögerungsbremsung aus, sodass zumindest das kurvenäußere Rad 7 gebremst wird. Dieser Bremsvorgang endet erst, wenn die Querbeschleunigung ÿ_ist, 4 unter einen als unkritisch angesehenen Wert abgesunken ist.
• Das im voranstehenden Absatz beschriebene, bekannte Verfahren ist in dem in 4 gezeigten Graphen ersichtlich, in dem ein Verlauf der Drehzahlen n_außen und n_innen des kurvenäußeren und des kurveninneren Rads, eines aktuellen Bremsdrucks p_ist und einer aktuellen Querbeschleunigung ÿ_ist in beliebigen Einheiten über der Zeit t aufgetragen ist. Zum Zeitpunkt t = 0 beginnt das Durchfahren der Kurve 13 und der Wert für die Querbeschleunigung ÿ_ist, 4 beginnt anzusteigen. Zum Zeitpunkt t_TB ist der erste Grenzwert für die Querbeschleunigung ÿ_ist, 4 erreicht und die Testbremsungen beginnen. Der aktuelle Bremsdruck p_ist steigt geringfügig an. Die Fahrt durch die Kurve 13 wird schneller oder enger. Entsprechend steigt die Querbeschleunigung ÿ_ist, 4, bis am kurveninneren Rad 5 ein deutlicher Schlupf und/oder eine Blockierneigung auftritt. In den Figuren sind die Drehzahlen n_innen eines kurveninneren Rads 5 und n_außen eines kurvenäußeren Rads 7 angegeben. Das Bremssystem 3 erkennt die Blockierneigung und löst eine Verzögerungsbremsung aus, siehe Zeitpunkt t_VB . Der aktuelle Bremsdruck p_ist steigt steil an und die Drehzahl n_außen des kurvenäußeren Rads 7 wird verringert. Ein erfindungsgemäßes Verfahren 12 ist an diesem Ablauf noch nicht beteiligt.
• 5 bezieht sich auf denselben Ablauf, wie dieser in 4 dargestellt ist. Zusätzlich ist lediglich eine zum Zeitpunkt t = 0 beginnende Zusatzbremsung während der Testbremsung vorhanden, etwa durch eine Fahrerbremsung. Erkennbar ist ein höherer Bremsdruck zum Zeitpunkt t_TB . Zu diesem Zeitpunkt liegt die Zusatzbremsung in voller Höhe an und aufgrund der inzwischen erreichten Querbeschleunigung 4 wird eine Testbremsung veranlasst. Diese ist in 5 nicht sichtbar, da der Bremsdruck der Zusatzbremsung dominiert. Gleichwohl greift die Regelung zur Vermeidung des Umkippens. Das heißt, die Regelung ist aufgrund der erhöhten Querbeschleunigung 4 eingeschaltet und der Bremsdruck der Zusatzbremsung führt zu einem blockierenden kurveninneren Rad 5. Das elektronische Bremssystem 3 erkennt dies, geht von einer Gefahr eines Umkippens aus und leitet eine Verzögerungsbremsung ein, siehe Zeitpunkt t_VB . Der aktuelle Bremsdruck p_ist steigt stark an und die Drehzahl n_außen des kurvenäußeren Rads 7 verringert sich allmählich. Sobald die beiden Räder 5, 7, 14 (kurvenaußen und kurveninnen) wieder schlupffrei oder nahezu schlupffrei sind, geht der Bremsdruck p_ist wieder deutlich zurück. Auch bei diesem Verlauf ist eine Regelung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren 12 noch nicht vorgesehen. Erkennbar ist, dass der Zeitpunkt t_VB der Verzögerungsbremsung dicht auf den Zeitpunkt t_TB des Beginns der Regelung folgt.
• In 6 ist ein Ablauf wie in 5 dargestellt, jedoch mit Einbeziehung des erfindungsgemäßen Verfahrens 12. Zum Zeitpunkt t = 0 beginnt der Fahrer mit der Zusatzbremsung, der aktuelle Bremsdruck p_ist steigt an. Parallel dazu beginnt das Fahrzeug mit einem Durchfahren der Kurve 13, die Querbeschleunigung ÿ_ist, 4 steigt an. Zum Zeitpunkt t_TB erreicht die aktuelle Querbeschleunigung ÿ_ist, 4 den ersten Grenzwert. Die Regelung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren 12 ist aktiv.
• Aufgrund der hohen Querbeschleunigung 4 und der relativ hohen Zusatzbremsung beginnt das kurveninnere Rad 5 zu blockieren, die Drehzahl n_innen sinkt stark ab. Es liegt aber noch keine Gefahr eines Umkippens vor, da das kurveninnere Rad 5 nicht aufgrund der hohen Querbeschleunigung 4 in Verbindung mit einer Testbremsung blockiert, sondern aufgrund des hohen Bremsdrucks der Zusatzbremsung. Das elektronische Bremssystem 3 erkennt, dass während der Regelung zur Erkennung einer Gefahr eines Kippens eine Zusatzbremsung vorliegt und berechnet einen zweiten, höheren Grenzwert für die Querbeschleunigung 4.
• Die aktuelle Querbeschleunigung ÿ_ist, 4 nimmt im Zeitverlauf langsam zu, etwa durch zunehmende Geschwindigkeit oder einen im Verlauf des Durchfahrens kleiner werdenden Radius der Kurve 13. Zum Zeitpunkt t_VB überschreitet die aktuelle Querbeschleunigung ÿ_ist, 4 auch den zweiten, höheren Grenzwert der Querbeschleunigung 4, eine Verzögerungsbremsung durch Erhöhung des Bremsdrucks wird eingeleitet. Die Drehzahl n_außen des kurvenäußeren Rads 7 verringert sich anschließend, die Drehzahlen n_innen des kurveninneren Rads 5 und n_außen des äußeren Rads 7 nähern sich einander an und die aktuelle Querbeschleunigung ÿ_ist, 4 nimmt wieder ab. Schließlich nimmt das elektronische Bremssystem 3 auch den Bremsdruck wieder zurück.
• Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens 12 gemäß 6 gegenüber dem Verfahren gemäß 5 liegt darin, dass das elektronische Bremssystem 3 eine Verzögerungsbremsung erst bei höherer Querbeschleunigung 4 ausführt. Der Fahrkomfort ist dadurch deutlich verbessert. Reifenverschleiß, Bremsenverschleiß und Kraftstoffverbrauch sind geringer.
• Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens 12 ist die Berechnung des zweiten Grenzwerts der Querbeschleunigung 4 von Bedeutung, bei der die Verzögerungsbremsung durchgeführt werden soll. Für die Berechnung wird auf die in der Beschreibungseinleitung angegebenen Formeln (1) bis (3) verwiesen, die auch auf der letzten Seite dieser Beschreibung wiedergegeben sind. Angegeben sind jeweils auch die Bedeutungen der verwendeten Abkürzungen. Ziel ist in diesem Ausführungsbeispiel die Ermittlung von a_q,crit, nämlich der auf die Erdbeschleunigung g normierten kritischen Querbeschleunigung ÿ_crit, 4, welche dem zweiten Grenzwert entsprechen soll.
• Unter Verwendung der ermittelten aktuellen dynamischen Radlast des kurveninneren Rads kann auch eine Höhe des Fahrzeugschwerpunkts berechnet werden, siehe die in der Beschreibungseinleitung angegebene Formel (4), die auch auf der letzten Seite dieser Beschreibung wiedergegeben ist. In die Berechnung fließen außerdem ein eine Spurweite, die mittlere Radlast, die Achslast, die aktuelle Querbeschleunigung und die Erdbeschleunigung.
• Ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens 12 zur Vermeidung des Umkippens des Fahrzeugs 1 um seine Längsachse 2 ist in 7 dargestellt. In einem Schritt 20 fährt das Fahrzeug 1 in einer Kurve 13, wobei in dem Fahrzeug 1 ein elektronisches Bremssystem 3 aktiv ist. In einem Schritt 21 wird durch das elektronische Bremssystem 3 die Querbeschleunigung 4 überwacht. Schritt 21 wird so lange durchgeführt, bis in einem Schritt 22 ein Überschreiten eines ersten Grenzwerts der Querbeschleunigung 4 detektiert wird.
• In einem Schritt 23 löst das elektronische Bremssystem 3 aufgrund des detektierten Überschreitens des ersten Grenzwerts der Querbeschleunigung 4 eine Testbremsung 24 aus. In einem Schritt 25 wird durch das elektronische Bremssystem 3 ein Blockieren oder eine Blockierneigung des kurveninneren Rads 5 überwacht. Schritt 25 wird so lange durchgeführt, bis entweder ein Blockieren oder eine Blockierneigung des kurveninneren Rads 5 detektiert wird oder bis die Testbremsung 24 beendet ist. In einem Schritt 26 wird während der Testbremsung 24 eine Zusatzbremsung ausgeführt. Der aktuelle Bremsdruck der Zusatzbremsung ist so hoch, dass er ein Blockieren oder eine Blockierneigung des kurveninneren Rads 5 zur Folge hat.
• In einem Schritt 27 berechnet das elektronische Bremssystem 3 einen zweiten Grenzwert der Querbeschleunigung 4 mithilfe des aktuellen Bremsdrucks. Dabei ist es möglich, dass die aktuelle Querbeschleunigung 4, eine aktuelle Achslast 8 und/oder die Radlast 9 in die Berechnung einbezogen werden. Es ist außerdem möglich, dass eine Abbremsung, eine Achsvertikalkraft (vollbeladen), eine Achsvertikalkraft (leer), ein Bremsdruck zum Blockieren (leer), ein Bremsdruck zum Blockieren (vollbeladen), eine aktuelle Radlast 9 des kurveninneren Rads 5, eine berechnete Vertikalkraft des kurveninneren Rads 5, eine statische Achslast 8 und/oder eine kritische Restradlast in die Berechnung einbezogen werden.
• In einem optionalen Schritt 28 kann aus einer aktuellen Radlast 9 des kurveninneren Rads 5 und einer statischen Achslast 8 die Schwerpunkthöhe 10 des Fahrzeugs 1 berechnet und für eine Anpassung des ersten oder des zweiten Grenzwerts der Querbeschleunigung 4 verwendet werden. Dabei kann ein in 8 schematisch dargestelltes Verfahren 32 zur Bestimmung der Schwerpunkthöhe 10 zum Einsatz kommen.
• In einem Schritt 29 beurteilt das elektronische Bremssystem 3, ob eine Gefahr eines Umkippens vorliegt. Wenn eine Gefahr eines Umkippens vorliegt, leitet das elektronische Bremssystem 3 in einem Schritt 30 eine Verzögerungsbremsung ein. Die Verzögerungsbremsung kann an wenigstens einem kurvenäußeren Rad 7 wirksam sein, wobei das kurvenäußere Rad 7 an derselben Achse 6 befestigt sein kann wie das kurveninnere Rad 5. Optional kann das elektronische Bremssystem 3 in dem Schritt 28 auch prüfen, ob die aktuelle Querbeschleunigung 4 größer ist als der zweite Grenzwert der Querbeschleunigung 4 und nur dann eine Verzögerungsbremsung einleiten, wenn diese Prüfung positiv ist. Wenn keine Gefahr eines Umkippens vorliegt, wird in einem Schritt 31 das Durchfahren der Kurve 13 ohne eine Verzögerungsbremsung fortgesetzt.
• Die Schritte 20 bis 31 können während des Durchfahrens der Kurve 13 ständig wiederholt werden.
• Ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens 32 zur Bestimmung der Schwerpunkthöhe 10, das beispielsweise mittels des Bremsensteuergeräts 10 und beispielsweise mit der Software 17 durchgeführt werden kann, ist in 8 dargestellt. Dabei wird in einem Schritt 33 die statische Achslast 8 für die Achse 6, an der das kurveninnere Rad 5 angeordnet ist, ermittelt. Beispielsweise können dazu Daten von an der Achse 6 angeordneten Sensoren abgefragt werden. Es ist möglich, dass, sofern das Fahrzeug 1 eine Luftfederung aufweist, in Luftfederbälgen der Achse 6 Drucksensoren angeordnet sind, aus deren Daten die Achslast bestimmbar ist. In einem Schritt 34 wird die dynamische Radlast 9 des kurveninneren Rads 5 ermittelt. Beispielsweise können dazu Daten von an dem kurveninneren Rad 5 angeordneten Sensoren abgefragt werden. Es ist möglich, dass, wie für das Beispiel der Luftfederung erläutert, die für das Ermitteln der statischen Achslast 8 und das Ermitteln der dynamischen Radlast 9 verwendeten Sensoren ursprünglich zu einem anderen Zweck an dem Fahrzeug 1 angeordnet sind und primär als Komponente eines anderen Systems oder eines anderen Verfahrensablaufs wirken. Die Schritte 33 und 34 können in beliebiger Reihenfolge und auch gleichzeitig stattfinden. In einem Schritt 35 wird die Schwerpunkthöhe 10 unter Verwendung der statischen Achslast 8 und der dynamischen Radlast 9 bestimmt.
• Formeln $$\begin{array}{l}{F}_{\text{z}\text{,Brems}}=\\ 1\text{/}2\cdot z\cdot \left(\left(F_{\text{z}\text{,voll}}-F_{\text{z}\text{,leer}}\right)\cdot p_{\text{ist}}\text{/}\left(p_{\text{voll}}-p_{\text{leer}}\right)+\left(p_{\text{voll}}\cdot F_{\text{z}\text{,leer}}-p_{\text{leer}}\cdot F_{\text{z}\text{,voll}}\right)\text{/}\left(p_{\text{voll}}-p_{\text{leer}}\right)\right)\end{array}$$

  

  $$M_{\text{innen}}=\surd \left({\left(F_{\text{z}\text{,Brems}\text{,innen}}\text{/}g\right)}^2\text{/}\left({\mu }^2-\left({\ddot{y}}_{\text{ist}}{}^2\text{/}{g}^2\right)\right)\right)$$

  

  $$a_{\text{q}\text{,crit}}={\ddot{y}}_{\text{crit}}\text{/}g=\left(M_{\text{Rad}}-M_{\text{Rest}}\right)\cdot {\ddot{y}}_{\text{ist}}\text{/}\left(\left(M_{\text{Rad}}-M_{\text{innen}}\right)\cdot g\right)$$

  

  $$H_{\text{SP}}=\left(M_{\text{Rad}}-M_{\text{innen}}\right)\cdot s\text{/}\left(M_{\text{Achse}}\cdot {\ddot{y}}_{\text{ist}}\text{/}g\right)$$

  

  mit

aq,crit

auf die Erdbeschleunigung g normierte Querbeschleunigung ÿ_crit

Fz,Brems

berechnete Vertikalkraft eines Rads auf Basis der Bremsberechnung und des aktuellen Bremsdrucks bei Geradeausfahrt

Fz,Brems,innen

berechnete Vertikalkraft des kurveninneren Rads auf Basis der Bremsberechnung und des aktuellen Bremsdrucks bei Geradeausfahrt

Fz,voll

Achsvertikalkraft beladen

Fz,leer

Achsvertikalkraft leer

g

Erdbeschleunigung

HSP

Schwerpunkthöhe

MAchse

Achslast

Minnen

aktuelle dynamische Radlast kurveninneres Rad

MRad

mittlere Radlast, halbe Achslast

MRest

kritische Restradlast, vom Systemhersteller vorgegeben als Parameter

pist

Bremsdruck aktuell

pleer

Bremsdruck, bei dem Räder des leeren Fahrzeugs blockieren

pvoll

Bremsdruck, bei dem Räder des vollen Fahrzeugs blockieren

s

Spurweite

ÿcrit

kritische Querbeschleunigung, bei der Verzögerungsbremsung gestartet werden soll

ÿist

aktuelle Querbeschleunigung

z

auf die Erdbeschleunigung g normierte Abbremsung

µ

Reibwert (angenommen mit 0,7 für trockene Straße)

• Bezugszeichenliste

1

Fahrzeug

2

Längsachse

3

elektronisches Bremssystem

4

Querbeschleunigung

5

kurveninneres Rad

6

Achse

7

kurvenäußeres Rad

8

Achslast

9

Radlast

10

Schwerpunkthöhe

11

Bremsensteuergerät

12

Verfahren

13

Kurve

14

Rad

15

Subsystem

16

Radaufstandsebene

17

Software

18

Schwerpunkt

19

Spurweite

20

Schritt

21

Schritt

22

Schritt

23

Schritt

24

Testbremsung

25

Schritt

26

Schritt

27

Schritt

28

Schritt

29

Schritt

30

Schritt

31

Schritt

32

Verfahren

33

Schritt

34

Schritt

35

Schritt

naußen

Drehzahl des kurvenäußeren Rads

ninnen

Drehzahl des kurveninneren Rads

pist

aktueller Bremsdruck

t

Zeit

tTB

Beginn der Testbremsung

tVB

Beginn der Verzögerungsbremsung

ÿist

aktuelle Querbeschleunigung

• 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 19602879 C1 [0002]
• EP 1142768 B1 [0002]

Claims (8)

1. Verfahren (12) zur Vermeidung eines Umkippens eines Fahrzeugs (1) um seine Längsachse (2), bei dem von einem elektronischen Bremssystem (3) eine aktuelle Querbeschleunigung (4) ausgewertet und nach Überschreiten eines ersten Grenzwerts der Querbeschleunigung (4) eine Testbremsung vom elektronischen Bremssystem (3) ausgeführt wird, und bei dem ein während der Testbremsung blockierendes oder zum Blockieren neigendes kurveninneres Rad (5) einer Achse (6) eine Verzögerungsbremsung wenigstens eines kurvenäußeren Rads (7) auslöst, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn nach Überschreiten des ersten Grenzwerts und während der Testbremsung des elektronischen Bremssystems (3) eine Zusatzbremsung mit einem aktuellen Bremsdruck ausgeführt wird, welcher ein Blockieren oder eine Blockierneigung des kurveninneren Rads (5) zur Folge hat, zunächst ein zweiter Grenzwert der Querbeschleunigung (4) mithilfe des aktuellen Bremsdrucks berechnet und anstelle des ersten Grenzwerts einer Beurteilung einer Gefahr des Umkippens zugrunde gelegt wird.
2. Verfahren (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verzögerungsbremsung nur durchgeführt wird, wenn die aktuelle Querbeschleunigung (4) größer ist als der zweite Grenzwert der Querbeschleunigung (4).
3. Verfahren (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Berechnung des zweiten Grenzwerts der Querbeschleunigung (4) auch die aktuelle Querbeschleunigung (4) und/oder eine aktuelle Achslast (8) und/oder Radlast (9) verwendet werden.
4. Verfahren (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Berechnung des zweiten Grenzwerts der Querbeschleunigung (4) zusätzlich einer oder mehrere der folgenden Parameter verwendet werden: a) Abbremsung, aus Bremsberechnung, b) Achsvertikalkraft vollbeladen, aus Bremsberechnung, c) Achsvertikalkraft leer, aus Bremsberechnung, d) Bremsdruck zum Blockieren, leer, aus Bremsberechnung, e) Bremsdruck zum Blockieren, voll, aus Bremsberechnung, f) aktuelle Radlast (9) des kurveninneren Rads (5), g) berechnete Vertikalkraft des kurveninneren Rads (5), h) statische Achslast (8), i) kritische Restradlast, vorgegeben.
5. Verfahren (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer berechneten aktuellen Radlast (9) des kurveninneren Rads (5) und einer statischen Achslast (8) eine Schwerpunkthöhe (10) berechnet und für eine Anpassung des ersten oder zweiten Grenzwerts der Querbeschleunigung (4) verwendet wird.
6. Verfahren (32) zur Bestimmung einer Schwerpunkthöhe (10) eines Fahrzeugs (1) mit einem elektronischen Bremssystem (3), gekennzeichnet durch eine Berechnung der Schwerpunkthöhe (10) unter Verwendung einer dynamischen Radlast (9) eines kurveninneren Rads (5) und einer statischen Achslast (8).
7. Bremsensteuergerät (11) mit einer Software (17) zur Durchführung des Verfahrens (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und/oder des Verfahrens (32) nach Anspruch 6.
8. Elektronisches Bremssystem (3) mit einem Bremsensteuergerät (11) nach Anspruch 7.

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