DE10225120A1

DE10225120A1 - Verfahren zur Überwachung von Kraftfahrzeugen mit Anhängern auf Instabilitäten

Info

Publication number: DE10225120A1
Application number: DE10225120A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Beer; Thomas Berthold; Enno Kelling; Georg Roll
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2003-11-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Kraftfahrzeugen mit Anhängern auf Instabilitäten, bei dem die von dem Fahrzeug und/oder Anhänger ausgeführten Schlingerbewegungen mit mindestens einem Querbeschleunigungssensor oder Raddrehzahlsensoren gemessen und zum Ermitteln von Regelgrößen für ein Regelsystem ausgewertet werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß auf Basis von Meßgrößen (a_y¶(tmax1)¶, tmax1, a_y¶(tmin1)¶, tmin1, a_y¶(tmax2)¶, tmax2, a_y¶(tmin2)¶, tmin2, v_rr, v_rl, v_fr, v_fl), die mit Hilfe des Querbeschleunigungssensors oder der Raddrehzahlsensoren und mindestens einem Zähler ermittelt wurden und die die positive und negative Amplitude sowie die halbe Periodendauer (DT_h) wiedergeben, unter Einbeziehung mindestens eines Bandes für die halbe (DT_h) oder ganze Periodendauer (DT_f), die Schwingungsbreite (A1, A2, A3 etc.) mit einem Schwellenwert (A_thr) verglichen und das Vergleichsergebnis zur Erkennung von Schlingerbewegungen ausgewertet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Kraftfahrzeugen mit Anhängern auf Instabilitäten, bei dem die von dem Fahrzeug und/oder Anhänger ausgeführten Schlingerbewegungen mit mindestens einem Querbeschleunigungssensor oder Raddrehzahlsensoren gemessen und zum Ermitteln von Regelgrößen für ein Regelsystem ausgewertet werden.
Das Verfahren zielt darauf ab, die Instabilitäten bei Fahrzeuggespannen (Kraftfahrzeug mit Anhänger) zu erkennen und auszuregeln, bevor Fahrzustände auftreten, die vom Fahrer nicht mehr beherrscht werden können. Diese instabilen Zustände sind das bei Gespannen bekannte Schlingern und gegenphasige Aufschaukeln von Zugfahrzeug und Anhänger sowie sich anbahnende Überrollzustände bei zu hoher Querbeschleunigung im Falle von Ausweichmanövern, Spurwechseln oder hastigen Lenkanforderungen durch den Fahrer.

Entsprechende Verfahren und Vorrichtungen sind in verschiedenen Ausbildungen bekannt (DE 199 53 413 A1, DE 199 13 342 A1, DE 197 42 707 A1, DE 198 10 642 A1, DE 199 64 048 A1).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Gefahrenzustand des Fahrzeugs mit dem Anhänger sicher und frühzeitig zu erkennen und die Instabilitäten des Fahrzeuggespanns auszuregeln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf Basis von Meßgrößen (a_y_(tmax1), tmax1, a_y_(tmin1), tmin1, a_y_(tmax2), tmax2, a_y_(tmin2), tmin2, v_rr, v_rl, v_fr, v_fl), die mit Hilfe des Querbeschleunigungssensors oder der Raddrehzahlsensoren und mindestens einem Zähler ermittelt wurden und die die positive und negative Amplitude sowie die halbe Periodendauer (DT_h) wiedergeben, unter Einbeziehung mindestens eines Bandes für die halbe (DT_h)oder ganze Periodendauer(DT_f), die Schwingungsbreite (A1, A2, A3, ect.) mit einem Schwellenwert (A_thr) verglichen wird und das Vergleichsergebnis zur Erkennung von Schlingerbewegungen ausgewertet wird.

Vorteilhaft ist, daß eine Schlingerbewegung erfolgt und ein Zähler (Rec_Timer) gestartet wird, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

Die Schwingungsbreite A(1, 2, 3 ect.) > A_thr

Die halbe oder ganze Periodendauer (DT_h, DT_f) liegt innerhalb des Bandes. Unter diesen Voraussetzungen, nämlich daß die Bedingungen erfüllt sind, wird der Wert des Zählers (Rec_Timer) auf einen Startwert 1 gesetzt. Zweckmäßig ist, daß der Zähler (Rec_Timer) in Abhängigkeit von einer verstrichen Zeit (T_rec) verringert wird. Um eine Ausregelung der Instabilitäten über einen Zeitraum zu gewährleisten, der zu einer Stabilisierung des Gespannes führt, ist vorteilhaft vorgesehen, daß der Wert des Zählers (Rec_Timer) auf den Startwert zurückgesetzt wird, wenn innerhalb der Zeit (T_rec) eine Schlingerbewegung erkannt wird.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß der Grenzwert (A_thr) nach Maßgabe der Fahrsituation, vorzugsweise der Fahrzeuggeschwindigkeit, geschätzt wird.

Die Sicherheit der Erkennung von Schlingerbewegungen wird vorteilhaft erhöht, wenn der aus einer Kurvenfahrt resultierende Querbeschleunigungsanteil in einem Modell ermittelt wird und der Wert der Querbeschleunigung (a_y_(tmax), a_y_(min), (a_y_(tmax2), (a_y_(tmin2)) ect.) mit dem im Modell ermittelten Querbeschleunigungsoffset korrigiert wird.

Die Stabilisierung des Gespanns erfolgt vorteilhaft dadurch, daß an mindestens einem Rad, vorzugsweise des Anhängers, Bremseingriffe eingeleitet werden, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

Die Schwingungsbreite A(1, 2, 3 ect.) > A_thr

Die halbe oder ganze Periodendauer (DT_h, DT_f) liegt innerhalb des Bandes. Es ist ferner vorteilhaft, daß der Bremseingriff nach Maßgabe des maximalen Bremsdrucks bzw. der maximalen Bremskraft und der Aktuatorgeschwindigkeit bestimmt wird. Zweckmäßig ist, daß der Bremseingriff in einem Zeitfenster um den Nulldurchgang des kurven-offsetbereinigten Querbeschleunigungssignals erfolgt.

Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingriffszeitpunkt in einem Modell nach der Beziehung

t_start = T_pinc - P_max_des/ P_grad

ermittelt wird, mit P_grad = der mittlere Druckaufbaugradient der Druckaufbaupumpe, P_max des = der Bremsdrucksollwert, t_pinc = der Sollzeitpunkt, zu dem der P_max des erreicht werden soll, wobei t_pinc = t_zero - t_stat ms, mit t_stat = fester Zeitbetrag, z. B. 100 ms und t_zero = nächster erwarteter Nulldurchgang des kurven-offsetbereinigten Querbeschleunigungssignals.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 der zeitliche Verlauf der Querbeschleunigung eines Querbeschleunigungssignals,
Fig. 2 der zeitliche Verlauf der Querbeschleunigung von zwei Querbeschleunigungssignalen,
Fig. 3 der zeitliche Verlauf der Querbeschleunigung, der Drehung des Anhängers und des Bremseingriffs.
Das Verfahren gliedert sich in zwei Problemkreise:
Zuerst muß ein Gefahrenzustand sicher erkannt werden. Dies kann mit verschiedenen konventionellen oder speziellen Sensoren geschehen, die entweder im Fahrzeug, das den Anhänger zieht, angebracht werden oder im Falle eines existierenden ESP-Systems im Fahrzeug bereits teilweise oder vollständig vorliegen, so daß die Erkennungsmaßnahmen in die heutiges ABS-, TCS- oder ESP-Funktion des Zugfahrzeugs integriert werden können, oder die im Anhänger als zusätzliche Sensoren eingeführt sind, um die kritischen Zustände dort mit entsprechenden Algorithmen zu detektieren, die in einer eigens vorzusehenden Elektronik implementiert sind.
Der zweite Problemkreis besteht darin, im Falle einer erkannten Instabilität diesen Zustand durch geeignete Bremsansteuerungen der Räder von Fahrzeug und/oder Anhänger bzw. durch Motor- oder Lenkeingriffe beim Fahrzeug zu beheben. Erfolgen die Eingriffe beim Fahrzeug, so kann dies wieder auf der Basis eines heute konventionellen oder erweiterten ABS-, TCS- oder ESP-Systems erfolgen. Im Falle von Bremseingriffen an den Rädern des Anhängers sind dort geeignete Stellglieder vorzusehen, die einen aktiven Bremskraftaufbau erlauben.
Aus diesen verschiedenen Möglichkeiten der Situationserkennung und -behebung ergeben sich verschiedene Systeme.
Die erste Klasse von Systemen ist direkt in den Fahrdynamikregler des angetriebenen Fahrzeugs integriert. Abhängig von dem jeweils verfügbaren Regelsystem sind folgende Mechanismen möglich:
ABS: Erkennung anhand von Radgeschwindigkeitsmustern, Eingriff über aktiven Booster mit Hilfe eines kurzen Einbremsens synchron an allen Rädern des Fahrzeugs oder radindividuell durch Schließen der Einlaßventile der nicht aktiv durch das Regelsystem zu bremsenden Räder.
TCS: Erkennung wie bei ABS, Eingriff wie bei ABS im Falle eines vorliegenden aktiven Boosters oder mit Hilfe der hydraulischen ABS/TCS-Pumpe an beiden Vorderrädern im Falle eines frontgetriebenen Fahrzeugs oder an beiden Hinterrädern oder radindividuell an jeweils einem Hinterrad im Falle von heckgetriebenen Fahrzeugen.
ESP: Erkennen des kritischen Fahrzustands durch Auswertung der Radgeschwindigkeiten, gemessene Querbeschleunigungen, anhand der durch die Gierrate auf Vorder- und Hinterachse umgerechneten Querbeschleunigungen sowie anhand der gemessenen Gierrate selbst und/oder anhand der gemessenen Lenkwinkelverläufe;
Bremseneingriff wie bei TCS oder mit Hilfe der hydraulischen ESP-Pumpe an allen Rädern des Fahrzeugs oder radindividuell (beispielsweise jeweils am Vorder- und Hinterrad einer Fahrzeugseite).
ESP: Motoreingriff, Aktives Lenken
Bei der zweiten Systemklasse befinden sich die Sensoren und der Regler im Anhänger, und es werden auch die Räder des Anhängers gemeinsam oder individuell gebremst. Im letzteren Fall kann aus Gründen der Aufwandsreduzierung auch nur eine einzige Stelleinrichtung an einem der beiden Räder vorgesehen werden, so daß die aktiven Bremseneingriffe immer nur einseitig erfolgen. Die für das System vorzusehende Erweiterung von ABS, TCS oder ESP sorgt für Systemeingriffe, die die Grundfunktionen von ABS, TCS und ESP nicht durchführen würden, da im Falle eines leichteren Fahrzeugschlingerns selbst ein heutiges ESP keinen instabilen Zustand im Sinne eines Über- oder Untersteuerns erkennen würde. Um den instabilen Zustand aber bereits im Ansatz zu unterdrücken und damit ein sicheres Fahrverhalten zu gewährleisten, ist ein frühzeitiges Eingreifen unbedingt erforderlich.
In einer weiteren Ausführungsform des Systems erfolgt ein Datenaustausch zwischen den elektronischen Reglern von Zugfahrzeug und Anhänger beispielsweise über eine allgemeine seriell betriebene Datenleitung oder ein standardisiertes Bus-System (z. B. CAN-Bus). Das hat den Vorteil, daß Signale, die beispielsweise im Zugfahrzeug über ein Standardregelsystem, wie ESP, direkt durch Sensoren oder indirekt über mathematische Verknüpfungen, wie Modellrechnungen, Beobachterlösungen und Signalschätzungen, erfaßt werden, auch dem Regler im Anhänger verfügbar gemacht werden können. Durch diesen Regler kann dann der Bremseingriff an einem oder beiden Rädern des Anhängers gesteuert werden.
Die Erkennung eines sich anbahnenden instabilen oder fahrkritischen Zustands des Anhängers erfolgt über die Auswertung charakteristischer Signalmuster gemäß Fig. 1.
Dabei können sowohl konventionelle Signale, wie die Radgeschwindigkeiten bei Verwendung eines ABS oder die Querbeschleunigung oder Gierrate im Falle eines ESP herangezogen werden.
In einer beispielhaften Minimalausführung ist gemäß Fig. 1 ein Querbeschleunigungssensor vorgesehen, der vorzugsweise weit vorn oder weit hinten am Anhänger angebracht wird.
Der Erkennungsalgorithmus basiert darauf, daß typische Schwingungsmuster der Signale (in diesem Fall der Querbeschleunigung) und eine extreme Querdynamik des Gespanns detektiert werden.
Um die Schwingungsmuster zu bewerten, werden lokale Maxima und Minima der Querbeschleunigung zur Bestimmung der Pendelphase des Anhängers herangezogen, ohne daß eine Drehgeschwindigkeit oder ein Drehwinkel um einen Momentanpol etc. bestimmt werden muß.
Fig. 1 zeigt für ein aufschaukelndes Gespann den typischen Signalverlauf 1 eines Querbeschleunigungssensors, der am hinteren Ende des Anhängers angebracht ist.
An dieser beispielhaften Konfiguration wird nun der Erkennungsmechanismus erklärt, der prinzipiell auf beliebige Sensorkonfigurationen erweitert werden kann.
Eine erste Erkennung einer sich anbahnenden Schwingung ist schon nach einer Halbwelle, also nach der Zeit DT_h bzw. zum Zeitpunkt t_min1 (3) in Fig. 1 möglich. Mit erhöhter Sicherheit kann nach einer kompletten Schwingungsperiode, also der Zeit DT_f bzw. zum Zeitpunkt t_max2 (4) in Fig. 1 von einem vorliegenden Schlingern ausgegangen werden. Um die Situation als gefährlich einzustufen, muß die Schwingung eine gewisse Mindestschwingungsbreite aufweisen, welche von diversen Fahrzuständen abhängig gemacht werden kann. Als wesentlicher Parameter wird dazu eine (geschätzte) Fahrzeuggeschwindigkeit herangezogen, wenn der Erkennungsmechanismus darauf Zugriff hat, also beispielsweise im Steuergerät eines ABS oder ESP untergebracht ist.
Die Bestimmung der Schwingungsbreiten erfolgt in folgenden Schritten:
Es wird der Wert der Querbeschleunigung a_y (Signal 1) zum Zeitpunkt t_max1 (2) als Maximalwert a_max_old gespeichert (Wert 7), wo a_y ein lokales Maximum annimmt. Gleichzeitig wird der Zeitpunkt t_max1, der beispielsweise durch den Zählerstand eines reglerinternen Umlaufzählers repräsentiert ist, ebenfalls gespeichert, und zwar als Startwert t_max_old.

a_max_old = a_y(t_max1)
t_max_old = t_max1
Anschließend werden der Wert von a_y und der Zeitpunkt t_min1 (3), zu dem a_y ein lokales Minimum (Wert 8) aufweist, als Referenzwerte a_min_old und t_min_old gespeichert:

a_min_old = a_y(t_min1)
t_min_old = t_min1
Durch Differenzbildung von a_max_old (Wert 7) und a_min_old (Wert 8) wird die Schwingungsbreite A1 (Wert 12) bestimmt:

A1 = a_max_old - a_min_old = a_y(t_max1) - a_y(t_min1)
Durch Differenzbildung der beiden gespeicherten Zeiten (3 und 2) bzw. der sie repräsentierenden Zählerstände ergibt sich das Zeitintervall DT_h, das die halbe Periodendauer einer Schwingung darstellt:

DT_h = t_min_old - t_max_old = t_min1 - t_max1
Liegt der Wert von DT_h in einem typischen Band von beispielsweise 300-600 ms, so wird die Schwingungsbreite A1 überprüft. Wenn diese eine als kritisch eingestufte Schwelle A_thr überschreitet, die abhängig von der Fahrsituation, vorzugsweise abhängig von der Fahrgeschwindigkeit berechnet wird, so wird ein Informationsflag F (Signal 16) auf logisch '1' gesetzt, was den erkannten Zustand eines Schlingerns anzeigt:

DT_h > 300 ms und DT_h < 600 ms und
A1 > A_thr (v_Fzg)
→ F = 1
Gleichzeitig wird ein Abwärtszähler REC_TIMER (Signal 17) auf einen Startwert (Wert 18) gesetzt und in jedem nachfolgenden Regelungszyklus um 1 verringert, bis er den Wert 0 erreicht hat.

REC_TIMER = Startwert
REC_TIMER = REC_TIMER - 1 in jedem weiteren Zyklus
Der Startwert wird so festgelegt, daß der Zähler REC_TIMER in einem wohldefinierten Zeitintervall T_rec Werte größer 0 aufweist. Solange der Zähler REC_TIMER noch nicht abgelaufen, die Zeit T_rec also noch nicht verstrichen ist ist, wird weiterhin geprüft, ob Schwingungen in a_y auftreten. Mit jeder neu erkannten Schwingung wird der Zähler REC_TIMER wieder auf den Startwert gesetzt.
Wenn der Zähler den Wert 0 erreicht, liegt keine Schwingungstendenz mehr vor, und das Flag F wird auf 0 zurückgesetzt.

REC_TIMER = 0

→ F = 0
Wenn das Flag F den Wert 1 hat, läuft der Erkennungsmechanismus folgendermaßen weiter:
Wenn wieder ein lokales Maximum von a_y vorliegt (im Beispiel der Fig. 1 zum Zeitpunkt t_max2 bzw. Zeitpunkt 4), wird der Wert a_y (Wert 9) als weiterer Referenzwert a_max gespeichert, der zugehörige Zeitpunkt t_max2 (4) gelangt in den Speicher t_max.

a_max = a_y(t_max2)
t_max = t_max2
Durch Differenzbildung der beiden gespeicherten Zeiten t_max (4) und t_max_old (2) bzw. der sie repräsentierenden Zählerstände ergibt sich das Zeitintervall DT_f, das die volle Periodendauer einer Schwingung darstellt:

DT_f = t_max - t_max_old
Weiterhin wird eine neue Schwingungsbreite A2 (Wert 13) durch Differenzbildung des neuen Maximalwerts a_max (9) und des zuvor gespeicherten Minimalwerts a_min_old (8) der Querbeschleunigung gebildet:

A2 = a_max - a_min_old = a_y(t_max2) - a_y(t_min1)
Liegt der Wert von DT_f in einem typischen Band von beispielsweise 600-1200 ms, so wird die Schwingungsbreite A2 überprüft. Wenn diese eine als kritisch eingestufte Schwelle A_thr überschreitet, wird der Zähler REC_TIMER erneut auf den Startwert gesetzt.
Solange immer wieder eine Schwingung in einem vorgegebenen Band und mit einer Minimalschwingungsbreite auftritt, wird also der Zähler REC_TIMER erneut hochgesetzt. Dadurch bleibt das Flag F weiterhin auf dem Wert 1 und zeigt eine kritische Situation an. Erst bei abklingender Schwingung werden die Schwingungsmuster nicht mehr erkannt, der Zähler REC_TIMER läuft bis auf 0 ab, und das Erkennungsflag F für das Schlingern kann auf 0 zurückgesetzt werden.

DT_h > 300 ms und DT_h (600 ms und
A1 > A_thr (v_Fzg)
→ F = 1
Aus der Relation der gespeicherten Schwingungsbreiten A1 (12) und A2 (13) sowie aller evtl. noch weiteren gespeicherten Schwingungsbreiten A3, A4. . . (14, 15), kann abgelesen werden, ob ein zwischenzeitlich erfolgter Eingriff erfolgreich war, also zum Abklingen der Schwingungsbreite geführt hat, oder ob ein weiteres Ansteigen der Schwingungsweite bzw. der Amplitudenwerte signalisiert, daß das Problem weiterhin besteht und ggf. die Dosierung eines laufenden Eingriffs erhöht bzw. die gesamte Eingriffsstrategie geändert werden muß. Beispielsweise könnte man von radindividuellen Bremseingriffen an den Rädern des Anhängers dazu übergehen, beide Räder gleichzeitig zu bremsen. Durch eine derartige Maßnahme wird das Gespann gestreckt und die Gesamtdynamik reduziert. Allerdings wird dieser Eingriff vom Fahrer als ein gewisser Bremsruck wahrgenommen, der die Fahrgeschwindigkeit merklich reduziert. Daher sollte das beidseitige Einbremsen nur bei erhöhter Gefahr und möglichst nur kurz erfolgen, damit dem Fahrer nicht die globale Kontrolle über das Fahrzeug entzogen wird.
Fig. 2 veranschaulicht die erhöhte Erkennungssicherheit bei Verwendung zweier Querbeschleunigungssensoren, die weit voneinander entfernt, in diesem Fall vorn und hinten am Anhänger angebracht sind. Das Signal 20 des am hinteren Ende des Anhängers angebrachten Sensors wird im folgenden als a_y_r (rear) und das Signal 21 des vorderen Sensors als a_y_f (front) bezeichnet.
Bedingt durch die Gegenphasigkeit der Signale lassen sich überlagerte Offsetwerte eliminieren, die aus Kurvenfahrten resultieren, indem beispielsweise die halbierte Differenz der beiden Signale betrachtet wird. Dieser Querbeschleunigungsanteil 23 wird hier als Oszillationsanteil bezeichnet:

a_y_osci = (a_y_r - a_y_f)/2
Gleichzeitig kann der überlagerte Querbeschleunigungsoffset, der aus einer Kurvenfahrt resultiert, durch die halbierte Summe der beiden Querbeschleunigungssignale berechnet werden. Dieser Anteil 22 wird hier als stationärer Anteil bezeichnet:

a_y_stat = (a_y_r + a_y_f)/2
Allerdings kann auch mit einem Sensor ein Kurvenoffset eliminiert bzw. aufgrund des gemessenen Offsets eine überlagerte Kurvenfahrt erkannt werden, indem man aufeinander folgende Maxima und Minima des einen verfügbaren Querbeschleunigungssignals heranzieht:

a_y_osci = (a_y_max - a_y_min)/2

und

a_y_stat = (a_y_max + a_y_min)/2
Während man mit zwei Querbeschleunigungssensoren diese Signale immer aktuell in jedem neuen Regelungszyklus bestimmen kann, lassen sich die Signale mit nur einem Querbeschleunigungssensor immer nur dann aktualisieren, wenn wieder ein neues Maximum oder Minimum im Signalverlauf detektiert werden konnte.
Die Erkennung des Schlingerns kann ohne zusätzlichen Sensorikaufwand auch in einem Fahrzeug erfolgen, das beispielsweise nur mit einem reinen ABS-Steuergerät ausgerüstet ist. In diesem Fall nimmt man die Geschwindigkeiten zweier Räder einer möglichst nicht angetriebenen Achse und bildet deren Differenz.
Für ein frontgetriebenes Fahrzeug ergibt sich aus den Hinterradgeschwindigkeiten:

v_diff = v_rl - v_rr

mit v_rl = Geschwindigkeit des linken Hinterrades (rear left)
und v_rr = Geschwindigkeit des rechten Hinterrades (rear right).
Für ein heckgetriebenes Fahrzeug ergibt sich entsprechend aus den Vorderradgeschwindigkeiten:

v_diff = v_fl - v_fr

mit v_fl = Geschwindigkeit des linken Vorderrades (front left)
und v_fr = Geschwindigkeit des rechten Vorderrades (front right).
Das Signal v_diff zeigt im Falle eines Fahrzeugschlingerns ebenfalls eine eindeutige Oszillation - ähnlich wie ein Querbeschleunigungssignal. Allerdings sind die zu erwartenden Amplituden bei der Differenzgeschwindigkeit recht klein. Bei Geradeausfahrt oszilliert die Differenzgeschwindigkeit v_diff um den Nullpunkt. Im Falle einer Kurvenfahrt beinhaltet v_diff allerdings selbst noch einen Offsetwert v_diff_stat, der dem Grad der Kurvenfahrt entspricht und sich aus der Querbeschleunigung a_y, der Längsgeschwindigkeit v_x und der Spurweite s_track des Fahrzeugs ergibt:

v_diff_stat = a_y.s_track/v_x
Um den Offset v_diff_stat zu eliminieren, damit der Oszillationsanteil in der Differenzgeschwindigkeit ermittelbar ist, kann wieder wie im Falle eines Querbeschleunigungssensors verfahren werden, d. h. es werden Maxima und Minima im Signalverlauf gemerkt und deren halbierte Differenz als Nutzsignal für die Oszillation herangezogen, während die halbe Summe wieder den Kurvenoffsetwert repräsentiert. Aus letzterem werden über die obige Gleichung die Querbeschleunigung a_y berechnet:

a_y = v_diff_stat.v_x/s_track
Auf diese Weise wird für jede Sensorkonfiguration ein Signal (oder mehrere Signale) ermittelt, das eine Oszillation und damit ein Fahrzeugschlingern darstellt. In jedem Fall werden Maxima und Minima dieses Signals gemerkt, aus deren Differenzen Schwingungsbreiten und aus deren zeitlichen Abständen Periodenzeiten gemäß obigem Beispiel mit einem Querbeschleunigungssensor gebildet. Wenn die Periodenzeiten ausweisen, daß die Schwingungen in einem typischen Band liegen und die Schwingungsbreiten kritische Schwellwerte überschreiten, gilt ein sicherheitskritischer Zustand als erkannt, so daß ein regelnder Eingriff durch das jeweils implementierte System eingeleitet wird.
Durch Wahl der Erkennungsschwellen für die Schwingungsbreiten kann auch ein sehr frühzeitiger Eingriff erfolgen, bevor der Fahrer des Gespanns die Situation als unangenehm empfindet. In diesem Fall wird das System sicher häufig eingreifen, so daß eine derartige sensible Schwelleneinstellung beispielsweise bei Systemen gewählt werden sollte, deren Eingreifen vom Fahrer nicht oder zumindest nicht als störend wahrgenommen wird. So können sensible Schwellen beispielsweise bei Fahrzeugen mit elektrischen Bremsen (Brake-bywire-Systemen) eingesetzt werden, durch die der Fahrer keine haptische Rückmeldung im Bremspedal erfährt.
Nachdem ein Schlingern des Fahrzeugs durch einen der o. g. Erkennungsmechanismen detektiert wurde, müssen geeignete Eingriffe beispielsweise durch aktives Einbremsen am Zugfahrzeug oder am Anhänger gestartet werden.
Im einfachsten Fall erfolgt nach der Erkennung des Schlingerns ein kurzes Einbremsen an allen Rädern des Zugfahrzeugs. Dieser Eingriff erfordert keine besondere Zeitsteuerung. Er wird jeweils ausgelöst, wenn ein kritisches Schlingern über eine definierte Schwelle der Schwingungsbreite erkannt wurde und bleibt entweder über eine vordefinierte ggf. fahrgeschwindigkeitsabhängige Zeit aktiv oder bleibt so lange aktiv, bis das Schlingern nicht mehr detektiert wird bzw. die Amplitude der Oszillation im betrachteten Referenzsignal eine untere Schwelle unterschreitet, die tiefer liegt als die Regeleintrittsschwelle (Hysterese).
In einer zweiten Ausführung werden die Aufschaukeltendenzen durch gezielte zeitlich genau gesteuerte Bremseneingriffe an einem oder beiden Rädern des Anhängers unterdrückt.
Die Erfindung sieht vor, die Eingriffszeitpunkte (die Zeitpunkte, zu denen der jeweilige Druckaufbau gestartet wird) abhängig von dem benötigten Maximaldruck (bzw. der benötigten maximalen Bremskraft) und der Aktuatorgeschwindigkeit zu bestimmen.
Fig. 3 zeigt dazu wieder das einfache Beispiel, wo nur ein Querbeschleunigungssensor am Heck des Anhängers verwendet wird (Signal 30). Es wird davon ausgegangen, daß die Giergeschwindigkeit psip des Anhängers um seine Hochachse (Signal 31) immer dann maximale Werte annimmt, wenn das kurvenoffset-bereinigte Querbeschleunigungssignal Nulldurchgänge aufweist. Zu diesen Zeitpunkten sollten die jeweils an den Rädern individuell eingespeisten Bremsdrücke P_l und P_r (Signale 36 und 39) ebenfalls maximale Werte annehmen, um den Schwingungsvorgang zu bedämpfen. Da die Bremsaktuatoren endliche Druck- bzw. Kraftaufbaugradienten besitzen, wird ein kleiner Zeitbereich um jeden Nulldurchgang von a_y gelegt, in dem jeweils ein Bremsdruck bzw. eine Bremskraft an einem Rad des Anhängers eingespeist wird. Im Beispiel von Fig. 3 sind dies die schraffierten Zeitbereiche 32, 33, 34, und 35.
Bei Verwendung eines langsamen Aktuators muß der Druckaufbau früh erfolgen, damit der maximale Raddruck rechtzeitig erreicht wird, bevor das Signal a_y einen Nulldurchgang aufweist. Außerdem muß der Druckaufbau auch um so früher starten, je größer der gewünschte Maximaldruck P_max des (Wert 37) ist. Daraus ergibt sich folgende Berechnung für den Startpunkt t_start (beispielsweise Zeitpunkt 38) für den Druckaufbau:

t_start = t_pinc - P_max des/P_grad
Dabei ist P_grad der mittlere Druckaufbaugradient (Steigung der Druckaufbaurampe 40), der von dem verwendeten Aktuator aufgebracht werden kann und wird als bekannte und weitgehend konstante Größe des Aktuators betrachtet. P_max des (Wert 37) resultiert als Sollwert aus dem eingesetzten Regelalgorithmus.
t_pinc ist der Zeitpunkt, zu dem der maximale Raddruck aufgebaut sein soll und liegt um einen festen Zeitbetrag (beispielsweise ca. 100 ms) vor dem Zeitpunkt t_zero des nächsten erwarteten Nulldurchgangs des kurvenoffsetbereinigten Querbeschleunigungssignals,

t_pinc = t_zero - 100 ms
Da der Zeitpunkt des nächsten t_zero zunächst nicht bekannt ist, muß eine Schätzung anhand der bisherigen Schwingungsperiode durchgeführt werden (s. Fig. 3):

t_zero (estimated) = t_max_old + (t_min_old - t_max_old)/2

oder für den Fall, daß zuletzt ein Maximum in a_y erkannt wurde:

t_zero (estimated) = t_min_old + (t_max_old - t_min_old)/2
Nach dem Auftreten mehrerer Schwingungen bestimmt man auch jeweils eine bisher mittlere bzw. gefilterte Periodendauer und benutzt diese als Grundlage für die Schätzung der Auftrittszeit des nächsten Schwingungsmaximums:
Durch diese Maßnahme wird die Vorhersage von t_zero exakter.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung erfolgt ein aktives Einbremsen an den Rädern des Anhängers. Dies kann an einem Rad phasengetreu beginnend zu zeitlichen Referenzpunkten des Querbeschleunigungsmusters erfolgen, wobei diese Referenzpunkte t_start (beispielsweise Zeitpunkt 38) gemäß den o. g. Überlegungen in Abhängigkeit der Aktuatordynamik und des notwendigen Druckniveaus situationsabhängig berechnet werden (gemäß Beispiel in Fig. 3).
In kritischen Fällen kann ein beidseitiges Bremsen der Anhängerräder erfolgen.

Claims

1. Verfahren zur Überwachung von Kraftfahrzeugen mit Anhängern auf Instabilitäten, bei dem die von dem Fahrzeug und/oder Anhänger ausgeführten Schlingerbewegungen mit mindestens einem Querbeschleunigungssensor oder Raddrehzahlsensoren gemessen und zum Ermitteln von Regelgrößen für ein Regelsystem ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf Basis von Meßgrößen (a_y_(tmax1), tmax1, a-y_(tmin1), tmin1, a_y_(tmax2), tmax2, a_y_(tmin2), tmin2, v_rr, v_rl, v_fr, v_fl), die mit Hilfe des Querbeschleunigungssensors oder der Raddrehzahlsensoren und mindestens einem Zähler ermittelt wurden und die die positive und negative Amplitude sowie die halbe Periodendauer (DT_h) wiedergeben, unter Einbeziehung mindestens eines Bandes für die halbe (DT_h)oder ganze Periodendauer(DT_f), die Schwingungsbreite (A1, A2, A3, ect.) mit einem Schwellenwert (A_thr) verglichen wird und das Vergleichsergebnis zur Erkennung von Schlingerbewegungen ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schlingerbewegung erfolgt und ein Zähler (Rec_Timer) gestartet wird, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
Die Schwingungsbreite A(1, 2, 3 ect.) > A_thr
Die halbe oder ganze Periodendauer (DT_h, DT_f) liegt innerhalb des Bandes.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Zählers (Rec_Timer) auf einen Startwert gesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (Rec_Timer) in Abhängigkeit von einer verstrichen Zeit (T_rec) verringert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Zählers (Rec_Timer) auf den Startwert zurückgesetzt wird, wenn innerhalb der Zeit (T_rec) eine Schlingerbewegung erkannt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert (A_thr) nach Maßgabe der Fahrsituation, vorzugsweise der Fahrzeuggeschwindigkeit, geschätzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einer Kurvenfahrt resultierende Querbeschleunigungsanteil in einem Modell ermittelt wird und der Wert der Querbeschleunigung ((a_y_(tmax), a_y_(tmin), a-y_(tmax2), a_y_(tmin2) ect.) mit dem im Modell ermittelten Querbeschleunigungsoffset korrigiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einem Rad des Anhängers Bremseingriffe eingeleitet werden, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
Die Schwingungsbreite A(1, 2, 3 ect.) > A_thr
Die halbe oder ganze Periodendauer (DT_h, DT_f) liegt innerhalb des Bandes.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremseingriff nach Maßgabe des maximalen Bremsdrucks bzw. der maximalen Bremskraft und der Aktuatorgeschwindigkeit bestimmt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremseingriff in einem Zeitfenster um den Nulldurchgang des kurven-offsetbereinigten Querbeschleunigungssignals erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingriffszeitpunkt in einem Modell nach der Beziehung

t_start = T_pinc - P_max des/P_gradermittelt wird, mit P grad = der mittlere Druckaufbaugradient der Druckaufbaupumpe, P_max des = der Bremsdrucksollwert, t_pinc = der Sollzeitpunkt, zu dem der P_max des erreicht werden soll, wobei t_pinc = t_zero - t_stat ms, mit t_stat = fester Zeitbetrag, z. B. 100 ms und t_zero = nächster erwarteter Nulldurchgang des kurven-offsetbereinigten Querbeschleunigungssignals.