DE60202086T2

DE60202086T2 - Überrollstabilitätssteuerung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE60202086T2
Application number: DE60202086T
Authority: DE
Inventors: Jianbo Livonia Lu; Todd Allen Dearborn Brown
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2001-02-21
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2022-01-18
Also published as: EP1234741A3; US6799092B2; DE60202086D1; EP1234741A2; DE60202086T3; EP1234741B1; US20020139599A1; EP1234741B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wankstabilisierungssystem gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und auf ein Verfahren zur Regelung der Wankstabilität eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 4.
Dynamische Steuersysteme für Kraftfahrzeuge werden neuerdings in einer Reihe von unterschiedlichen Produkten angeboten. Dynamische Steuersysteme steuern typischerweise das Gierverhalten des Fahrzeuges durch Steuerung der Bremskraft an den verschiedenen Fahrzeugrädern. Typische Gier-Regelsysteme vergleichen die Soll-Richtung des Fahrzeuges ausgehend von dem Lenkradeinschlagwinkel mit der Fahrtrichtung. Durch eine Regelung der Bremskraft an jeder Ecke des Fahrzeuges kann die gewünschte Fahrtrichtung eingehalten werden.
Im typischen Falle befassen sich diese dynamischen Steuersysteme nicht mit der Wankbewegung des Fahrzeuges. Insbesondere bei Fahrzeugen mit hohem Profil wäre es aber wünschenswert, die Überschlagcharakteristik des Fahrzeuges zu regeln, um die Fahrzeugposition in bezug auf die Fahrbahn zu halten. D.h., es ist wünschenswert, den Kontakt aller vier Reifen des Fahrzeuges mit der Fahrbahn zu wahren.
Die Steuerung des Überschlag- und Wankverhaltens von Fahrzeugen (bzw. des Rollverhaltens des Fahrzeugaufbaus) betrifft unterscheidbare dynamische Kennwerte. Die Wankregelung hält das Fahrzeug in einer Ebene oder nahe einer Ebene parallel zur Fahrbahnoberfläche. Die Überschlagregelung hält die Fahrzeugräder auf der Fahrbahnoberfläche.
Ein System zur Wanksteuerung ist in der US-Patentschrift 5,869,943 beschrieben. US-Patentschrift 5,869,943 beschreibt die Kombination einer Gier-Regelung mit einer Wank-Regelung zur Wahrung einer horizontalen Lage des Fahrzeugaufbaus bei Kurvenfahrt. Das System wird nur in Verbindung mit den äußeren Vorderrädern zum Einsatz gebracht. Zur Regelung des Wankwertes wird am vorderen kurvenäußeren Rad eine Bremskraft aufgebracht.
Ein bekanntes Gierregelsystem, das in der US-Patentschrift 5,634,698 beschrieben ist, greift auf die Lenkung der Hinterräder zurück, um eine erhöhte Gierstabilität bei Bremsensteuerung zu erreichen. Dieses System bietet oder lehrt jedoch keine solche Steuerung zur Verhinderung eines Überschlagens des Fahrzeuges.
Ein anderes bekanntes System zur Verhinderung von Überschlag ist in der US-Patentschrift 6,065,558 zu finden, wo die Bremsen an den äußeren Vorderrädern des Fahrzeuges angelegt werden, um Überschlagen zu verhindern. Bei bestimmten Manövern allerdings kann das Anlegen der Vorderradbremsen alleine wegen dem besonderen Fahrverhalten des Fahrzeuges nicht wünschenswert sein.
Die US-A-4,998,593 oder EP-A-0,663,333 offenbaren eine Steuerung zur Stabilisierung der Giergeschwindigkeit unter Einsatz der Lenkung der Hinterräder.
Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Wankstabilisierungssystem zu stellen, das eine potentielle Überschlagsituation erkennen kann und vorübergehend einen Lenkvektor in Reaktion auf den geschätzten relativen Wankwinkel anlegt.
Einem ersten Aspekt der Erfindung zufolge wird ein Wankstabilisierungssteuersystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Vorderradlenksystem und einem Hinterradlenksystem gestellt, mit einem Hinterradlenkstellglied, einem Hinterradstellungssensor, der ein Hinterradstellungssignal erzeugt, einem Bremsenstellglied, einem Überschlagsensor zur Erzeugung eines Überschlagsignales in Reaktion auf einen drohenden Überschlag des Fahrzeuges, und mit einer mit besagtem Hinterradstellungsgeber, besagtem Überschlagsensor, besagtem Hinterradlenkantrieb und besagtem Bremsenstellglied gekoppelten Steuerung, worin besagte Steuerung ein Hinterradstellgliedsignal und ein Bremsenstellgliedsignal in Reaktion auf besagtes Überschlagsignal erzeugt, wobei besagtes Hinterradstellgliedsignal das besagte Hinterradlenkstellglied und besagtes Bremsenstellglied steuert, um ein Überschlagen des Fahrzeuges zu verhindern.
Der Überschlagsensor kann aus einer Kombination von Geschwindigkeitssensor, Querbeschleunigungssensor, Wankgeschwindigkeitssensor und Giergeschwindigkeitssensor bestehen.
Das Stabilisierungssteuersystem kann weiterhin einen Sensor beinhalten, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die einen Lenkwinkelsensor, einen Längsbeschleunigungssensor und einen Nickgeschwindigkeitssensor enthält.
Die Steuerung kann einen Reifenkraftvektor dadurch ändern, daß sie eine Richtung und die Hinterradlenkkraft des besagten Hinterradlenkstellgliedes in Kombination mit einer Änderung der Bremskraft ändert.
Das Hinterradstellglied kann ein rechtes Hinterradstellglied und ein linkes Hinterradstellglied beinhalten.
Die Steuerung kann einen Reifenkraftvektor verändern, indem sie eine relative Ausrichtung zwischen einem rechten hinteren Stellglied und einem linken hinteren Stellglied ändert.
Die Steuerung kann anhand eines Überschlagregelungsgesetzes in Verbindung mit einem Wankmoment-Verteilungsrechner betrieben werden.
Einem zweiten Aspekt der Erfindung zufolge wird ein Verfahren zur Regelung der Wankstabilität eines Kraftfahrzeuges mit einem Hinterradlenksystem gestellt, welches die Schritte der Bestimmung einer Wankwinkelschätzung in Reaktion auf ein Überschlagsensorsignal beinhaltet, sowie die Steuerung eines Hinterradlenkstellgliedes und einer Bremsensteuerung derart, daß ein vorgegebener Reifenkraftvektor in Reaktion auf eine relative Wankwinkelschätzung gebildet wird.
Das Fahrzeug kann ein rechtes Hinterradstellglied und ein linkes Hinterradstellglied haben, und der Schritt der Erzeugung kann die Erzeugung eines Reifenmomentes beinhalten, indem eine relative Ausrichtung zwischen besagtem rechtem Hinterradstellglied und besagtem linkem Hinterradstellglied verändert wird.
Der Schritt der Bestimmung einer Wankwinkelschätzung kann weiterhin die Schritte der Bestimmung einer Giergeschwindigkeit für das Fahrzeug beinhalten, der Bestimmung einer Wankgeschwindigkeit für das Fahrzeug, der Bestimmung einer Querbeschleunigung für das Fahrzeug, und der Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Der Schritt der Regelung kann den Schritt der Bestimmung einer Wankmomentverteilung vom Bremssystem und vom Lenksystem des Fahrzeuges her beinhalten.
Einem dritten Aspekt der Erfindung zufolge wird ein Kraftfahrzeug mit einem Stabilitätsregelsystem gemäß besagtem erstem Aspekt der Erfindung gestellt.
Das Fahrzeug kann außerdem ein blockiergeschütztes Bremssystem beinhalten, welches ein Blockierschutzbremssignal erzeugt, wobei das System eine Überschlagschutzsteuerung mit einer Bremsdruckprioritätslogik beinhaltet, welche ein Bremsenstellgliedsignal in Reaktion auf das Überschlagsignal, das Blockierschutzbremssignal und das Antriebsschlupf-Steuersignal erzeugt, und worin die Steuerung betätigbar ist, ein Hinterradstellgliedsignal in Reaktion auf besagtes Überschlagsignal zu erzeugen, worin das Hinterradstellgliedsignal dazu verwendet wird, das Hinterrad-Lenkstellglied zu steuern, und worin das Bremsenstellgliedsignal dazu verwendet wird, das Bremsenstellglied so zu steuern, daß ein Überschlagen des Fahrzeuges verhindert wird.
Das Fahrzeug kann außerdem eine Gierstabilitätsregelung beinhalten, die mit besagter Überschlagsteuerung gekoppelt ist, worin die Gierstabilitätsregelung mit besagter Bremsdruckprioritätslogik gekoppelt ist und ein Gierstabilitäts-Bremsensteuersignal erzeugt, und worin die Bremsdruckprioritätslogik ein Bremsenstellgliedsignal in Reaktion auf das Überschlagsignal, das Blockierschutzbremssignal und besagtes Gierstabilitäts-Bremsensteuersignal (YSC) erzeugt.
Das Fahrzeug kann außerdem eine Hinterradlenkprioritätslogik enthalten, worin die Gierstabilitätsregelung mit der Hinterradlenkprioritätslogik gekuppelt ist und so betreibbar ist, daß sie ein Gierstabilitäts-Hinterradlenksignal erzeugen kann, wobei die Hinterradlenkprioritätslogik das Hinterradstellgliedsignal in Reaktion auf das Überschlagsignal und das Gierstabilitäts-Hinterradlenksignal erzeugt.
Ein Vorteil der Erfindung ist, daß solche Systeme leicht in einem elektrischen Lenksystem ("steer-by-wire") verwirklicht werden können.
Die Erfindung soll nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beispielartig näher erläutert werden; dabei zeigt:
1: eine schematische Rückansicht eines Fahrzeuges einschließlich Kraftvektoren, welches Fahrzeug nicht mit einem Wankstabilisierungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;
2: eine schematische Rückansicht eines Fahrzeuges einschließlich Kraftvektoren, welches Fahrzeug mit einem Wankstabilisierungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;
3: ein Blockdiagramm eines Wankstabilisierungssystems nach der vorliegenden Erfindung;
4: ein Blockdiagramm der geschlossenen Regelschleife für das Hinterradlenkungssteuersystem nach der vorliegenden Erfindung;
5: ein Blockdiagramm der geschlossenen Regelschleife für das Bremsdrucksteuersystem ohne einen Bremsdrucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung;
6: ein Blockdiagramm der geschlossenen Regelschleife für das Bremsdrucksteuersystem mit einem Bremsdrucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung;
7: ein Flußdiagramm der Bestimmung der Wankmomentverteilung gemäß der vorliegenden Erfindung;
8: ein Flußdiagramm der Bestimmung des Bremsdruckwertes und des Hinterradlenkeinschlages gemäß der vorliegenden Erfindung; und
9: einen Graphen, der das Verhältnis zwischen dem durch den Hinterradlenkeinschlag erzeugten Wankmoment und dem Hinterradlenkwinkel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Mit Bezug auf 1 ist ein Kraftfahrzeug 10 ohne das erfindungsgemäße Überschlag-Stablisierungssystem dargestellt, das auch die verschiedenen, in einer Überschlagsituation darauf einwirkenden Kräfte und Momente zeigt. Fahrzeug 10 hat jeweils rechte und linke Reifen 12 und 13. Das Fahrzeug kann auch eine Reihe von unterschiedlichen Lenkanlagen haben, einschließlich der Lenkung jedes einzelnen der Vorder- und der Hinterräder mit je einem unabhängig steuerbaren Lenkstellmotor, eines herkömmlichen Lenksystems für die Vorder- und die Hinterräder, worin beide Vorderräder zusammen gesteuert werden, und beide Hinterräder zusammen gesteuert werden, eines Systems mit einer herkömmlichen Vorderradlenkung und einer unabhängig steuerbaren Lenkung für jedes der Hinterräder, oder umgekehrt. Eine Ausführungsform eines Steuersystems für jedes dieser Systeme soll nachstehend beschrieben werden.
Im allgemeinen hat ein Fahrzeug ein Gewicht, das als M*g im Schwerpunkt des Fahrzeuges dargestellt ist. Ein Schwerkraftmoment 14 greift entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn am Schwerpunkt (CG) an. Ein Reifenmoment 16 wirkt im Uhrzeigersinn am Schwerpunkt. Das auf das Fahrzeug wirkende Nettomoment 18 ist daher ein Moment im Uhrzeigersinn und verstärkt somit den Wankwinkel 20 des Fahrzeuges. Die Seitenkraft 22 an dem auf dem Boden aufstehenden Reifen 12 (Reifenvektor) ist eine in dem Diagramm nach links gerichtete signifikante Kraft, die ausreicht, das Fahrzeug überschlagen zu lassen, wenn sie nicht korrigiert wird.
Mit Bezug auf 2 ist dort ein Wankstabilisierungssystem 24 im Fahrzeug 10 mit eingebaut, das sich gerade in einer Wankposition befindet. Die in 2 dargestellten Kräfte sind mit denselben Bezugszahlen dargestellt wie die Kräfte und Momente in 1. In 2 dagegen senkt das Wankstabilisierungssystem 24 das Reifenmoment 16, so daß ein entgegen dem Uhrzeigersinn wirkendes Nettomoment 18 entsteht. Dadurch wird auch der Reifenvektor bzw. die Seitenkraft 22 am Reifen 12 gesenkt. Diese Tendenz ermöglicht es dem Fahrzeug, zur Horizontalen zu tendieren und so den Winkel 20 zu reduzieren.
Es sei nun Bezug genommen auf 3, wo das Wankstabilisierungsregelsystem 24 eine Steuerung 26 aufweist, die zum Empfang von Informationen von einer Reihe von Sensoren ausgelegt ist, welche einen Giergeschwindigkeitssensor 28 beinhalten können, einen Geschwindigkeitssensor 30, einen Querbeschleunigungssensor 32, einen Wankgeschwindigkeitssensor 34, einen Lenkwinkelsensor 35, einen Längsbeschleunigungssensor 36, einen Nickgeschwindigkeitssensor 38 und einen hinteren Lenkstellungssensor 40.
Darstellungsgemäß sind die Sensoren 28–40 mit einem Brems- und Lenksystem 42 gekoppelt. Die Sensoren 28–40 sind Teil dieser Systeme und sind daher als mit dem Kasten 42 gekoppelt dargestellt. Wie weiter unten noch näher erläutert wird, können einige dieser Sensoren auch von anderen Fahrzeugsystemen benutzt oder in diese integriert werden, einschließlich eines blockiergeschützten Bremssystems mit einer ABS-Steuerung 44, eines Antriebsschlupfregelsystems mit einer Antriebsschlupfsteuerung (TCS) 46 und eines Gierstabilitätsregelsystems (YSC) mit einer Gierstabilitätssteuerung 48.
Ausgehend von Eingaben von den Sensoren regelt die Steuerung 26 einen Reifenkraftvektor durch die Steuerung der Hinterradlenkung und -Bremsung, wie es weiter unten im einzelnen beschrieben werden soll. Der Begriff Überschlagsensor wird zur Bezeichnung eines oder mehrerer der Sensoren 28–40 verwendet, die dazu eingesetzt werden, die Wahrscheinlichkeit einer Überschlagsituation oder den Wankwinkel des Fahrzeuges zu erfassen. Je nach der gewünschten Empfindlichkeit des Systems und verschiedenen anderen Faktoren brauchen nicht alle Sensoren 28–40 in einer für den Markt bestimmten Ausführungsform eingesetzt zu werden. Es können verschiedene Arten von Sensoren verwendet werden, die gewünschten Signale zu liefern.
Querbeschleunigung, Wankrichtung und -Geschwindigkeit können über ein globales Positionierungssystem (GPS) erzielt werden.
Es bestehen viele Möglichkeiten, die Wank- und Nickbedingungen eines Fahrzeuges zu messen, zu schätzen oder abzuleiten. Der Wankgeschwindigkeitssensor 34 und der Nickgeschwindigkeitssensor 38 können durch eine Reihe von anderen Fahrzeugmessungen oder Kombinationen von Messungen ersetzt werden.
Wankgeschwindigkeitssensor 34 und Nickgeschwindigkeitssensor 38 können die Wankbedingungen des Fahrzeuges bestimmen, zum Teil ausgehend von der Erfassung der Höhenlage eines oder mehrerer Punktes) am Fahrzeug in bezug auf die Fahrbahnoberfläche. Sensoren, die hierzu eingesetzt werden können, beinhalten Radar-Abstandssensoren, Laser-Abstandssensoren und Sonar-Abstandssensoren.
Der Wankgeschwindigkeitssensor 34 und der Nickgeschwindigkeitssensor 38 können die Wanksituation auch ausgehend von der relativen Linear- oder Drehverschiebung erfassen, oder der Bewegungsgeschwindigkeit einer oder mehrerer Federungskomponente(n) am Fahrgestell, die einen linearen Höhen- oder Wegsensor oder einen Drehbewegungshöhen oder Wegsensor beinhalten können.
Der Wankgeschwindigkeitssensor 34 und der Nickgeschwindigkeitssensor 38 können die Wanksituation auch ausgehend von der vorangehenden Positionsmessung oder anderen Trägheitsmessungen erfassen, und zwar in Kombination mit Raddrehzahlsensoren, die zur Überwachung anormaler Änderungen in einer oder mehreren Radgeschwindigkeit(en) verwendet werden, die eine Null-Normallast auf den Reifen anzeigen würden.
Des weiteren können der Wankgeschwindigkeitssensor 34 und der Nickgeschwindigkeitssensor 38 die Wankbedingungen auch ausgehend von der vorangehenden Positionsmessung oder anderen Trägheitsmessungen erfassen, und zwar in Kombination mit einem Fahrtrichtungsbefehlseingang vom Fahrer, welcher Befehl von einer elektronischen Komponente kommen könnte, die in einer elektrischen Lenkanlage (steer-by-wire) unter Einsatz eines Handlenkrades oder Joysticks ausgegeben werden könnte.
Das Potential einer Wank- bzw. Überschlagsituation ist mit einer Null-Normallast bzw. einem abhebenden Rad bei einem oder mehreren der Räder verbunden. Eine Null-Normallast und damit eine Wank- bzw. Überschlagsituation kann dadurch erfaßt werden, daß die Kraft bzw. das Drehmoment gemessen wird, die/das mit der Belastung einer oder mehrerer Federungs- oder Fahrgestellkomponente(n) verbunden ist, z.B. mit einer Druckmeßdose in einem Federungsstellglied. In ähnlicher Weise kann auch eine Lastzelle oder ein Spannungsmeßsensor eingebaut werden, um die Kraft in einer Federungskomponente zu messen. Die Null-Normallastbedingung kann alleine oder in Verbindung mit anderen Bewegungs- oder Trägheitsmessungen verwendet werden, um die Fahrzeugwanksituation genau zu überwachen.
Die Betätigung des Servolenksystems kann überwacht werden, um die Normallast auf den Lenkrädern abzuleiten. Die Lenklast kann durch Messen eines oder mehrerer absoluter oder relativer Motorlastwerte überwacht werden, des Lenksystemdruckes in den Hydraulikleitungen, mittels eines Reifen-Querkraftsensors oder -Sensoren, eines Reifen-Längskraftsensors oder -Sensoren, eines Reifen-Vertikalkraftsensors oder -Sensoren, oder eines Reifen-Seitenwand-Torsionssensors oder -Sensoren. Die eingesetzten Lenksystemmeßdaten hängen von der Lenksystemtechnologie und den im Fahrzeug verfügbaren Sensoren ab.
Die Wanksituation des Fahrzeuges kann auch mittels einer oder mehrerer der folgenden Translations- oder Rotationspositionen, -Geschwindigkeiten oder -Beschleunigungen des Fahrzeuges ermittelt werden, zu diesen gehören ein Wankmeßkreisel, der Wankgeschwindigkeitssensor 34, der Giergeschwindigkeitssensor 28, der Querbeschleunigungssensor 32, ein Vertikalbeschleunigungssensor, ein Fahrzeug-Längsbeschleunigungssensor, oder ein Quer- oder Vertikalgeschwindigkeitssensor, wozu ein radbezogener Geschwindigkeitssensor, ein Radar-Geschwindigkeits- oder -Abstandssensor, ein Sonar-Geschwindigkeits- oder -Abstandssensor, ein Laser-Geschwindigkeits- oder -Abstandssensor oder auch ein optischer Geschwindigkeits- oder -Abstandssensor gehören.
Der Geschwindigkeitssensor 30 kann einen oder mehrere einer Reihe von dem Fachmann in der Technik bekannten Sensoren beinhalten. So kann zum Beispiel ein geeigneter Geschwindigkeitssensor einen Sensor an jedem Rad beinhalten, aus deren Daten dann von der Steuerung 26 ein Mittelwert gebildet wird. Vorzugsweise übersetzt die Steuerung die Radgeschwindigkeiten in eine Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Giergeschwindigkeit, der Lenkwinkel, die Radgeschwindigkeit und möglicherweise eine Schätzung eines Schlupf-Winkels an jedem Rad können zurück in die Fahrzeuggeschwindigkeit am Schwerpunkt (V_CG) übersetzt werden. Diverse andere Algorithmen sind dem Fachmann bekannt. So kann die Geschwindigkeit auch über einen Getriebesensor erzielt werden. Wenn z.B. die Geschwindigkeit beim Beschleunigen oder beim Bremsen in einer Kurve ermittelt wird, kann wegen seines Fehler nicht einfach die niedrigste oder höchste Raddrehzahl herangezogen werden. Ein Getriebesensor kann ebenfalls zur Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet werden.
Die zusätzlichen Komponenten des vorliegenden Systems arbeiten zusammen mit den normalerweise in Kraftfahrzeugen vorzufindenden Teilen. So kann z.B. ein Koordinator für die Vorderrad-Lenksteuerung (FWS) und die Hinterrad-Lenksteuerung (RWS) mit der Überschlagsteuerung 50 gekoppelt sein. Der Lenksteuerungskoordinator 50 kann die Position eines rechten Vorderrad-Lenkstellgliedes, einen linken Vorderrad-Lenkstellgliedes, einen linken Hinterrad-Stellgliedes und eines rechten Hinterrad-Stellgliedes steuern. Wie oben beschrieben können aber auch zwei oder mehrere der Stellglieder simultan gesteuert werden.
Bei einem Zahnstangenlenksystem z.B. werden die beiden damit gekoppelten Räder simultan gesteuert.
Ein Lenksteuerungskoordinator 50 wird dazu verwendet, die richtige Lenkung des Fahrzeuges von normalen bis zu kritischen Bedingungen zu garantieren. Koordinator 50 vermittelt dem Fahrer ein feineres Lenkgefühl. Richtige Koordination zwischen Vorder- und Hinterrädern verringert den Wenderadius des Fahrzeuges, insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten. Wenn z.B. δ_f der Meßwert des Vorderradlenkwinkels ist, und Dd_RiF der gewünschte bzw. Soll-Lenkwinkel zur Erreichung der Koordination, dann kann die folgende Koordinierungsformel eingesetzt werden: ∆δRiF = –K(v)*δf worin K(v) ein Verstärkungsfaktor ist, der eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit v darstellt.
Dieser gewünschte Hinterradlenkwinkel bildet zusammen mit anderen Anteilen der gewünschten bzw. Soll-Lenkwinkel die Grundlage für den Gesamt-Soll-Hinterradlenkwinkel δ_r.
δ_r wird an die Hinterrad-Lenkungssteuereinheit geleitet, die den Rückmeldesteuerbefehl zur Ansteuerung des Hinterrad-Lenkstellgliedes erzeugt. Die Steuerungskoordinationseinheit 50 kann die Position eines hinteren linken Radstellgliedes und eines hinteren rechten Radstellgliedes steuern.
Es können aber auch wie oben beschrieben zwei der Stellglieder gleichzeitig gesteuert werden. In einem Zahnstangenlenksystem z.B. werden die beiden daran angeschlossenen Räder simultan gesteuert. Das in geschlossener Regelschleife arbeitende Hinterradlenksystem ist in 4 dargestellt und beinhaltet eine Einheit 59, welche den Gesamt-Soll-Lenkwinkel für die Hinterräder erzeugt, sowie das Rückmeldesteuerungsgesetz 62 der Hinterradlenkung, das Hinterradlenkstellglied 101 und den Hinterradlenkwinkelsensor 40; dabei sind 101 und 40 Teil des Fahrzeuges 42.
Der Gesamt-Soll-Hinterradlenkwinkel δ_r ^. _t wird dadurch berechnet, daß der Einheit 59 der zur Erzielung einer Wankstabilisierungsregelung erforderliche Soll-Hinterradlenkwinkel Δδ_RSC ^. eingegeben wird, sowie der zur Erzielung einer Gierstabilisierungsregelung erforderliche Wert Δδ_YSC ^. und der zur Erzielung einer Koordination zwischen der Vorderradlenkung und der Hinterradlenkung erforderlich Wert Δδ_RiF ^.. Dieser Gesamtwert δ_r ^. _t wird dann zusammen mit dem gemessenen Hinterradlenkwinkel δ_r der Einheit 60 des Rückmeldesteuerungsgesetzes für die Hinterradlenkung zugeführt. Diese Rückmeldesteuerungseinheit berechnet den Steuerbefehl zum Antrieb des RWS-Stellgliedes.
Wird der Fehler zwischen dem Sollwert δ_r ^. und dem Istwert δ_r als e_s definiert, d.h. e_s = δ_r – δ_r ^., dann kann der Hinterradlenksteuerungsbefehl wie in einer PID-Steuerung berechnet werden:
wo K_SP, K_SI und K_SD Steuerungsverstärkungsfaktoren sind.
Die Steuerung 26 beinhaltet einen Überschlagregelungsgesetzblock 52, der die Bestimmung einer Überschlagbedingung oder die Wahrscheinlichkeit eines Überschlages darstellt. Dies kann durch Berechnung eines Wankwinkels des Fahrzeuges geschehen. Ausgehend von den Eingabedaten von bestimmten Sensoren der Sensoren 28 bis 40 bestimmt die Steuerung das Vorliegen oder die Wahrscheinlichkeit einer Überschlagbedingung.
Wenn in Block 52 das Vorliegen oder die Wahrscheinlichkeit eines Überschlages bestimmt worden ist, wird in Block 54 die Wankmomentverteilung bestimmt. Der Vorgang in Block 54 soll nachstehend näher erläutert werden. Zusammenfassend vergleicht Block 52 das Moment zur Verhütung eines Überschlages mit den Momenten, die dem Bremssystem und dem Hinterradlenksystem zugeführt werden, und durch Bestimmen eines Bremsdrucksignales und eines Hinterradlenksignales in Reaktion auf diese Verteilung.
Die Steuerung 26 beinhaltet auch eine Bremsdruckprioritätslogik 56 und eine Hinterradlenkprioritätslogik 58. Die Bremsdruckprioritätslogik 56 empfängt ein Bremsdrucksignal vom Wankmomentverteilungsrechner 54. Die Hinterradlenkprioritätslogik 58 empfängt ein Hinterradlenksignal vom Wankmomentverteilungsrechner 54.
Die Bremsdruckprioritätslogik 56 ist ebenfalls mit der Blockierschutz-Bremssteuerung 44 verbunden, mit der Antriebsschlupf-Regelsystemsteuerung 46, und mit der YSC-Steuerung 48. Jedes dieser Systeme im Überschlagschutzregelsystem kann auf die Bremsen des Fahrzeuges einwirken. Die Bremsdruckprioritätslogik 56 bestimmt ein Maß an Bremsung für die einzelnen Räder gemäß einem hierarchischen Ordnungssystem. Das Ordnungssystem wird vorzugsweise experimentell ermittelt und basiert auf der Gesamtdynamik des Fahrzeuges. Daher kann das Prioritätsgefüge von einem Fahrzeug zum anderen wechseln.
Die Bremsdruckprioritätslogik 56 kann auch derart wirken, daß sie das Maß an gewünschtem Steuereingriff von den verschiedenen Systemen maximiert.
Die Hinterradlenkprioritätslogik 58 ist gekuppelt mit dem Koordinator 50 für die Vorderradlenkung und die Hinterradlenkung sowie mit der YSC-Steuerung 48. Beide Systeme steuern den Betrieb der Lenkung des Fahrzeuges und insbesondere denjenigen der Hinterradlenkung. Das Hinterradlenksystem bzw. die Lenkprioritätslogik 58 wird hierarchisch gesteuert, ähnlich wie die Bremsdruckprioritätslogik 56. Das heißt, die Hinterradlenkprioritätslogik 58 kann experimentell ermittelt werden, so daß das gewünschte Maß an Steuerung für die verschiedenen damit verbundenen Systeme gewährt wird, einschließlich des Überschlagregelsystems 24.
Die Bremsdruckprioritätslogik 56 und die Hinterradlenkprioritätslogik 58 sind jeweils mit dem Brems- und Lenksystem 42 durch eine entsprechende Bremsdrucksteuerung 60 und eine Hinterradlenksteuerung 62 verbunden. Die Bremsdrucksteuerung 60 und die Hinterradlenksystemsteuerung 62 erzeugen jeweils ein entsprechendes Hinterradstellgliedsignal und ein Bremsstellgliedsignal, die dann zum Auslösen des gewünschten Maßes an Brems- und Hinterradlenksteuerung eingesetzt werden. Das Bremsenstellgliedsignal kann ein Signal für jede der Bremsen an allen vier Ecken des Fahrzeuges liefern.
5 zeigt das Bremsensteuersystem in geschlossener Regelschleife, das einen Mechanismus (eine Einheit 58) zur Erzeugung des gewünschten Gesamtbremsdruckes beinhaltet, das Bremsdruck-Rückmeldesteuerungsgesetz 60, das Bremsenstellglied 201 und den Raddrehzahlsensor 205, wobei 201 und 205 Teil des Fahrzeuges 42 sind.
Der gewünschte bzw. Soll-Druck Δp_RSC für die Überschlag-Stabilitätsregelung, der gewünschte Druck Δp_YSC für die Gierstabilitätsregelung, der gewünschte Druck Δp_TCS für die Antriebsschlupfregelung und der gewünschte Druck Δp_ABS für die Bremsen-Blockierschutzregelung werden dem Bremsdruckprioritätsblock 58 zugeführt und dort eingespeist, und daraus wird ein End-Soll-Bremsdruck p* berechnet. Dieser Soll-Bremsdruck wird dann weiter einer Bremsdruck-Rückmeldesteuerung zugeführt, zusammen mit den Sensorsignalen der gemessenen Raddrehzahlen, so daß ein Rückmeldesteuerungssignal für die Bremsenstellglieder erstellt werden können.
Stehen Bremsdrucksensoren zur Verfügung, kann das geschlossene Bremsdruckregelsystem aus 5 so geändert werden, daß das in 6 dargestellte System entsteht.
Dieses System beinhaltet eine Einheit 58, eine Einheit 60, das Bremsenstellglied 201, den Raddrehzahlsensor 205 und den Bremsdrucksensor 210. 201, 205 und 210 sind Teil des Fahrzeuges 42. Das Rückmeldesteuerungsgesetz 60 steuert die Vorrichtungen zur Erzielung des Betätigungsdruckes wie folgt.
Wird der Druckfehler als e_p = p – p* definiert, kann auf die Einheit 60 eine PID-Regelformel angewendet werden:
wo K_BP, K_BI und K_BD Steuerverstärkungsfaktoren sind.
Es sei nun Bezug genommen auf 7, wo die folgenden Begriffe im folgenden Flußdiagramm verwendet werden:

M_R: gewünschtes Wankmoment zur Wahrung der Kontrolle in einer Überschlagsituation
M _RWS: Maximales Wankmoment, das unter gegebenen Fahrbedingungen durch die Hinterradlenkung erzeugt wird
M _BRK: Maximales Wankmoment, das unter gegebenen Fahrbedingungen durch die Bremsensteuerung erzeugt wird
C₁: Verstärkungsfaktor, welcher den Bremsdruck in Relation zu dem durch diesen Bremsdruck erzeugten Wankmoment setzt. C₁ ändert sich während der Fahrt. C₁ kann von folgenden Parametern abhängen: – der Normalkraft N auf der Achse – dem Oberflächenreibbeiwert μ_Oberfläche – den Vorderrad- und Hinterradlenkwinkeln δ_f und δ_r – der Gesamtfläche A_Kolben des Bremskolbens – dem Reibwert zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag, μ_{Scheibe/Belag} – dem Rollradius r – dem mittleren Abstand zwischen dem Bremsklotz und dem Radmittelpunkt, r₀ – der Höhe h_cg der Schwerpunktlage des Fahrzeuges. C₁ kann auch durch eine mathematische Formel bestimmt werden. C₁ kann z.B. folgendermaßen ausgedrückt werden:
wo C_p der Koeffizient ist, der dazu verwendet wird, die Querkräfte an den Reifen in Relation zum Bremsdruck zu setzen, was eine Funktion der oben aufgezählten Variablen ist, wo p_o der Nenn-Bremsdruck ist, bzw. der Druck zu dem Zeitpunkt, wo eine Überschlag-Bremsregelung gewünscht wird, und der anhand eines Bremssystemmodells geschätzt oder über einen Druckmesser gemessen werden kann.
C₂: Verstärkungsfaktor, welcher den Lenkwinkel in Relation zu dem aus diesem Lenkmoment entstehenden Wankmoment setzt. C₂ ändert sich während der Fahrt. C₂ kann abhängig sein von: – der Giergeschwindigkeit – der Fahrzeuggeschwindigkeit – dem Fahrzeugschlupfwinkel – der Höhe der Schwerpunktlage c.g. – dem Oberflächenkoeffizienten Da eine aktive Hinterradlenkungsbetätigung im allgemeinen kleine Lenkwinkel im Bereich von ± 5 Grad bewirkt, kann eine mathematische Formel für C₂ leicht ermittelt werden. Wie in 9 zu erkennen ist, wird das durch die Hinterradlenkung erzeugte Wankmoment beherrscht von einem linearen Verhältnis. Das heißt, das durch die Hinterradlenkung erzeugte Wankmoment ist proportional zum Lenkwinkel. Es könnte wie folgt beschrieben werden: C2 = hcgCSNμOberflächeδr worin C_S eine Konstante ist, die von dem Lenksystem abhängt. 9 zeigt das Verhältnis zwischen dem durch die Hinterradlenkung erzeugten Wankmoment und dem gemessenen Lenkwinkel δ_r.
p_MAX Maximaler Bremsdruck, der in der betroffenen Bremse erzielbar ist
δ_MAX: Maximaler Hinterradlenkwinkel, der mit der bestehenden Hinterradlenkmechanik erzielt werden kann

Das in 7 dargestellte Flußdiagramm entspricht dem Wankmomentverteilungsrechner 54 aus 3. Das zur Verhinderung eines Überschlages erforderliche Moment M_R ist das gewünschte bzw. Soll-Moment zur Steuerung eines Überschlages. In Block 64 wird, wenn das gewünschte Wankmoment kleiner als das durch die Hinterradlenkung erzeugte Maximalwankmoment (M _RWS) ist, Schritt 66 ausgeführt, wo der Bremsenmerker (BRK_FLAG) auf Null gesetzt wird, der Hinterradlenkungsmerker (RWS_FLAG) auf 1 gesetzt wird, und der Maximalwertmerker (MAX_FLAG) auf Null gesetzt wird. Nach Schritt 66 wird Block 68 ausgeführt, wie er nachstehend noch weiter erläutert werden soll. Zusammenfassend bestimmt Block 68 den Bremsdruck und den Hinterradlenkwinkel für das Fahrzeug.
Noch einmal mit Bezug zurück auf Block 64 wird, wenn das Gesamtmoment M_R nicht kleiner als das durch das Hinterradlenksystem gegebene Moment ist, Block 70 ausgeführt. Wenn in Block 70 das Moment M_R zur Verhinderung eines Überschlages kleiner ist als das durch das Bremssystem gegebene Moment M _BRK , wird Block 72 zur Ausführung gebracht, wo der Bremsenmerker auf 1 gesetzt wird. Der Hinterradlenkungsmerker wird gleich Null gesetzt, und der Maximalwertmerker wird auf Null gesetzt. Nach Block 72 wird Block 68 ausgeführt, wo der Bremsdruck und die Hinterradlenkwinkel bestimmt werden.
Zurück zu Block 70 wird, wenn das Wankmoment M_R nicht kleiner als das vom Bremssystem gestellte Wankmoment M _BRK ist, Block 74 ausgeführt. In Block 74 wird die Summe aus dem vom Hinterradlenksystem erzeugten Moment und dem durch das Bremssystem erzeugten Moment ermittelt, und diese Summe wird mit dem Gesamtmoment zur Vermeidung eines Überschlages verglichen. Ist das Gesamtmoment zur Vermeidung eines Überschlages kleiner als die Summe des vom Hinterradlenksystem gestellten Momentes und des vom Bremssystem gestellten Momentes, wird Block 76 zur Ausführung gebracht, wo der Bremsenmerker gleich 1 gesetzt wird, und der Hinterradlenkungsmerker gleich 1 gesetzt wird, und wo der Maximalwertmerker auf Null gesetzt wird.
Wenn also in Block 64, 70 und 74 das jeweilige durch das Hinterradlenksystem erzeugte Moment hoch genug liegt, in Block 64 ein Überschlagen zu verhindern, oder wenn das durch das Bremssystem erzeugte Moment groß genug ist, ein Überschlagen zu verhindern, oder aber wenn die Kombination der beiden groß genug ist, in Block 74 ein Überschlagen zu verhindern, ist dies ausreichend. Wenn dagegen in Block 74 die Gesamtmomente am Hinterradlenksystem und am Bremssystem nicht hoch genug sind, wird Block 78 ausgeführt, wo der Bremsenmerker auf Eins gesetzt wird, der Hinterradlenkungsmerker auf Eins gesetzt wird, und der Maximalwertmerker auf Eins gesetzt wird. Der Maximalwertmerker dient dazu, das Prioritätssystem auszulösen, so daß es die Bremskraft und den Hinterradienkwinkel maximiert, um ein Überschlagen des Fahrzeuges zu verhindern. Ausgehend von diesen Prioritäten, wie sie durch die in den Blöcken 66, 72, 76 und 78 erwähnten Merker gesetzt wurden, werden nun der Bremsdruck und der Hinterradlenkwert des Systems berechnet.
Mit Bezug auf 8 soll nun der in 4 dargestellte Block 68 näher erläutert werden. Ist der Maximalwertmerker in Schritt 80 nicht auf Null gesetzt worden, wird jetzt Schritt 82 ausgeführt, in welchem der Maximaldruck sowie der maximale Lenkeinschlagwinkel am Ausgang abgegeben werden und dazu eingesetzt werden, die Bremsdruckregelung und den Hinterradlenkwinkel des Fahrzeuges zu steuern. Erneut Bezug nehmend auf Block 80 wird, wenn der Maximalwertmerker auf Null gesetzt ist, Block 84 ausgeführt, wo die Bedingungen für sowohl den Bremsenmerker als auch den Hinterradlenkungsmerker bestimmt werden. Sind der Bremsenmerker und der Hinterradlenkungsmerker beide ungleich Null, wird Schritt 86 ausgeführt, worin das Maß oder der Anteil an Wankmoment bestimmt wird, das/der durch den Bremsdruck und den Hinterradlenkwinkel entsteht. Der Bremsdruck wird durch folgende Formel bestimmt:
Der Hinterradbrems-Lenkwinkel wird durch folgende Formel bestimmt:
Wieder mit Bezug auf Schritt 84 wird, wenn sowohl der Bremsenmerker als auch der Hinterradlenkungsmerker Null sind, Schritt 88 ausgeführt, worin die Höhe des Bremsdruckes anhand der folgenden Formel festgelegt wird: ∆pRSC* = C1 · MR · BRK_FLAG
Der Korrekturfaktor für den Hinterradlenkeinschlagwinkel wird durch folgende Formel bestimmt: ΔδRSC* = C2 · MR · RWS_FLAG
In Block 90 werden die Bremsdrücke und die Hinterradlenkwinkel einem Verteilerblock 90 zugeführt und so dem jeweiligen besonderen Bremssystem bzw. Lenksystem zugeleitet, um das gewünschte Maß an Regelung vorzunehmen. Im Betrieb werden diese Systeme fortlaufend reaktualisiert, so daß der gewünschte Steuerungsgrad den unterschiedlichen Systemen entsprechend nachjustiert wird.
Im Betrieb können verschiedene Arten von Lenkungsregelungen durchgeführt werden, je nach den Fahrzeugkenndaten und dem Lenksystem. Wie oben erwähnt kann z.B. eine Zahnstangenlenkung so gesteuert werden, daß sie vorübergehend eine gewünschte Änderung am Hinterradlenkwinkel vornimmt, um ein Überschlagen zu vermeiden, während sie jedoch die Vorderräder unangetastet läßt. Natürlich könnte auch die Richtung der Vorderräder geändert werden, wenn die Hinterradlenkrichtung geändert wird.
In einem System mit unabhängig betätigbaren Hinterrädern kann der relative Lenkwinkel zwischen den Hinterrädern in Reaktion auf den erfaßten Wankwinkel verändert werden, ohne daß die Position oder die Stellung der Vorderräder verändert wird. Dies kann durch eine unabhängige Steuerung der Hinterräder oder auch eine simultane Steuerung der Hinterräder bewerkstelligt werden. Es kann auch in Kombination mit einem gewünschten Grad an Bremsregelung erfolgen.
Wie oben beschrieben können auch der Längsbeschleunigungssensor und ein Nickgeschwindigkeitssensor in die oben beschriebene Bestimmung der Reifenkraftvektoren mit einbezogen werden. Diese Sensoren können zur Überprüfung benutzt werden, wie auch Teil der Berechnungen bilden. Der Nickgeschwindigkeitssensor z.B., oder der Längsbeschleunigungssensor, oder beide gemeinsam kann/können dazu verwendet werden, eine Nickwinkelschätzung des Fahrzeuges zu erstellen. Dieser Schätzwert kann zusammen mit seiner Ableitung dazu eingesetzt werden, die Berechnung des Fahrzeugwankwinkels zu verfeinern.
Zwar sind hier besondere Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben worden, dem Fachmann werden jedoch zahlreiche Abwandlungen und alternative Ausbildungen einfallen. Dementsprechend ist davon auszugehen, daß die Erfindung einzig durch die anhängenden Patentansprüche begrenzt wird.

Claims

Wankstabilitätsregelsystem (24) für ein Kraftfahrzeug mit einem Vorderradlenksystem und einem Hinterradlenksystem, dadurch gekennzeichnet, daß das System (24) ein Hinterradlenkstellglied (101) aufweist, einen ein Hinterradstellungssignal erzeugenden Hinterradstellungssensor (40), ein Bremsenstellglied (60), einen Überschlagsensor (28, 30, 32, 34, 35, 36, 38) zur Erzeugung eines Überschlagsignals in Reaktion auf eine bevorstehende Überschlagsituation des Fahrzeuges, und eine Steuerung (26), welche mit besagtem Hinterradstellungssensor (40), mit besagtem Überschlagsensor (28, 30, 32, 34, 35, 36, 38), besagtem Hinterradlenkstellglied (101) und besagtem Bremsenstellglied (60) gekoppelt ist, wobei besagte Steuerung (26) ein Hinterradstellgliedsignal und ein Bremsenstellgliedsignal in Reaktion auf besagtes Überschlagsignal erzeugt, wobei besagtes Hinterradstellgliedsignal besagtes Hinterradlenkstellglied (101) und besagtes Bremsenstellglied (60) so steuert, daß ein Überschlagen des Fahrzeuges verhindert wird.
Wankstabilitätsregelsystem nach Anspruch 1, worin besagte Steuerung einen Reifenkraftvektor verändert, indem eine Richtung und eine Hinterradlenkkraft des besagten Hinterradstellgliedes in Kombination mit einer Änderung der Bremskraft verändert wird.
Wankstabilitätsregelsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin besagte Steuerung einen Reifenkraftvektor verändert, indem eine relative Ausrichtung zwischen einem rechten Hinterradstellglied und einem linken Hinterradstellglied verändert wird.
Verfahren zur Regelung der Wankstabilität eines Kraftfahrzeuges mit einem Hinterradlenksystem, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte beinhaltet: Bestimmen eines Überschlags- oder Wankwinkelschätzwertes in Reaktion auf einen Überschlagsensor, und Steuern eines Hinterradlenkstellgliedes und einer Bremsensteuerung derart, daß ein vorgegebener Reifenkraftvektor in Reaktion auf den relativen Wankwinkelschätzwert gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, worin der Schritt der Bestimmung eines Wankwinkelschätzwertes die Schritte der Bestimmung einer Giergeschwindigkeit für das Fahrzeug beinhaltet, die Bestimmung einer Wankgeschwindigkeit für das Fahrzeug, die Bestimmung einer Querbeschleunigung für das Fahrzeug, und die Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, worin der Schritt der Regelung die Schritte der Bestimmung einer vom Bremssystem ausgehenden und einer von einem Lenksystem des Fahrzeuges ausgehenden Wankmomentverteilung aufweist.
Kraftfahrzeug; dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug ein Stabilitätsregelsystem nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3 aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 7, worin das Fahrzeug außerdem ein ein Bremsenblockierschutzsignal erzeugendes blockiergeschütztes Bremssystem aufweist, sowie ein ein Antriebsschlupfregelsignal erzeugendes Antriebsschlupfregelsystem, wobei das System eine Überschlagsteuerung aufweist, welche eine Bremsdruckprioritätslogik beinhaltet, die ein Bremsenstellgliedsignal in Reaktion auf das Überschlagsignal erzeugt, und worin das Antriebsschlupfregelsignal und die Steuerung so betätigbar sind, daß ein Hinterradstellgliedsignal in Reaktion auf besagtes Überschlagsignal erzeugt werden kann, wobei das Hinterradstellgliedsignal dazu verwendet wird, das Hinterradlenkungsstellglied zu steuern, und wo das Bremsenstellgliedsignal verwendet wird, das Bremsenstellglied zu steuern, derart, daß ein Überschlagen des Fahrzeuges verhindert wird.
Fahrzeug nach Anspruch 8, außerdem eine Gierstabilitätssteuerung beinhaltend, welche mit besagter Überschlagsteuerung verbunden ist, worin die Gierstabilitätssteuerung mit besagter Bremsdruckprioritätslogik verbunden ist und ein Gierstabilitätsbremsenregelsignal erzeugt, und worin die Bremsdruckprioritätslogik ein Bremsenstellgliedsignal in Reaktion auf das Überschlagsignal, das Bremsenblockierschutzsignal, das Antriebsschlupfregelsignal und besagtes YSC-Bremsensteuersignal erzeugt.
Fahrzeug nach Anspruch 9, außerdem eine Hinterradlenkprioritätslogik beinhaltend, worin die Gierstabilitätssteuerung mit der Hinterradlenkprioritätslogik verbunden ist und betreibbar ist, ein Gierstabilitätshinterradlenksignal zu erzeugen, wobei die Hinterradlenkprioritätslogik das Hinterradstellgliedsignal in Reaktion auf das Überschlagsignal und das Gierstabilitätshinterradlenksignal erzeugt.