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Title:
DEVICE AND METHOD FOR REDUCING ROLL IN A VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/063537
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device and to a method for reducing roll in a vehicle. Said device comprises a detection device (10), which determines an actual value (&PSgr ist) of a yaw rate variable describing the yaw rate of the vehicle, an evaluation unit (11), which determines a desired value (&PSgr soll) of the yaw rate variable and a threshold value (&PSgr grenz) of the yaw rate variable, and a control device (12) which is used to control vehicle units (13) which influence the longitudinal and/or transversal dynamics of the vehicle. The evaluation unit (11) controls the vehicle unit which is based on a comparison between the determined actual value (&PSgr ist) of the yaw rate variable and the determined desired value of the yaw rate variable of the vehicle unit (13) in such a manner that the determined actual value (&PSgr ist) of the yaw rate variable receives the determined desired value (&PSgr soll) of the yaw rate variable. In the event that the desired value (&PSgr soll) of the yaw rate variable exceeds the threshold value (&PSgr grenz) of the yaw rate variable, the evaluation unit (11), which is used to prevent the vehicle from rolling, limits the determined desired value (&PSgr soll) of the yaw rate variable to the level of the determined threshold value (&PSgr grenz) of the yaw rate variable. According to the invention, the evaluation unit (11) determines the threshold value (&PSgr grenz) of the yaw rate variable according to a threshold value (Φgrenz) of a roll angle variable (Φ) describing a roll angle of the vehicle.

Inventors:
RAAB MARKUS (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/014593
Publication Date:
July 14, 2005
Filing Date:
December 22, 2004
Export Citation:
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Assignee:
DAIMLER CHRYSLER AG (DE)
RAAB MARKUS (DE)
International Classes:
B60K28/10; B60T8/00; B60T8/1755; B60W10/04; B60W10/18; B60W10/20; B60W30/04; B60W40/10; B60W40/12; B62D6/00; B62D37/00; (IPC1-7): B60T8/00
Foreign References:
DE19830189A11999-11-18
EP0914997A21999-05-12
US5668724A1997-09-16
US5332300A1994-07-26
US6175790B12001-01-16
Attorney, Agent or Firm:
Pfeffer, Frank (Intellectual Property Management IPM - C106, Stuttgart, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Kippverhinderung für ein Fahrzeug, mit einer Erfassungseinrichtung (10), die'einen Istwert (tist) einer die Gierrate des Fahrzeugs beschreibenden Gierratengröße ermittelt, mit einer Auswerteeinheit (11), die einen Sollwert (troll) der Gierratengröße und einen den Sollwert (troll) zur Vermeidung eines Umkippens des Fahrzeugs geeignet begrenzenden Grenzwert (*grenez) der Gierratengröße ermittelt, und mit einer Steuereinrichtung (12) zur Ansteuerung von Fahrzeugaggregaten (13), die zur Beeinflussung der Längsund/oder Querdynamik des Fahr zeugs vorgesehen sind, wobei die Auswerteeinheit (11) auf Basis eines Vergleichs zwischen dem ermittelten Istwert der Gierratengröße und dem ermittelten Sollwert (#soll) der Gierratengrö#e die Fahrzeugaggregate (13) der art ansteuert, dass der ermittelte Istwert (tint) der Gierratengröße den ermittelten Sollwert (soll) der Gier ratengröße einnimmt, wobei für den Fall, dass der Soll wert (#soll) der Gierratengröße den Grenzwert (grenz) der Gierratengröße überschreitet, die Auswerteeinheit (11) zur Vermeidung eines Umkippens des Fahrzeugs den ermit telten Sollwert (troll) der Gierratengröße auf den ermit telten Grenzwert (#grenz) der Gierratengröße begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (11) den Grenzwert (#grenz) der Gierratengröße in Abhängigkeit eines Grenzwerts (@grenez) einer einen Kippwinkel des Fahrzeugs beschreibenden Kipp winkelgröße (p) ermittelt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Auswerteeinheit (11) ermittelte Grenz wert (9grenez) der Kippwinkelgröße einen Übergang zwischen einem kippstabilen und einem kippenden Zustand des Fahr zeugs charakterisiert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (11) den Sollwert (troll) der Gierratengröße in Abhängigkeit einer ermittelten Lenkwin kelgröße (5), die den an lenkbaren Rädern des Fahrzeugs einstellbaren Lenkwinkel beschreibt, und/oder einer Längsgeschwindigkeitsgröße (vue), die die Längsgeschwin digkeit des Fahrzeugs beschreibt, ermittelt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (11) den Grenzwert cpgrenz) der Gierratengröße in Abhängigkeit von Größen, die den Bela dungszustand und/oder Geometrieeigenschaften und/oder Ka rosserieeigenschaften des Fahrzeugs charakterisieren, er mittelt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die den Beladungszustand des Fahrzeugs charakteri sierenden Größen eine Schwerpunktlagengröße (hop) die die räumliche Lage des Schwerpunkts des Fahrzeugs be schreibt, und/oder eine Massegröße (mf), die die Masse des Fahrzeugs beschreibt, umfassen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Geometrieeigenschaften des Fahrzeugs charak terisierenden Größen eine Spurbreitengröße (sf), die die Spurbreite des Fahrzeugs beschreibt, und/oder eine Kipp zentrumslagengröße (how), die die Lage des Kippzentrums des Fahrzeugs beschreibt, umfassen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Karosserieeigenschaften des Fahrzeugs cha rakterisierenden Größen eine Kippsteifigkeitsgröße (c), die die Kippsteifigkeit der Karosserie des Fahrzeugs be schreibt, umfassen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (11) die Schwerpunktlagengröße (hsp) und/oder die Massegröße (mf) während und/oder vor Beginn der Fahrt des Fahrzeugs ermittelt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (11) die Schwerpunktlagengröße (hsp) und/oder die Massegröße (mf) in Abhängigkeit von Größen, die den Bewegungszustand des Fahrzeugs charakte risieren, und/oder in Abhängigkeit des zeitlichen Verhal tens wenigstens einer dieser Größen ermittelt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die den Bewegungszustand des Fahrzeugs charakteri sierenden Größen eine Wankwinkelgröße, die den Wankwinkel des Fahrzeugs beschreibt, und/oder einer Nickwinkelgröße, die den Nickwinkel des Fahrzeugs beschreibt, umfassen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (11) jeweils ein fest vorge gebener Wert für die Schwerpunklagengröße (hsp) und/oder die Massegröße (mf) abgelegt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (11) den Grenzwert (@grenz) der Kippwinkelgröße in Abhängigkeit von Größen, die die Quer dynamik des Fahrzeugs charakterisieren, ermittelt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die die Querdynamik des Fahrzeugs charakterisieren den Größen eine Querbeschleunigungsgröße (aq), die die auf das Fahrzeug wirkende Querbeschleunigung beschreibt, umfassen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Fahrzeugaggregaten (13) um zur Er zeugung eines auf das Fahrzeug wirkenden Vortriebs vorge sehene Antriebsmittel (13a) und/oder um zur Abbremsung von Rädern des Fahrzeugs vorgesehene Bremsmittel (13b) und/oder um zur Beeinflussung der Lenkung des Fahrzeugs vorgesehene Lenkmittel (13c) handelt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsmittel (13b) derart ausgebildet sind, dass sich die Räder des Fahrzeugs jeweils unabhängig voneinan der abbremsen lassen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (10), die Auswerteeinheit (11) und die Steuereinrichtung (12) Bestandteil eines im Fahrzeug vorhandenen Elektronischen StabilitätsProgramms sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der Auswerteeinheit (11) ansteuerbare Fahrerin formationsmittel (23) zur Ausgabe einer optischen und/oder akustischen Fahrerinformation vorgesehen sind, wobei die Auswerteeinheit (11) die Ausgabe der optischen und/oder akustischen Fahrerinformation in Zusammenhang mit der Ansteuerung der Fahrzeugaggregate (13) veran lasst.
18. Verfahren zur Kippverhinderung für ein Fahrzeug, bei dem ein Istwert (#ist) einer die Gierrate des Fahrzeugs be schreibenden Gierratengröße ermittelt wird, und bei dem ein Sollwert (troll) der Gierratengröße und ein Grenzwert (#grenz) der Gierratengröße ermittelt wird, wobei auf Ba sis eines Vergleichs zwischen dem ermittelten Istwert der Gierratengröße und dem ermittelten Sollwert der Gierratengröße die Längsund/oder Querdynamik des Fahrzeugs derart beeinflusst wird, dass der ermittel te Istwert (tint) der Gierratengröße den ermittelten Sollwert (toll) der Gierratengröße einnimmt, wobei für den Fall, dass der Sollwert (toll) der Gierratengröße den Grenzwert der Gierratengröße überschreitet, zur Vermeidung eines Umkippens des Fahrzeugs der ermittelte Sollwert (tsoll) der Gierratengröße auE den ermittelten Grenzwert der Gierratengröße begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert (grenz) der Gierratengröße in Abhän gigkeit eines Grenzwerts (@grenez) einer einen Kippwinkel des Fahrzeugs beschreibenden Kippwinkelgröße (ç) ermit telt wird.
Description:
Vorrichtung und Verfahren zur Kippverhinderung für ein Fahrzeug Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Ver- fahren zur Kippverhinderung für ein Fahrzeug, mit einer Er- fassungseinrichtung, die einen Istwert einer die Gierrate des Fahrzeugs beschreibenden Gierratengröße ermittelt, mit einer Auswerteeinheit, die einen Sollwert der Gierratengröße und einen den Sollwert zur Vermeidung eines Umkippens des Fahr- zeugs geeignet begrenzenden Grenzwert der Gierratengröße er- mittelt, und mit einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung von Fahrzeugaggregaten, die zur Beeinflussung der Längs-und/oder Querdynamik des Fahrzeugs vorgesehen sind. Die Auswerteein- heit steuert hierbei auf Basis eines Vergleichs zwischen dem ermittelten Istwert der Gierratengröße und dem ermittelten Sollwert der Gierratengröße die Fahrzeugaggregate derart an, dass der ermittelte Istwert der Gierratengröße den ermittel- ten Sollwert der Gierratengröße einnimmt, wobei für den Fall, dass der Sollwert der Gierratengröße den Grenzwert der Gier- ratengröße überschreitet, die Auswerteeinheit zur Vermeidung eines Umkippens des Fahrzeugs den ermittelten Sollwert der Gierratengröße auf den ermittelten Grenzwert der Gierraten- größe begrenzt.

Ein derartiges Stabilisierungssystem zur Erhöhung der Kipp- stabilität eines Fahrzeugs geht aus der Druckschrift DE 198 30 189 AI hervor. Das Fahrzeug weist eine Einrichtung zur Giermomentregelung auf, die in bekannter Weise durch Eingrif- fe in Bremsmittel und/oder Antriebsmittel des Fahrzeugs die Gierrate des Fahrzeugs auf einen von Fahrervorgaben abhängi- gen Sollwert regelt, wobei der Sollwert zur Vermeidung eines Umkippens des Fahrzeugs auf einen physikalisch sinnvollen Wert begrenzt wird. Die physikalischen Betrachtungen berück- sichtigen neben den Reibwertverhältnissen der Fahrbahnober- fläche zusätzlich eine kritische Querbeschleunigung, bei de- ren Erreichen das Fahrzeug ins Kippen gerät.

Aufgabe der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfin- dungsgemäßen Verfahrens ist es, ein alternatives Stabilisie- rungssystem zur Erhöhung der Kippstabilität eines Fahrzeugs zu schaffen, mit dem eine ebenso zuverlässige wie unmittelba- re Beurteilung des momentanen Kippzustands des Fahrzeugs er- möglicht wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kippverhinderung für ein Fahrzeug umfasst eine Erfassungseinrichtung, die einen Ist- wert einer die Gierrate des Fahrzeugs beschreibenden Gierra- tengröße ermittelt, und eine Auswerteeinheit, die einen Soll- wert der Gierratengröße und einen den Sollwert zur Vermeidung eines Umkippens des Fahrzeugs geeignet begrenzenden Grenzwert der Gierratengröße ermittelt. Weiterhin ist eine Steuerein- richtung zur Ansteuerung von zur Beeinflussung der Längs- und/oder Querdynamik des Fahrzeugs vorgesehenen Fahrzeugag- gregaten vorhanden. Hierbei steuert die Auswerteeinheit die Fahrzeugaggregate auf Basis eines Vergleichs zwischen dem er- mittelten Istwert der Gierratengröße und dem ermittelten Sollwert der Gierratengröße derart an, dass der ermittelte Istwert der Gierratengröße den ermittelten Sollwert der Gier- ratengröße einnimmt, wobei für den Fall, dass der Sollwert der Gierratengröße den Grenzwert der Gierratengröße über- schreitet, die Auswerteeinheit zur Vermeidung eines Umkippens des Fahrzeugs den ermittelten Sollwert der Gierratengröße auf den ermittelten Grenzwert der Gierratengröße begrenzt. Erfin- dungsgemäß ermittelt die Auswerteeinheit den Grenzwert der Gierratengröße in Abhängigkeit eines Grenzwerts einer einen Kippwinkel des Fahrzeugs beschreibenden Kippwinkelgröße.

Die Werte, die die Kippwinkelgröße im Verlauf der Fahrt des Fahrzeugs annehmen kann, spannen einen n-dimensionalen (nc-N) Werteraum auf, der sich in zwei n-dimensionale Unter- räume aufteilen lässt, von denen ein erster all jene Werte der Kippwinkelgröße umfasst, die zu einem kippstabilen Zu- stand des Fahrzeugs führen, während ein zweiter all jene Wer- te der Kippwinkelgröße umfasst, bei denen das Fahrzeug einen kippenden Zustand annimmt. Die Kippwinkelgröße erlaubt daher aufgrund der eindeutigen Zuordnung zu einem der beiden Unter- räume eine ebenso zuverlässige wie unmittelbare Beurteilung des momentanen Kippzustands des Fahrzeugs. Dementsprechend wird zur Verhinderung eines Umkippens der Grenzwert der Kipp- winkelgröße derart gewählt, dass dieser ein Element des ers- ten Unterraums ist. Die von den beiden Unterräumen umfassten Werte der Kippwinkelgröße können entweder in Form diskreter Einzelwerte oder aber in Gestalt eines Kontinuums vorliegen.

Bei der Kippwinkelgröße handelt es sich insbesondere um den Wankwinkel des Fahrzeugs, der eine Drehung des Fahrzeugs um eine in Fahrzeuglängsrichtung orientierte Wankachse be- schreibt.

Vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Es ist von Vorteil, wenn der Grenzwert der Kippwinkelgröße Teil der durch die beiden Unterräume gebildeten Schnittmenge ist, sodass der von der Auswerteeinheit ermittelte Grenzwert der Kippwinkelgröße einen definierten Übergang zwischen einem kippstabilen und einem kippenden Zustand des Fahrzeugs cha- rakterisiert. In diesem Fall lässt sich der Grenzwert der Gierratengröße derart ermitteln, dass eine durch Eingriffe in die Fahrzeugaggregate vorgenommene Begrenzung des Sollwerts der Gierratengröße nur dann erfolgt, wenn es der momentane Kippzustand des Fahrzeugs tatsächlich erforderlich macht. Auf diese Weise wird ein erheblicher Komfortgewinn sowohl für den Fahrer als auch für weitere Insassen des Fahrzeugs erreicht.

Die Auswerteeinheit ermittelt den Sollwert der Gierratengröße beispielsweise in Abhängigkeit einer ermittelten Lenkwinkel- größe, die den an lenkbaren Rädern des Fahrzeugs einstellba- ren Lenkwinkel beschreibt, und/oder einer Längsgeschwindig- keitsgröße, die die Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs be- schreibt, wobei die Verwendung eines einfachen und in den meisten Fällen ausreichenden Einspur-Fahrzeugmodells möglich ist (vgl."Bosch, Kraftfahrtechnisches Taschenbuch", Vieweg- Verlag, 23. Auflage, S. 707 f.) Im Sinne einer zuverlässigen Erfassung des momentanen Kippzu- stands des Fahrzeugs besteht die Möglichkeit, dass die Aus- werteeinheit den Grenzwert der Gierratengröße in Abhängigkeit von Größen ermittelt, die den Beladungszustand und/oder Geo- metrieeigenschaften und/oder Karosserieeigenschaften des Fahrzeugs charakterisieren.

Der Beladungszustand des Fahrzeugs kann insbesondere durch Angabe der Schwerpunktlage und/oder der Masse des Fahrzeugs präzise charakterisiert werden. Dementsprechend umfassen die den Beladungszustand des Fahrzeugs charakterisierenden Größen eine Schwerpunktlagengröße, die die Lage des Schwerpunkts des Fahrzeugs beschreibt, und/oder eine Massegröße, die die Masse des Fahrzeugs beschreibt.

In Zusammenhang mit den Geometrie-und Karosserieeigenschaf- ten des Fahrzeugs hat vor allem die Spurbreite, die Lage des Kippzentrums und die Kippsteifigkeit der Karosserie des Fahr- zeugs erheblichen Einfluss auf das Kippverhalten des Fahr- zeugs. Es ist daher von Vorteil, wenn die die Geometrieeigen- schaften des Fahrzeugs charakterisierenden Größen eine Spur- breitengröße, die die Spurbreite des Fahrzeugs beschreibt, und/oder eine Kippzentrumslagengröße, die die Lage des Kipp- zentrums des Fahrzeugs beschreibt, umfassen. Entsprechendes gilt für die die Karosserieeigenschaften des Fahrzeugs cha- rakterisierenden Größen, die vorzugsweise eine Kippsteifig- keitsgröße umfassen, die die Kippsteifigkeit des Fahrzeugs beschreibt.

Vorteilhafterweise ermittelt die Auswerteeinheit die Schwer- punktlagengröße und/oder die Massegröße während und/oder vor Beginn der Fahrt des Fahrzeugs, sodass zur Ermittlung des Grenzwerts der Gierratengröße jeweils dem aktuellen Bela- dungszustand des Fahrzeugs entsprechende Werte für die Schwerpunktlagengröße und/oder die Massegröße zur Verfügung stehen.

Die Ermittlung der Schwerpunktlagengröße und/oder der Masse- größe kann mit guter Genauigkeit in Abhängigkeit von Größen, die den Bewegungszustand des Fahrzeugs charakterisieren, und/oder in Abhängigkeit des zeitlichen Verhaltens wenigstens einer dieser Größen erfolgen. Eine besonders hohe Genauigkeit wird erreicht, wenn die den Bewegungszustand des Fahrzeugs charakterisierenden Größen eine Wankwinkelgröße, die den Wankwinkel des Fahrzeugs beschreibt, und/oder eine Nickwin- kelgröße, die den Nickwinkel des Fahrzeugs beschreibt, umfas- sen. Die Bestimmung der Wankwinkelgröße und/oder der Nickwin- kelgröße erfolgt beispielsweise durch Auswertung der an Rad- federeinrichtungen des Fahrzeugs auftretenden Einfederwege oder aber mittels geeigneter Winkelsensoren.

Zur Verringerung des von der Auswerteeinheit durchzuführenden Rechenaufwands besteht alternativ zur vorstehend beschriebe- nen Ermittlung der Schwerpunktlagengröße und/oder der Masse- größe die Möglichkeit, dass in der Auswerteeinheit jeweils ein fest vorgegebener Wert für die Schwerpunktlagengröße und/oder die Massegröße abgelegt ist. Die in der Auswerteein- heit abgelegten Werte werden derart vorgegeben, dass selbst ungünstige Beladungszustände des Fahrzeugs berücksichtigt werden und zu keinem Umkippen des Fahrzeugs führen können ("worst case").

Weiterhin kann die Auswerteeinheit zur zuverlässigen Erfas- sung des momentanen Kippzustands des Fahrzeugs den Grenzwert der Gierratengröße in Abhängigkeit von Größen ermitteln, die die Querdynamik des Fahrzeugs charakterisieren. In diesem Zu- sammenhang ist insbesondere die auf das Fahrzeug wirkende Querbeschleunigung von Bedeutung, sodass es von Vorteil ist, wenn die die Querdynamik des Fahrzeugs beschreibenden Größen eine Querdynamikgröße umfassen, die die auf das Fahrzeug wir- kende Querbeschleunigung beschreibt.

Eine exakte und verzögerungsarme Beeinflussung des Istwerts der Gierratengröße im Sinne des Sollwerts der Gierratengröße wird insbesondere dann ermöglicht, wenn es sich bei den Fahr- zeugaggregaten um zur Erzeugung eines auf das Fahrzeug wir- kenden Vortriebs vorgesehene Antriebsmittel und/oder um zur Abbremsung von Rädern des Fahrzeugs vorgesehene Bremsmittel und/oder um zur Beeinflussung der Lenkung des Fahrzeugs vor- gesehene Lenkmittel handelt. Die Antriebsmittel umfassen un- ter anderem Motor, Getriebe und Getriebekupplung des Fahr- zeugs, wohingegen die Bremsmittel Rädern des Fahrzeugs zuge- ordnete Radbremseinrichtungen aufweisen. Die Bremsmittel sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich die Räder des Fahrzeugs jeweils unabhängig voneinander abbremsen lassen, sodass eine besonders genaue Beeinflussung des Istwerts der Gierratengröße möglich ist. Die Lenkmittel sind in bekannter Weise zur Beeinflussung des an den lenkbaren Rädern des Fahr- zeugs einstellbaren Lenkwinkels vorgesehen. Das Eingreifen in die Lenkmittel des Fahrzeugs erlaubt eine besonders verzöge- rungsarme und somit komfortbetonte Einflussnahme auf den Ist- wert der Gierratengröße. Die Bremsmittel und/oder die An- triebsmittel und/oder die Lenkmittel lassen sich hierbei von der Auswerteeinheit über eine Steuereinrichtung zur Durchfüh- rung fahrerunabhängiger Eingriffe ansteuern.

Vorteilhafterweise sind die Erfassungseinrichtung, die Aus- werteeinheit und die Steuereinrichtung Bestandteil eines E- lektronischen Stabilitäts-Programms (ESP-Systems), sodass insbesondere durch Modifikation eines herkömmlichen bzw. im Fahrzeug bereits vorhandenen ESP-Systems eine kostengünstige und vergleichsweise einfache Umsetzung bzw. Nachrüstung des erfindungsgemäßen Stabilitätssystems möglich ist.

Um den Fahrer auf das Vorliegen eines kippkritischen Zustands des Fahrzeugs hinzuweisen, sind von der Auswerteeinheit an- steuerbare Fahrerinformationsmittel zur Ausgabe einer opti- schen und/oder akustischen Fahrerinformation vorgesehen, wo- bei die Auswerteeinheit die Ausgabe der optischen und/oder akustischen Fahrerinformation in Zusammenhang mit der Ansteu- erung der Fahrzeugaggregate veranlasst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnun- gen näher erläutert. Dabei zeigen : Fig. 1 ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfah- rens in Form eines Flussdiagramms.

Fig. 1 zeigt ein schematisch dargestelltes Ausführungsbei- spiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kippverhinderung für ein Fahrzeug. Die Vorrichtung umfasst eine Erfassungsein- richtung 10, die einen Istwert ist einer die Gierrate des Fahrzeugs beschreibenden Gierratengröße ermittelt, und eine Auswerteeinheit 11, die einen Sollwert troll der Gierratengrö- ße und einen den Sollwert zur Vermeidung eines Umkippens des Fahrzeugs geeignet begrenzenden Grenzwert , grenz der Gier- ratengröße ermittelt. Bei der Erfassungseinrichtung 10 han- delt es sich beispielsweise um einen im Fahrzeug angeordneten und mit der Auswerteeinheit 11 in Wirkverbindung stehenden Gierratensensor. Weiterhin ist eine mit der Auswerteeinheit 11 in Wirkverbindung stehende Steuereinrichtung 12 vorhanden, die zur fahrerunabhängigen Ansteuerung von zur Beeinflussung der Längs-und/oder Querdynamik des Fahrzeugs vorgesehenen Fahrzeugaggregaten 13 vorgesehen ist. Die Erfassungseinrich- tung 10, die Auswerteeinheit 11 und die Steuereinrichtung 12 sind Bestandteil eines im Fahrzeug vorhandenen Elektronischen Stabilitäts-Programms (ESP-Systems).

Bei den Fahrzeugaggregaten 13 handelt es sich um zur Erzeu- gung eines auf das Fahrzeug wirkenden Vortriebs vorgesehene Antriebsmittel 13a und/oder um zur Abbremsung von Rädern des Fahrzeugs vorgesehene Bremsmittel 13b und/oder um zur Beein- flussung der Lenkung des Fahrzeugs vorgesehenen Lenkmittel 13c. Die Antriebsmittel 13a umfassen unter anderem Motor, Ge- triebe und Getriebekupplung des Fahrzeugs, wohingegen die Bremsmittel 13b Rädern des Fahrzeugs zugeordnete Radbremsein- richtungen aufweisen. Die Bremsmittel 13b sind derart ausge- bildet, dass sich die Räder des Fahrzeugs jeweils unabhängig voneinander abbremsen lassen. Die Lenkmittel 13c sind in be- kannter Weise zur Beeinflussung eines an lenkbaren Rädern des Fahrzeugs einstellbaren Lenkwinkels vorgesehen.

Die Auswerteeinheit 11 steuert die Fahrzeugaggregate 13 auf Basis eines Vergleichs zwischen dem ermittelten Istwert tìst der Gierratengröße und dem ermittelten Sollwert troll der Gierratengröße derart an, dass der ermittelte Istwert tist der Gierratengröße den ermittelten Sollwert troll der Gierra- tengröße einnimmt, wofür für den Fall, dass der Sollwert tsoll der Gierratengröße den Grenzwert grenz der Gierratengröße ü- berschreitet, die Auswerteeinheit 11 zur Vermeidung eines Um- kippens des Fahrzeugs den ermittelten Sollwert troll der Gier- ratengröße auf den ermittelten Grenzwert tgrenz der Gierraten- größe begrenzt.

Der Sollwert troll der Gierratengröße wird von der Auswerte- einheit 11 in Abhängigkeit einer ermittelten Lenkwinkelgröße 5, die den an den lenkbaren Rädern des Fahrzeugs einstellba- ren Lenkwinkel beschreibt, und/oder einer Längsgeschwindig- keitsgröße vf, die die Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs beschreibt, auf Basis eines Einspur-Fahrzeugmodells ermit- telt.

Zur Ermittlung der Lenkwinkelgröße 5 ist ein Lenkradwinkel- sensor 14 vorgesehen, der die Auslenkung a eines zur fahrer- seitigen Beeinflussung des Lenkwinkels im Fahrzeug angeordne- ten Lenkbedienelements 15 erfasst und in ein entsprechendes Signal umwandelt, das auf die Auswerteeinheit 11 geführt wird. Weiterhin sind Raddrehzahlsensoren 20 vorhanden, die die an Rädern des Fahrzeugs auftretenden Raddrehzahlen erfas- sen und entsprechende Signale erzeugen, die der Auswerteein- heit 11 zur Ermittlung der Längsgeschwindigkeitsgröße vf zu- geführt werden.

Erfindungsgemäß ermittelt die Auswerteeinheit 11 den Grenz- wert grenz der Gierratengröße in Abhängigkeit eines Grenz- werts cpgrenz einer einen Kippwinkel des Fahrzeugs beschreiben- den Kippwinkelgröße p. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Kippwinkelgröße 9 um den Wankwinkel des Fahrzeugs, der eine Drehung des Fahrzeugs um eine in Fahrzeuglängsrichtung orientierte Wankachse beschreibt. An- stelle des Wankwinkels ist natürlich auch die Verwendung ei- ner beliebigen anderen, einen Kippwinkel des Fahrzeugs be- schreibenden Kippwinkelgröße 9 vorstellbar.

Die Ermittlung des Grenzwerts (pgrenz der Kippwinkelgröße 9 er- folgt auf Basis kinematischer Überlegungen. Die Auswerteein- heit 11 berücksichtigt hierbei Größen, die den Beladungszu- stand und/oder Geometrieeigenschaften und/oder Karosserieei- genschaften des Fahrzeugs charakterisieren. Der Beladungszu- stand des Fahrzeugs wird beispielsgemäß durch Angabe der Schwerpunktlage und/oder der Masse des Fahrzeugs charakteri- siert. Dementsprechend umfassen die den Beladungszustand des Fahrzeugs charakterisierenden Größen eine Schwerpunktlagen- größe h5p, die die Lage des Schwerpunkts des Fahrzeugs be- schreibt, und/oder eine Massegröße mf, die die Masse des Fahrzeugs beschreibt. Die Schwerpunktlagengröße hsp soll im vorliegenden Fall die Höhe des Schwerpunkts des Fahrzeugs re- lativ zur Fahrbahnoberfläche beschreiben. In Zusammenhang mit den Geometrie-und Karosserieeigenschaften des Fahrzeugs hat vor allem die Spurbreite, die Lage des Kippzentrums und die Kippsteifigkeit der Karosserie des Fahrzeugs erheblichen Ein- fluss auf das Kippverhalten des Fahrzeugs. Die die Geometrie- eigenschaften des Fahrzeugs charakterisierenden Größen umfas- sen daher eine Spurbreitengröße sf, die die Spurbreite des Fahrzeugs beschreibt, und/oder eine Kippzentrumslagengröße hw, die die Lage des Kippzentrums des Fahrzeugs beschreibt.

Die Kippzentrumslagengröße ho roll im vorliegenden Fall die Höhe des Kippzentrums des Fahrzeugs beschreiben. Die die Ka- rosserieeigenschaften des Fahrzeugs charakterisierenden Grö- ßen schließlich umfassen eine Kippsteifigkeitsgröße c,,, die die Kippsteifigkeit des Fahrzeugs beschreibt.

Die Auswerteeinheit 11 ermittelt die Schwerpunktlagengröße hsp und/oder die Massegröße mf während und/oder vor Beginn der Fahrt des Fahrzeugs. Die Ermittlung erfolgt in Abhängig- keit von Größen, die den Bewegungszustand des Fahrzeugs cha- rakterisieren, und/oder in Abhängigkeit des zeitlichen Ver- haltens wenigstens einer dieser Größen. Die den Bewegungszu- stand des Fahrzeugs charakterisierenden Größen umfassen eine Wankwinkelgröße, die den Wankwinkel des Fahrzeugs beschreibt, und/oder eine Nickwinkelgröße, die den Nickwinkel des Fahr- zeugs beschreibt. Die Bestimmung der Wankwinkelgröße und/oder der Nickwinkelgröße erfolgt durch Auswertung der an Radfeder- einrichtungen des Fahrzeugs auftretenden Einfederwege, die mittels geeigneter, mit der Auswerteeinheit 11 in Wirkverbin- dung stehender Federwegsensoren 21 erfasst werden. Die Feder- wegsensoren 21 sind bei Fahrzeugen, die mit einer Luftfede- rung ausgestattet sind, in der Regel vorhanden.

Bei der Spurbreitengröße Sf B der Kippzentrumslagengröße hw und der Kippsteifigkeitsgröße c, handelt es sich im allge- meinen um Invarianten, die in Form fester Werte in der Aus- werteeinheit 11 abgelegt sind.

Alternativ zur beschriebenen Ermittlung der Schwerpunktlagen- größe h"p und/oder der Massegröße mf ist die erfindungsgemäße Vorrichtung derart ausgebildet, dass in der Auswerteeinheit 11 jeweils ein fest vorgegebener Wert für die Schwerpunktla- gengröße h" ; p und/oder die Massegröße mf abgelegt ist. Die in der Auswerteeinheit 11 abgelegten Werte werden derart vorge- geben, dass selbst ungünstige Beladungszustände berücksich- tigt werden und zu keinem Umkippen des Fahrzeugs führen kön- nen (worst case").

Bei der Ermittlung der Gierratengröße berücksichtigt die Aus- werteeinheit 11 zusätzlich oder alternativ Größen, die die Querdynamik des Fahrzeugs charakterisieren und die eine Quer- beschleunigungsgröße aq umfassen, die die auf das Fahrzeug wirkende Querbeschleunigung beschreibt. Die Ermittlung der Querbeschleunigungsgröße aq erfolgt mittels eines im Fahr- zeug angeordneten Querbeschleunigungssensors 22, dessen Sig- nale der Auswerteeinheit 11 zur Verfügung gestellt werden.

Im Falle eines kippstabilen Zustands, bei dem alle Räder des Fahrzeugs Kontakt zur Fahrbahnoberfläche aufweisen, ergibt sich unter Beachtung der Drehimpulserhaltung eine Differenti- algleichung der Form #xx## = mf#(hsp-hw) (aq + g##) - C###-d###, (1.1) mit : 9-Kippwinkelgröße (Wankwinkel) Qxx-Hauptträgheitsmoment des Fahrzeugs um die Kippachse (Wankachse) mf-Massegröße hsp-Schwerpunktlagengröße hw-Kippzentrumslagengröße aq-Querbeschleunigungsgröße g-Erdbeschleunigungsgröße <BR> <BR> <BR> <BR> cç-Kippsteifigkeitsgröße<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> dç-Kippdämpfungsgröße Die Kippdämpfungsgröße d, beschreibt hierbei die Kippdämp- fung des Fahrzeugs, die sich aus den Dämpfungseigenschaften der Radfedereinrichtungen ergibt.

Unter der Voraussetzung, dass die Kippwinkelgröße ç im Falle eines kippstabilen Zustands des Fahrzeugs stationäre Werte annimmt, p=ç=0, folgt aus Gleichung (1.1) Andererseits ergibt sich im Falle eines kippenden Zustands, bei dem wenigstens eines der kurveninneren Räder des Fahr- zeugs keinen Kontakt mehr zur Fahrbahnoberfläche aufweist, eine Differentialgleichung der Form 9xx'P=''f'9' (-"coscp-hsp-sin (p) 2 (2. 1) (2. 1) s +m-aq- (hgp-cos (p----sin (p), 2 mit : Sf-Spurbreitengröße Unter der Voraussetzung, dass die Kippwinkelgröße ç und de- ren zeitliche Änderung bzw. zeitliche Ableitung im Falle eines kippenden Zustands des Fahrzeugs stationäre Werte an- nimmt, # = 0, ergibt sich aus Gleichung (2.1) Sf aq 2hsp g (2. 2) 1 + p ae 2hsP g Für kleine Werte der Kippwinkelgröße ç ergibt sich durch Reihenentwicklung der Gleichung (2.2) Werden die Gleichungen (1.2) und (2.3) jeweils nach der Quer- beschleunigungsgröße aq aufgelöst, danach gleichgesetzt und schließlich nach der Kippwinkelgröße ç aufgelöst, ergibt sich eine Gleichung der Gestalt z grenz ^-hsp -'i'0'i"'hsp 1'i-0z''0 13. 1) Sf Sf die einen Grenzwert (pgrenz der Kippwinkelgröße ç angibt, der einen definierten Übergang zwischen einem kippstabilen und einem kippenden Zustand des Fahrzeugs charakterisiert.

Zur Ermittlung des Grenzwerts #grenz der Gierratengröße gemäß Gleichung (3.1) müssen also die Schwerpunktlagengröße h., p, die Massegröße mf, die Spurbreitengröße Sf, die Kippzentrums- lagengröße hw und die Kippsteifigkeitsgröße c, nicht aber die Querbeschleunigungsgröße aq bekannt sein, (Pgrenz-Pgrenz (hsplmflSflhwlCp). (3. 2) Entsprechendes gilt dann auch für die Ermittlung des Grenz- werts grenz der Gierratengröße, #grenz # #grenz(hsp,mf,sf,hw,c#).

Ist die Schwerpunklagengröße hsp unbekannt, so bietet sich ein alternativer Ansatz zur Ermittlung des Grenzwerts (pgrenz der Kippwinkelgröße ç an. Hierzu werden die Gleichungen (1.2) und (2.3) gleichgesetzt und danach nach der Querbe- schleunigungsgröße aq aufgelöst, Anschließend werden die Gleichungen (3.1) und (3.4) jeweils nach der Schwerpunktlagengröße h5p aufgelost, miteinander gleichgesetzt und nach dem Grenzwert (pgrenz der Kippwinkelgrö- ße ç aufgelöst, 2haq sf g (3. 1') 9rena 2C Tnf gsf sf m-g-Ss Sf g Zur Ermittlung des Grenzwerts (pgrenz der Kippwinkelgröße 9 ge- mäß Gleichung (3. 1') müssen also die Querbeschleunigungsgröße aq, die Massegröße mf, die Spurbreitengröße sf, die Kipp- zentrumslagengröße hound die Kippsteifigkeitsgröße c ; p, nicht aber die Schwerpunktlagengröße hsp bekannt sein, #grenz # #grenz(aq,mf,sf,hw,c#). (3.2') Entsprechendes gilt dann auch für die Ermittlung des Grenz- werts #grenz der Gierratengröße, #grenz # #grenz(aq,mf,sf,hw,c#). (3,3') Bildlich dargestellt, spannen die Werte der Kippwinkelgröße p einen n-dimensionalen Raum gin (n=5) auf, der sich in zwei n-dimensionale Unterräume aufteilen lässt, von denen ein erster all jene Werte der Kippwinkelgröße T umfasst, die zu einem kippstabilen Zustand des Fahrzeugs führen, während ein zweiter all jene Werte der Kippwinkelgröße ç umfasst, bei denen das Fahrzeug einen kippenden Zustand annimmt. Die Schnittmenge der beiden Unterräume stellt dann die Menge al- ler möglichen Lösungen der Gleichung (3.1) bzq. (3. 1') dar.

Die Ermittlung des Grenzwerts grenz der Gierratengröße er- folgt entweder direkt aus dem ermittelten Grenzwert q) grenz der Kippwinkelgröße, #grenz # #grenz(#granz), (3,5) oder aber unter Zulassung einer Toleranz +A (Psafe für den Grenzwert #grenz der Kippwinkelgröße 9, #grenz # #grenz(#grenz) ~ ##grenz(##grenz) (3.6) Um den Fahrer auf das Vorliegen einer kippkritischen Situati- on hinzuweisen, sind von der Auswerteeinheit 11 ansteuerbare Fahrerinformationsmittel 23 zur Ausgabe einer optischen und/oder akustischen Fahrerinformation vorgesehen.

Die fahrerseitige Aktivierung bzw. Deaktivierung der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung erfolgt mittels eines im Fahrzeug angeordneten Schalters 24.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flussdiagramms. Das Verfahren wird in einem Initialisierungsschritt 40 gestartet, woraufhin in einem ersten Hauptschritt 41 der Istwert ist der Gierraten- größe ermittelt wird. Parallel hierzu wird in einem zweiten Hauptschritt 42 die Lenkwinkelgröße 5 und/oder die Längsge- schwindigkeitsgröße vf ermittelt, um danach in einem dritten Hauptschritt 43 in Abhängigkeit der Lenkwinkelgröße 5 und/o- der der Längsgeschwindigkeitsgröße vf den Sollwert troll der Gierratengröße auf Basis des Einspur-Fahrzeugmodells zu er- mitteln. Weiterhin wird parallel in einem vierten Haupt- schritt 44 die Schwerpunktlagengröße hsp und/oder die Masse- größe mf und/oder die Querbeschleunigungsgröße aq und/oder die Spurbreitengröße Sf und/oder die Kippzentrumslagengröße hw und/oder die Kippsteifigkeitsgröße c, p ermittelt bzw. zur Verfügung gestellt, um in einem darauffolgenden fünften Hauptschritt 45 den Grenzwert (Pgrenz der Kippwinkelgröße (p und in dessen Abhängigkeit wiederum den Grenzwert *grenez der Gier- ratengröße zu ermitteln.

Der im ersten Hauptschritt 41 ermittelte Istwert ist der Gierratengröße wird in einem sechsten Hauptschritt 46 mit dem im dritten Hauptschritt 43 ermittelten Sollwert troll der Gierratengröße verglichen, wobei überprüft wird, ob der Be- trag der Differenz aus dem Sollwert llsoll der Gierratengröße und dem Istwert ist der Gierratengröße einen vorgegebenen Schwellenwert Adret überschreitet, 1 #soll-#ist # > ##ref. (4. 1) Ist die durch die Gleichung (4.1) gegebene Bedingung nicht erfüllt, kehrt das Verfahren zu den Hauptschritten 41,42 und 44 zurück, um erneut mit der Ermittlung des Istwerts frist der Gierratengröße, des Sollwerts llsoll der Gierratengröße und des Grenzwerts #grenz der Gierratengröße zu beginnen. Andernfalls wird mit einem siebten Hauptschritt 47 fortgefahrten, in dem weiterhin überprüft wird, ob der Betrag des im dritten Haupt- schritt 43 ermittelten Sollwerts ."1 der Gierratengröße den im fünften Hauptschritt 45 ermittelten Grenzwert grenz der Gierratengröße erreicht, ##soll# # #grenz. (4.2) Trifft die durch die Gleichung (4.2) gegebene Bedingung zu, werden die Fahrzeugaggregate 13 in einem nachfolgenden neun- ten Hauptschritt 49 derart angesteuert, dass der im ersten Hauptschritt 41 ermittelte Istwert frist der Gierratengröße den im dritten Hauptschritt 43 ermittelten Sollwert troll der Gierratengröße einnimmt. Danach wird das Verfahren in einem Schlussschritt 50 beendet.

Wird im siebten Hauptschritt 47 hingegen festgestellt, dass der Betrag des im dritten Hauptschritt 43 ermittelten Soll- werts troll der Gierratengröße den im fünften Hauptschritt 45 ermittelten Grenzwert grenz der Gierratengröße überschreitet, so wird in einem achten Hauptschritt 48 der Betrag des im dritten Hauptschritt 43 ermittelten Sollwerts tsoll der Gier- ratengröße auf den im fünften Hauptschritt 45 ermittelten Grenzwert grenz der Gierratengröße begrenzt, woraufhin im neunten Hauptschritt 49 die Fahrzeugaggregate 13 derart ange- steuert werden, dass der Istwert it der Gierratengröße den begrenzten Sollwert troll der Gierratengröße einnimmt. An- schließend wird das Verfahren ebenfalls im Schlussschritt 50 beendet.