Verfahren und Vorrichtung zum Stabilisieren eines Fahr- zeugs Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stabilisieren eines Fahrzeugs mit den Schritten : Erfassen charakteris- tischer Istgrößen, die den Fahrzustand eines Fahrzeugs beschreiben, Bestimmen von Sollgrößen, welche zumindest teilweise den Istgrößen zugeordnet sind, Vergleichen von Istgrößen und Sollgrößen und Beeinflussen von Istgrößen auf der Grundlage von Vergleichsergebnissen. Die Erfin- dung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Stabilisieren eines Fahrzeugs mit Mitteln zum Erfassen charakteristi- scher Istgrößen, die den Fahrzustand eines Fahrzeugs be- schreiben, Mitteln zum Bestimmen von Sollgrößen, welche zumindest teilweise den Istgrößen zugeordnet sind, Mit- teln zum Vergleichen von Istgrößen und Sollgrößen und Mitteln zum Beeinflussen von Istgrößen auf der Grundlage von Vergleichserge] Dnissen.

Stand der Technik Gattungsgemäße Verfahren und gattungsgemäße Vorrichtungen kommen in Systemen zum Einsatz, mit welchen die Fahrsi- cherheit auf der Grundlage der Fahrdynamik erhöht werden soll. Beispielsweise gibt das System FDR (Fahrdynamikre-

gelung) dem Fahrer eines Fahrzeugs sowohl verbesserte Grundfunktioneh im Hinblick auf das Antiblockiersystem (ABS) und die Antischlupfregelung (ASR), wobei diese Sys- teme hauptsächlich bei längsdynamisch kritischen Situai- onen wirken. Beispiele hierfür sind Vollbremsungen und starke Beschleunigungen. Die Fahrdynamikregelung FDR un- terstützt den Fahrer auch bei querdynamisch kritischen Situationen. Das System verbessert die Fahrstabilität in allen Betriebszuständen, das heißt bei Vollbremsungen, Teilbremsungen, Freirollen, Antrieb, Schub und Lastwech- sel, sobald der fahrdynamische Grenzbereich erreicht wird. Selbst bei extremen Lenkmanövern reduziert die Fahrdynamiltregelung FDR drastisch die Schleudergefahr und ermöglicht auch in kritischen Verlcehrssituationen weitge- hend die sichere Beherrschung des Automobils.

Zur Regelung der Fahrdynamik ist es bekannt, den Schwimm- winkel des Fahrzeugs und die Gierrate des Fahrzeugs als Regelgrößen zu verwenden. Die Berücksichtigung dieser Re- gelgrößen ermöglicht eine weitgehende Ausschaltung der Schleudergefahr.

Allerdings. besteht neben der Schleudergefahr auch die Ge- fahr, dass ein Fahrzeug aufgrund extremer Fahrmanöver um- kippt. Dies gilt umso mehr, da auch im Bereich der Perso- nenkraftwagen immer häufiger Fahrzeuge angeboten werden, die einen vergleichsweise kurzen Radstand und einen hoch- liegenden Schwerpunkt aufweisen. Im Bereich der Nutz- kraftwagen besteht das Problem einer Umkippgefahr ohne- hin.

Vorteile der Erfindung Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Verfahren da- durch auf, dass eine der erfassten Istgrößen charakteris- tisch für den Wankzustand des Fahrzeugs ist und dass eine der Sollgrößen der erfassten Istgröße zugeordnet ist, welche charakteristisch für den Wankzustand des Fahrzeugs ist. Auf diese Weise wird im Rahmen einer bekannten Fahr- dynamikregelung zusätzlich der Wankzustand des Fahrzeugs berücksichtigt, so dass ein Umkippen eines Fahrzeugs auch bei hohem Schwerpunkt und kurzem Radstand und extremen Fahrmanövern verhindert werden kann.

Vorzugsweise ist eine der erfassten Istgrößen die Gierra- te, und eine der Sollgrößen ist der Gierrate zugeordnet.

Es ist also möglich, die erfindungsgemäße Regelung des Wankzustands mit der bereits im Rahmen der Fahrdynamikre- gelung FDR bekannten Regelung der Gierrate in vorteilhaf- ter Weise zu kombinieren.

Ebenso ist es vorteilhaft, wenn eine der erfassten Istgrößen der Schwimmwinkel ist und wenn eine der Soll- größen dem Schwimmwinkel zugeordnet ist. Somit lässt sich die erfindungsgemäße Regelung des Wankzustandes mit der Regelung des Schwimmwinl kombinieren, wobei Letztere aus der Fahrdynamikregelung FDR bekannt ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn Gierratenregelung, Schwimmwin- kelregelung und die Regelung des Wankzustandes in einem System integriert sind.

Es ist vorteilhaft, daß die für den Wankzustand des Fahr- zeugs charakteristische Istgröße der Wankwinkel ist. Es

ist also möglich, den Wankwinkel direkt zu messen und auf diese Weise den Wankzustand des Fahrzeugs zu erfassen.

Es kann aber auch nützlich sein, wenn die für den Wankzu- stand des Fahrzeugs charakteristische Größe eine Druckän- derung in einer. Luftfeder des Fahrzeugs ist. Besonders Nutzkraftfahrzeuge sind häufig mit Luftfedern ausgestat- tet, so dass die Druckänderung in vorteilhafter Weise für die Erfassung des Wankzustandes herangezogen werden kann.

Bevorzugt werden Sollgrößen aus den Eingangsgrößen Fahr- zeuggeschwindigkeit und Lenkwinkel bestimmt. Die Ein- gangsgrößen Fahrzeuggeschwindigkeit und Lenkwinkel werden auch bereits bei der bekannten Fahrdynamikregelung FDR verwendet, so dass es im Rahmen der Erfindung besonders vorteilhaft ist, auch zur Ermittlung der Sollgröße, wel- che charakteristisch für den Wankzustand des Fahrzeugs ist, diese Größen als Eingangsgrößen zu verwenden.

Vorzugsweise werden Istgrößen durch Bremseingriffe und/oder Motoreingriffe beeinflusst. Auch dies ist bei der Fahrdynamikregelung FDR beispielsweise für die Gier- rate bereits bekannt. Die Beeinflussung der Istgröße, welche charakteristisch für den Wankzustand des Fahrzeugs ist, kann ebenfalls in vorteilhafter Weise durch Brems- eingriffe und/oder Motoreingriffe beeinflusst werden.

Vorzugsweise wird der Wankwinkel durch einen Aktuator be- einflusst. Diese Beeinflussung kann zusätzlich oder al- ternativ zu dem Beeinflussen des Bremssystems und/oder des Motors erfolgen, so dass man im Hinblick auf eine Um-

kippverhinderung zahlreiche Maßnahmen an der Hand hat, die auf der vorliegenden Erfindung beruhen.

Es ist nützlich, dass das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Fahrzeuggespann für die Wankregelung von Zugfahr- zeug und Anhänger beziehungsweise Auflieger durchgeführt wird. Somit kann beispielsweise unabhängig für die ein- zelnen Teile eines Fahrzeuggespanns ein Umkippen verhin- dert werden, was insbesondere im Hinblick auf das Auf- schaukeln von LKW-Anhängern oder von Wohnwagen, die von Personenkraftwagen gezogen werden, nützlich ist.

Die Erfindung baut auf der gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch auf, dass eine der erfassten Istgrößen charakte- ristisch für den Wankzustand des Fahrzeugs ist und dass eine der Sollgrößen der erfassten Istgröße zugeordnet ist, welche charakteristisch für den Wankzustand des Fahrzeugs ist. Auf diese Weise wird im Rahmen einer be- kannten Fahrdynamikregelung zusätzlich der Wankzustand des Fahrzeugs berücksichtigt, so dass ein Umkippen eines Fahrzeugs auch bei hohem Schwerpunkt und kurzem Radstand und extremen Fahrmanövern verhindert werden kann.

Vorzugsweise ist eine der erfassten Istgrößen die Gierra- te, und eine der Sollgrößen ist der Gierrate zugeordnet.

Es ist also möglich, die erfindungsgemäße Regelung des Wankzustands mit der bereits im Rahmen der Fahrdynamikre- gelung FDR bekannten Regelung der Gierrate in vorteilhaf- ter Weise zu kombinieren.

Ebenfalls ist es nützlich, wenn eine der erfindungsgemä- ßen Istgrößen der Schwimmwinkel ist und wenn eine der

Sollgrößen dem Schwimmwinkel zugeordnet ist. Somit lässt sich die erfindungsgemäße Regelung des Wankzustandes mit der Regelung des Schwimmwinkels kombinieren, wobei Letz- tere aus der Fahrdynamikregelung FDR bekannt ist. Beson- ders vorteilhaft ist es, wenn Gierratenregelung, Schwimm- winkelregelung und die Regelung des Wankzustandes in ei- nem System integriert sind.

Es ist nützlich, dass Mittel zum Messen des Wankwinkels vorgesehen sind und dass die für den Wankzustand des Fahrzeugs charakteristische Istgröße der Wankwinkel ist.

Es ist also möglich, den Wankwinkel direkt zu messen und auf diese Weise den Wankzustand des Fahrzeugs zu erfas- sen.

Es kann auch vorteilhaft sein, dass Mittel zum Messen des Druckes in einer Luftfeder des Fahrzeugs vorgesehen sind und dass die für den Wankzustand des Fahrzeugs charakte- ristische Istgröße eine Druckänderung ist. Besonders Nutzkraftfahrzeuge sind häufig mit Luftfedern ausgestat- tet, so dass die Druckänderung in vorteilhafter Weise für die Erfassung des Wankzustandes herangezogen werden kann.

Es ist besonders vorteilhaft, dass Mittel zum Messen der Fahrzeuggeschwindigkeit vorgesehen sind, dass Mittel zum Messen des Lenkwinkels vorgesehen sind und dass Sollgrö- ßen aus den Eingangsgrößen Fahrzeuggeschwindigkeit und Lenkwinkel bestimmt werden. Die Eingangsgrößen Fahrzeug- geshwindigkeit und Lenkwinkel werden auch bereits bei der bekannten Fahrdynamikregelung FDR verwendet, so dass es im Rahmen der Erfindung besonders vorteilhaft ist, auch zur Ermittlung der Sollgröße, welche charakteris-

tisch für den Wankzustand des Fahrzeugs ist, diese Größen als Eingangsgrößen zu verwenden.

Nützlicherweise sind Mittel zum Beeinflussen des Brems- systems und/oder des Motors vorgesehen, und Istgrößen werden durch Bremseingriffe und/oder Motoreingriffe be- einflusst. Auch dies ist bei der Fahrdynamikregelung FDR beispielsweise für die Gierrate bereits bekannt. Die Be- einflussung der Istgröße, welche charakteristisch für den Wankzustand des Fahrzeugs ist, kann ebenfalls in vor- teilhafter Weise durch Bremseingriffe und/oder Motorein- griffe beeinflusst werden.

Ebenfalls kann nützlich sein, dass ein Aktuator vorgese- hen ist und dass der Wankwinkel durch einen Aktuator be- einflusst wird. Diese Beeinflussung kann zusätzlich oder alternativ zu dem Beeinflussen des Bremssystems und/oder des Motors erfolgen, so dass man im Hinblick auf eine Um- kippverhinderung zahlreiche Maßnahmen an der Hand hat, die auf der vorliegenden Erfindung beruhen.

Es ist von besonderem Vorteil, dass bei einem Fahrzeugge- spann mehrere Wankregeleinrichtungen für das Zugfahrzeug und für Anhänger beziehungsweise Auflieger vorgesehen sind. Somit kann beispielsweise unabhängig für die ein- zelnen Teile eines Fahrzeuggespanns ein Umkippen verhin- dert werden, was insbesondere im Hinblick auf das Auf- schaukeln von LKW-Anhängern oder von Wohnwagen, die von Personenkraftwagen gezogen werden, nützlich ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die zusätzliche Regelung eines Wankzustandes eines Fahr-

zeugs innerhalb einer an sich bekannten Fahrdynamikrege- lung eine besonders hohe Fahrsicherheit erreicht werden kann.

Zeichnungen Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen bei- spielhait erläutert.

Dabei zeigt : Figur 1 ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform der Erfindung und Figur 2 ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Figur 1 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Eingangsgrößen Fahrzeuggeschwindigkeit v und Lenkwinkel 6 werden Mitteln 10 zum Bestimmen einer Sollgröße eingege- ben. Diese Mittel 10 zum Bestimmen einer Sollgröße beru- hen auf einem Referenzmodell, welches unter anderem den Wankwinkel des Fahrzeugs berücksichtigt. Einzelheiten des Referenzmodells werden weiter unten diskutiert. Das Refe- renzmodell hat als Ausgangswert einen Soll-Wankwinkel #Soll. Dieser Soll-Wankwinkel soll zist eine der Eingangs-

größen eines Regelkreises. Die andere Eingangsgröße ist #Ist. Durch Vergleich beziehungsweise Differenzbildung der Werte #Soll und #Ist in den Mitteln 12 wird das Vergleichs- ergebnis dem Wankregler 14 zugeführt. Dieser Wankregler 14 liefert einen Ausgangswert an Mittel 16 zum Beelnflus- sen der Istgröße. Diese Mittel können beispielsweise Ein- fluss auf das Bremssystem, den Motor oder auf eine Wank- winkelsteuerung nehmen. Der Ausgangswert des Regelkrei- ses, welcher im vorliegenden Beispiel den Wankwinkel 1) direkt regelt, wird dann als #Ist auf die Mittel 12 zum Vergleichen von Istgrößen und Sollgrößen rückgekoppelt.

Diese anhand des vorliegenden Ausführungsbeispiels ver- einfacht dargestellte Wankwinkelregelung lässt sich ent- sprechend der Regelung anderer Größen, beispielsweise der Gierrate oder des Schwimmwinkels erweitern. Zur Berück- sichtigung von transienten Vorgängen kann eine Erweite- rung um einen Tiefpass 1. oder 2. Ordnung erfolgen.

Wie oben erwähnt, bedienen sich die Mittel zum Bestimmen von Sollgrößen eines Raferenzmodells, welches vorteil- hafterweise neben dem Schwimmwinkel und der Gierrate nun- mehr ebenfalls den Wankwinkel berücksichtigt. Dieses Re- ferenzmodell beruht auf dem nachfolgend in Gleichung 1 dargestellten Differentialgleichungssystem : (1) Dabei gelten die folgenden weiteren Beziehungen :

Yß = -Cf - Cr<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> -a#Cf+b#Cr<BR> Y#<BR> v Yö = Cf <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> Np = -a#Cf + b#Cr<BR> -a2#Cf+b2#Cr<BR> <BR> N# =<BR> N-v<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> N# = a#Cf Die in den Gleichungen verwendeten Symbole haben die fol- gende Bedeutung : <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> N+ : Wanklenkeinfluss,<BR> <BR> <BR> L# : Wanksteifigkeit, L#: Wankdämpfung, ß: Schwimmwinkel, t Gierwinkel, (j) : Wankwinkel, # : Rad-Lenkwinkel, a, b : Abstand Fahrzeugschwerpunkt zu Vorderachse bezie- hungsweise Hinterachse, <BR> <BR> <BR> h : Schwerpunkthöhe,<BR> <BR> <BR> m : Fahrzeugmasse (s : relativ zum-Fahrwerk bewegliche Aufbaumasse), I : Massenträgheitsmoment (z : Hochachse, x: Wankachse, xy : Deviationsmoment), v : Fahrzeuggeschwindigkeit,

c : Seitensteifigkeit des Reifens (f : front, r : rear).

Die stationäre Lösung dieser Gleichungen liefert ein Re- ferenzmodell für die Fahrzeuggierrate und den Wankfrei- heitsgrad : L## (Nß # Yg - N# # Yß) = L##(m#v#Nß - Nß#Y# + N##Yß)+ms#h#v#(N##Yß - Nß#Y#)<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> ms#h#v#(Nß#Y# - N##Yß) (2)<BR> =<BR> <BR> <BR> <BR> L##(m#v#Nß - Nß#Y# + N##Yß)+ms#h#v#(N##Yß - Nß#Y#) Somit erhält man die Soll-Gierrate # = f(#,vf) als Funktion des Lenkwinkels und der Fahrzeuggeschwindig- keit, wobei vf eine Geschwindigkeitsgröße ist, welche die Geschwindigkeit in Längsrichtung beschreibt. In ver- gleichbarer Weise erhält man einen Soll-Wankwinkel (1) = f (8, vf), welcher ebenfalls eine Funktion des Lenkwinkels und der Geschwindigkeitsgröße vf ist.

Steht keine explizite Messung des Wankwinkels zur Verfü- gung, so kann man dennoch über die Messung anderer Grö- #en, die eine Wankbewegung des Fahrzeugs charakterisie- ren, eine indirekte Wankwinkelregelung realisieren. Dies erfordert allerdings eine entsprechende Anpassung des Re- ferenzmodells an die jeweils herangezogene Messgröße.

Figur 2 zeigt ein Beispiel für eine indirekte Wankrege- lung. In den Mitteln 10 zum Bestimmen von Sollgrößen wird ein modifiziertes Referenzmodell verwendet, welches wei- ter unten im Detail erläutert wird. Als Regelgröße wird im vorliegenden Fall eine Druckänderung Ap verwendet, wo- bei Druckwerte, die beispielsweise in Luftfederungen von Nutzkraftwagen gemessen werden, heranzuziehen sind. Als Referenzmodell wird ein modifiziertes Referenzmodell ver- wendet, welches die Druckänderungsdynamik berücksichtigt.

Dieses wird weiter unten im Detail dargestellt. Dem Wank- regler 14 wird das Ausgangssignal einer Differenzbildung 12 zugeführt, wobei die Differenz eines Wertes Apsoll, welcher ein Ausgangswert der Mittel 10 ist, und eines Messwertes Apist gebildet, welcher der Ausgangswert des Regelkreises ist. Der Wankregler gibt ein Ausgangssignal an die Mittel 16 zum Beeinflussen der Istgrößen aus. Die- se Mittel können wiederum das Bremssystem, die Motorsteu- erung oder eine spezielle Aktorik zur Beeinflussung des Wankwinkels enthalten.

Das Referenzmodell beruht auf dem folgenden Differential- gleichungssystem :

Dieses Differentialgleichungssystem hat die stationäre Lösung : <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> L##(Nß#Y# - N##Yß)<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> L##(m#v#Nß - Nß#Y# + N# Yß) +ms #h#v#(N##Yß - Nß#Y#)<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> # ms#h#v#(Nß#Y# - N##Yß) (4)<BR> =<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> # L##(m#v#Nß - Nß#Y# + N##Yß)+ms#h#v#(N##Yß - Nß#Y#)<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> #p -#k#ms#h#v#(Nß#Y# - N##Yß) = # #p#(L##(m#v#Nß - Nß#Y# + N##Yß)+ms#h#v#(N##Yß - Nß#Y#)) Die Größen Q, Q und A sind Linearisierungslcoeffizienten, welche pneumatische Größen wie Flusskoeffizienten und Kolbenquerschnitt betreffen. Diese Linearisierungskoeffi- zienten dienen der linearisierten Näherung bei-der Lösung der hochgradig nicht-linearen Differentialgleichungen betreffend die Druckänderungsdynamik in einer Luftfede- rung.

Es wird also eine Solldruckänderung Ap = f (8, vf) als Funktion des Lenkwinkels und der die Geschwindigkeit in Längsrichtung charakterisierenden Größe vf angegeben.

Demnach lässt sich eine Drucl : iegelung aufbauen, die indi- relct auf den Wankfreiheitsgrad wirkt.

Die vorhergehende. Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrati- ven Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Er- findung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Ände- rungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.