Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines elektronischen

Bremssystems in einem Fahrzeug mit wenigstens zwei Reifen auf einer Achse, wobei das Fahrzeug einen Schwerpunkt SP mit einer Höhe h _S p aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Weiterhin betrifft die Erfindung ein

elektronisches Bremssystem und ein elektronisches Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens sowie ein Fahrzeug mit einem elektronischen Steuergerät und/oder Bremssystem.

Nutzfahrzeuge sind typischerweise mit pneumatisch betätigten Bremsen ausgerüstet. Die Ansteuerung erfolgt über zwei Systeme, nämlich vorrangig elektronisch und nachrangig pneumatisch. Aufgrund der elektronischen

Ansteuerung wird das System auch als elektronisches Bremssystem EBS bezeichnet.

Die elektronische Ansteuerung führt zu einem deutlich schnelleren Ansprechen der Bremsen als bei der rein pneumatischen Ansteuerung. Dies ermöglicht in Verbindung mit Raddrehzahlsensoren und einem Querbeschleunigungssensor vielfältige Sicherheitsfunktionen, wie eine Antiblockierfunktion und

Antischlupfregelung. Möglich ist auch eine Stabilitätskontrolle. Bedingt durch die Beladung können Nutzfahrzeuge einen so hohen Schwerpunkt aufweisen, dass ein Kippen bei Kurvenfahrt auftreten kann. Dies gilt insbesondere für

Anhängefahrzeuge. Für die Stabilitätskontrolle sind unter anderem die jeweilige Achslast und die Höhe des Schwerpunkts von Bedeutung. Die Achslast wird bei mechanisch gefederten Fahrzeugen mit Hilfe eines Wegsensors und bei luftgefederten Fahrzeugen über einen Balgdrucksensor und einen Wegsensor ermittelt. Die Höhe des Schwerpunkts kann bislang nur als feste Größe

abgeschätzt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Betrieb eines elektronischen Bremssystems mit der Möglichkeit einer verbesserten Stabilitätskontrolle.

Zur Lösung der Aufgabe weist das erfindungsgemäße Verfahren die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Die Höhe hsp des Schwerpunkts SP wird berechnet und vom elektronischen Bremssystem als Parameter verwendet, bzw. als Eingangsgröße für Regelfunktionen. Durch die Verwendung einer berechneten Höhe hsp sind eine genauere Stabilitätskontrolle und die Ausführung anderer Funktionen möglich, die ohne die Berechnung nur mit hohen Sicherheitszuschlägen durchführbar wären.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird die Höhe hsp des

Schwerpunkts SP in Abhängigkeit von einer Differenz von Raddrehzahlen an einem kurveninneren Rad und einem kurvenäußeren Rad bei Kurvenfahrt bestimmt. Dem Verfahren liegt dabei folgende Überlegung zugrunde:

Bei Kurvenfahrt tritt zwischen dem inneren Rad und dem äußeren Rad eine Drehzahldifferenz auf, die theoretisch, also ohne Berücksichtigung einer Last, nur abhängig ist von der Spurweite des Fahrzeugs und vom Radius der gefahrenen Kurve. Der Radius der Kurve ergibt sich mittelbar aus der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der auftretenden Querbeschleunigung. Ein typisches

elektronisches Bremssystem weist einen Querbeschleunigungssensor und

Raddrehzahlsensoren auf, so dass die theoretische Radgeschwindigkeitsdifferenz aufgrund der Kurvenfahrt aus den Daten vorhandener Sensoren ermittelbar sein sollte.

Die gemessene Radgeschwindigkeitsdifferenz ist jedoch größer als die

theoretische Radgeschwindigkeitsdifferenz, weil sich luftbefüllte Reifen bei Kurvenfahrt ungleich verformen. Aufgrund der Last führt die Reifenverformung der äußeren Räder zu einem geringeren wirksamen Reifenradius, während der wirksame Radius der inneren Räder größer wird. Der Effekt ist umso stärker, je höher der Schwerpunkt der Last über den Rädern liegt. Bei im Übrigen konstanten Daten ist somit die Differenz aus gemessener Radgeschwindigkeitsdifferenz und theoretischer Radgeschwindigkeitsdifferenz ein Maß für die Höhe des

Schwerpunkts SP.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird die Höhe h _S p des

Schwerpunkts SP in Abhängigkeit von Spurweite s, Querbeschleunigung asp und Achslast m bestimmt. Die Spurweite s bezieht sich auf die beiden Reifen bzw. den Abstand von der Mitte des einen Reifens zur Mitte des anderen Reifens und ist konstant. Die auftretende Querbeschleunigung asp wird vom

Querbeschleunigungssensor gemessen. Ebenso ergibt sich die Achslast m aus Daten von vorhandenen Sensoren, etwa aus Daten von einer Fahrzeugfederung zugeordneten Wegsensoren oder Balgdrucksensoren und Wegsensoren einer pneumatischen Federung.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird die Höhe hsp des

Schwerpunkts SP in Abhängigkeit von Daten von Sensoren zur Überwachung des Zustands der Reifen bestimmt. Fahrzeuge können mit Sensoren ausgestattet sein, die beispielsweise den Druck und/oder die Temperatur unmittelbar am Reifen messen. Werden die Reifen im Laufe einer Fahrt wärmer, ergibt sich eine

Druckerhöhung, so dass die Reifenverformung durch die Last bei Kurvenfahrt geringer wird. Entsprechend verringert sich auch die berechnete Höhe des

Schwerpunkts im Laufe einer Fahrt mit zunehmender Erwärmung der Reifen. In Kenntnis der sich ändernden Temperatur und/oder des Drucks kann für die

Berechnung der Höhe des Schwerpunkts ein Korrekturfaktor vorgesehen werden, entweder mittels einer Kennlinie oder unter Ergänzung der Berechnung zur Bestimmung der Höhe des Schwerpunkts. Analog gilt dies für eine Verringerung von Temperatur und Druck, etwa durch den Wechsel von einer sonnigen, trockenen Straße auf eine im Schatten liegende, nicht vom Schnee geräumte Straße im Winter.

Bei jeder neuen Kurvenfahrt kann die Höhe des Schwerpunkts neu bestimmt werden. Insbesondere kann eine Mittelwertbildung mit der bisher geltenden Höhe des Schwerpunkts durchgeführt werden. Auch kann eine gewichtete Mittelwertbildung vorgesehen sein, etwa derart, dass der zuletzt ermittelte Wert eine höhere Gewichtung erhält als der zuvor ermittelte Wert.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird die Höhe h _S p des

Schwerpunkts SP in Abhängigkeit von einem Referenzsignal und vorzugsweise iterativ bestimmt, wobei sich das Referenzsignal auf einen Parameter bezieht, welcher einerseits unter Verwendung einer angenommenen Höhe des

Schwerpunkts berechenbar ist, und welcher andererseits messbar ist oder aus einer Messung ableitbar ist. Für die Berechnung der Höhe hsp wird unter anderem zurückgegriffen auf aktuelle Messwerte von am Fahrzeug vorhandenen Sensoren. Daraus ergibt sich wenigstens ein durch Messung entstandenes Referenzsignal, welches zur Vereinfachung als das gemessene Referenzsignal bezeichnet wird. Parallel dazu lässt sich das Referenzsignal berechnen, nämlich unter Verwendung eines Schätzwertes für die Höhe h _S p. Schätzwert der Höhe hsp kann

beispielsweise die für das betreffende Fahrzeug größtmögliche Höhe hsp sein. Das unter Verwendung der geschätzten Höhe hsp berechnete Referenzsignal wird dann mit dem gemessenen Referenzsignal verglichen. Je nach Ergebnis des Vergleichs wird eine neue Rechnung durchgeführt unter Verwendung eines anderen Schätzwertes der Höhe hsp. Diese Iteration wird solange durchgeführt, bis das berechnete Referenzsignal mit dem gemessenen Referenzsignal übereinstimmt. Die sich derart ergebende Höhe hsp ist dann die tatsächliche berechnete Höhe h _S p. Durch die Iteration kann die Höhe des Schwerpunkts relativ genau bestimmt werden. Auch können konstante Offsets/systematische Fehler bestimmt werden. Relevante Parameter (z. B. Reifenparameter) können hinsichtlich ihrer Auswirkung auf das berechnete Ergebnis im Rahmen einer Plausibilitätsprüfung überprüft werden. Zusätzlich können weitere Parameter, die während der Parametrierung und Inbetriebnahme des Fahrzeugs angegeben wurden und die Fahrzeugeigenschaften detaillieren (z.B. Achsanzahl,

geometrische Daten, Reifentyp etc.), für die späteren Berechnungen verwendet werden.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird als Referenzsignal die

Querbeschleunigung a _S p verwendet. In dem elektronischen Bremssystem ist typischerweise ein Querbeschleunigungssensor vorhanden, der ein zuverlässiges gemessenes Referenzsignal liefert. Auch besteht ein gut berechenbarer

Zusammenhang zwischen der Höhe des Schwerpunkts und der kippkritischen Querbeschleunigung.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird die Berechnung der Höhe des Schwerpunkts in Abhängigkeit von bei Kurvenfahrt des Fahrzeugs auftretenden Messwerten durchgeführt. Zuvor wird bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs ein systematischer Fehler/ein konstanter Offset der Berechnung bestimmt,

insbesondere durch Festlegung eines Referenzsignals auf Null oder auf einen anderen und für die Geradeausfahrt typischen Wert. So ist beispielsweise die Querbeschleunigung bei Geradeausfahrt gleich Null. Ergibt die Messung der Querbeschleunigung bei Geradeausfahrt einen von Null verschiedenen Wert, lässt sich aus dieser Abweichung zum Referenzsignal ein systematischer Fehler/ein konstanter Offset für die weitere Berechnung bestimmen. Gerade die Verwendung der Querbeschleunigung als Referenzsignal ist zur Bestimmung von bei

Geradeausfahrt konstanten Offsets/systematischen Fehlern geeignet.

Die Berechnung der Höhe des Schwerpunkts wird vorzugsweise neu gestartet nach Änderungen der Beladung des Fahrzeugs, nach Resets der beteiligten elektronischen Steuergeräte, nach dem Betätigen der Zündung oder des

Anlassers des Fahrzeugs und/oder nach anderen für die Berechnung der Höhe des Schwerpunkts relevanten Ereignissen.

Vorzugsweise wird die Berechnung der Höhe des Schwerpunkts nur innerhalb "stabiler" Betriebszustände durchgeführt, beispielsweise nicht beim Bremsen des Fahrzeugs und nur unterhalb definierter, kritischer Werte der Querbeschleunigung.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft verwendbar für alle

Zweispurfahrzeuge mit Reifen, Raddrehzahlsensoren,

Querbeschleunigungssensor und Achslastsensoren (Wegsensor,

Balgdrucksensor), insbesondere Nutzfahrzeuge bzw. Anhängefahrzeuge mit elektronischem Bremssystem. Das Verfahren ist aber auch für PKW's oder andere Fahrzeuge mit hydraulischen Bremsen nutzbar, sofern für das elektronische Bremssystem eine Abschätzung der Höhe des Schwerpunkts benötigt wird.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein elektronisches Bremssystem für ein

Fahrzeug, insbesondere für ein Anhängefahrzeug. Das elektronische

Bremssystem ermittelt die Höhe des Schwerpunkts nach dem voranstehend beschriebenen Verfahren. Vorzugsweise wird dabei vom Bremssystem überprüft, ob unter Berücksichtigung der Höhe des Schwerpunkts ein kritischer Fahrzustand vorliegt, insbesondere soll ein Kippen des Fahrzeugs verhindert werden.

Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein elektronisches Steuergerät für die Durchführung des voranstehend beschriebenen Verfahrens, insbesondere ein Bremsensteuergerät. Das Verfahren und die hierfür erforderlichen Parameter können Bestandteil der Software des Steuergerätes sein. Mit dem

Bremsensteuergerät werden im Rahmen eines elektronischen Bremssystems z. B. die elektromagnetischen Regelventile von Druckluftbremsen angesteuert.

Schließlich ist Gegenstand der Erfindung auch ein Fahrzeug mit einem

elektronischen Steuergerät bzw. mit einem elektronischen Bremssystem, jeweils wie voranstehend erläutert. Das Fahrzeug weist insbesondere Druckluftbremsen, Raddrehzahlsensoren, einen Querbeschleunigungssensor, Wegsensoren und/oder Balgdrucksensoren auf.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung im Übrigen und aus den Ansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der einzigen Zeichnung erläutert.

Die Figur zeigt eine vereinfachte Rückansicht eines Fahrzeugs 10 mit zwei Hinterrädern 1 1 , 12 und einem kastenförmigen Aufbau 13. Das Fahrzeug 10 kann ein Zugfahrzeug oder ein Anhängefahrzeug sein und ist in an sich bekannter Weise mit Druckluftbremsen, Raddrehzahlsensoren, einem elektronischen

Bremssystem, einem Bremsensteuergerät mit Querbeschleunigungssensor und mit Wegsensoren bzw. Balgdrucksensoren zur Bestimmung einer Achslast ausgestattet. Es wird von einer Kurvenfahrt ausgegangen, mit dem Rad 1 1 als kurveninnerem Rad und dem Rad 12 als kurvenäußerem Rad. Dabei wirkt auf einen Schwerpunkt SP des Fahrzeugs 10 eine Querbeschleunigung asp. Der Schwerpunkt SP liegt in einer Höhe hsp.

Der Schwerpunkt SP wird hier als Ort einer auf die Räder 1 1 , 12 wirksamen Achslast angenommen. Durch die Achslast ist an den Rädern 1 1 , 12 eine

Reifenverformung gegeben, welche von der auftretenden Querbeschleunigung asp abhängt. Der wirksame Reifenradius r _a des kurvenäußeren Rades 12 verringert sich, während der wirksame Reifenradius r , des kurveninneren Rades 1 1 etwas zunimmt. Dieser Effekt wird für die Berechnung der Höhe h _S p des Schwerpunkts SP genutzt.

Nachfolgend ist ein Berechnungsbeispiel zur Bestimmung der Höhe h _S p aus der Reifenverformung und der daraus resultierenden Differenz der

Radgeschwindigkeiten während einer Kurvenfahrt wiedergegeben:

• Zu berechnen ist die Schwerpunktshöhe _sp des Fahrzeugs exemplarisch aufgrund der Daten einer Achse

m

• Gemessene Geschwindigkeit des Fahrzeugs im Schwerpunkt ist v _SP = 11—

(kann aus einem Mittelwert der Radgeschwindigkeiten bestimmt werden, abgeleitet aus den Werten von Raddrehzahlsensoren der betreffenden Achse oder von allen Raddrehzahlsensoren)

• Gemessene Querbeschleunigung bei konstanter Kurvenfahrt ist a _sp =

0,15g = 1 ,47 m/s ² (aus den Signalen eines Querbeschleunigungssensors)

• Gemessene Achslast ist m = 7000kg, ermittelt über Wegsensor im

Fahrwerk bzw. bei Luftfederung über Balgdruck und Wegsensor, oder ermittelt über Bewertung des Schlupfverhaltens der Räder

• Spurweite ist s =2,0 m (Fahrzeugkonstante bzw. entnommen aus

Fahrzeugparametrierung) • Reifenradius ist r ₀ = 0,517 m (Messung bei Stillstand oder vom Reifentyp abhängige Konstante oder Basiswert entnommen aus

Fahrzeugparametrierung, Feinabgleich und Ermittlung bei Geradeausfahrt über interne Funktionen)

• Reifensteifigkeit ist C _R = 1/(2,1 * io ⁶ )-^ (vom Reifentyp abhängige Konstante)

• Bei Kurvenfahrt gemessene Raddifferenzgeschwindigkeit AV _M (außen / innen) = 0,37 m/s

Das Fahrzeug fährt mit 1 1 m/s. Es wird bei Kurvenfahrt mit einer

Querbeschleunigung von 0,15g eine Radgeschwindigkeitsdifferenz AV _M von 0,37m/s zwischen kurveninnerem und kurvenäußerem Rad gemessen.

Die theoretische Radgeschwindigkeitsdifferenz berechnet aus Spurweite und Querbeschleunigung ist AV _A :

^Δ ^ = ^ - _Αί =— x s = 0,26m/s (Gleichung 1 )

^V SP

Die Differenz AV _R zwischen theoretischer Radgeschwindigkeitsdifferenz AV _A und gemessener Radgeschwindigkeitsdifferenz AV _M ist hier:

AV _R = 0,37m/s - 0,26m/s = 0,1 1 m/s (Gleichung 2)

Der Grund für die Differenz AV _R ist die Reifenverformung während der

Kurvenfahrt, welche zu einer Änderung des Reifenradius führt. Die

Reifenverformung wird durch die nach außen gerichtete Fliehkraft aufgrund von Massenträgheit verursacht. Es kommt zu einer Reifenradiusverringerung an den kurveninneren Rädern und zu einer Reifenradiusvergrößerung außen. Je höher Achslast und Schwerpunkt sind, um so stärker ist die Reifenverformung.

Reifenverformung und Achslast sind berechenbar bzw. messbar, die

Schwerpunktshöhe ist dann berechenbar. Die Differenz AV _R ergibt sich auch aus den durch Reifenverformung bedingten Geschwindigkeiten der kurvenaußen und kurveninnen gemessenen

Radgeschwindigkeiten v _Ra und v _Ri :

(Gleichung 3)

Geschwindigkeit (translatorische Radgeschwindigkeit), Reifenradius und Drehzahl sind voneinander abhängig:

AV _R = co * Ar (Gleichung 4)

ω (Gleichung 5)

Gleichung 4 mit Gleichung 5 ergibt:

(Gleichung 6)

. .. _ __ _

AV _K * « 0,005m (Gleichung 7)

Die Radiusänderung Ar ergibt sich aus Radlaständerung AF und Reifensteifigkeit

AF m

mit C _R = 1 /(2,1 * 10 ⁶ ) (Gleichung 8)

N

Ergibt weiter:

AF =— = 0,005m * 2,1 * 10 ⁶ — = 10500N (Gleichung 9)

C _D m

Die Radlaständerung ± AF pro Rad an einer Achse ergibt sich aus: a _sp * m * h _sp

AF = (Gleichung 10)

Daraus folgt die errechnete Schwerpunktshöhe

Es kann von einer Schwerpunktshöhe im Bereich von ca. 2m ausgegangen werden. Das Verfahren dient zur Einschätzung der Fahrzeugeigenschaften.

Hierbei genügt eine Unterscheidung zwischen einem z.B. ausgeladenen Fahrzeug mit sehr tiefem Schwerpunkt (Stahlplatten geladen), einem Fahrzeug mit sehr hohem Schwerpunkt und dem Mittel dazwischen. Diese Informationen können z.B. Stabilitätsregelungsfunktionen zur Verfügung gestellt werden, die ihre

Funktionsweise (z.B. Anregelgrenzen oder Eingriffsintensität) so auf das

individuelle Fahrzeug mit Beladung abstimmen können.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Höhe h _S p des Schwerpunkts SP durch Iteration bestimmt. Verwendbar ist hierfür die Querbeschleunigung asp. Gleichung 10 wird nach der Querbeschleunigung asp aufgelöst. Für die Höhe h _S p wird ein Schätzwert angenommen, z. B. ein für das Fahrzeug relativ

unwahrscheinlicher hoher Wert von 3,5 m. Die übrigen Werte für F, m und s liegen wie im ersten Ausführungsbeispiel vor. Daraus ergibt sich eine berechnete

Querbeschleunigung a _S p von 0,857 m/s ² und somit eine deutliche Differenz zu der im ersten Ausführungsbeispiel gemessenen Querbeschleunigung von 1 ,47 m/s ² .

In einem nächsten Schritt wird ein, niedrigerer Schätzwert der Höhe h _S p verwendet, z. B. 3 m. Mit diesem Schätzwert ergibt sich eine berechnete Querbeschleunigung asp von 1 m/s ² . Es besteht immer noch ein deutlicher Unterschied zur

gemessenen Querbeschleunigung asp von 1 ,47 m/s ² . Die Iteration wird deshalb solange durchgeführt, bis die berechnete Querbeschleunigung und die

gemessene Querbeschleunigung in etwa übereinstimmen. Der zuletzt verwendete Schätzwert für die Höhe h _S p entspricht dann ungefähr der tatsächlichen Höhe des Schwerpunkts. Zusätzlich kann vor der Berechnung der Höhe des Schwerpunkts eine

Kalibrierung durchgeführt werden. Bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs tritt keine Querbeschleunigung auf. Wird gleichwohl eine von Null verschiedene

Querbeschleunigung gemessen, kann diese Abweichung als systematischer Fehler in die weiteren Berechnungen eingehen. Die Geradeausfahrt kann beispielsweise bestimmt werden durch Vergleich der Messwerte von

Raddrehzahlsensoren auf beiden Seiten des Fahrzeugs, auch in Verbindung mit Messwerten von Reifendrucksensoren.