DE10100743B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Abbremsens und der Fahrstabilität eines fahrenden Fahrzeugs - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Abbremsens und der Fahrstabilität eines fahrenden Fahrzeugs Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Regelung des Abbremsens und/oder der Fahrstabilität eines fahrenden Fahrzeugs, bei dem anhand von mehreren Eingangsgrößen Bremsmomente für die einzelnen Radbremsen ermittelt werden, wobei das Fahrzeug mindestens zwei individuell lenkbare Räder aufweist und wobei die mindestens zwei individuell lenkbaren Räder derart gesteuert werden, um die ermittelten Bremsmomente ganz oder zumindest teilweise zu erzeugen und so die Funktion mindestens einer Radbremse des Fahrzeugs zu ersetzen oder zumindest zu unterstützen, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei individuell lenkbaren Räder bei einem Ausfall oder einer Störung der Radbremsen des Fahrzeugs derart gesteuert werden, um bei einer Anforderung des elektronischen Bremsenregelungssystems ein Abbremsen des Fahrzeugs oder Aufbringen eines bestimmten Bremsmoments zu ermöglichen.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der selbständigen Ansprüche.
  • Um Fahrzeuginstabilitäten selbsttätig entgegenzuwirken sind eine Vielzahl von Fahrstabilitätsregelungen bekannt geworden. Unter dem Begriff Fahrstabilitätsregelung vereinigen sich vier Prinzipien zur Beeinflussung des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs mittels vorgebbarer Drücke bzw. Bremskräfte in oder an einzelnen Radbremsen und mittels Eingriff in das Motormanagement des Antriebsmotors. Dabei handelt es sich um Bremsschlupfregelung (ABS), welche während eines Bremsvorgangs das Blockieren einzelner Räder verhindern soll, um Antriebsschlupfregelung (ASR), welche das Durchdrehen der angetriebenen Räder verhindert, um elektronische Bremskraftverteilung (EBV), welche das Verhältnis der Bremskräfte zwischen Vorder- und Hinterachse des Fahrzeugs regelt sowie um eine Giermomentregelung (ESP), welche für stabile Fahrzustände beim Gieren des Fahrzeugs um die Hochachse sorgt.
  • Als Radbremsen kommen vorwiegend Reibungsbremsen zum Einsatz, bei denen Bewegungsenergie des Fahrzeugs durch Reibung in Wärme umgewandelt wird.
  • Ein Problem der Reibungsbremssysteme besteht darin, daß bei langanhaltenden aber relativ wenig intensiven Bremsvorgängen, wie zum Beispiel während einer Bergabfahrt, insbesondere bei geringen Geschwindigkeiten („Schleichabfahrt”), durch das ständige Reiben der Bremsbeläge eine Überhitzung der Bremsen erfolgen kann.
  • Die Bremsscheiben werden bei einer Schleichabfahrt bis zu 700°C heiß. Die Hitze strahlt auf die Bremszylinder aus und läßt den Wasseranteil der Bremsflüssigkeit verdampfen. Durch ein stärkeres Betätigen des Bremspedals werden nur die entstandenen Wasserdampfblasen zusammengepreßt. Eine der Bremspedalbetätigung entsprechende Verzögerung kann nicht mehr realisiert werden. Dieses Problem tritt bei hydraulischen und bei elektrohydraulischen Bremsanlagen auf.
  • Andererseits führt die permanente Reibung des Bremsbelags in Verbindung mit einem relativ geringen Anpressdruck zu einem Ausglühen der Reibbelagoberfläche, was eine gefährliche Reduzierung des Reibungskoeffizienten („μ”) zwischen Reibbelag und Bremsscheibe oder Bremstrommel verursacht. Dieses Problem ist bei den hydraulischen Bremssystemen und bei elektromechanischen Bremsen relevant.
  • Aus der gattungsgemäßen US 4237994 ist ein Fahrzeug mit mindestens zwei individuell lenkbaren Rädern bekannt, bei dem ein radindividuelles Einstellen der Räder erfolgt, um die Beweglichkeit des Fahrzeugs im Gelände zu erhöhen oder das Fahrzeug im schwierigen Gelände zu sichern und zu halten. Dabei werden durch gezieltes Einschlagen einiger Räder Bremskräfte erzeugt.
  • DE 19716987 A1 offenbart eine Anordnung zur Verkürzung des Bremsweges eines Kraftfahrzeugs. Durch Eingriff in das Lenksystem werden alternierende, periodische Lenkbewegungen hervorgerufen, die zu einer schlangenlinienförmigen Fahrt des Fahrzeugs führen. Dadurch wird die während einer Bremsung zurückgelegte Fahrstrecke erhöht.
  • DE 3616907 A1 offenbart eine Fahrstabilitätsregelung durch Lenkeingriffe. Dabei wird auf die Lenkung in dem Sinne eingewirkt, dass die Drehgeschwindigkeit um die Hochachse des Fahrzeugs den durch die Lenkbetätigung vorgegebenen Wert einhält. Bei Geradeausfahrt ist der Wert der Drehgeschwindigkeit Null.
  • DE 40380789 A1 offenbart die Kompensation des bei ABS-Bremsungen auf μ-Split entstehenden Giermomentes durch Lenkeingriff.
  • Ferner offenbart DE 19632251 A1 im Fehlerfall der Lenkeinrichtung eines Fahrzeugs durch selektiv unterschiedliche Betätigung der einzelnen Radbremsen zu lenken.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Sicherheit und Funktionstüchtigkeit der bekannten Bremssysteme zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 6 gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
  • Es ist erfindungsgmäß vorgesehen, daß das Fahrzeug mindestens zwei individuell lenkbare Räder aufweist und daß die mindestens zwei individuell lenkbaren Räder derart gesteuert werden, um die ermittelten Bremsmomente bzw. Bremskräfte ganz oder zumindest teilweise zu erzeugen und so die Funktion mindestens einer Radbremse des Fahrzeugs zu ersetzen oder zumindest zu unterstützen. Dabei werden die mindestens zwei individuell lenkbaren Räder bei einem Ausfall oder einer Störung der Radbremsen des Fahrzeugs derart gesteuert, um bei einer Anforderung des elektronischen Bremsenregelungssystems ein Abbremsen des Fahrzeugs oder Aufbringen eines bestimmten Bremsmoments bzw. einer Bremskraft zu ermöglichen.
  • Mit dem Begriff „Fahrzeug” ist in diesem Zusammenhang vorzugsweise ein Kraftfahrzeug mit vier Rädern gemeint, welches mit einer hydraulischen, elektro-hydraulischen oder elektro-mechanischen Bremsanlage ausgerüstet ist, wobei besonders besonders bevorzugt ausschließlich die beiden Räder an der Vorderachse des Fahrzeugs individuell lenkbar sind.
  • Durch die Erfindung kann ein Überhitzen der Radbremsen infolge eines relativ langen Bremsvorgangs, mit insbesondere einer relativ geringen Bremskraft (Teilbremsbereich), vermieden werden. Denn Bremsmomente bzw. Bremskräfte werden durch eine Steuerung der individuell lenkbaren Räder aufgebracht, was die Funktion mindestens einer Radbremse des Fahrzeugs zu ersetzen oder zumindest zu unterstützen. Auch bei einem Ausfall der Radbremsen kann zumindest ein bestimmtes Bremsmoment bzw. eine Bremskraft erzeugt werden.
  • Es ist nach der Erfindung vorgesehen, daß das Fahrzeug während einer aktiven ESP-Regelung, insbesondere während einer Kurvenfahrt, abgebremst oder ein Bremsmoment bzw. eine Bremskraft aufgebracht wird, um ein Zusatzgiermoment zu erzeugen.
  • Für die ESP-Regelung werden die fahrdynamischen Zustände des Fahrzeugs erfaßt. Dazu sind pro Rad ein Drehzahlsensor sowie ein Giergeschwindigkeitsmesser, ein Querbeschleunigungsmesser und mindestens ein Drucksensor für den vom Bremspedal erzeugten Bremsdruck vorhanden. Dabei kann der Drucksensor auch ersetzt sein durch einen Pedalweg- oder Pedalkraftmesser, falls die Hilfsdruckquelle derart angeordnet ist, daß ein vom Fahrer aufgebauter Bremsdruck von dem der Hilfsdruckquelle nicht unterscheidbar ist.
  • Bei einer Fahrstabilitätsregelung wird das Fahrverhalten eines Fahrzeugs derart beeinflußt, daß es für den Fahrer in kritischen Situationen besser beherrschbar wird. Eine kritische Situation ist hierbei ein instabiler Fahrzustand, in welchem im Extremfall das Fahrzeug den Vorgaben des Fahrers nicht folgt. Die Funktion der Fahrstabilitätsregelung besteht also darin, innerhalb der physikalischen Grenzen in derartigen Situationen dem Fahrzeug das vom Fahrer gewünschte Fahrzeugverhalten zu verleihen.
  • Erfindungsgemäß wird während einer aktiven ESP-Regelung im Fall eines in Kurvenrichtung eindrehenden Giermoments auf ein Vorderrad, insbesondere das kurvenäußere Vorderrad, des Fahrzeugs ein Bremsmoment bzw. eine Bremskraft aufgebracht, um das eindrehende Giermoment abzubauen, wobei das aufgebrachte Bremsmoment bzw. die Bremskraft ganz oder zumindest teilweise durch eine Lenkbewegung der individuell lenkbaren Räder erzeugt wird.
  • Durch einen in diesem Fall stattfindenden ESP-Eingriff mit einer Abbremsung des kurvenäußeren Vorderrads kann insbesondere beim Durchfahren einer Rechts-Links-Kurvenfolge oder bei einem Fahrspurwechsel die Stabilität des Fahrzeugs erhalten bleiben. Die Giergeschwindigkeit und der Schwimmwinkel können so auf leicht beherrschbare Werte reduziert werden. Das Fahrzeug folgt der vorgegebenen Fahrspur.
  • Vorzugsweise wird nach der Erfindung während eines Bremsvorgangs eine Überhitzung, eine Überhitzungsgefahr bzw. eine Situation mit einer Überhitzung oder Überhitzungsgefahr der Radbremsen anhand bestimmter Kriterien oder Hinweise ermittelt wird und bei einer erkannten Überhitzung, Überhitzungsgefahr bzw. Situation mit einer Überhitzung oder Überhitzungsgefahr die mindestens zwei individuell lenkbaren Räder derart gesteuert werden, um ein Abbremsen des Fahrzeugs oder Aufbringen eines bestimmten Bremsmoments bzw. einer Bremskraft zu ermöglichen
  • Es ist nach der Erfindung vorgesehen, daß das Abbremsen des Fahrzeugs oder das Aufbringen eines Bremsmoments bzw. einer Bremskraft durch Einstellung einer bestimmten Spur, eines bestimmten Sturzes, einer bestimmten Seitenkraft und/oder eines bestimmten Reifenschräglaufwinkels der individuell lenkbaren Räder erzeugt wird.
  • Die Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum Steuern eines Fahrzeugs mit einem elektronischen Bremsenregelungssystem dadurch gelöst, daß das Fahrzeug mindestens zwei individuell lenkbare Räder und eine Steuereinrichtung aufweist, zur Steuerung der individuell lenkbaren Rädern, die in Verbindung steht mit dem elektronischen Bremsenregelungssystem und die Mittel aufweist, um nach einer Anforderung des elektronischen Bremsenregelungssystems zum Abbremsen des Fahrzeug oder Aufbau eines bestimmten Bremsmoments bzw. einer Bremskraft, die lenkbaren Räder nach Maßgabe dieser Anforderung zu steuern. Erfindungsgemäß ist der Vorrichtung eine Erkennungseinrichtung zugeordnet, zum Erkennen eines Ausfalls oder einer Störung der Radbremsen des Fahrzeugs, wobei die mindestens zwei individuell lenkbaren Räder derart gesteuert werden, um bei einem erkannten Ausfall oder einer Störung der Radbremsen des Fahrzeugs ein Abbremsen des Fahrzeugs oder Aufbringen eines bestimmten Bremsmoments bzw. einer Bremskraft zu ermöglichen.
  • Nach der Erfindung erfolgt eine Steuerung der lenkbaren Räder zwecks einer Erhöhung der Fahrstabilität und Aufbringens eines Zusatzgiermoments.
  • Das gesamte System wird vorzugsweise durch eine Kontroll- und Sicherheitslogik überwacht, die den Regelablauf sicherstellt und bei Ausfall einzelner Komponenten entsprechende Maßnahmen wie Teilabschaltung, Vollabschaltung o. ä. ergreift.
  • Das Fahrzeug ist vorzugsweise ein Kraftfahrzeug mit vier Rädern, vorzugsweise mit zwei individuell lenkbaren Rädern an der Vorderachse.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von 4 Abbildungen beispielhaft näher erläutert.
  • 1 zeigt zwei radindividuell steuerbare Räder in einer ersten Stellung bei einer Geradausfahrt.
  • 2 zeigt zwei radindividuell steuerbare Räder in einer zweiten Stellung bei einer Kurvenfahrt.
  • 3 zeigt zwei radindividuell steuerbare Räder in einer dritten Stellung bei einer Geradeausfahrt.
  • 4 zeigt zwei radindividuell steuerbare Räder in einer vierten Stellung bei einer Geradeausfahrt.
  • Die radindividuelle Steuerung erfolgt gemäß 1 über zwei Spurhebel 3, 4, Zwischenhebel 5, 6 und Spurstangen 7, 8. Diese sind über Gelenke 9–12 miteinander verbunden. Die in Pfeilrichtung bewegbaren Spurstangen 7, 8 sind in Lagerungen 13, 14 gehalten. Die Räder 1, 2 sind über Radträger 15, 16 und Gelenke 17, 18 mit der Karosserie des Fahrzeugs verbunden. Durch die voneinander unabhängige Bewegung der Spurstangen 7, 8 ist eine radindividuelle Bewegung der Räder 1, 2 möglich. Bei der in 1 dargestellten Position der Vorderräder 1, 2 des Fahrzeug fährt das Fahrzeug geradeaus. Es werden keine Bremsmomente oder Bremskräfte durch eine radindividuelle Steuerung übertragen. Die Spurwinkel der Räder sind 0° und entsprechen der Fahrtrichtung (Pfeil).
  • Die Position der Vorderräder des Fahrzeug nach der 2 zeigt den typische Fall einer Kurvenfahrt. Auch hier werden keine Bremsmomente oder Bremskräfte durch eine radindividuelle Steuerung übertragen, denn die Spurwinkel δ1, δ2 weichen nicht von der Fahrtrichtung (Winkel β) ab.
  • In den in 3 und 4 gezeigten Situationen erfolgt eine radindividuelle Steuerung der Räder 1, 2, wobei die Spurwinkel δ1, δ2 nicht mit der Fahrtrichtung (Winkel β) übereinstimmen. Auch die Spurwinkel δ1, δ2 untereinander sind nicht gleich. Sie weichen entsprechend der individuellen Steuerung der Spurstangen 7, 8 voneinander und von der Fahrtrichtung ab.
  • In dem in 3 gezeigten Beispiel werden gezielt und situationsabhängig auf das rechte Vorderrad 2 Bremsmomente bzw. Bremskräfte übertragen, da der Spurwinkel δ2 des rechten Vorderrads von dem Winkel β der Fahrtrichtung abweicht.
  • Bei der Position der Vorderräder des Fahrzeug nach der 4 zeigen beide Vorderräder 1, 2 eine relativ starke Abweichung des Spurwinkels δ1, δ2 von dem Winkel β der Fahrtrichtung. Beide Vorderräder 1, 2 übertragen Bremsmomente bzw. Bremskräfte. Zum Abbremsen des Fahrzeugs sind darüber hinaus auch Positionen der Vorderräder 1, 2 besonders geeignet, bei denen die Spurwinkel δ1, δ2 von dem Winkel β der Fahrtrichtung abweichen, aber beide Abweichungen zumindest näherungsweise gleich sind, daß bedeutet es werden Spurwinkel eingestellt, wobei δ1 = –δ2 gilt.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Regelung des Abbremsens und/oder der Fahrstabilität eines fahrenden Fahrzeugs, bei dem anhand von mehreren Eingangsgrößen Bremsmomente für die einzelnen Radbremsen ermittelt werden, wobei das Fahrzeug mindestens zwei individuell lenkbare Räder aufweist und wobei die mindestens zwei individuell lenkbaren Räder derart gesteuert werden, um die ermittelten Bremsmomente ganz oder zumindest teilweise zu erzeugen und so die Funktion mindestens einer Radbremse des Fahrzeugs zu ersetzen oder zumindest zu unterstützen, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei individuell lenkbaren Räder bei einem Ausfall oder einer Störung der Radbremsen des Fahrzeugs derart gesteuert werden, um bei einer Anforderung des elektronischen Bremsenregelungssystems ein Abbremsen des Fahrzeugs oder Aufbringen eines bestimmten Bremsmoments zu ermöglichen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß während einer aktiven Giermomentenregelung ein Bremsmoment auf das Fahrzeug aufgebracht wird, um ein Zusatzgiermoment zu erzeugen.
  3. Verfahren nach Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während einer aktiven Giermomentenregelung im Fall eines in Kurvenrichtung eindrehenden Giermoments auf ein Vorderrad des Fahrzeugs ein Bremsmoment aufgebracht wird, um das eindrehende Giermoment abzubauen.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während eines Bremsvorgangs eine Überhitzung oder eine Überhitzungsgefahr der Radbremsen anhand bestimmter Kriterien ermittelt wird und bei einer erkannten Überhitzung oder Überhitzungsgefahr die mindestens zwei individuell lenkbaren Räder derart gesteuert werden, um ein Abbremsen des Fahrzeugs oder Aufbringen eines bestimmten Bremsmoments zu ermöglichen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbremsen des Fahrzeugs oder das Aufbringen eines Bremsmoments durch Einstellung einer bestimmten Spur und/oder eines bestimmten Sturzes und/oder einer bestimmten Seitenkraft und/oder eines bestimmten Reifenschräglaufwinkels der individuell lenkbaren Räder erzeugt wird.
  6. Vorrichtung zum Steuern eines Fahrzeugs mit einem elektronischen Bremsenregelungssystem und mit mindestens zwei individuell lenkbaren Rädern, wobei die Vorrichtung Steuermittel aufweist, zur Steuerung der individuell lenkbaren Räder, und Mittel aufweist, um nach einer Anforderung des elektronischen Bremsenregelungssystems zum Abbremsen des Fahrzeugs oder Aufbau eines bestimmten Bremsmoments, die lenkbaren Räder nach Maßgabe dieser Anforderung zu steuern dadurch gekennzeichnet, daß der Vorrichtung eine Erkennungseinrichtung zugeordnet ist, zum Erkennen eines Ausfalls oder einer Störung der Radbremsen des Fahrzeugs, wobei die mindestens zwei individuell lenkbaren Räder derart gesteuert werden, um bei einem erkannten Ausfall oder einer Störung der Radbremsen des Fahrzeugs ein Abbremsen des Fahrzeugs oder Aufbringen eines bestimmten Bremsmoments zu ermöglichen.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung der lenkbaren Räder zwecks einer Erhöhung der Fahrstabilität und Aufbringens eines Zusatzgiermoments erfolgt.
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