DE10119907A1

DE10119907A1 - Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität

Info

Publication number: DE10119907A1
Application number: DE2001119907
Authority: DE
Inventors: Torsten Herrmann; Artur Kost
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2001-04-23
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2021-04-24
Also published as: DE10119907B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs, bei dem in Abhängigkeit von mehreren Eingangsgrößen Drücke für einzelne Bremsen des Fahrzeugs ermittelt werden, so daß durch radindividuelle Bremseingriffe die Fahrstabilität erhöht wird. Um ein Kippen des Fahrzeugs um seine Längsachse sicher ausschließen zu können, wird bei einer stabilen Kurvenfahrt ermittelt, ob anhand der Lenkradwinkelgeschwindigkeit und der Querbeschleunigung eine Tendenz zu einem nachfolgenden instabilen Fahrverhalten vorliegt, daß in diesem Fall ein Bremsen-Voreingriff bereits bei einem stabilen Fahrverhalten erfolgt, wobei der Bremsen-Voreingriff beendet wird, wenn wenigstens ein Richtungswechsel (Nulldurchgang) der Gierrate nach einem Gierratenmaximum festgestellt wird und eine modellbasierte Querbeschleunigung gleich oder kleiner einem Grenzwert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Heftige Lenk- und Gegenlenkaktionen bei z. B. Ausweichmanövern, Spurwechseln, Freestyle u. dgl. können bei hohem Reibwert zu Fahrzeuginstabilitäten führen. Bei Fahrzeugen mit hohem Schwerpunkt besteht dabei vermehrt die Gefahr des Umkippens.

Um diesen Fahrzeuginstabilitäten selbsttätig entgegenzuwirken sind eine Vielzahl von Fahrstabilitätsregelungen bekannt geworden. Unter dem Begriff Fahrstabilitätsregelung vereinigen sich fünf 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, um eine Kippregelung (ARB), die ein Kippen des Fahrzeugs um seine Längsachse verhindert, sowie um eine Giermomentregelung (ESP), welche für stabile Fahrzustände beim Gieren des Fahrzeugs um die Hochachse sorgt.

Mit Fahrzeug ist also in diesem Zusammenhang ein Kraftfahrzeug mit vier Rädern gemeint, welches mit einer hydraulischen, elektro-hydraulischen oder elektro-mechanischen Bremsanlage ausgerüstet ist. In der hydraulischen Bremsanlage kann mittels eines pedalbetätigten Hauptzylinders vom Fahrer ein Bremsdruck aufgebaut werden, während die elektro-hydraulischen und elektro-mechanischen Bremsanlagen eine vom sensierten Fahrerbremswunsch abhängige Bremskraft aufbauen. Im Folgenden wird auf eine hydraulische Bremsanlage bezug genommen. Jedes Rad besitzt eine Bremse, welcher jeweils ein Einlassventil und ein Auslassventil zugeordnet sind. Über die Einlassventile stehen die Radbremsen mit dem Hauptzylinder in Verbindung, während die Auslassventile zu einem drucklosen Behälter bzw. Niederdruckspeicher führen. Schliesslich ist noch eine Hilfsdruckquelle vorhanden, welche auch unabhängig von der Stellung des Bremspedals einen Druck in den Radbremsen aufzubauen vermag. Die Einlass- und Auslassentile sind zur Druckregelung in den Radbremsen elektromagnetisch betätigbar.

Zur Erfassung von fahrdynamischen Zuständen sind vier Drehzahlsensoren, pro Rad einer, ein Giergeschwindigkeitsmesser, ein Querbeschleunigungsmesser und mindest 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.

Während für die Bremsschlupfregelung, die Antriebsschlupf regelung und die elektronische Bremskraftverteilung in erster Linie der Längsschlupf der Reifen auf der Fahrbahn von Bedeutung ist, fliessen in die Giermomentregelung (GMR) weitere Grössen ein, beispielsweise die Gierwinkelgeschwindigkeit und die Schwimmwinkelgeschwindigkeit. Kippregelungen werten in der Regel Querbeschleunigungs- oder Wankgrössen aus (DE 196 32 943 A1).

Wünschenswert wäre es, instabile Fahrsituationen, die vom Fahrer oftmals nicht beherrscht werden, von vornherein zu vermeiden, so daß kritischen Fahrsituationen erst gar nicht entstehen können.

Aus der DE 42 01 146 A1 ist ein System für die Vorhersage des Verhaltens eines Kraftfahrzeugs und für eine hierauf basierende Steuerung bekannt, das über eine Vielzahl von Beschleunigungsensoren verfügt, deren Daten mittels komplexer Berechnungen ausgewertet werden.

Weiterhin ist in der älteren DE 100 54 647 ein Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs vorgesehen, bei dem in Abhängigkeit von mehreren Eingangsgrößen Drücke für einzelne Bremsen des Fahrzeugs ermittelt werden, so daß durch radindividuelle Bremseingriffe die Fahrstabilität erhöht wird. Dabei wird bei einem stabilen Fahrverhalten ermittelt, ob anhand eines hochdynamischen Anlenkens eine Tendenz zu einem nachfolgenden instabilen Fahrverhalten vorliegt. Wird auf ein nachfolgendes instabiles Fahrverhalten geschlossen, dann erfolgt in diesem Fall ein Bremsen-Voreingriff bereits bei einem stabilen Fahrverhalten. Hierdurch wird eine kritische Fahrsituation bereits beim Entstehen entweder vermieden oder auf ein Maß reduziert, daß sie vom Fahrer beherrscht werden kann. Anhand der bei einem ESP-Regelungssystem vorhandenen Bremsanlage und Sensorik, mit den Ausstattungselementen
vier Raddrehzahlsensoren
Drucksensor (P)
Querbeschleunigungssensor (LA)
Gierratensensor (YR)
Lenkradwinkelsensor (SWA)
individuell ansteuerbare Radbremsen
Hydraulikeinheit (HCU)
Elektronik-Steuereinheit (ECU)
lässt sich eine Vorhersage einer kritischen Fahrsituation und vorzugsweise deren Vermeidung ohne zusätzliche Sensoren realisieren. Dabei wird die kritische Fahrsituation anhand eines hochdynamischen Anlenkens, bei dem der Lenkradwinkel als einzige Messgröße erfasst werden muß, vorhergesagt. Eine Ermittlung der Lenkradwinkelgeschwindigkeit erfordert dann nur geringe Zeit. Daher wird genau diese gemessene oder berechnete Lenkradwinkelgeschwindigkeit zur Vorhersage eines instabilen Fahrverhaltens herangezogen, um frühzeitig, und zwar bevor andere Messgrößen eine Vorhersage erlauben, korrigierende Schritte vornehmen zu können.

Zur frühzeitigen Vorhersage von instabilen Fahrzuständen wird das hochdynamische Anlenken in Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf der Lenradkwinkelgeschwindigkeit erkannt.

Dabei können bei extremem Gegenlenken während einer Kurvenfahrt mit hoher Querbeschleunigung durch die hohe Querdynamik der Karosserie Wankbewegungen (aus- und einfedern) erzeugt werden. Das Fahrzeug wird destabilisiert, mit der Gefahr des Kippens um die Längsachse. Die DE 100 54 647 sieht daher vor, das Verfahren so weiterzubilden, daß bei einer stabilen Kurvenfahrt ermittelt wird, ob anhand der Lenkradwinkelgeschwindigkeit und der Querbeschleunigung eine Tendenz zu einem nachfolgenden instabilen Fahrverhalten vorliegt, und daß in diesem Fall ein Bremsen-Voreingriff bereits bei einem stabilen Fahrverhalten erfolgt. Dieses gattungsgemäße Verfahren sieht eine Aktivierung des Bremsen- Voreingriffs beim Wechsel der Lenkrichtung (Nulldurchgang des Lenkradwinkels = SWA(T₄) vor, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
SWAP < Schwellenwert 5 und
LA < Schwellenwert 6
oder
SWAP < Schwellenwert 5 und
LA < Schwellenwert 6
mit SWAP = Lenkradwinkelgeschwindigkeit, LA = Querbeschleunigung. Dabei kann der Richtungssinn (Definition des Vorzeichens), ob es sich um eine Rechts- oder Linkskurve handelt, frei gewählt werden. So kann beispielsweise die Bedingung SWAP < Schwellenwert 5 einem Wechsel von einer Linkskurve nach einer Rechtskurve entsprechen. Während des Eingriffs wird die übertragbare Seitenkraft am Eingriffsrad stark reduziert und somit das Querbeschleunigungsniveau abgesenkt.

Der Bremsen-Voreingriff wird beendet, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:

1. a.) |C1.SWAP + SWA| < Schwellenwert 9 und/oder
2. b.) nach einem Gierratenmaximum wird ein Richtungswechsel (Nulldurchgang) der Gierrate festgestellt und/oder
3. c.) eine maximale Eingriffszeitdauer ist überschritten.

In der Bedingung a.) wird zunächst ein PD-Kriterium zur kombinierten Bewertung des Lenkradwinkelausschlags (proportionaler Anteil P) und der Lenkradwinkelgeschwindigkeit (differenzierender Anteil D) gebildet und dies mit dem Schwellenwert S9 verglichen. Liegt das Kriterium oberhalb des Schwellenwertes, ist die Bedingung also nicht erfüllt, liegt die hochdynamische Gegenlenkbewegung zum betrachteten Zeitpunkt weiterhin vor. Der Bremsen-Voreingriff kann daher fortgesetzt werden.

Mit der Bedingung b.) wird geprüft, ob der Bremsen- Voreingriff eventuell zu heftig war. Das ist dann der Fall, wenn das Fahrzeug der vom Fahrer vorgegebenen Lenkbewegung überhaupt nicht mehr folgt, d. h. die Gierrate einen Richtungswechsel (Nulldurchgang) vollzieht. Eine Fortsetzung des Bremsen-Voreingriffs ist unter diesen Umständen nicht sinnvoll.

Bedingung c.) sorgt für eine zeitliche Begrenzung des Bremsen- Voreingriffs. Es ist zweckmäßig, die maximale Eingriffszeitdauer in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder von der gemessenen Querbeschleunigung zum Beginn des Bremsen-Voreingriffs zu gestalten. Die maximale Eingriffszeitdauer ist um so größer, je größer die Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. die Querbeschleunigung zum Eingriffsbeginn ist.

Die bei dem extremen Gegenlenken (Gegenschwung) vorgesehenen Abbruchbedingungen des Eingriffs der Fahrstabilitätsregelung (ESP) während eines Spurwechsels bei den Bedingungen b.) und c.) sehen vor, den Eingriff bei einem detektierten Gierratenmaximum im wesentlichen nach Ablauf eines Zeitraum gesteuert abzubrechen. Liegt nach Ablauf der Eingriffszeit weiterhin eine querdynamisch kritische Situation vor, d. h. lässt der Fahrer einen Lenkradeinschlag nach Ende des Eingriffs bestehen, den das Fahrzeug nicht umsetzen kann, so baut sich sehr schnell die Querbeschleunigung wider auf. Da ein erneuter Eingriff im Rahmen der Fahrstabilitätsregelung (Spurwechsellogik) nicht folgt, ist damit die Kippgefahr nicht vollständig gebannt. Meist erfolgt nach Ende des Eingriffs sogar ein Untersteuereingriff, der dann die Kippgefahr noch weiter steigern kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattunggemäße Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität derart weiterzubilden, daß eine Kippgefahr des Fahrzeugs sicher ausgeschlossen werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst dass ein gattungsgemäßes Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs so durchgeführt wird, dass bei einer stabilen Kurvenfahrt ermittelt wird, ob anhand der Lenkradwinkelgeschwindigkeit und der Querbeschleunigung eine Tendenz zu einem nachfolgenden instabilen Fahrverhalten vorliegt, und daß in diesem Fall ein Bremsen-Voreingriff bereits bei einem stabilen Fahrverhalten erfolgt, wobei der Bremsen-Voreingriff beendet wird, wenn wenigstens ein Richtungswechsel (Nulldurchgang) der Gierrate nach einem Gierratenmaximum festgestellt wird und eine modellbasierte Querbeschleunigung gleich oder kleiner einem Grenzwert ist.

Durch das Verfahren wird der Bremsen-Voreingriff der erweiterten Fahrdynamikregelung (Spurwechsellogik) erst dann beendet, wenn der Fahrer mit dem Lenkwinkel ein Querbeschleunigungsniveau vorgibt, das unterhalb des aktuell von der Fahrstabilitätsregelung (ESP) eingestellten, d. h. vorzugsweise real gemessenen Querbeschleunigungsniveaus liegt. Hierdurch wird vorteilhaft ein sofortiger erneuter Aufbau einer kritischen Querbeschleunigung verhindert. Eine Kippgefahr des Fahrzeugs um die Längsachse wird sicher verhindert.

Vorteilhaft ist, dass der Grenzwert aus der gemessenen Querbeschleunigung des Fahrzeugs ermittelt wird.

Es ist zweckmäßig, dass die modellbasierte Querbeschleunigung durch den Fahrer über den Lenkradwinkel vorgegeben wird.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die modellbasierte Querbeschleunigung nach der Beziehung

ermittelt wird, mit l = Abstand der Fahrzeugzeugachsen (Radstand), a_q = Fahrzeugquerbeschleunigung, ν = Fahrzeuggeschwindigkeit, EG = Eigenlenkgradient des Fahrzeugs, δ = Lenkwinkel am Rad.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Bremseingriff erfolgt vorzugsweise an beiden Vorderrädern. Zum einen kann dadurch ein größeres Gesamtbremsmoment abgesetzt und damit das Fahrzeug stärker verzögert werden. Zum anderen müßte der Eingriff am kurvenäußeren Vorderrad so heftig ausfallen, daß das dadurch erzeugte Giermoment zu groß werden würde. Mit dem Bremseingriff am kurveninneren Vorderrad kann diesem zu großen Giermoment entgegengewirkt werden.

Bei den beschriebenen Gegenlenkbewegungen folgt der Nulldurchgang der Gierrate (T₅) kurze Zeit nach dem Nulldurchgang des Lenradkwinkels (T₄), dem Beginn des Eingriffs an beiden Vorderrädern. Beim Nulldurchgang der Gierrate erfolgt ein Seitenwechsel des kurvenäußeren Vorderrades, das durch den vorhergehenden Druckaufbau an beiden Vorderrädern bereits vorgefüllt wurde, was die Druckdynamik erheblich erhöht und die Verzugszeit zwischen Eingriffsbeginn und dem Erreichen des maximalen Bremsmoments drastisch reduziert.

Um eine dem vorhergesagten instabilen Fahrverhalten angepaßte Korrekturmaßnahme während des stabilen Fahrverhaltens zu aktivieren, erfolgt das mit dem Bremsen-Voreingriff aufgebrachte Bremsmoment in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v_Ref und/oder der Querbeschleunigung und/oder dem Lenkradwinkelgradienten. Dabei erfolgt die Zeitdauer des Bremsen-Voreingriffs vorteilhaft in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v_Ref und/oder der Querbeschleunigung und/oder dem Lenkradwinkelgradienten.

Wesentliches Element des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Bestimmung des Querbeschleunigungsniveaus, das durch den vom Fahrer aktuell vorgegebenen Lenkwinkel ohne Eingriff der Fahrstabilitätsregelung entstehen würde. Dieser Wert könnte z. B. aus dem Einspurmodell der ESP-Regelung abgeleitet werden. Eine weitere, hier bevorzugte Ausführungsform ist die Bestimmung über die stationären querdynamischen Zustandsgleichungen. Hier ergibt sich aus der stationären, querdynamischen Übertragungsfunktion:

wobei
- Gierrate des Fahrzeugs
δ - Lenkwinkel am Rad
l - Abstand der Fahrzeugzeugachsen (Radstand)
v - Fahrzeuggeschwindigkeit
EG - Eigenlenkgradient des Fahrzeugs
und aus dem Kraftgleichgewicht in Fahrzeugquerrichtung

ν = a_q (2)

mit der Fahrzeugquerbeschleunigung a_q der gesuchte Zusammenhang zu:

Sinkt nun die nach Gleichung (3) bestimmte Querbeschleunigung unter die real im Fahrzeug gemessene ab, so kann der Eingriff der erweiterten Fahrstabilitätsregelung (Spurwechsellogik) abgebrochen werden. Damit wird vermieden, dass sich nach Beendigung des Eingriffs der erweiterten Spurwechsellogik wieder ein kritisches Querbeschleunigungsniveau einstellt. Diese Bedingung kann noch geeignet mit den folgenden weiteren Abbruchbedingungen

1. a.) |C1.SWAP + SWA| < Schwellenwert 9 und/oder
2. b.) die maximale Eingriffszeitdauer ist überschritten korreliert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 ein Beispiel eines doppelten Spurwechsels

Fig. 2 erfindungsgemäß ausgewertete bzw. erzeugte Signalfolgen

Fig. 3 ein Fahrzeug mit den Komponenten einer Fahrdynamik regelung

Fig. 1 zeigt einen doppelten Spurwechsel, der beispielsweise gewünscht sein kann, wenn plötzlich einem Hindernis auszuweichen ist. 10 ist der gewünschte Kurs; das Fahrzeug bewegt sich längs der Positionen 11, 12, 13 und 14. Hier werden verschiedene Situationen nacheinander durchlaufen. Um den gewünschten Kurs insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten zu durchfahren, ist zunächst ein hochdynamisches Anlenken mit vergleichsweise großem bzw. heftigem Lenkeinschlag der Vorderräder 15, 16 erforderlich (Position 11). Anschließend erfolgt eine Rücklenkbewegung mit Lenkradwinkelnulldurchgang (Position 12) und nachfolgender Gegenlenkaktion zum Ende des ersten Spurwechsels (Position 13) und weiter zum zweiten Spurwechsel (Position 14). Wird ein solches Manöver auf hohem Reibwert ungebremst durchfahren, wird das Fahrzeug typischerweise zwischen Position 13 und Position 14 ab einer bestimmten Kombination aus Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkdynamik und Lenkamplitude zwangsweise instabil, d. h. es baut größere Schwimmwinkel auf (< 2 Grad), die für den Fahrer nicht mehr beherrschbar sind. Insbesondere Fahrzeuge mit hohem Fahrzeugschwerpunkt können durch die auftretende Querdynamik zu Nick- und Wankbewegungen angeregt werden, die im ungünstigsten Fall zum Kippen des Fahrzeugs um die Längsachse führen können. Ein ESP-Regler kann das instabile Fahrverhalten erkennen und korrigierend eingreifen, es kann jedoch das Entstehen des instabilen Zustands nicht verhindern. Um diese Gefahrensituation zu vermeiden, ist es notwendig, die Fahrzeuggeschwindigkeit wie auch die Lenkdynamik erfindungsgemäß durch einen frühzeitigen heftigen Bremseingriff zu reduzieren.

Fig. 2 zeigt den Signalverlauf beim ersten Spurwechsel (Positionen 11 bis 13). Befindet sich das Fahrzeug in der Position 17, weist es ein stabiles Fahrverhalten auf, d. h. das Fahrzeug folgt der Fahrervorgabe ohne merkliche Differenz, der Schwimmwinkel liegt bei 0 Grad. Die von dem Regelungssystem der Bremsanlage zur Verfügung gestellten Signale SWAP (Lenkradwinkelgeschwindigkeit), SWA (Lenradkwinkel), LA (Querbeschleunigung), YR (Gierrate) und (Gierwinkelgeschwindigkeit) befinden sich bei diesem stabilen Fahrzustand in einem Ruheband 18, das z. B. durch eine Lenkradwinkelgeschwindigkeit kleiner 40 bis 200 Grad/s gekennzeichnet ist. Wie Fig. 2 zeigt, kann die bezugnehmend auf Fig. 1 geschilderte Situation (hochdynamisches Anlenken) auftreten. Das hochdynamische Anlenken wird aus dem Verlauf der Lenkradwinkelgeschwindigkeit SWAP zwischen dem Verlassen (Zeitpunkt T₁) und dem Eitritt (Zeitpunkt T₃) in das Ruheband 18 ermittelt. Ein eindeutiger Impuls des Lenkradwinkelgradienten SWAP charakterisiert dabei ein hochdynamisches Anlenken, das anhand der folgenden Bedingungen festgestellt wird:

1. a.) |SWAP_MAX|/(T₂ - T₁) < Schwellenwert 1
2. b.) |SWAP_MAX|/(T₃ -T₂) < Schwellenwert 2
3. c.) |SWAP_MAX| < Schwellenwert 3

mit SWAP = Lenkradwinkelgeschwindigkeit, SWAP_MAX

= Maximum der Lenkradwinkelgeschwindigkeit, T₁

= Zeitpunkt des Austritts der Lenkradwinkelgeschwindigkeit aus dem Ruheband

18

, T₂

= Zeitpunkt des Maximums der Lenkradwinkelgeschwindigkeit, T₃

= Zeitpunkt des Eintritts der Lenkradwinkelgeschwindigkeit in das Ruheband

18

. Es wird also die durchschnittliche Lenkradwinkelbeschleunigung bis zum Erreichen der maximalen Lenkradwinkelgeschwindigkeit und die durchschnittliche Lenkradwinkelverzögerung bis zum Eintritt in das Ruheband ermittelt. Liegt die Lenkradwinkelbeschleunigung oberhalb eines Wertes im Bereich von 600 bis 2000 Grad/s²

(Schwellenwert S1), die Lenkradwinkelverzögerung oberhalb eines Wertes im Bereich von 800 und 2500 Grad/s²

(Schwellenwert S2) und der Absolutwert des Maximums SWAP_MAX

oberhalb eines Wertes im Bereich von 250 bis 600 Grad/s²

(Schwellenwert S3), kann ein Anlenken als hochdynamisch eingeschätzt werden. Die Lenkamplitude ist oberhalb S3 so groß, daß eine Tendenz zu einem nachfolgenden instabilen Fahrverhalten (Fahrzustand) vorausgesagt werden kann.

Sind die Bedingungen a.), b.) und c.) erfüllt und liegt zum Zeitpunkt T₃ des Eintritts der Lankradwinkelgeschwindigkeit der Absolutwerte der Gierrate YR oberhalb eines Wertes im Bereich von z. B. 20 bis 40 Grad/s (Schwellenwert 7) und die Querbeschleunigung LA oberhalb eines Wertes im Bereich von z. B. 4,5 bis 8 m/s² (Schwellenwert 8) wird der Bremseingriff am kurvenäußeren Vorderrad 16 gestartet.

Fig. 3 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit einem Bremsregelungssystem. In Fig. 3 sind vier Räder 15, 16, 20, 21 gezeigt. An jedem der Räder 15, 16, 20, 21 ist je ein Radsensor 22 bis 25 vorgesehen. Die Signale werden einer elektronischen Komponente 28 zugeführt, die anhand vorgegebener Kriterien aus den Raddrehzahlen die Fahrzeuggeschwindigkeit v_Ref ermittelt. Weiterhin sind ein Gierratensensor 26, ein Querbeschleunigungs sensor 27 und ein Lenkradwinkelsensor 29 mit der Komponente 28 verbunden. Jedes Rad weist außerdem eine Radbremse 30 bis 33 auf. Diese Bremsen werden hydraulisch betrieben und empfangen unter Druck stehendes Hydraulikfluid über Hydraulikleitungen 34 bis 37. Der Bremsdruck wird über einen Ventilblock 38 eingestellt, wobei der Ventilblock von elektrischen Signalen fahrerunabhängig angesteuert wird, die in der elektronischen Regelung 28 erzeugt werden. Über ein von einem Bremspedal betätigten Hauptzylinder kann von dem Fahrer Bremsdruck in die Hydraulikleitungen eingesteuert werden. In dem Hauptzylinder bzw. den Hydraulikleitungen sind Drucksensoren vorgesehen, mittels denen der Fahrerbremswunsch erfaßt werden kann.

Durch die Regelung 28 wird in dem Rad 16 der Bremsdruck individuell eingestellt. Beobachtet wird die Fahrzeuggeschwindigkeit v_Ref und die maximale Lenkradwinkelgeschwindigkeit SWAP_MAX anhand der vom Lenkradwinkelsensor 29 und von den Radsensoren 22-25 abgegebenen Signalen. Nach Maßgabe der empfangenen Signale werden Ansteuersignale für die Ventile im Ventilblock 38 erzeugt. Dadurch wird ein Bremsmoment erzeugt, das geschwindigkeits- und SWAP_MAX-abhängig ist. Je größer die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder SWAP_MAX ist, um so größer ist das Bremsmoment. Durch das eingesteuerte Bremsmoment wird die Längskraft am kurvenäußeren Vorderrad erhöht, die Seitenkraft jedoch nicht reduziert. Das Vorderrad 16 wird also mit geringen Schlupfwerten betrieben. Dadurch wird das Fahrzeug verzögert, ohne die Lenkfähigkeit zu stark einzuschränken. Parallel zu dem eingesteuerten Bremsmoment werden auch alle Schwellenwerte in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v_Ref und der maximalen Lenkradwinkelgeschwindigkeit SWAP_MAX berechnet. Die Schwellenwerte S1-S9 werden bei zunehmender v_Ref kleiner und bei zunehmendem Maximum SWAP größer (Ausnahme S3). Der Bremsen- Voreingriff bleibt solange aktiv, solange nach einem hochdynamischen Anlenken eine ebenfalls hochdynamische Rücklenkbewegung vorliegt. Wenn die Bedingung |SWAP_t - SWAP_MAX|/(t - T₂) < Schwellenwert 4 (z. B. ein Wert im Bereich von 800 bis 3000 Grad/s²) erfüllt ist, wird auf eine solche Rücklenkbewegung geschlossen und der Bremsen-Voreingriff wird fortgesetzt. Er wird beendet, sobald obige Bedingung nicht mehr erfüllt ist.

Bei extremem Gegenlenken während einer Kurvenfahrt mit hoher Querbeschleunigung wird der Bremsen-Voreingriff beim Wechsel der Lenkrichtung, also zum Zeitpunkt T₄ des Nulldurchganges des Lenkradwinkels, von der Regelung 28 aktiviert. Dabei wird nach Maßgabe der Bedingung
SWAP < 400 bis 1000 Grad/s² (Schwellenwert 5) und
LA < 5 bis 10 m/s² (Schwellenwert 6)
oder
SWAP < Schwellenwert 5 und
LA < Schwellenwert 6
durch die Regelung 28 Bremsdruck vorzugsweise in den Vorderrädern 15, 16 individuell eingestellt. Die beiden Bedingungen erfassen dabei den Übergang von einer Links- zu einer Rechtskurve oder von einer Rechts- zu einer Linkskurve, der vom Vorzeichen abhängig ist. Durch den Bremsen- Voreingriff an den beiden Vorderrädern 15, 16 kann eine Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit v_Ref bei gleichzeitiger Verringerung der Seitenkraft des kurvenäußeren Rades 16 bei dem noch stabilen Fahrverhalten eingeleitet werden. Das in den Bremsen erzeugte Bremsmoment erfolgt wie vorstehend beschrieben in Abhängigkeit von v_Ref. Beobachtet wird bei dem hochdynamischen Gegenlenken in der Kurve zusätzlich die Querbeschleunigung LA und der Lenkradwinkelgradient SWAP. Die Querbeschleunigung zum Zeitpunkt T₄ ist ein Maß dafür, wie stark das Fahrzeug auf der kurvenäußeren Seite eingefedert ist, d. h. wieviel Energie im Federsystem gespeichert ist, die nach einem Kurvenwechsel beim Ausfedern Wankbeschleunigungsarbeit verrichten kann. Der Lenkradwinkelgradient zum Zeitpunkt T₄ gibt an, wie schnell der Kurvenwechsel und damit der Richtungswechsel der Zentrifugalkraft erfolgt. Die Überlagerung der Wankbeschleunigungen, verursacht durch die Ausfederarbeit und den Richtungswechsel der Zentrifugalkraft, kann zu den beschriebenen Fahrzeuginstabilitäten und zum Kippen des Fahrzeugs um die Längsachse führen. Liegen Querbeschleunigung und Lenkwinkelgradient im Zeitpunkt T₄ betragsmäßig über den Schwellwerten S5 bzw. S6 und liegen sie im Richtungssinn entgegengesetzt, ist ein Bremsen-Voreingriff erforderlich.

Der Bremsen-Voreigriff wird nach Maßgabe der folgenden Bedingungen beendet:

1. a.) |C1.SWAP + SWA| < 40 bis 200 Grad (Schwellenwert 9)
mit C1 = 0,05 bis 04 s
2. b.) nach einem Gierratenmaximum wird ein Richtungswechsel (Nulldurchgang) der Gierrate festgestellt und eine modellbasierte Querbeschleunigung gleich oder kleiner einem Grenzwert ist
3. c.) die maximale Eingriffszeitdauer ist überschritten.

In a.) werden der Lenkradwinkelausschlag (proportionaler Anteil) und die Lenkradwinkelgeschwindigkeit (differenziernder Anteil) mittels eines PD-Kriteriums bewertet. Liegt das Bewertungsergebnis oberhalb eines Wertes im Bereich von z. B. 40 bis 200/s (Schwellenwert 9), liegt die hochdynamische Gegenlenkbewegung weiter hin vor, unterhalb wird der Bremsen- Voreingriff beendet.

Weiterhin wird der Bremsen-Voreingriff beendet, wenn das am kurvenäußeren Vorderrad 16 eingesteuerte Bremsmoment zu hoch war. Dies wird dann angenommen, wenn nach einem Bremsen- Voreingriff die Gierrate einen Richtungswechsel (Nulldurchgang) vollzieht. Darüber hinaus muß zum Beenden des Bremsen- Voreingriffs die Bestimmung des modellbasierten Querbeschleunigungsniveaus, das durch den vom Fahrer aktuell vorgegebenen Lenkradwinkel ohne Eingriff der Fahrstabilitätsregelung entstehen würde, kleiner/gleich einem Grenzwert sein. Sinkt nun die modellbasierte Fahrzeugquerbeschleunigung unter die real im Fahrzeug gemessene ab, so kann der Eingriff der erweiterten Fahrstabilitätsregelung (Spurwechsellogik) abgebrochen werden. Damit wird vermieden, dass sich nach Beendigung des Eingriffs der erweiterten Spurwechsellogik wieder ein kritisches Querbeschleunigungsniveau einstellt.

Der modellbasierte Wert der Querbeschleunigung könnte z. B. aus dem Einspurmodell der ESP-Regelung abgeleitet werden. Eine weitere, hier bevorzugte Ausführungsform ist die Bestimmung über die stationären querdynamischen Zustandsgleichungen. Hier ergibt sich aus der stationären, querdynamischen Übertragungsfunktion:

wobei
- Gierrate des Fahrzeugs
d - Lenkwinkel am Rad
l - Abstand der Fahrzeugzeugachsen (Radstand)
v - Fahrzeuggeschwindigkeit
EG - Eigenlenkgradient des Fahrzeugs
und aus dem Kraftgleichgewicht in Fahrzeugquerrichtung

ν = a_q (2)

mit der Fahrzeugquerbeschleunigung a_q der gesuchte Zusammenhang zu:

Ferner wird die Fahrzeuggeschwindigkeit v_Ref und die Querbeschleunigung LA beobachtet und nach Maßgabe dieser Größen die Eingriffszeitdauer des Bremsen-Voreingriff begrenzt. Die maximale Eingriffszeitdauer ist um so größer, je größer die Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. die Querbeschleunigung zum Eingriffsbeginn (T₄) ist.

Wie Fig. 2 zeigt, folgt der Nulldurchgang der Gierrate YR zum Zeitpunkt T₅ nach dem Zeitpunkt T₄ des Nulldurchgangs des Lenkradwinkels SWA. Beim Nulldurchgang der Gierrate YR erfolgt in Position 13 ein Seitenwechsel des kurvenäußeren Vorderrades von 16 auf 15. Das Vorderrad 15 ist durch den vorhergehenden Druckaufbau an beiden Vorderrädern 15 und 16 bereits mit Hydraulikmittel vorbefüllt. Dadurch wird die Druckdynamik erheblich erhöht. Das maximale Bremsmoment wird unmittelbar in den Radbremsen 30-33 umgesetzt.

Wurden die beschriebenen Bremsen-Voreingriffe durchgeführt, so ist in Position 14 die Fahrzeuggeschwindigkeit und damit die erforderliche Querdynamik zum Durchfahren des Wunschkurses 10 soweit reduziert, daß nicht mit einer erneuten Tendenz zu einer Fahrzeuginstabilität gerechnet werden muß. Der Verlauf der betrachteten Signale ähnelt um Position 14 dem Verlauf in den Positionen 11 bis 13, jedoch werden die Schwellwerte nicht erreicht. Somit erfolgt in Position 14 kein Bremsen- Voreingriff.

Claims

1. Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs, bei dem bei einer stabilen Kurvenfahrt ermittelt wird, ob anhand der Lenkradwinkelgeschwindigkeit und der Querbeschleunigung eine Tendenz zu einem nachfolgenden instabilen Fahrverhalten vorliegt, und daß in diesem Fall ein Bremsen-Voreingriff bereits bei einem stabilen Fahrverhalten erfolgt, wobei der Bremsen-Voreingriff beendet wird, wenn wenigstens ein Richtungswechsel (Nulldurchgang) der Gierrate nach einem Gierratenmaximum festgestellt wird und eine modellbasierte Querbeschleunigung gleich oder kleiner einem Grenzwert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert aus der gemessenen Querbeschleunigung des Fahrzeugs ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die modellbasierte Querbeschleunigung durch den Fahrer über den Lenkradwinkel vorgegeben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die modellbasierte Querbeschleunigung nach der Beziehung
ermittelt wird, mit l = Abstand der Fahrzeugzeugachsen (Radstand), a_q = Fahrzeugquerbeschleunigung, ν = Fahrzeuggeschwindigkeit, EG = Eigenlenkgradient des Fahrzeugs, δ = Lenkwinkel am Rad.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsen-Voreingriff beim Wechsel der Lenkrichtung (Nulldurchgang des Lenkradwinkels SWA T₄) aktiviert wird, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
SWAP < Schwellenwert 5 und
LA < Schwellenwert 6
oder
SWAP < Schwellenwert 5 und
LA < Schwellenwert 6
mit SWAP = Lenkradwinkelgeschwindigkeit, LA = Querbeschleunigung.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsen-Voreingriff beendet wird, wenn wenigstens eine der folgenden weiteren Bedingungen erfüllt ist:

1. a.) |C1.SWAP + SWA| < Schwellenwert 9 und/oder
2. b.) die maximale Eingriffszeitdauer ist überschritten.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsen-Voreingriff an beiden Vorderrädern erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Bremsen-Voreingriff aufgebrachte Bremsmoment in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v_Ref und/oder der Querbeschleunigung und/oder dem Lenkradwinkelgradienten erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer des Bremsen- Voreingriffs in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v_Ref und/oder der Querbeschleunigung und/oder dem Lenkradwinkelgradienten erfolgt.