DE102004003886A1 - Verfahren zum Bemessen der Bremskraft an den lenkbaren Vorderrädern eines im wesentlichen stillstehenden Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bemessen der Bremskraft insbesondere an den lenkbaren Rädern, insbesondere Vorderrädern eines zweispurigen, im wesentlichen stillstehenden Kraftfahrzeugs, wobei während einer durch Lenkvorgabe hervorgerufenen Einschlagbewegung der lenkbaren Räder die an diese angelegte Bremskraft verringert wird. Dabei wird zumindest in gewissen Betriebszuständen an den Vorderrädern entweder eine pulsierende Bremswirkung erzeugt oder es wird beim Lenken nur das jeweils kurveninnere gelenkte Rad gebremst. Die pulsierende Bremswirkung kann abwechselnd am rechten bzw. linken gelenkten Rad erzeugt werden. Die vorgeschlagenen Maßnahmen reduzieren die benötigte Lenkkraft.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bemessen der Bremskraft an den lenkbaren Rädern, insbesondere Vorderrädern, eines zweispurigen, im wesentlichen stillstehenden Kraftfahrzeugs, wobei während einer durch eine Lenkvorgabe hervorgerufenen Einschlagbewegung der lenkbaren Räder die an diese angelegte Bremskraft verringert wird. Zum bekannten Stand der Technik wird auf die EP 1 104 371 B1 verwiesen.
• Das Lenken, d.h. das Einschlagen von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs, erfordert Kraft bzw. Leistung, und zwar um so mehr, je geringer die Rollgeschwindigkeit der gelenkten Räder ist. Der größte Leistungsbedarf liegt somit beim Parkieren des Fahrzeugs mit gebremsten Rädern vor, d.h. wenn die lenkbaren Räder gebremst und somit gegen Drehen blockiert sind und gleichzeitig eingeschlagen, d.h. gelenkt werden. Dabei ist der Kraftbedarf im Bereich der beiden möglichen Endlagen, d.h. nahe des jeweils maximal möglichen Lenkeinschlags besonders hoch, u.a. da mit zunehmendem Radlenkwinkel die seitlichen Verspannungen im bzw. zwischen Rad-Reifen und Fahrbahn ansteigen.
• Üblicherweise sind Lenksysteme bzw. mechanische Lenkgetriebe derart ausgeführt, dass in der Nähe des Endanschlages, d.h. bei einer Zahnstangenlenkung im Bereich der Endlagen des Zahnstangenhubes, die Gesamtübersetzung direkter wird, damit zum einen der vom Fahrzeug-Fahrer an seinem Lenkrad (= Lenkhandhabe) von einem Endanschlag zum anderen Endanschlag aufzubringende Gesamtlenkwinkel auf einen vetretbaren Wert begrenzt ist und zum anderen durch das Lenkgestänge die Ackermannfünktion im wesentlichen erfüllt wird. Weiterhin steigen auch die Spurstangenkräfte mit zunehmenden Lenkwinkel aufgrund der oben genannten Verspannungen im Rad-Reifen stark an. Beides führt zu einem großen Leistungsbedarf insbesondere an den Endlagen des Zahnstangenhubes (im Falle einer Zahnstangenlenkung).
• Üblich sind hilfskraftunterstützte Lenksysteme, wobei die Hilfskraft vorrangig hydraulisch aufgebracht wird; daneben sind jedoch auch elektromotorische Hilfskraft-Lenksysteme bekannt. Unabhängig davon, welches Hilfskraft-Lenksystem in einem konkreten Anwendungsfall verbaut ist, ist aufgrund des beschriebenen großen Kraft- bzw. Leistungsbedarfs insbesondere in den Endlagen des Zahnstangenhubes bzw. im Bereich großer Lenkwinkel (nahe des jeweiligen Endanschlags) eine entsprechend große Dimensionierung der Hilfskraftunterstützung erforderlich. Es müssen also entsprechend starke Motoren oder Hydraulikpumpen vorgesehen sein, deren Antrieb wiederrum viel Energie benötigt, was zu Lasten der Energiebilanz bzw. des Verbrauchs des Antriebsaggregats des Kraftfahrzeug geht, nachdem dieses üblicherweise (direkt oder indirekt) auch das die Hilfskraft für das Lenksystem bereitstellende Aggregat antreibt.
• Zur Reduzierung der erforderlichen Lenkkraft an einem im wesentlichen stillstehenden, insbesondere festgestellten Fahrzeug ist es aus der eingangs genanten EP 1 104 371 B1 bekannt, bei Aufbringung von Lenkbewegungen an den lenkbaren Rädern der Fzg.-Vorderachse die Bremskraft an der Vorderachse zu verringern. Wird somit insbesondere bei einem Parkiervorgang ein Blockieren der lenkbaren Räder (üblicherweise befinden sich diese an der Fahrzeug-Vorderachse) verhindert, so führt dies zu einer deutlichen Reduzierung der Summenkräfte an den Spurstangen des Lenksystems und somit zu einem verringerten Energiebedarf. Bevorzugt ist hierfür ist ein Bremssystem vorgesehen, bei dem der Bremsdruck radindividuell aufgebaut werden kann.
• In der genannten Schrift wird weiterhin vorgeschlagen, mit einer Reduzierung der Bremskraft an den lenkbaren Vorderrädern gleichzeitig die Bremskraft an den Rädern der Fzg.-Hinterachse zu erhöhen, um insbesondere im Falle einer Längsneigung des Fahrzeugs bei entsprechend geneigter Fahrbahn eine ausreichende Feststellwirkung zu erzielen bzw. ein Wegrollen des Fahrzeugs zu verhindern. Bei der Bemessung der jeweiligen Bremskräfte an der Vorderachse bzw. an der Hinterachse des Fahrzeugs kann also auch ein Neigungswinkel des Fahrzeugs berücksichtigt werden.
• Ein entsprechendes Verfahren bzw. eine entsprechende Funktionslogik kann somit bei diesem bekannten Stand der Technik durch radindividuelle Bremseneingriffe die Bremskraft an der Vorderachse beim Parkieren verringern, um dadurch die Spurstangen-Summenkräfte zu reduzieren und einen geringeren Bedarf an Lenkkraftunterstützung zu erzielen. Zur Aktivierung dieser Funktionslogik sollte jedoch sichergestellt sein, dass bei vom Fahrer betätigter Betriebsbremse unter allen Umständen ein Wegrollen bzw. Wegrutschen des Fahrzeugs zu vermeiden ist.
• Als erstes Beispiel sei hier nun der Fall genannt, dass sich das Fahrzeug auf einer ebenen Fahrbahn befindet, so dass eine Bremswirkung an der Hinterachse, d.h. an den nicht gelenkten Hinterrädern ausreicht. Die lenkbaren Vorderräder müssen dann trotz betätigter Betriebsbremse nicht gebremst werden, so dass ein Abrollen des Reifens während des Lenkvorganges erfolgen kann. Hiermit ist eine erhebliche Reduzierung der Spurstangenkräfte bzw. erforderlichen Lenkkräfte erzielbar. Für diesen Fall wäre es also möglich, eine Lenkhilfeunterstützung derart auszulegen, dass ein Lenken ungebremster Räder als Auslegungskriterium herangezogen wird, was den Einsatz einer Lenkhilfeunterstützung mit geringerem Leistungsbedarf ermöglicht. Als zweites Beispiel ist jedoch der Extremfall zu beachten, bei dem sich das Fahrzeug auf einer stark abschüssigen Fahrbahn befindet und die Hinterräder auf einem Fahrbahn-Abschnitt mit Niedrigreibwert stehen. In dieser Situation besteht die Möglichkeit, dass die Bremswirkung an der Hinterachse nicht ausreicht, um ein Wegrutschen des Fahrzeuges zu verhindern.
• Ausgehend von diesen Überlegungen hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, Maßnahmen aufzuzeigen, mit Hilfe derer einerseits eine gegenüber dem üblichen Stand der Technik, bei dem an einem im wesentlichen stillstehenden Kraftfahrzeug während einer durch eine Lenkvorgabe hervorgerufenen Einschlagbewegung der lenkbaren Räder die an diese angelegte Bremskraft nicht verringert wird, reduzierte Hilfskraftunterstützung benötigt wird. Andererseits soll jedoch insbesondere auch auf einer Gefällestrecke gewährleistet sein, dass das Kraftfahrzeug sicher festgehalten wird.
• Die Lösung dieser Aufgabe ist für ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in gewissen Betriebszuständen an den Vorderrädern entweder eine pulsierende Bremswirkung erzeugt wird oder nur eines der beiden Vorderräder gebremst wird. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
• Erfindungsgemäß kann auch bei (abwärts) geneigt stehendem Fahrzeug und somit dem Erfordernis, an den lenkbaren (Vorder-)Rädern sicherheitshalber zumindest eine gewisse Bremswirkung zu erzielen, eine Reduzierung der Lenkkräfte beim Parkieren erreicht werden, wenn diese gelenkten (Vorder)Räder durch eine pulsierende Bremskraft immer nur kurzzeitig blockiert und dazwischen kurzzeitig freigegeben werden. Durch das zyklische Abfallen des Bremsdruckes kann das Rad während des Lenkvorgangs entlang seiner Bahnkurve kurzzeitig schrittweise abrollen, wodurch sich die weiter oben genannten Verspannungen des Reifens verringern und dadurch die Spurstangenkräfte beim Parkiervorgang wirksam reduziert werden. Dabei sollte der Zyklus des Abbaus und Aufbaus von Bremskraft an den Rädern derart kurz sein, dass während des ungebremsten (oder nur minimal gebremsten) Zustandes kein Anrollen des Fahrzeugs erfolgen kann. Dabei kann der Aufbau und Abbau von Bremskraft an den gelenkten Rädern auch alternierend erfolgen, d.h. abwechselnd auf der rechten und linken Fahrzeug-Seite, so dass bspw. zuerst das linke Vorderrad abgebremst und das rechte Vorderrad freigegeben ist und dass daraufhin das linke Vorderrad freigegeben und das rechte Vorderrad abgebremst wird. So ist vorteilhafterweise sichergestellt, dass stets eines der beiden gelenkten Räder abgebremst ist.
• In vergleichbare Richtung geht der weitere Vorschlag, die Bremskraft nur an einem der beiden gelenkten Räder zu reduzieren bzw. nur eines der beiden gelenkten Räder abzubremsen. Da die höheren Spurstangenkräfte in der Regel an der Kurveninnenseite auftreten, da hier der Radeinschlagswinkel größer und die Lenkgestängeübersetzung kleiner ist, können insbesondere durch Reduzierung bzw. Wegnehmen der Bremskraft am jeweils kurveninneren Rad die Spurstangenkräfte und somit die erforderlichen Lenkkräfte nennenswert verringert werden.
• Bereits erwähnt wurde, dass die Bremswirkung an den gelenkten Rädern in Abhängigkeit von der Längsneigung des Fahrzeugs erzeugt werden kann, d.h. dass bspw. überhaupt nur dann eine Bremswirkung an den gelenkten Rädern erzeugt wird, wenn das Fahrzeug gegenüber der Horizontalen in Längsrichtung geneigt steht. Sind wie üblich nur die Vorderräder lenkbar, so dürfte es zumeist nicht erforderlich sein, diese Vorderräder abzubremsen, wenn sich das Fahrzeug auf einer Steigungsstrecke befindet, da hierbei aufgrund der neigungsbedingten Gewichtsverlagerung die Hinterräder verstärkt belastet werden. Eventuell kritisch könnten jedoch Situationen werden, in denen der Reibwert zwischen Rad und Fahrbahn sehr gering ist.
• Es wird somit weiterhin vorgeschlagen, über einen Vergleich der bei zunächst vollständig blockierten lenkbaren Rädern benötigten Lenkkraft oder dgl. mit einer Referenzgröße den an den gelenkten Rädern vorliegenden Reibwert abzuschätzen und anhand dieses Wertes bevorzugt unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors über die geeignete Maßnahme zur Reduzierung der Bremskraft an den lenkbaren Rädern zu entscheiden. Es kann also die Neigung des Fahrzeugs ermittelt und der Reibwert an den gelenkten Vorderrädern abgeschätzt werden. Dabei sei angemerkt, dass mit abnehmendem Reibwert zwischen Fahrbahn und gelenkten Rädern die Wirksamkeit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Funktionslogik abnimmt; allerdings entsteht dadurch kein Nachteil, da bei geringem Reibwert die Spurstangenkräfte ohnehin niedriger ausfallen. Je nach erkannter Neigung und vorliegendem Reibwert können dann über einen entsprechenden Entscheider verschiedene Strategien gewählt werden, um eine ausreichend hohe Bremswirkung bei möglichst niedrigen Spurstangenkräften zu gewährleisten. Hierfür kann die mindestens erforderliche Haltekraft berechnet werden. Diese kann bspw. aus den Radaufstandskräften und dem geschätzten angenommenen Reibwert multipliziert mit einem Sicherheitsfaktor ermittelt werden. Dieser Sicherheitsfaktor berücksichtigt insbesondere auch mögliche Reibwert-Unterschiede an den Vorderrädern und Hinterrädern, d.h. da das Fahrzeug auf Fahrbahnbereichen mit unterschiedlichen Reibwerten stehen kann, kann aus Sicherheitsgründen mit einem niedrigeren Reibwert an der Hinterachse gerechnet werden.
• Grundsätzlich kann die Ermittlung der Längsneigung des Fahrzeugs, die im genannten Entscheider berücksichtigt wird bzw. berücksichtigt werden kann, auf unterschiedliche Weise erfolgen, so bspw. mittels eines Neigungssensors, weniger aufwändig und dennoch einfach ist es jedoch, die Längsneigung unter Auswertung der Signale eines Längsbeschleunigungssensors oder von der Vorderachse sowie der Hinterachse des Fahrzeugs zugeordneten Höhenstandssensoren zu ermitteln. Kurz auf das erstgenannte Verfahren eingehend wird dabei eine Fahrzeuglängsbeschleunigung im fahrzeugfesten Koordinatensystem ermittelt. Bei geneigter Fahrbahn ist dieses fahrzeugfes te Koordinatensystem gegenüber dem ortsfesten Koordinatensystem um den aktuellen Steigungswinkel geneigt. Die Fahrzeughochachse ist deshalb nicht parallel zur Erdbeschleunigung. Der Fahrzeuglängsbeschleunigungssensor gibt in diesem Fall eine Längsbeschleunigung aus. Aus dieser Beschleunigung kann der Neigungswinkel und die Neigungsrichtung bestimmt werden. Alternativ kann die Fahrzeugneigung aber auch unter Auswertung der auf Gefälle- oder Steigungsstrecken auftretenden Radlaständerung ermittelt werden. Der Beladungszustand wird hierzu aus Höhenstandssensoren ermittelt, die an Vorder- und Hinterachse angebracht sind. Aus den Werfen des Höhenstands kann mit der Steifigkeit der Fzg.-Tragfeder auf die Radlast zurückgerechnet werden. Durch Vergleich der beiden Radlasten vorne und hinten wird schließlich die Neigung des Fahrzeugs ermittelt.
• Grundsätzlich können mit einem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. den vorgeschlagenen Strategien die maximalen Spurstangenkräfte beim Parkieren bei Einsatz eines entsprechenden Bremssystems je nach Situation um einen beträchtlichen Wert verringert werden. Hierdurch kann die maximal erforderliche Lenkhilfeunterstützung durch die Reduzierung der maximal auftretenden Spurstangensummenkräfte kleiner ausgelegt werden, was sich in einem geringeren Bauraumbedarf, einem geringeren Gewicht und einer geringeren Leistungsaufnahme niederschlägt. Bei von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Lenkunterstützungssystemen wird somit dem Verbrennungsmotor eine geringere Leistung abverlangt, was zu Verbrauchseinsparungen führt. Bei elektromotorischen Lenkunterstützungssystemen kann ebenfalls der Leistungsbedarf reduziert werden, was dann den Einsatz dieses System in Fahrzeugen mit ursprünglich höherer Leistungsanforderung bezüglich der Lenkunterstützung ermöglicht, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Bemessen der Bremskraft an den lenkbaren Rädern, insbesondere Vorderrädern, eines zweispurigen, im wesentlichen stillstehenden Kraftfahrzeugs, wobei während einer durch eine Lenkvorgabe hervorgerufenen Einschlagbewegung der lenkbaren Räder die an diese angelegte Bremskraft verringert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in gewissen Betriebszuständen an den Vorderrädern entweder eine pulsierende Bremswirkung erzeugt wird oder nur eines der beiden Vorderräder gebremst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Lenken nur das jeweils kurveninnere gelenkte Rad abgebremst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die pulsierende Bremswirkung abwechselnd am rechten bzw. linken gelenkten Rad erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Bremswirkung an den gelenkten Rädern in Abhängigkeit von der Längsneigung des Fahrzeugs erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass über einen Vergleich der bei zunächst vollständig blockierten lenkbaren Rädern benötigten Lenkkraft oder dgl. mit einer Referenzgröße der an den gelenkten Rädern vorliegenden Reibwert abgeschätzt wird und dass anhand dieses Wertes bevorzugt unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors über die geeignete Maßnahme zur Reduzierung der Bremskraft an den lenkbaren Rädern entschieden wird.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Bremswirkung an den gelenkten Rädern in Abhängigkeit von der Längsneigung des Fahrzeugs erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsneigung unter Auswertung der Signale eines Neigungssensors oder eines Längsbeschleunigungssensors oder von der Vorderachse sowie der Hinterachse des Fahrzeugs zugeordneten Höhenstandssensoren ermittelt wird.