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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausgleichen von Giermomenten
bei einem straßengebundenen Fahrzeug, wie einem Kraftfahrzeug,
das luftgefüllte Reifen aufweist, sowie eine Vorrichtung zum
Ausgleichen von Giermomenten bei einem straßengebundenen
Fahrzeug, wie einem Kraftfahrzeug, das luftgefüllte Reifen
aufweist, mit einer fahrzeugführerunabhängigen
den Lenkwinkel des Fahrzeuges beeinflussenden Steuervorrichtung.
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Aus
dem Stand der Technik sind Lenksysteme für Fahrzeuge bekannt.
Dabei sind sog. „Aktivlenkungen", die auch als AFS – Active
Front Steering – Systeme bezeichnet werden, hinreichend
bekannt. Mit solchen Aktivlenkungssystemen wird mittels eines Elektromotors
und bspw. einem Planetengetriebe ein Zusatzlenkwinkel auf den von
den Vorderrädern zum Angeben der Richtung des Kraftfahrzeugs eingeschlagenen
Fahrlenkwinkel aufgeprägt. Das heißt, dass ein
vom Fahrer unabhängig aktivierter Elektromotor vom Fahrer
unabhängig Einfluss auf die Lenkung nimmt. So wird durch
Bewegung eines der Getriebeelemente des Planetengetriebes in Lenkgetriebevorrichtungen
ein zusätzliches Lenken erreicht. Herkömmlich
bewegt ein Elektromotor ein Getriebeelement derart, dass die lenkbaren
Räder, meistens die Vorderräder des Kraftfahrzeuges,
mehr als vom Fahrzeugführer beabsichtigt, oder weniger
als vom Fahrzeugführer beabsichtigt, eingeschlagen werden. Aktivlenkungssysteme
finden mittlerweile immer mehr Eingang bei besonders sicheren Kraftfahrzeugen
unterschiedlichster Hersteller. Ein spezielles Verfahren zur Lenkunterstützung
eines Fahrers eines Straßenfahrzeugs mit einer aktiven
Lenkung ist etwa aus der
DE
196 50 692 C2 bekannt.
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Die
bisher bekannten Aktivlenkungssysteme werden derart genutzt, dass
sie situationsabhängig eine Lenkübersetzung verstellen,
um, analog zu ESP-Systemen Fahrstabilisierungseingriffe vorzunehmen,
indem die Räder zusätzlich verstellt werden.
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Eine
früher häufig auftretende Ursache von schweren
Unfällen waren „Reifenplatzer" bei Kraftfahrzeugen.
Wurde ein Kraftfahrzeug bei hoher Geschwindigkeit gefahren und trat
das Platzen eines Reifens, im schlimmsten Fall eines Vorderrades
auf, so war im Regelfall das Fahrzeug nicht mehr steuerbar, was
aufgrund der auftretenden Giermomente am Kraftfahrzeug zu einer
Schleuderbewegung führte und letztendlich zu folgenschweren
Unfällen.
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Unter
Giermomenten wird ein Drehmoment um eine Hochachse eines Fahrzeuges
verstanden.
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Während
früher Reifenplatzer häufig auftraten, so ist
dies durch verbesserte Qualität der Reifen heutzutage nicht
mehr so häufig anzutreffen. Trotzdem ist nach wie vor bei
Eindringen eines Gegenstandes in einen Reifen, wie etwa einem Nagel
oder einer Schraube, ein Druckverlust im Reifen die Folge. Schlimmstenfalls
tritt auch hier sehr schnell ein Druckverlust auf. Ein Druckverlust
in den Reifen eines Kraftfahrzeuges, insbesondere in den gesteuerten
Reifen eines Kraftfahrzeuges, also im Regelfall vorne, führt
ebenfalls zu starken Giermomenten, die plötzlich auftreten
können. Solche plötzlich auftretenden Giermomente
an einem Kraftfahrzeug führen dazu, dass der Fahrzeugführer
zum Ausgleichen der Giermomente entsprechend gegenlenken muss. Erfolgt
ein Druckverlust sehr schnell, so muss der Fahrer sehr schnell reagieren.
Häufig ist ein Fahrer mit einer solch schnellen Reaktion überfordert.
Die Folge ist oftmals ein Übersteuern des Kraftfahrzeuges.
Als Gegenmaßnahme gegen das Übersteuern muss der Fahrzeugführer
dann wieder erneut gegensteuern. Wenn er nun hier wieder überreagiert,
so schaukelt sich das Kraftfahrzeug dermaßen auf, dass
es schleudert und schlingert. Ein folgenschwerer Unfall ist dann
häufig resultierend.
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Bei
Reifenzustandsüberwachungsvorrichtungen, die auch als Tire
Inflation Monitoring Systeme bezeichnet werden, wird dem Fahrer
mittels einer Warneinrichtung, wie etwa einer Kontrolllampe der niedrige
Druck in einem oder mehreren Reifen angezeigt.
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In
Fahrzeugen mit aktivem Fahrwerk, also einem Fahrwerk, das während
der Fahrt bzgl. Federung und Dämpfung veränderbar
ist, ist bekannt jenes Rad, welches einen Druckverlust erlitten
hat, zu entlasten. Dabei wird das aktive Fahrwerk dermaßen ausgerichtet,
dass die Belastung des Fahrzeuges auf die nicht mit Druckverlust
behafteten Räder verteilt wird, wohingegen das mit Druckverlust
versehene Rad entlastet wird. Allerdings werden solche Systeme nur
in Verbindung mit aktiven Fahrwerken und sog. „Run-Flat-Reifen",
also Reifen mit Notlaufeigenschaften, verwendet.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem
Stand der Technik zu vermeiden und ein sichereres Fahrzeug zur Verfügung
zu stellen, bei dem die Gefahr des Schleuderns aufgrund eines Druckverlustes
in einem Reifen gebannt ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem ein Druckverlust
in einem Reifen detektiert wird und darauf basierend ein Zusatzlenkwinkel zum
Ausgleichen eines aufgrund des Druckverlustes auftretenden Giermomentes
berechnet wird.
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Bei
Berechnung eines Zusatzlenkwinkels zum Ausgleichen des durch den
Druckverlust auftretenden Giermomentes, infolge des Druckverlustes und
basierend auf dem Druckverlust, wird eine Stellgröße
zur Verfügung gestellt, die zeitnah den Ausgleich des Giermomentes
hervorruft. Beim Vorsehen eines entsprechend großen Zusatzlenkwinkels,
ist ein Drehmoment in das Fahrzeug einbringbar, das dem durch den
Druckverlust im Reifen auftretenden Giermoment entgegenwirkt. Ein
Schleudern wird dadurch nachfolgend verhindert.
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Die
vorteilhaften Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen
beansprucht und nachfolgend näher erläutert:
So
ist es besonders vorteilhaft, wenn der Zusatzlenkwinkel zu dem bereits
vorliegenden Ist-Lenkwinkel über eine aktiv angetriebene
Stellvorrichtung einer Aktivlenkeinheit zum Erreichen eines dem
Giermoment entgegenwirkenden Soll-Lenkwinkels für ein entsprechendes
Drehmoment zugeführt wird. Obwohl ein zu großer
oder zu kleiner Ist-Lenkwinkel an den Rädern anliegt, wird
ein angepasster Zusatzlenkwinkel zusätzlich aufgebracht,
um die Lenkung so auszurichten, dass ein optimaler Soll-Lenkwinkel an
den Rädern anliegt, der das auftretende Giermoment ausgleicht.
Unter dem „Ist-Lenkwinkel" wird der Winkel verstanden,
der tatsächlich an den gelenkten Rädern anliegt,
d. h. im Regelfall an den Vorderrädern. Unter dem „Soll-Lenkwinkel"
wird der Winkel verstanden, bei dem das Kraftfahrzeug ohne nachfolgendem
Schlingern oder Schleudern weiterfahren kann, d. h. bei dem das
durch den Druckverlust auftretende Giermoment neutralisiert wurde.
Hierfür ist der „Zusatz-Lenkwinkel" notwendig,
der den Differenzwinkel zwischen Soll- und Ist-Lenkwinkel definiert.
Der Zusatzlenkwinkel kann einen positiven oder einen negativen Wert
haben.
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Wenn
der Zusatzlenkwinkel von einer Regel- oder Steuervorrichtung bestimmt
wird, so ist es möglich, besonders schnell eine Reaktion
auf den Druckverlust resultieren zu lassen, sogar schneller, als
der Fahrer aufgrund seiner menschlichen Physis reagieren kann. Als
Regel- oder Steuervorrichtung hat sich die Verwendung eines Prozessors
bewährt.
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Da
je nach Größe des Druckverlustes und je nach Schnelligkeit
und/oder zeitlichem Verlauf des Druckverlustes das Giermoment unterschiedlich
auftritt, ist es von Vorteil, wenn die Regel- oder Steuervorrichtung
zur Berechnung des Zusatzlenkwinkels auf in Kennfeldern hinterlegte
Wirkzusammenhänge zurückgreift, um besonders schnell
und effizient das Giermoment zu neutralisieren.
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Wenn
die Regel- oder Steuereinrichtung zur Berechnung des Zusatzlenkwinkels
auf Sensorinformationen zumindest eines Fahrzeugsystems zurückgreift,
wie vorzugsweise eines ABS-Systems, so kann die Präzision
des Giermomentausgleichs erhöht werden. Dies liegt unter
anderem daran, dass das Giermoment genauer bestimmt werden kann.
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Besonders
effizient ist das Verfahren in einer weiteren Ausführungsform,
wenn der Druckverlust über eine erhobene Drehzahlfühlerinformation
berechnet und an eine Berechnungsvorrichtung der Aktivlenkeinheit
weitergeleitet wird.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung
enthaltend Mittel zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem
der Verfahrensansprüche.
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Besonders
vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung werden in den Unteransprüchen beansprucht und
nachfolgend näher erläutert:
Es ist in einer
weiteren Ausführungsform von Vorteil, wenn eine den Reifenluftdruck überwachende
Kontrolleinrichtung vorhanden ist, die über eine Berechnungsvorrichtung,
wie einen Prozessor, mit der Stellvorrichtung in Wirkzusammenhang
steht. Auch hier stellt sich, wie auch beim Verfahren der oben beschriebenen
erfindungsgemäßen Art, der Vorteil eines effizienten
Verhinderns von Unfällen bei Kraftfahrzeugen in Folge eines
Luftdruckverlustes in den Reifen eines Kraftfahrzeuges ein.
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So
ist es ferner in einer besonderen Ausführungsform besonders
von Vorteil, wenn zwischen der Kontrolleinrichtung und der Berechnungsvorrichtung eine
Drehzahlinformationsermittlungsvorrichtung vorhanden ist. Durch
die mittlerweile häufig praktizierte Verwendung von Drehzahlinformationsermittlungsvorrichtungen
in Kraftfahrzeugen ist das Zurückgreifen auf kostengünstige
Teilsysteme möglich, was zur Reduktion der Entstehungskosten
eines Kraftfahrzeuges führt. Trotzdem wird die Sicherheit des
Kraftfahrzeuges deutlich erhöht, da ein Schleudern eines
Kraftfahrzeuges aufgrund eines Luftdruckverlustes unterbunden wird.
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Um
besonders verlässlich auftretende Giermomente vorherzusagen
und diese besonders verlässlich auszugleichen, ist es von
Vorteil, wenn die Berechnungsvorrichtung mit einem ABS-System in einem
weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel verbunden ist.
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Die
Erfindung ist nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Kraftfahrzeuges von oben mit vier Reifen,
von denen der in Fahrrichtung vorne links befindliche Reifen Luft verliert
und
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2 ein
vereinfachtes Blockschaltbild zur Nutzung eines Reifenzustandsüberwachungssystems
und einer Aktivlenkung zum Ausgleich von durch Druckverlust bestimmten
Störungen im Fahrverhalten eines Fahrzeuges mit Luft gefüllten
Reifen.
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1 zeigt
ein Fahrzeug 1, das ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor
darstellt. Das Fahrzeug 1 weist vier Reifen auf, die mit
dem Bezugzeichen 2 versehen sind. Dabei sind jeweils zwei
Reifen an Rädern befestigt, welche über eine Achse
miteinander verbunden sind. Das Fahrzeug 1 bewegt sich
mit einer Geschwindigkeit v in Richtung des Pfeils v. Die Reifen 2 sind
luftgefüllt. Der in Fahrtrichtung vorne links befindliche
Reifen weist einen Luftverlust auf. Dieser Reifen, der dann zwangsläufig einen
Druckverlust hinzunehmen hat, ist mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichnet.
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Verliert
der Reifen 3 Luft, so erhöhen sich die Rollkräfte
zwischen dem Reifen 3 und der Fahrbahn dermaßen,
dass eine Kraft F1 in Richtung des Pfeils F1 in 1 wirkt.
Diese Kraft wirkt entgegengesetzt der Fahrtrichtung. Aufgrund des
Abstandes zum Schwerpunkt des Kraftfahrzeuges, der mit F bezeichnet
ist, ergibt sich ein Giermoment G um ei nen Schwerpunkt S des Fahrzeugs 1.
Damit das Fahrzeug 1 keine Kurve fährt, muss ein
dem Giermoment G gegenwirkendes Drehmoment N aufgebracht werden.
Dieses Drehmoment N wird durch ein Einlenken der Vorderräder
bewirkt.
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Die
Vorderräder mit den Reifen 2 sind gestrichelt
in einer ausgelenkten Position dargestellt. In 1 ist
der Soll-Lenkwinkel mit β gekennzeichnet. Der ursprüngliche
Ist-Lenkwinkel ist in 1 nicht ersichtlich, wird jedoch
als α bezeichnet. Der Wert α ist bei der Stellung
der Räder mit den Reifen 2 und 3 an der
Vorderachse des Fahrzeugs 1 in 1 ca. 0°.
Im Beispiel nach 1 erfolgt nicht rechtzeitig
eine Lenkwinkelwahl des Fahrzeugführers, weswegen der Zusatzwinkel δ gleich
dem Betrag des Soll-Lenkwinkels β entspricht.
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In
einem weiteren nicht dargestellten Beispiel, ist der Ist-Lenkwinkel α mit
10° gewählt worden, wobei der Soll-Lenkwinkel β zum
Ausgleichen des Giermomentes G über das Erzeugen eines
Drehmomentes M 45° betragen soll. Der Zusatzlenkwinkel δ hat
dann 35° zu betragen.
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Jegliche
anderen Winkelkonstellationen sind denkbar. Es ist insbesondere
denkbar, dass der Betrag des Zusatzlenkwinkels δ entgegengesetzt
der Richtung des Ist-Lenkwinkels α ist. Der Wert des Zusatz-Lenkwinkels δ ist
dann negativ.
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Durch
schnellen Druckverlust in den Reifen 2 werden Kräfte
aufgebaut. Insbesondere bei Verlust im Reifen 3, wie in 1 dargestellt.
Dieser Druckverlust führt zu Störungen des Fahrverhaltens,
welche vom Fahrer ausgeglichen werden müssen. Mit Tire
Inflation Monitoring Systemen (TIMS) kann der Druckverlust detektiert
werden und von der Aktivlenkung kann durch eine adäqate
Regelung die Störung ausgeglichen werden. Zur Regelung
eignen sich z. B. Kennfelder, die in Abhängigkeit des Druckverlustes einen
Zusatz-Lenkwinkel berechnen, oder Regelungen, die weitere Sensorinformationen
nutzen, wie z. B. Gier-Geschwindigkeit, Querbeschleunigung oder Motorinformationen.
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2 zeigt
ein Blockschaltbild, in dem ein Fahrer 20 auf eine Lenkung 21 eines
Fahrzeuges 1 Einfluss nimmt. Dies geschieht im Regelfall über
Drehen eines Lenkrades und Ansteuern eines Lenkgetriebes. Dabei
kann auf elektrische, hydraulische oder herkömmliche mechanische
Stellmittel zugegriffen werden. Ein Drehzahlfühler 22,
der im Regelfall Teil eines ABS-Systems ist, ermittelt die Umdrehung der
vier Reifen 2, wie sie in 1 gezeigt
sind. Ein TIMS 23, also ein Reifendrucküberwachungssystem verarbeitet
die Information, die von dem Drehzahlfühler 22 geliefert
wird und leitet diese an eine Berechnungsvorrichtung mit einem Prozessor,
wie eine CPU weiter. Die Berechnungsvorrichtung 24 erhält
auch Informationen von Zusatzsensoren 25. Die Berechnungsvorrichtung 24 erhält
unter anderem die Information bzgl. Querbeschleunigung und Motorleistung.
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Die
Berechnungsvorrichtung 24 steuert eine Stellvorrichtung
einer Aktivlenkeinheit 26 an. Die Stellvorrichtung der
Aktivlenkeinheit 26 nimmt Einfluss auf das Lenkgetriebe
zwischen dem Lenkrad und den lenkbaren Rädern mit Reifen 2.
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Wird
somit ein Verlust an Druck in einem der Reifen 2 gemessen,
so wird im Ausführungsbeispiel gemäß 2 dieser
von dem TIMS 23 gelieferte Wert mit der detektierten Drehzahl über
den Drehzahlfühler 22 verknüpft. Die
Verknüpfung findet in der Berechnungsvorrichtung 24 statt.
Dabei werden Sensorinformationen aus den zusätzlichen Sensoren 25, wie
etwa dem Motorsteuersystem oder dem ABS-System hinzugezogen. Die
Aktivlenkeinheit 26 wird betätigt, um Einfluss
auf die Lenkung 21 des Fahrzeugs 1 zu nehmen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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