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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Stabilitätssystem. Insbesondere
betrifft die Erfindung ein Stabilitätssystem für
ein Kraftfahrzeug mit Zulademöglichkeit.
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Hintergrund der Erfindung
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Bekannt
im Stand der Technik sind Systeme, die bei einem Kraftfahrzeug Bremskräfte
in Abhängigkeit einer Achslastverteilung achsweise verteilen.
Dies ist insbesondere bei Kleintransportern von Bedeutung, deren
Zuladung in etwa so groß wie ihre Leermasse sein kann.
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Derartige
Systeme bestimmen eine Achslast häufig mechanisch, indem
ein Abstand zwischen einem Chassis und einer Achse des Kraftfahrzeugs
bestimmt und in den Prozess der Bremskraftverteilung einbezogen
wird. In anderen Ausführungen werden Sensoren verwendet,
um diese Abstände zu bestimmen und einer elektronischen
Verarbeitung zugänglich zu machen. Eine Verarbeitung der
Messwerte erfolgt in der Regel mittels eines Steuergerätes,
welches in einem Folgeschritt vom Fahrer aufgebrachte und ggf. verstärkte
Bremskräfte achsweise verteilt.
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Häufig
werden bei dieser Vorgehensweise die Messung beeinflussende Faktoren,
wie beispielsweise ein unebener Untergrund des Kraftfahrzeugs oder
ungleiche Reifendrücke, nicht in die Messung einbezogen. Wird
eine Messung während der Fahrt oder gar während
eines Bremsmanövers durchgeführt, so kommen zusätzliche
Störeinflüsse zum Tragen, beispielsweise eine
veränderliche Fahrbahnneigung, Bodenwellen, eine sich verschiebende
Beladung des Kraftfahrzeugs oder Ausfeder-Effekte des Fahrwerks.
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Es
sind Verfahren bekannt, die Masse eines Kraftfahrzeugs ohne den
Einsatz dedizierter Sensoren zu bestimmen und bei einer achsweisen
Bremskraftverteilung zu berücksichtigen. Das europäische
Patent
EP 0 111 636
B1 lehrt hierzu ein Verfahren, wie die Gesamtmasse eines
Kraftfahrzeugs mittels zweier getrennter Messschritte bestimmt werden
kann, bei denen jeweils eine Beschleunigung und ein Antriebsmoment
des Kraftfahrzeugs erfasst wird. Allerdings hat es sich gezeigt,
dass die aus der
EP
0 111 636 B1 bekannte achsweise Bremskraftverteilung unter
Berücksichtigung der gemessenen Gesamtmasse eines Kraftfahrzeugs
dessen Fahrstabilität noch nicht ausreichend verbessert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Fahrstabilität
eines Kraftfahrzeugs unter Vermeidung dedizierter Sensoren beladungsabhängig
zu verbessern.
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Kurzer Abriss der Erfindung
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Gemäß einem
ersten Aspekt löst die Erfindung diese Aufgabe, indem sie
ein Verfahren zur beladungsabhängigen Erhöhung
der Fahrstabilität eines Kraftfahrzeugs bereitstellt, welches
die Schritte des Bestimmens eines ersten auf das Kraftfahrzeug wirkenden
Antriebsmoments und einer zugeordneten ersten Beschleunigung des
Kraftfahrzeugs, des Bestimmens eines zweiten auf das Kraftfahrzeug
wirkenden Antriebsmoments und einer zugeordneten zweiten Beschleunigung
des Kraftfahrzeugs, des Bestimmens der Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs
auf Basis beider Antriebsmomente und beider Beschleunigungen sowie
des Bestimmens von eine Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs
erhöhenden radindividuellen Bremskräften unter
Berücksichtigung der Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs umfasst.
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Beispielsweise
kann die Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs bestimmt werden, indem für
zwei unterschiedliche Fahrzustände jeweils ein Antriebsmoment
und eine dadurch hervorgerufene Beschleunigung des Kraftfahrzeugs
bestimmt und der Quotient aus der Differenz der Antriebsmomente
und der Differenz der Beschleunigungen bestimmt wird. Es kann wünschenswert
sein, weitere Parameter in die Bestimmung einfließen zu
lassen, beispielsweise fahrzeugspezifische oder geschwindigkeitsabhängige
Faktoren oder Summanden.
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Entweder
die erste oder die zweite Beschleunigung kann im Wesentlichen gleich
Null sein. Ein Fahrzustand, in welchem die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs
im Wesentlichen gleich Null ist, wird stationär genannt
und kann gezielt herbeigeführt werden. Ein stationärer
Fahrzustand existiert beispielsweise bei konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit
oder zu dem Zeitpunkt, in dem die Belastung eines Antriebsmotors
vom Zug- in den Schiebebetrieb (oder umgekehrt) übergeht.
Auch ein Stillstand des Kraftfahrzeugs kann als stationärer Fahrzustand
angesehen werden.
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Wenigstens
eines der Antriebsmomente kann unter Berücksichtigung einer
Motordrehzahl, einer eingelegten Gangstufe, eines dynamischen Raddurchmessers
und/oder eines Wirkungsgrades eines Antriebsstrangs bestimmt werden.
Diese und weitere Parameter können im Rahmen eines ESC-Systems
(Electronic Stability Control) des Kraftfahrzeugs ohnehin vorliegen.
Für die Bestimmung einiger dieser Parameter können vorausgehende
Bestimmungsschritte erforderlich sein. Beispielsweise kann die Bestimmung
eines dynamischen Raddurchmessers eine Verarbeitung der Signale
eines oder mehrerer Raddrehzahlsensoren umfassen.
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Wenigstens
eine der beiden Beschleunigungen kann durch den zeitlichen Verlauf
einer Drehzahl wenigstens eines Rades des Kraftfahrzeugs bestimmt
werden. Eines oder mehrere Signale, die Raddrehzahlen repräsentieren,
können mittels Komponenten eines ESC-Systems bestimmt werden.
Die Bestimmung einer Beschleunigung des Kraftfahrzeugs kann eine
(zeitweise) Bestimmung seiner Geschwindigkeit umfassen. In die Bestimmung
der Geschwindigkeit kann eines oder können auch mehrere
Raddrehzahl-Signale eingehen.
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Die
radindividuellen Bremskräfte können eine von einem
Fahrer angeforderte Bremskraft im Betrag ändern und/oder
ungleichmäßig an Räder des Kraftfahrzeugs
verteilen. Gemäß einer weiteren Variante können
die radindividuellen Bremskräfte auch so bestimmt werden,
dass die Summe der radindividuellen Kräfte der von einem
Fahrer angeforderten Bremskraft entspricht. Die Summe der radindividuellen
Bremskräfte kann aber auch größer oder
kleiner als die von einem Fahrer angeforderte Bremskraft sein. Eine
ungleichmäßige Verteilung kann beispielsweise
zwischen den rechten und linken Rädern erfolgen. Auch kann
für jedes der Räder eine andere Bremskraft bestimmt
werden. Verfügt das Kraftfahrzeug über mehr Räder
als Radbremsen, so werden im Sinne des Verfahrens nur die abbremsbaren
Räder betrachtet. Ist ein bremsbares Anhängefahrzeug
mit dem Kraftfahrzeug verbunden, können auch für
dessen Räder individuelle Bremskräfte bestimmt
werden.
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Die
Bremskräfte können fahrerunabhängig radindividualisiert
werden. Eine Bremskraft, welche die Fahrstabilität des
Kraftfahrzeugs erhöht, kann beispielsweise die automatische
Abbremsung eines traktionsarmen Rades des Kraftfahrzeugs bewirken.
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Für
die Bestimmung der radindividuellen Bremskräfte kann eine
Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden.
Im genannten Beispiel eines einzelnen Antriebsrades, welches geringere
Traktion zum Untergrund hat als die verbleibenden Antriebsräder,
kann beispielsweise auf dieses Antriebsrad bei niedriger Geschwindig keit
des Kraftfahrzeugs eine größere Bremskraft ausgeübt
werden als bei höherer Geschwindigkeit.
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Ein
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung
des angegebenen Verfahrens kann auf einer Verarbeitungseinheit ablaufen.
Diese Verarbeitungseinheit kann Teil eines ECS-Systems des Kraftfahrzeugs
sein. Alternativ hierzu kann es sich auch um eine andere Verarbeitungseinheit
handeln. Bevorzugterweise besteht in diesem Fall eine Datenverbindung
zum ESC-System, über welche relevante Parameter mit dem
ESC-System ausgetauscht werden können. Weiterhin kann die
Verarbeitungseinheit mit einem Bremssystem des Kraftfahrzeugs verbunden
sein. In einer Variante kann ein Bremssystem des Kraftfahrzeugs
mit einem ESC-System des Kraftfahrzeugs verbunden sein und eine
das vorliegende Verfahren durchführende Verarbeitungseinheit über
eine Datenverbindung zum ESC-System die radindividuellen Bremskräfte
steuern.
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Das
beschriebene Computerprogrammprodukt kann auf einem Datenträger
gespeichert sein. Solche Datenträger können entfernbar
oder fest verbaut sein. Beispielsweise kann es sich um Halbleiterspeicher ((E)EPROMs,
Flash-Speicher, maskenprogrammierbare ROMs) oder Informationsspeicher
mit beweglichen Teilen (Disketten, Festplatten) handeln.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt umfasst eine Vorrichtung zur beladungsabhängigen
Erhöhung der Fahrstabilität eines Kraftfahrzeugs
eine Einrichtung zur Bestimmung eines ersten und eines zweiten Antriebsmoments
des Kraftfahrzeugs, eine Einrichtung zum Bestimmen einer dem ersten
und dem zweiten Antriebsmoment zugeordneten ersten und zweiten Beschleunigung
des Kraftfahrzeugs, eine Einrichtung zur Bestimmung der Gesamtmasse
des Kraftfahrzeugs auf Basis beider Antriebsmomente und beider Beschleunigungen sowie
eine Einrichtung zur Bestimmung von eine Fahrstabilität
des Kraftfahrzeugs erhöhenden radindividuellen Bremskräften
unter Berücksichtigung der Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs.
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Die
Einrichtung zur Bestimmung eines Antriebsmoments des Kraftfahrzeugs
kann beispielsweise auf Messwerte einer elektronischen Motor- und/oder
Getriebesteuerung zurückgreifen. Alternativ hierzu kann
wenigsten ein Sensor zur Bestimmung eines Antriebsmoments im Antriebsstrangs
eines Kraftfahrzeugs verbaut sein, und seine Signale können
zur Bestimmung eines Antriebsmoments verwendet werden.
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Die
Einrichtung zur Bestimmung einer Beschleunigung des Kraftfahrzeugs
kann beispielsweise auf Messwerten von Raddrehzahlsensoren oder
einer geeigneten Beschleunigungsbestimmungseinrichtung basieren.
Alternativ hierzu kann eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs bestimmt
werden, indem ein Verlauf einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs
ausgewertet wird.
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Die
Einrichtung zur Bestimmung der Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs kann
in Form einer digitalen elektronischen Verarbeitungseinheit ausgebildet
sein. Andere Verarbeitungseinheiten sind ebenfalls denkbar, beispielsweise
analoge elektronische oder auch mechanische Verarbeitungseinheiten.
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Die
Einrichtung zur Bestimmung von radindividuellen Bremskräften
kann mit der Einrichtung zur Bestimmung der Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs
integriert sein. Eine oder beide Einrichtungen können Teil
eines ESC-Systems sein oder sogar mit der Verarbeitungseinheit eines
ESC-Systems identisch sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum beladungsabhängigen
Erhöhen der Fahrstabilität eines Kraftfahrzeugs;
und
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum beladungsabhängigen
Erhöhen der Fahrstabilität eines Kraftfahrzeugs.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
einen schematischen Ablauf eines Verfahrens 100 zum Bestimmen
einer beladungsabhängigen Bremskraft zur Erhöhung
der Fahrstabilität eines Kraftfahrzeugs gemäß einem
Ausführungsbeispiel.
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In
Schritt 110 erfolgt zu einem ersten Zeitpunkt ein Bestimmen
eines ersten auf das Kraftfahrzeug wirkenden Antriebsmoments und
einer zugeordneten ersten Beschleunigung des Kraftfahrzeugs. Das
auf das Kraftfahrzeug wirkende Antriebsmoment kann beispielsweise
bestimmt werden, indem ein Antriebsmoment eines Antriebsmotors bestimmt
und mit einem Proportionalitätsterm verrechnet wird, der
das Übertragungsverhalten eines dem Antriebsmotor nachgeschalteten
Antriebsstrangs modelliert. Es kann auch ein Antriebsmoment an einer
beliebigen Stelle entlang des Antriebsstrangs bestimmt und geeignet
in ein das Kraftfahrzeug beschleunigendes Antriebsmoment umgerechnet
werden. Das Bestimmen eines Moments kann das Aufnehmen und Verarbeiten
von Messwerten umfassen.
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Eine
Beschleunigung des Kraftfahrzeugs kann in ähnlicher Weise
das Aufnehmen von Messwerten oder das indirekte Bestimmen einer
Beschleunigung durch ein abgetrenntes Verfahren umfassen. Insbesondere
kann die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs beispielsweise durch
Verarbeitung eines Geschwindigkeitsverlaufs des Kraftfahrzeugs bestimmt
werden.
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In
Schritt 120 werden zu einem nachfolgenden zweiten Zeitpunkt
ein zweites auf das Kraftfahrzeug wirkendes Antriebsmoment und eine
zugeordnete zweite Beschleunigung des Kraftfahrzeugs bestimmt. Für die
Möglichkeiten der Bestimmung gilt das bezüglich
Schritt 110 Gesagte.
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In
Schritt 130 wird die Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs auf
Basis beider Antriebsmomente und beider Beschleunigungen bestimmt.
Ein zur Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs proportionaler Wert kann
beispielsweise durch Bilden des Quotienten der Differenzen der Antriebsmomente
und der Differenzen der Beschleunigungen des ersten und zweiten
Fahrzustandes gebildet werden. Mit Hilfe z. B. eines Proportionalitätsterms
kann aus diesem Wert eine Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs bestimmt
werden.
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In
Schritt 140 werden unter Berücksichtigung der
Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs radindividuelle Bremskräfte
bestimmt, welche die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs
erhöhen. Dies kann eine radindividuelle Verteilung einer
fahrergesteuerten Bremskraft oder eine fahrerunabhängige
Erzeugung von radindividuellen Bremskräften umfassen.
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Die
Erhöhung der Fahrstabilität eines Kraftfahrzeugs
umfasst im Ausführungsbeispiel u. a. die Ziele des Minimierens
einer Drehneigung des Kraftfahrzeugs um die Quer- und Längsachsen
(Nick- und Wankneigung) sowie einer Drehneigung um die Hochachse
(Über- und Untersteuern in Kurven, Schleuderneigung), des
Sicherstellens eines kraftschlüssigen Bodenkontaktes der
Räder des Kraftfahrzeugs (Traktion) sowie die Verbesserung
bzw. Sicherstellung des Lenk- und Beschleunigungsverhaltens.
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Zur
Erhöhung der Fahrstabilität durch Einsatz radindividueller
Bremskräfte existieren verschiedene Heuristiken. In Abhängigkeit
davon, welche der oben genannten Bedingungen die Fahrstabilität
gefährden, können beispielsweise einzuleitenden
Brems kräfte zwischen den linken und rechten Rädern
verteilt werden. Durchfährt das Kraftfahrzeug eine Kurve,
so kann die Bestimmung der radindividuellen Bremskräfte
auch berücksichtigen, ob es sich um ein kurveninneres oder
ein kurvenäußeres Rad handelt, und ob das Rad
angetrieben ist oder nicht. Im Fall eines bremsbaren Anhängers
kann dessen Fahrverhalten ebenfalls in eine Bestimmung von Bremskräften
aller Radbremsen einbezogen werden. Insbesondere kann auf diese
Weise auch eine Erkennung durchgeführt werden, ob ein Anhänger
mit dem Kraftfahrzeug verbunden ist, und in Abhängigkeit
des Ergebnisses dieser Bestimmung die radindividuelle Bremssteuerung
derart durchgeführt werden, dass die Fahrstabilität
des Anhängers gesteigert wird.
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Eine
Erhöhung der Fahrstabilität durch radindividuelle
Bremseinwirkung lässt sich signifikant verbessern, wenn
in die Bestimmung radindividueller Bremskräfte die Information
einer Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs einfließt. Im Fall
einer vom Fahrer eingeleiteten oder auch fahrerunabhängigen
Bremsung (z. B. durch einen elektronischen Bremsassistenten) kann
beispielsweise ein Bremsweg verkürzt werden, indem eine
Reaktion des Fahrwerks des Kraftfahrzeugs im Verlauf der Bremskräfte
antizipiert wird. Es kann auch eine Bremsung in mehreren Stufen
durchgeführt werden, indem beispielsweise das Kraftfahrzeug
erst durch radindividuelle Bremseinwirkung stabilisiert und dann
erst abgebremst wird. Dabei können die unterschiedlichen
Phasen auch fließend ineinander übergehen. Auch
kann eine solche Technik den Fahrer des Kraftfahrzeugs unterstützen,
indem ihm in jedem Beladungs- und Fahrzustand eine einheitliche
Bremswirkung bei gleicher Pedalkraft vermittelt wird. Als weitere
Anwendungsmöglichkeit lässt sich in Kenntnis einer
Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs in guter Näherung vorhersagen,
unter welchen Kurvenbedingungen die Traktion wenigstens eines der Räder
abreißen wird. Durch Einsatz radindividueller Bremskräfte
lässt sich ein solcher kritischer Fahrzustand vermeiden.
Zusätzlich können die radindividuellen Bremskräfte
beispielsweise in Abhängigkeit von Wetterinformationen
(Temperatur, Nässe, Niederschlag) bestimmt werden.
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Da
Brems- oder auch Beschleunigungskräfte nicht mehr kontrolliert
auf ein die Traktion zum Boden verloren habendes Kraftfahrzeug ausgeübt
werden können, besteht ein mögliches Ziel in Schritt 140 darin,
die radindividuellen Bremskräfte so zu bestimmen, dass
ein Verlust der Traktion ausgeschlossen ist. Wird der Verlust der
Traktion an einem oder mehreren Rädern bestimmt, so kann
versucht werden, radindividuelle Bremskräfte so zu bestimmen,
dass die Traktion wieder hergestellt wird. Andere Anforderungen
an Schritt 140, wie das Minimieren eines Bremswegs des
Kraftfahrzeugs, können erst dann in zweiter Linie behandelt
werden.
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In
einem anderen Fahrzustand übersteigt das auf Antriebsräder
des Kraftfahrzeugs wirkende Antriebsmoment die Haft- bzw. Reibkräfte
zwischen Antriebsrädern und Untergrund. Die Bestimmung
von Bremskräften auf die Antriebsräder kann vom
Traktionsverlust oder von einer Drehung des Kraftfahrzeugs um seine Hochachse
abhängig gemacht werden.
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Radindividuelle
Bremskräfte können durch Radbremsen auf die Räder
des Kraftfahrzeugs übertragen werden. In einer Variante
kann auf Grund einer bestimmten radindividuellen Bremskraft die
Einleitung einer Antriebskraft oder eines Antriebsmoments in das
betreffende Rad auch vermindert oder unterbrochen werden, um eine
relative Bremswirkung hervorzurufen.
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 200 zur
Bestimmung einer beladungsabhängigen Bremskraft für
ein Kraftfahrzeug zur Erhöhung der Fahrstabilität.
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Eine
erste Einrichtung 210 dient der Bestimmung eines ersten
und eines zeitlich späteren aber zeitnahen zweiten Antriebsmoments
eines Kraftfahrzeugs. Das Antriebsmoment des Kraftfahrzeugs kann
durch Verarbeitung von Sensorsignalen bestimmt werden, oder es kann
das Ergebnis eines separaten Bestimmungssystems verwendet werden.
Eine Bestimmung durch Verarbeitung von Sensorwerten umfasst beispielsweise auf
einer Welle eines Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs platzierte
Torsionssensoren, aus deren Messwerten eine Antriebsmoment bestimmen
wird. Das Antriebsmoment des Kraftfahrzeugs kann beispielsweise
auch bestimmt werden, indem aus den Betriebsparametern eines Antriebsmotors
(beispielsweise Brennstoffverbrauch, Motortemperatur, Luftmassenaufnahme,
Luftdruck, Motorrehzahl etc.) auf dessen Leistungsabgabe geschlossen
wird, aus welcher das Antriebsmoment des Kraftfahrzeugs bestimmt
wird. Im Fall eines elektrischen Antriebs kann ein abgegebenes Motormoment
beispielsweise aus einer elektrischen Leistungsaufnahme und einem
Wirkungsgrad des Antriebs bestimmt werden.
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Eine
zweite Einrichtung 220 dient der Bestimmung einer dem ersten
und dem zweiten Antriebsmoment zugeordneten ersten und zweiten Beschleunigung
des Kraftfahrzeugs. Die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs kann entweder
durch Verarbeitung von Sensorsignalen bestimmt oder als Bestimmung
eines separaten Systems übernommen werden. Beispielsweise
kann die Bestimmung der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs eine Verarbeitung
eines Geschwindigkeitssignals umfassen. Alternativ hierzu können
ein oder mehrere Raddrehzahlsensoren verwendet werden, aus deren Signalen
der Verlauf einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs über
die Zeit bestimmbar ist. In einer weiteren Variante können
Beschleunigungssensoren oder -systeme, beispielsweise Inertialplattformen
oder Trägheits-Messsysteme verwendet werden.
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Eine
dritte Einrichtung 230 bestimmt die Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs
auf Basis beider Antriebsmomente und beider Beschleunigungen. Dabei
kann die Zuordnung der durch Einrichtung 210 gelieferte
Werte für das Antriebsmoment des Kraftfahrzeugs mit den
durch Einrichtung 220 gelieferten Beschleunigungswerten durch
jede der Einrichtungen 210, 220 oder 230 durchgeführt
werden. Insbesondere kann die Einrichtung 230 eine gleichzeitige
Bestimmung in den Einrichtungen 210 und 220 veranlassen.
In einer anderen Ausführung bestimmen die Einrichtungen 210 und 220 ihre
Werte jeweils unabhängig voneinander, und eine Zuordnung von
Messungen der beiden Einrichtungen erfolgt durch die Einrichtung 230.
Vorzugsweise werden dabei zeitlich nahe aneinander liegende Werte
der Einrichtungen 210 und 220 einander zugeordnet.
Zum Ausgleich von Fehlern, die von einer Ungleichzeitigkeit der
Messungen stammt, können bekannte Inter- bzw. Extrapolationsverfahren
verwendet werden.
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Bei
der Einrichtung 230 kann es sich um eine elektronische
Verarbeitungseinheit handeln. Diese kann digital oder analog aufgebaut
sein. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich
um einen Mikrocomputer. In einer weniger bevorzugten Ausführungsform
kann es sich auch um eine mechanische Verarbeitungseinheit handeln.
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Eine
vierte Einrichtung 240 bestimmt radindividuelle Bremskräfte,
welche die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs erhöhen,
unter Berücksichtigung der von Einrichtung 230 übernommenen
Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs. Auch die Einrichtung 240 kann
eine analoge oder digitale elektronische oder mechanische Verarbeitungseinheit
sein. Insbesondere kann sie identisch sein mit der Einrichtung 230.
Eine oder beide der Einrichtungen 230 und 240 können
Teile eines elektronischen Stabilitätssystems (ESC) sein.
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Das
Berücksichtigen der Fahrzeugmasse bei der Bestimmung von
radindividuellen Bremskräften erfolgt in einer Ausführungsform
derart, dass die Anfangsbremsdrücke zu Beginn einer Bremsung
umso größer sind, je größer
die Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs ist. Dadurch wird ein Rucken
beim Eintritt in einer Regelung vermieden und es ergibt sich ein
komfortableres Fahrzeugverhalten. Die Bestimmung der radin dividuellen Bremskräfte
kann beispielsweise im Rahmen einer ESC-Regelung oder einer ACC-Regelung
(adaptive cruise control) durchgeführt werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform wird zur Bestimmung von
radindividuellen Bremskräften, welche die Fahrtstabilität
des Kraftfahrzeugs erhöhen, ein mathematisches Modell gebildet,
in welches außer der auf die beschriebene Weise bestimmten
Fahrzeugmasse der Lenkradwinkel und die Fahrzeuggeschwindigkeit eingegeben
werden. Aus diesen und eventuell noch weiteren Parametern werden
die vom Fahrer gewünschten Fahrzeugbewegungen bestimmt,
und aus diesen die radindividuellen Bremskräfte bestimmt,
welche die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs erhöhen.
Durch die Berücksichtigung der Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs im
mathematischen Modell wird das Schwingungsverhalten des Kraftfahrzeugs
bestimmbar, so dass die das Kraftfahrzeug stabilisierenden Bremskräfte
erheblich präziser bestimmt werden können.
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In
einer weiteren Ausführungsform kann die Gesamtmasse des
Fahrzeugs verwendet werden, um automatisiert unterstützte
Anfahr- und Anhaltvorgänge, vor allem an Steigungen, zu
verbessern. Ein solches Unterstützungssystem ist unter
dem Namen "Hill-Hold" bekannt. Beim Anhalten an einer Steigung oder
einem Gefälle wird durch ein solches System fahrerunabhängig
im richtigen Moment eine Fahrzeugbremse aktiviert, so dass ein unbeabsichtigtes
Wegrollen des Kraftfahrzeugs verhindert wird. Beim Anfahren an einer
Steigung oder einem Gefälle wird die Bremse fahrerunabhängig
im richtigen Moment gelöst. Beide Vorgänge können durch
Kenntnis der Fahrzeugmasse verbessert werden, indem die Bremsbetätigung
bei einer hohen Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs beispielsweise früher
einsetzt und später zurückgenommen wird als bei
einer geringen Fahrzeugmasse. Entsprechend kann der Grad der Aktivierung
der Bremsen bei einer hohen Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs insgesamt
oder initial höher sein als bei einer geringen Gesamtmasse
des Kraftfahrzeugs.
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Je
größer der Anteil der Zuladung eines Kraftfahrzeugs
an seiner Gesamtmasse ist, desto stärker sind die Auswirkungen
der Zuladung auf das Fahrverhalten. Während bei Sportwagen
eine zulässige Zuladung im Bereich von ca. 30% ihrer Leermasse
und darunter liegen kann, können Kleinbusse und Transporter
bereits 100%, und Lastkraftwagen ein Vielfaches davon erreichen.
Nicht selten liegt auch die Masse eines mit dem Kraftfahrzeug verbundenen
Anhängers in der Größenordnung der Masse
des Kraftfahrzeugs, und nicht immer verfügt der Anhänger über
eigene Betriebsbremsen.
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Im
Folgenden wird auf einige mathematischen Grundlagen der Bestimmung
einer Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs aus Werten der Beschleunigung
und des Antriebsmoments des Kraftfahrzeugs eingegangen. Diese Grundlagen
können bei den in den
1 und
2 veranschaulichten
Ausführungsbeispiele zum Einsatz gelangen. Dabei werden
folgende Variablen verwendet:
| F | Kraft |
| M | Moment |
| r | wirksamer
Radius |
| m | Gesamtmasse |
| a | Beschleunigung |
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Variablen
mit Indizes von 0 oder 1 (bzw. _0 oder _1) beziehen sich jeweils
auf einen ersten bzw. zweiten Fahrzustand.
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Die
Gesamtmasse eines Kraftfahrzeugs setzt sich aus verschiedenen Einzelmassen
zusammen, von denen nicht alle konstant sind. Insbesondere sind
folgende Einzelmassen erwähnenswert: die Leermasse des Kraftfahrzeugs,
die Masse der Betriebs- und Schmierstoffe, die Masse der Beladung,
die Masse des Fahrers und eventueller Passagiere sowie die Masse
einer Anhängelast. Kurz gesagt umfasst die Gesamtmasse
eines Kraftfahrzeugs die Massen aller mit dem Fahrzeug verbundenen
Elemente, die abzubremsen Aufgabe der Bremsen des Kraftfahrzeugs
ist.
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Ein
sich in Bewegung befindliches Kraftfahrzeug wird durch verschiedene
Umgebungseinflüsse abgebremst. Mit der das Kraftfahrzeug
beschleunigenden Kraft Facc und der das
Kraftfahrzeug abbremsenden Kraft Fbrems ergibt
sich die auf das Kraftfahrzeug wirkende resultierende Kraft Fres zu: Fres = Facc – Fbrems (1)
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Ist
Fres Null, so befindet sich das Kraftfahrzeug
in Ruhe oder bewegt sich gleichförmig.
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Eine
auf das Kraftfahrzeug wirkende Bremskraft Fbrems bestimmt
sich als Funktion aus mehreren Variablen, die voneinander abhängen
können und die allgemein nicht im Einzelnen bekannt sind. Fbrems = f(Steigung, Wind,
Geschwindigkeit,...) (2)
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Die
obige Aufzählung einzelner Parameter, von denen die Bremskraft
Fbrems abhängt, ist nicht abschließend.
Weitere Einflussfaktoren umfassen beispielsweise den Luftwiderstand
und den Luftwiderstandsbeiwert des Kraftfahrzeugs, den Abrollwiderstand
der Räder, Bremswirkungen eines eventuell mit dem Kraftfahrzeug verbundenen
Anhängers sowie selbstverständlich die Wirkung
der Radbremsen, falls diese aktiviert sind. Im Folgenden wird eine
Möglichkeit aufgezeigt, die Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs
zu bestimmen, ohne Fbrems als Ganzes oder
komponentenweise bestimmen zu müssen.
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F
acc lässt sich aus einem Antriebsmoment
M und einem wirksamen Radius r bestimmen:
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Dabei
umfasst der wirksame Radius r auch alle Faktoren, die zwischen dem
Punkt, an dem das Antriebsmoment M bestimmt wird (beispielsweise
einer Kurbelwelle eines das Kraftfahrzeug antreibenden Verbrennungsmotors),
und dem Punkt, an dem das Moment durch ein Rad als Kraft in den
Untergrund des Kraftfahrzeugs eingeleitet wird, wirken. Insbesondere
werden durch r beispielsweise ein dynamischer Radumfang und ein
Untersetzungsverhältnis eines zwischen den beiden Punkten
liegenden Antriebsstrangs modelliert. Auch weitere Faktoren wie
beispielsweise ein Wirkungsgrad der Übertragung der Momente
werden durch r umfasst.
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Wird
in der allgemeinen Bewegungsgleichung F
= m·a (4)die
Kraft F gleich der resultierenden Kraft Fres gesetzt,
so lässt sich nach Einsetzen von Gleichung (1) angeben: m·a = Fres =
Facc – Fbrem. (5)
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Mit
Hilfe von Gleichung (3) kann F
acc ersetzt
werden:
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Stellt
man Gleichung (6) für zwei unterschiedliche Fahrzustände
(mit den Indizes 0 und 1) auf, und subtrahiert beide Gleichungen
voneinander, so ergibt sich:
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Es
wird hier davon ausgegangen, dass die Fahrzustände so nahe
aneinander liegen, dass zwar die Beschleunigungen unterschiedlich,
aber die Fahrzeugmassen m und die wirksamen Radien r gleich, und
die Bremskräfte Fbrems zumindest
in erster Näherung gleich sind. Da die Bremskräfte
hauptsächlich von konstanten und Geschwindigkeitsabhängigen
Faktoren abhängig sind, müssen also die Geschwindigkeiten
der Fahrzustände auch nahe beieinander liegen.
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Ändern
sich die Umstände zwischen den beiden Fahrzuständen,
so können daraus resultierende Fehlmessungen beispielsweise
durch Ausmitteln zahlreicher Messergebnisse oder durch Aussondern
unplausibler Messwerte eliminiert werden. Geänderte Umstände
umfassen beispielsweise eine Änderung einer Fahrbahnneigung,
Wechsel einer eingelegten Getriebestufe, geänderte Windverhältnisse
und Verlust an Gesamtmasse, etwa durch Brennstoffverbrauch.
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Gleichung
(7) lässt sich dann wie folgt vereinfachen:
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Um
eine Bestimmung der Gesamtmasse m nach einer der Gleichungen (8)
oder (9) durchführen zu können, ist dafür
zu sorgen, dass der Term (a1–a0) nicht Null wird, die Beschleunigungen
in beiden Fahrzuständen also möglichst unterschiedlich
sind. Gleichzeitig sollten, wie oben ausgeführt, die Geschwindigkeiten
in beiden Fahrzu ständen und die Messorte der Fahrzustände
jeweils nahe beieinander liegen. Der wirksame Radius r wird als
bekannt und zwischen den Fahrzuständen konstant vorausgesetzt.
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In
einer Variante des Verfahrens kann r auch geschwindigkeitsabhängig
sein, um beispielsweise einen dynamischen Raddurchmesser zu modellieren.
r kann beispielsweise durch Verarbeitung von Messungen der Drehzahlen
verschiedener Räder oder durch Nachschlagen eines Raddurchmessers
in einer Geschwindigkeitstabelle bestimmt werden. Verfügt
das Kraftfahrzeug über ein stufenloses Getriebe, so können
die unterschiedlichen wirksamen Radien beispielsweise auch eine
Veränderung des Untersetzungsverhältnisses des Getriebes
zwischen den beiden Fahrzuständen modellieren. In den Formeln
(7) bis (11) muss dann mit einem eigenen wirksamen Radius in jedem
der Fahrzustände gerechnet werden, indem folgende Ersetzung
durchgeführt wird:
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In
einer Variante des Verfahrens kann in einem der beiden Fahrzustände
die Beschleunigung Null sein. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit
sie die Beschleunigung a
1 im zweiten Fahrzustand
Null und gemäß Gleichung (1) F
acc =
F
brems. Gleichung (9) lässt sich
dann wie folgt vereinfachen:
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Praktisch
besteht die Möglichkeit, einen (zufällig auftretenden)
stationären Fahrzustand zu erfassen, beispielsweise durch
das Erfassen des Durchgangs des Antriebsmotors vom Zug- in den Schiebebetrieb
oder wenn die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs gleich bleibt,
insbesondere dann, wenn sie Null ist. Alternativ kann ein stationärer
Fahrzustand auch gezielt herbeigeführt werden. Um die Bedingung
Facc = Fbrems zu
erfüllen, kann beispielsweise das Antriebsmoment M vergrößert
oder verkleinert werden oder es kann eine Bremskraft auf die Radbremsen
des Kraftfahrzeugs ausgeübt werden. In einer Variante können
Komponenten einer automatischen Geschwindigkeitsregelungseinrichtung
sowohl für ein Erfassen als auch für ein Herbeiführen
eines stationären Fahrzustandes verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0111636
B1 [0005, 0005]
