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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung einer Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit an einem Fahrzeug mit-gekoppeltem Allradantrieb, wobei das Fahrzeug eine Fahrzeugbremsanlage mit den einzelnen Fahrzeugrädern zugeordneten Bremseinrichtungen und Raddrehzahlsensoren umfasst.
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Bei Kraftfahrzeugen kann die Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit durch Auswertung der Raddrehzahlsensoren ermittelt werden. Hierzu geeignete Algorithmen sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Die Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit wird unter anderem zur Bestimmung des Radschlupfes herangezogen, um beispielsweise bei einer Blockierneigung einzelner Fahrzeugräder einen Bremseingriff zu veranlassen und das Fahrzeug so zu stabilisieren.
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Bei allradgetrieben Fahrzeugen, welche aufgrund einer Momentenkopplung der Fahrzeugräder keinen oder keinen ausreichenden Drehzahlausgleich zwischen den Achsen gestatten, ist es jedoch schwierig, bei einem Bremsvorgang die Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit exakt zu bestimmen. Dies kann zu Problemen beim Eingriff eines Antiblockiersystems führen.
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Insbesondere bei einer Teilbremsung, das heißt einem leicht dosierten Bremsen auf Fahrbahnen mit geringer Haftung wie beispielsweise Eis, kommt es zu einer mehr oder weniger synchronen Verzögerung aller gebremsten Fahrzeugräder, die zum Teil deutlich größer ist, als die tatsächliche Fahrzeugverzögerung. An den einzelnen Fahrzeugrädern liegt ein dementsprechend hoher Radschlupf vor, der unter Umständen zu Instabilitäten führen kann.
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Wird in einer solchen Situation an einem Fahrzeug mit gekoppeltem Allradantrieb die Fahrzeugverzögerung auf der Grundlage der Radrehzahlen der Fahrzeugräder ermittelt, ist an den einzelnen Fahrzeugrädern die Differenz zwischen der Radverzögerung und der ermittelten Fahrzeugverzögerung verhältnismäßig klein, so dass ein an sich wünschenswertes Ansprechen des Antiblockiersystems trotz unter Umständen merklichen Radschlupfes wegen der unkorrekt angesetzten Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit ausbleibt. Eine Absenkung der Ansprechschwelle des Antiblockiersystems oder der Einsatz von Längsbeschleunigungssensoren bieten hier keine Abhilfe, da man innerhalb gewisser Toleranzgrenzen nicht sicher von einer stabilitätskritischen Fahrsituation ausgehen kann. Zulässige Verzögerungsunterschiede können beispielsweise aus einer Neigung der Fahrbahn resultieren, ohne dass das Fahrzeug hierbei instabil werden würde.
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Aus der
EP 0 649 780 A1 , der
DE 195 27 531 C2 und der
WO 99/08914 A1 sind bereits Konzepte zur Bestimmung einer für allradgetriebene Fahrzeuge geeigneten Bestimmung der Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit bekannt.
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Aus
DE 101 42 401 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit bei einer Teilbremsung bekannt.
DE 101 42 401 A1 nennt Schienenfahrzeuge und Nutzfahrzeuge, die aufgrund der Ausgestaltung ihrer Bremssysteme - elektrodynamische Bremse bei Schienenfahrzeugen, verschleißfreie Dauerbremse („Retarder“) bei Nutzfahrzeugen - Teilbremssituationen aufweisen, in welchen noch ungebremste Räder vorhanden sind. Dies ist vergleichbar mit einem Kraftfahrzeug mit einer nicht-angetriebenen Achse. Gebremst werden gemäß
DE 101 42 401 A1 zunächst alle angetriebenen Achsen. Bei einer Teilbremsung wird zur Bestimmung der Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit die zweitniedrigste Radgeschwindigkeit der ungebremsten Räder herangezogen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem allradgetriebenen Kraftfahrzeug insbesondere auch bei relativ geringen Fahrbahnreibwerten und erhöhtem Radschlupf eine Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit zu bestimmen, die die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit für ABS und ASR-Systeme hinreichend genau repräsentiert.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass bei einer Teilbremsung lediglich die Bremseinrichtung eines Rads einer Fahrzeugachse oder lediglich die Bremseinrichtungen der Räder einer von mehreren Fahrzeugachsen betätigt werden, und dass während des Bremsvorgangs die Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit auf der Grundlage von Signalen lediglich derjenigen Raddrehzahlsensoren bestimmt wird, welche ungebremsten Rädern zugeordnet sind.
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Hierdurch kann die Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit mit höherer Genauigkeit ermittelt werden. Durch genauere Kenntnis der Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit kann wiederum der Radschlupf an den einzelnen Fahrzeugrädern genauer bestimmt werden. Dies gestattet im Bedarfsfall eine Bremsdrucksmodulation, um stabilitätskritische Fahrzustände in der oben geschilderten Situation besser zu vermeiden. Insbesondere wird hierdurch eine sensible ABS-Regelung zur Verbesserung des Bremswegs und insbesondere der Fahrstabilität ermöglicht.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Ansteuerung der Bremseinrichtungen zur Verteilung der Bremskraft über Ventile einer Schlupfregeleinheit, die bei Fahrzeugen, welche mit der Funktionalität eines Antiblockiersystems oder eines elektronischen Stabilitätsprogramms ausgestattet sind, vorhanden ist. Zusätzliche bauliche Komponenten sind somit nicht erforderlich.
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Vorzugsweise wird nach einer vorgegebenen Anzahl von Bremszyklen eine Umkehrung der betätigten und unbetätigten Bremseinrichtungen vorgenommen. Hierdurch wird ein unterschiedlicher Bremsverschleiß vermieden.
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Bei Erkennen einer stabilitätskritischen Fahrsituation, das unter Berücksichtigung der aktuellen Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit erfolgt, kommt es zum Einsatz einer Bremsdruckmodulation, wobei alle Fahrzeugräder mit dem nötigen Druck beaufschlagt werden. Das Teilbremsungsregime wird hierbei durch eine individuelle Ansteuerung der Bremseinrichtungen der Fahrzeugräder übersteuert, um ein gewünschtes Maß an Fahrstabilität im Rahmen eines gewünschten Bremswegs sicherzustellen.
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Wird hingegen eine stabilitätsunkritische Fahrsituation erkannt, wird auf eine symmetrische Bremskraftverteilung geschaltet. So kann beispielsweise von einer Bremskraftverteilung, bei der lediglich auf einer Diagonalen gebremst, auf der anderen hingegen nicht gebremst wird, auf eine konventionelle, symmetrische Bremskraftverteilung umgeschaltet werden, bei der auf beiden Diagonalen gebremst wird.
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Bei einer Teilbremsung wird mit einem Vordruckniveau unterhalb des maximalen Vordrucks der Bremsanlage des Fahrzeugs gebremst.
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Eine Teilbremsung wird beispielsweise dann erkannt, wenn das Vordruckniveau ausreicht, um auf einem Untergrund mit einem niedrigen Reibwert, z.B. bei Reibwerten von weniger als 0,2, Bremsschlupf zu erzeugen.
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Eine Teilbremsung kann grundsätzlich anhand des Vordruckniveaus und/oder des Druckgradienten und/oder der Fahrgeschwindigkeit ermittelt werden.
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Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 6 gelöst. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass bei einer Teilbremsung, die wie vorstehend festgestellt werden kann, während der Bremsung in einem ersten Zeitintervall an den Bremseinrichtungen eine erste Bremskraftverteilung und anschließend eine zweite, sich von der ersten Bremskraftverteilung unterscheidende Bremskraftverteilung eingestellt wird, und dass hierbei die Signale der Raddrehzahlsensoren ausgewertet werden, eine Abweichung der Raddrehzahländerungen zwischen der ersten und zweiten Bremskraftverteilung an einem oder mehreren Fahrzeugrädern ermittelt und bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts die aktuell geltende Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit angehoben wird.
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Durch die Variation der Bremskraftverteilung kann festgestellt werden, ob die einzelnen Fahrzeugräder stabil auf ausreichend haftendem Untergrund bremsen und sich die Differenz zwischen den Verzögerungen der einzelnen Fahrzeugrädern und der Fahrzeugverzögerung aus einer Neigung der Fahrbahn ergibt, oder ob die Differenz aus einem erhöhten Radschlupf auf glatter Fahrbahn resultiert. Ist letzteres der Fall, kann durch Anhebung der aktuellen Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit ein frühzeitiger Eingriff einer Bremsdrucksmodulation zur Stabilisierung des Fahrzeugs vorgenommen werden. Dies begünstigt ebenfalls eine sensible ABS-Regelung zur Verbesserung des Bremswegs und der Fahrstabilität.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Bremskraftverteilung über die Ventile einer Schlupfregeleinheit vorgenommen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Umschalten der Bremskraftverteilung lediglich dann vorgenommen, wenn ein Verdacht auf eine kritische Fahrsituation besteht. Dies kann beispielsweise dann angenommen werden, wenn die Differenz aus gemessenen Radverzögerungen der Fahrzeugräder und einer aus den gemessenen Radverzögerungen ermittelten oder sensorisch erfassten Fahrzeugverzögerung einen Grenzwert überschreitet. Dieser Grenzwert kann deutlich unterhalb der Ansprechschwelle für ein Antiblockiersystem angesetzt werden, da dessen Eingriff unter anderem auf der Grundlage der gegebenenfalls korrigierten Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit erfolgt. Durch die Grenzwertsetzung können jedoch unnötige Variationen der Bremskraftverteilung in Bremssituationen bei zweifelsfrei guter Haftung ausgeschlossen werden.
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Der Zeitpunkt des Umschaltens der Bremskraftverteilung kann in Abhängigkeit der Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit und/oder der Differenz aus den gemessenen Radverzögerungen der Fahrzeugräder und der aus der gemessenen Radverzögerungen ermittelten oder sensorisch erfassten Fahrzeugverzögerung und/oder dem Bremsdruck erfolgen.
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Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass bei der Umschaltung der Bremskraftverteilung die Summe der Radbremsmomente gleich oder annähernd gleich bleibt. Hierdurch werden dem Fahrerwunsch nach einer dosierten Verzögerung entsprochen und Überraschungsmomente vermieden.
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Bei Erkennen einer stabilitätskritischen Fahrsituation, das unter Berücksichtigung der gegebenenfalls angehobenen Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit erfolgt, kann das Teilbremsungsregime durch eine individuelle Ansteuerung der Bremseinrichtungen aller Fahrzeugräder übersteuert werden, um den Bremsweg zu verkürzen und die Fahrstabilität zu erhöhen.
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In einer stabilitätsunkritischen Fahrsituation wird hingegen die erste Bremskraftverteilung wieder eingestellt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf Fahrzeuge mit einem gekoppelten Allradantrieb, beispielsweise einem starren oder zuschaltbaren Allradantrieb oder einem gesteuerten Allradsystem mit Restreibmomenten. Aufgrund der Momentenkopplung zwischen der Vorderachse und der bzw. den Hinterachsen des Fahrzeugs ist beim Bremsen kein oder kein ausreichender Drehzahlausgleich zwischen den Achsen möglich.
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Den Fahrzeugrädern der einzelnen Achsen ist jeweils eine Bremseinrichtung sowie ein Raddrehzahlsensor zugeordnet. Die Bremseinrichtungen sind Teil einer Fahrzeugbremsanlage, die mit einer Schlupfregeleinheit ausgestattet ist. Hierdurch kann bei Bedarf der Bremsdruck an den einzelnen Bremseinrichtungen individuell eingestellt werden.
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Insbesondere ist die Funktionalität eines Antiblockiersystems darstellbar. Dazu wird an den einzelnen Fahrzeugrädern aus einer Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit und der jeweiligen Raddrehzahl der Radschlupf an den einzelnen Fahrzeugrädern bestimmt. In einem Steuergerät sind an sich bekannte Algorithmen abgelegt, welche auf der Grundlage dieser Informationen und gegebenenfalls weiterer Fahrzeugparameter die Fahrstabilität des Fahrzeugs beurteilen und gegebenenfalls einen Bremseingriff über die einzelnen Bremseinrichtungen veranlassen.
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Für die Bestimmung das Radschlupfes ist eine genaue Kenntnis der Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit von Bedeutung, um ein sensibles Ansprechen eines Antiblockiersystems zu ermöglichen.
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In einem ersten Ausführungsbeispiel gelangt bei einer Teilbremsung der vom Fahrer vorgegebene Vordruck der Bremsanlage als Bremsdruck direkt an die Bremseinrichtungen der Vorderräder. An den Bremseinrichtungen der Räder der Hinterachse bzw. der Hinterachsen kann der Bremsdruck durch eine mechanische oder über das Schlupfregelsystem vorgegebene Bremskraftverteilung geringer ausfallen.
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Im Bereich kleiner Vordrücke, welche bei einer Teilbremsung auftreten, wird die Bremskraft lediglich auf die Bremseinrichtung eines Rads einer Fahrzeugachse oder lediglich die Bremseinrichtungen der Räder einer von mehreren Fahrzeugachsen aufgebracht. Im Hinblick auf die Zielsetzung, insbesondere bei einem leicht dosierten Bremsen auf glatter Fahrbahnen mit Reibwerten in der Größenordnung von 0,2 und weniger Instabilitäten zu vermeiden, kann der Teilbremsbereich durch ein Vordruckniveau definiert werden, welches ausreicht, um auf einem Untergrund mit einem niedrigen Reibwert, z.B. bei Reibwerten von weniger als 0,2, Bremsschlupf zu erzeugen. Das Vordruckniveau liegt hierbei deutlich unterhalb des maximalen Vordrucks der Bremsanlage, vorzugsweise bei maximal 30 Prozent des maximalen Vordrucks. Darüber werden alle Bremseinrichtungen mit Bremsdruck beaufschlagt.
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Während eines solchen Bremsvorgangs wird die Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit auf der Grundlage von Signalen lediglich derjenigen Raddrehzahlsensoren bestimmt, welche ungebremsten Rädern zugeordnet sind. Hierdurch lässt sich die Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit auf glattem Untergrund recht genau ermitteln, so dass Instabilitäten bei leichten Teilbremsungen vermieden werden.
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Die Bremskraftverteilung wird bevorzugt so gewählt, dass ein linearer Zusammenhang zwischen dem Bremsdruck und der Bremskraft erzielt wird und dass möglichst keine oder lediglich geringe Giermomente entstehen. Die Umsetzung der Bremskraftverteilung erfolgt radindividuell durch die Ventile der Schlupfregeleinheit.
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Die ermittelte Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit wird neben weiteren Größen wie u. a. den Raddrehzahlen als Eingangsgröße im Antiblockiersystem berücksichtigt. Wird eine deutliche Differenz zwischen der aus der Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit ermittelten Fahrzeugverzögerung und den Radverzögerungen festgestellt, wird auf einen geringen Fahrbahnreibwert geschlossen. Bei Erkennen einer stabilitätskritischen Fahrsituation wird das vorstehend beschriebene Teilbremsungsregime durch eine individuelle Ansteuerung der Bremseinrichtungen aller Fahrzeugräder übersteuert, um die Fahrstabilität und einen kurzen Bremsweg zu gewährleisten. Bleibt das Fahrzeug stabil, kann auf die ursprüngliche Bremskraftverteilung zurückgeschaltet werden.
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Zur Vermeidung eines unterschiedlichen Verschleißes der Bremseinrichtungen kann die Bremskraftverteilung nach einer vorgegebenen Anzahl von Zyklen gespiegelt werden. Hierbei erfolgt in der Regel eine Umkehrung der betätigten und unbetätigten Bremseinrichtungen.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine kurzzeitige Variation der Bremskraftverteilung genutzt, um bei einem Fahrzeug mit gekoppeltem Allradantrieb während einer leichten Teilbremsung zu überprüfen, ob die einzelnen Fahrzeugräder stabil auf ausreichend haftendem Untergrund bremsen und eine Differenz der Fahrzeugverzögerung und der Radverzögerungen aus einer Neigung der Fahrbahn resultiert, oder ob die Verzögerungsdifferenz auf einer glatten Fahrbahn beruht. Eine solche Situation liegt vor, wenn die aus den Raddrehzahlen ermittelte Radverzögerung größer als die gemessene Fahrzeugverzögerung ist und weiterhin der durch den Fahrer vorgegebene Bremsdruck gering ist.
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Hierzu werden bei einer Teilbremsung in einem ersten Zeitintervall an den Bremseinrichtungen eine erste Bremskraftverteilung und anschließend eine zweite, sich von der ersten Bremskraftverteilung unterscheidende Bremskraftverteilung eingestellt. Gleichzeitig werden die Signale der Raddrehzahlsensoren ausgewertet.
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Dazu werden die Raddrehzahländerungen der ersten und zweiten Bremskraftverteilung verglichen. Überschreiten die festgestellten Abweichungen einen vorgegebenen Schwellwert, wird die aktuell geltende Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit angehoben.
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Ergeben sich trotz Variation der Bremskraftverteilung keine signifikanten Änderungen, wird auf eine stabile Bremsung auf einer Fahrbahn mit hohem Fahrbahnreibwert geschlossen. Die Bremskraftverteilung kann dann wieder konventionell erfolgen, da die Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit näherungsweise der realen Fahrgeschwindigkeit entspricht.
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Treten jedoch aufgrund der temporären Variation der Bremskraftverteilung an den einzelnen Raddrehzahlverläufen signifikante Änderungen auf, so kann man von einer Bremsung auf glattem Untergrund ausgehen. Die mit konventioneller Bremskraftverteilung ermittelte Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit liegt in diesem Fall zu niedrig und wird angehoben. Signifikante Änderungen ergeben sich, wenn infolge der Variation der Bremskraftverteilung, die Räder, die dann nicht mehr gebremst werden, spürbar schneller drehen als die weiterhin gebremsten Räder. Geschwindigkeitsdifferenzen von etwa 1 bis 2 km/h sind hierbei bereits ausreichend. Wird dabei ein situationsabhängiger, beispielsweise von der Geschwindigkeit, dem Vordruck und/oder weiteren Parametern abhängiger Schwellwert überschritten, wird die Referenzgeschwindigkeit in Abhängigkeit der aus den Raddrehzahlen ermittelten Geschwindigkeitsdifferenz zwischen gebremsten und nicht gebremsten Rädern angehoben.
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Infolge der höheren Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit errechnen sich größere Schlupfwerte an den Fahrzeugrädern, so dass ein frühzeitiges Ansprechen des Antiblockiersystems veranlasst wird. Bei Erkennen einer stabilitätskritischen Fahrsituation wird das Teilbremsungsregime durch das Antiblockiersystem bzw. eine individuelle Ansteuerung der Bremseinrichtungen aller Fahrzeugräder übersteuert.
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Bei der Variation der Bremskraftverteilung bleiben die Summenradbremsmomente unverändert. Die Bremskraftverteilung kann situationsgerecht zwischen Vorder- und Hinterachse, zwischen linker und rechter Fahrzeugseite oder diagonal oder auch kombiniert unterschiedlich erfolgen. Die modifizierte Bremskraftverteilung kann radindividuell über die Ventile der Schlupfregeleinheit eingestellt werden.
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In einer besonderen Ausführungsvariante wird im ersten Intervall zunächst ein Rad einer Achse gebremst, während das andere Rad der Achse nicht gebremst wird. In einem anschließenden Intervall wird das ungebremste Rad gebremst und das zunächst gebremste Rad nicht mehr gebremst.
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Der Zeitpunkt der Umschaltung wird in Abhängigkeit der Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit, und/oder der Differenz aus den gemessenen Radverzögerungen der Fahrzeugräder und der aus der gemessenen Radverzögerungen ermittelten oder sensorisch erfassten Fahrzeugverzögerung und/oder des Bremsdrucks bestimmt.
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Vorzugsweise wird eine Variation der Bremskraftverteilung lediglich dann vorgenommen wird, wenn die Differenz aus gemessenen Radverzögerungen der Fahrzeugräder und einer aus den gemessenen Radverzögerungen ermittelten oder sensorisch erfassten Fahrzeugverzögerung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Insbesondere ist es möglich, die beiden vorstehend erläuterten Verfahren miteinander zu kombinieren.