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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer zu geringen
Reifen-zu-Boden-Haftung und/oder
einer erhöhten
Innenreibung des Lenkmechanismus eines Fahrzeuges, ein Sicherheits-
und Warnsystem zum Erfassen einer zu geringen Reifenhaftung und/oder
einer erhöhten
Innenreibung eines Lenkmechanismus und ein Fahrzeug mit den in den
Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche genannten Merkmalen.
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Moderne
Fahrzeuge sind mit elektronischen Sicherheitssystemen ausgestattet,
die einem Fahrer in Extremsituationen unterstützend zur Seite stehen. Neben
ABS-Bremssystem
und Airbag hat das ESC (Electronic Stability Control) eine große Bedeutung
erlangt. Ein ESC ist in der Lage, jedes Rad eines Fahrzeuges einzeln
gesteuert abzubremsen und gezielt eine Über- oder Untersteuerung unter
Berücksichtigung
der Meßsignale
einer Vielzahl von Sensoren zu verhindern. Eine Fortentwicklung
des ESC sieht vor, außerdem
auch aktive Lenkeingriffe automatisch auszuführen und den Lenkhandlungen
des Fahrers zu überlagern.
Beispielsweise ist eine EPAS-(Electric Power Assisted Steering)-Servomotorsteuerung
hierfür
entwickelt worden, die einen elektrischen Getriebemotor aufweist,
der mit dem Lenkgestänge
beispielsweise über
eine Verzahnung gekoppelt ist.
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Wenn
eine interne Reibung beispielsweise eines solchen EPAS-Getriebemotors
infolge von Verschleiß oder
Verunreinigung ansteigt, führt
es zu Fehlfunktionen des EPAS-Systems bzw. des ESC-Systems. Das
System diagnostiziert diesen Innenreibungsfehler nicht, sondern
interpretiert ihn als eine Folge äußerer Fahrbedingungen und gibt
dementsprechend falsche Steueranweisungen an das EPAS- und ESC-System, wodurch
anstatt einer erhöhten
Fahrsicherheit sogar das Gegenteil davon, eine gefährliche
Fahrsituation geschaffen werden könnte.
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Ferner
liegt ein weiteres Problem der Erkennung einer unzureichenden Haftreibung
zwischen Reifen und Straßenbelag
vor. Eine schlechte Reifenhaftung ist auf äußere Einflusse zurückzuführen wie
Eisglätte, Aquaplaning
oder Verölung
und daher unvermeidbar, jedoch erfährt ein Fahrer in der Regel
zu spät
davon.
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Ein
EPAS- oder ESC-System ist gewöhnlich
mit einer Anzahl von Sensoren ausgestattet, die jedoch nicht in
der Lage sind, die oben beschriebenen Arten der unzureichenden Reifenhaftreibung
oder der Innenreibung des Lenkmechanismus zuverlässig zu erkennen. Außerdem verfügt das integrierte
Mikroprozessorsystem über
begrenzte Rechen- und Speicherressourcen, so dass für die Erkennung
der erwähnten
Reibungsprobleme keine freie Kapazität zur Verfügung steht.
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Aus
DE 102 06 474 A1 sind
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung der Reibung in
einer elektrischen oder elektromechanischen Lenkvorrichtung eines
Kraftfahrzeugs bekannt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit geringem schaltungstechnischen
Aufwand realisierbare sichere Erkennung einer erhöhten Innenreibung
des Lenkmechanismus und einer zu niedrigen Reifen-zu-Boden-Haftung
eines Fahrzeuges auszuführen
und einen erkannten Fehler an den Fahrer zu kommunizieren, sowie
an ein ESC-System zur Berücksichtigung
weiterzuleiten.
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Die
erfindungsgemäße Lösung der
Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. ein Sicherheits-
und Warnsystem nach Anspruch 10. Die abhängigen Ansprüche enthalten
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Die
erfindungsgemäße bevorzugte
Lösung
der erfindungsgemäßen Aufgaben
ist von dem Gedanken getragen, beispielsweise der ESC-Steuerung
eines Fahrzeuges eine Wertetabelle mit darin für verschiedene Fahrgeschwindigkeiten
festgehaltenen minimalen und maximalen Schwellenwerten für die Winkelbeschleunigung
einer Lenkwelle oder Translationsbeschleunigung eines Abschnitts
des Lenkgestänges
zur Verfügung
zu stellen. Je höher
die Geschwindigkeit, um so kritischer werden scharfe Lenkbewegungen,
so dass die Beschleunigungs-Schwellenwerte mit steigender Geschwindigkeit
eingeengt werden. Die Lenkbewegungen sind hierbei einerseits durch
den Fahrer und andererseits durch Straßenbedingungen beeinflußt. Ein
Meßsignal
einer Lenkbeschleunigungsmeßeinheit
wird abhängig
von der ebenso erfaßten
Fahrzeuggeschwindigkeit mit den jeweiligen minimalen und maximalen
Lenkbeschleunigungs-Schwellenwerten verglichen und bei Über- oder
Unterschreitung ein Warnsignal an den Fahrer ausgegeben.
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Die
Erfindung zieht zum Lösen
der erfindungsgemäßen Aufgaben
ein Verfahren zum Ermitteln einer zu geringen Reifen-zu-Boden-Haftung,
im Folgenden auch kurz Reifenhaftung genannt, und/oder einer erhöhten Innenreibung
des Lenkmechanismus eines Fahrzeuges, aufweisend ein Lenkgestänge, heran.
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Dadurch,
dass
- – in
einem ersten Schritt die Beschleunigung eines Abschnitts des Lenkgestänges, die
man als eine Lenkbeschleunigung bezeichnen kann, und die Fahrgeschwindigkeit
des Fahrzeuges erfaßt
wird,
- – in
einem zweiten Schritt die erfaßte
Lenkbeschleunigung mit einem auf die Fahrgeschwindigkeit bezogenen
minimalen und einem maximalen vorgegebenen und/oder vorgebbaren
Lenkbeschleunigungs-Schwellenwert verglichen wird, und
- – bei
einer festgestellten Unter- oder Überschreitung des jeweiligen
minimalen oder maximalen Lenkbeschleunigungs-Schwellenwertes wenigstens
ein Signal erzeugt und zur Verfügung
gestellt wird,
sind die erfindungsgemäßen Aufgaben nach einem ersten
verfahrenstechnischen Aspekt gelöst.
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Das
so ermittelte, wenigstens eine Signal wird vorzugsweise zum Anzeigen
einer Warnmeldung für den
Fahrzeugfahrer verwendet.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
wird jeweils ein unterscheidbares Signal zum Anzeigen einer Warnmeldung
für den
Fahrzeugfahrer für
den Fall erkannter überhöhter Innenreibung
des Lenkmechanismus und/oder unzureichender Reifenhaftung verwendet.
Hierdurch kann der Fahrer zwischen diesen zwei verschiedenen Fehlerfällen unterscheiden
und gezieltere Maßnahmen
treffen.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das generierte Signal an ein ESC-System zum Berücksichtigen
weitergeleitet.
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Die
Beschleunigung des Lenkgestänges
wird bevorzugt als eine Winkelbeschleunigung eines mit einer Lenkwelle
gekoppelten Winkelstellungssensors oder eines Elektromotors eines
elektrischen Servolenkungssystems oder als eine translatorische
Beschleunigung eines mit einer translatorisch bewegten Spurstange
gekoppelten translatorischen Bewegungssensors erfaßt.
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Die
auf die Fahrgeschwindigkeit bezogenen minimalen und maximalen vorgegebenen
und/oder vorgebbaren Lenkbeschleunigungs-Schwellenwerte werden bevorzugt
in einer Wertetabelle für
eine Anzahl von diskreten Geschwindigkeitswerten beispielsweise
als Werte-Tripel zusammengefaßt.
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Nach
einem weiteren verfahrenstechnischen Aspekt geht die Erfindung von
einem Verfahren zum Ermitteln geschwindigkeitsabhängiger maximaler
und minimaler Lenkbeschleunigungs-Schwellenwerte für das oben
beschriebene Verfahren aus.
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Dadurch,
dass
- – das
Fahrzeug auf eine Meßgeschwindigkeit
gebracht wird,
- – der
maximale und minimale Lenkbeschleunigungs-Schwellenwert nach einem
Algorithmus berechnet wird, der das Drehmoment des elektrischen
Servomotors und/oder einer Lenkwelle und die Massenträgheit des
Fahrzeuges berücksichtigt,
- – die
aktuelle Lenkbeschleunigung erfaßt und berücksichtigt wird, wobei
- – der
maximale Lenkbeschleunigungs-Schwellenwert unter der Annahme ermittelt
wird, dass die Innenreibung des Lenkmechanismus vernachlässigbar
ist; wobei ein für
die Reifenhaftung geschwindigkeitsabhängiger Haftungs-Schwellenwert vorgegeben
wird, der nicht unterschritten werden darf,
- – der
minimale Lenkbeschleunigungs-Schwellenwert unter der Annahme und/oder
Straßenbedingungen
ermittelt wird, dass die Reifenhaftung auf einem hohen Niveau, insbesondere
bei einem Reibungswert μ =
1.2 vorliegt, und ein für
die Innenreibung des Lenkmechanismus geschwindigkeitsabhängiger Reibungs-Schwellenwert
vorgegeben wird, der nicht überschritten
werden darf,
- – die
zu der Meßgeschwindigkeit
ermittelten maximale und minimale Lenkbeschleunigungs-Schwellenwerte
in einem zusammenhängenden
Datensatz gespeichert werden,
- – das
Fahrzeug auf eine nächste
Meßgeschwindigkeit
gebracht wird und die Verfahrensschritte wiederholt werden,
sind
die erfindungsgemäßen Aufgaben
gelöst.
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Von
einem Vorteil ist es, wenn dieses Verfahren in einer Entwicklungsumgebung
ausgeführt
wird und die ermittelten Ergebnisse in ein fahrzeuginternes Steuerungssystem
in Form einer Wertetabelle eingebracht werden, oder das Verfahren
periodisch oder permanent in einem serienmäßigen Fahrzeug ausgeführt und
die Wertetabelle periodisch erneuert wird.
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Nach
einem weiteren vorrichtungstechnischen Aspekt werden die erfindungsgemäßen Aufgaben
mit einem Sicherheits- und Warnsystem zum Erfassen einer zu geringen
Reifenhaftung und/oder einer erhöhten Innenreibung
eines Lenkmechanismus eines Fahrzeuges gelöst. Hierzu weist das System
Mittel zum Ausführen
des oben beschriebenen ersten Verfahrens nach wenigstens einer der
bevorzugten Ausgestaltungen auf.
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Ferner
weist das erfindungsgemäße Sicherheits-
und Warnsystem gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung Mittel zum Ausführen des
zweiten Verfahrens nach einer der beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen
auf.
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Die
Anzeige der Warnmeldung für
den Fahrzeugfahrer ist ferner vorzugsweise mithilfe einer optischen Anzeige
und/oder eines akustischen Signals vorgesehen.
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Von
Vorteil ist ferner, wenn die Kommunikation des Signals über einen
Datenbus, insbesondere einen CAN-Bus erfolgt.
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Nach
einem weiteren Aspekt sind die erfindungsgemäßen Aufgaben auch mit einem
Fahrzeug mit einem Sicherheits- und Warnsystem nach einer der vorhergehend
beschriebenen Ausgestaltungen gelöst.
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Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen,
in den Unteransprüchen
genannten Merkmalen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der
zugehörigen
Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer beispielhaften Lenkgestängeanordnung
einer Vorderachse eines Fahrzeuges,
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2 ein
Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausgestaltung eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens,
und
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3 ein
Ablaufdiagramm einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung eines zweiten
erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer beispielhaften konventionellen
Lenkgestängeanordnung 1 einer
Vorderachse eines Fahrzeuges.
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Abgebildet
ist eine bekannte Lenkgestängeanordnung 1,
die im Prinzip in jedem Kraftfahrzeug in leichter Modifikation vorfindbar
ist. Die nicht schienengebundenen Kraftfahrzeuge weisen eine sogenannte
Achsschenkellenkung auf. Hierbei werden die gelenkten Räder 2.1 und 2.2 mit
ihren jeweiligen Achsschenkeln 3.1 und 3.2 um
die zugehörigen
Achsschenkelbolzen geschwenkt. Beim Durchfahren einer Kurve legen
die Räder 2.1 und 2.2.
eines Fahrzeuges verschieden große Wegstrecken zurück. Die
beiden Räder 2.1 und 2.2 rollen nur
dann einwandfrei ab, wenn sich die Mittellinien der Achsschenkel 3.1 und 3.2 bei
eingeschlagenen Vorderrädern
auf der verlängerten
Mittellinie der Hinterachse schneiden. Die von den Vorder- und Hinterrädern durchfahrenen
Kreisbögen
haben dann einen gemeinsamen Mittelpunkt. Dabei muss das in der
Kurve innenliegende Rad 2.2 stärker eingeschlagen sein als
das außenliegende
Rad 2.1.
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Die
Spurstange weist insgesamt drei Teile auf und besteht aus einer
linken Spurstange 5.1, einer rechten Spurstange 5.2 und
einer mittleren Spurstange 7. Diese drei Teile der Spurstange
sind untereinander gelenkig schwenkbar verbunden. Außerdem ist
die mittlere Spurstange 7 in einer an dem Fahrzeug feststehend angeordneten
(nicht dargestellten) Führung
gelagert, so dass diese mittlere Spurstange 7 nur einen
translatorischen Bewegungsfreiheitsgrad aufweist, der ihr lediglich
eine translatorische Bewegung in Querrichtung X des Fahrzeuges erlaubt.
Diese Anordnung entspricht einer bekannten Lenkgestängeanordnung
einer Vorderachse und bedarf daher keiner weiteren Detailerklärung.
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Die
mittlere Spurstange 7 ist an eine Lenkgetriebeankopplung 8 angekoppelt.
Im vorliegenden Beispiel kann dies durch eine an der mittleren Spurstange 7 angeordnete
Zahnstange ausgeführt
sein. Die als ein Vektor dargestellte Lenkradkraft FL ist
die auf die mittlere Spurstange 7 resultierende Wirkkraft,
die infolge einer Lenkradbetätigung
des Lenkrades 10 durch den Fahrer und einer eventuell zwischengeschalteten
Servolenkung erzeugt wird.
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Mit
der Spurstange 7 ist ferner ein EPAS-Elektromotor 6 gekoppelt,
der von einem ESC-System gesteuert wird, wobei eine von ihm erzeugte
Wirkkraft mit FESC bezeichnet ist.
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Die
erfindungsgemäße Erfassung
der Lenkbeschleunigung φ ..L kann als eine Erfassung
der Beschleunigung eines Abschnitts des Lenkgestänges ausgeführt werden. Da die einzelnen
Gelenke des Lenkgestänges miteinander
spielfrei gekoppelt sind, kann dazu sowohl die translatorische Bewegung
der mittleren Spurstange 7 als auch die Drehbewegung der
Lenkwelle 9 oder des Rotors eines EPAS-Elektromotors herangezogen
werden. Lediglich die Drehbewegung des Lenkrades 10 ist
hierzu weniger geeignet, da das Lenkrad immer mit einem Winkelspiel
gelagert wird, der für
eine notwendige Abkopplung einer direkten Rückwirkung durch Straßenunebenheiten
auf die Hände
des Fahrers und Kurseinhaltung sorgt.
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Die
Erfassung der Drehbeschleunigung oder einer translatorischen Beschleunigung
der entsprechenden Lenkgestängebestandteile
wird mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Winkelstellungssensors
oder eines beispielsweise inertialen Beschleunigungssensors ausgeführt.
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2 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausgestaltung eines ersten
erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Im
ersten Verfahrensschritt S1 wird die Beschleunigung eines Abschnitts
des Lenkgestänges 1,
eine Lenkbeschleunigung, und die Fahrgeschwindigkeit V des Fahrzeuges
erfaßt.
In vorliegender Ausgestaltung ist die Lenkbeschleunigung als eine
Winkelbeschleunigung eines Winkelstellungssensors erfasst, der beispielsweise
mit der Rotation der Lenkwelle 9 oder mit dem Rotor des
EPAS-Motors 6 gekoppelt
ist. Alternativ dazu kann auch die translatorische Bewegung der
mittleren Spurstange 7 mit Hilfe eines inertialen Beschleunigungssensors
erfaßt
werden.
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In
einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird die erfaßte Lenkbeschleunigung φ ..L mit einem auf die Fahrgeschwindigkeit V
bezogenen minimalen und einem maximalen vorgegebenen und/oder vorgebbaren
Lenkbeschleunigungs-Schwellenwert φ ..n,min, φ ..n,max, verglichen.
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Bei
einer festgestellten Unter- oder Überschreitung des jeweiligen
minimalen oder maximalen Lenkbeschleunigungs-Schwellenwertes φ ..n,min, φ ..n,max wird
im dritten Verfahrensschritt S3 wenigstens ein Signal erzeugt und
für eine
Weiterverarbeitung zur Verfügung
gestellt.
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3 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
mit dem die im ersten Verfahren benötigten geschwindigkeitsbezogenen
Lenkbeschleunigungs-Schwellenwerte φ ..n,min und φ ..n,max ermittelt werden.
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In
einem ersten Verfahrensschritt T1 wird das Fahrzeug auf einen diskreten
Meßpunkt
bei einer Meßgeschwindigkeit
Vn gebracht, die in weiteren Zyklen auf einen nächsten Meßwert beispielsweise erhöht wird, wenn
die Startgeschwindigkeit von einem langsamen Wert beginnen soll.
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In
einem darauf folgenden zweiten Verfahrensschritt T2 wird ein maximaler
und minimaler Lenkbeschleunigungs-Schwellenwert φ ..n,min, φ ..n,max nach einem Algorithmus berechnet, der
das Drehmoment ML des elektrischen Servomotors
und/oder einer Lenkwelle 9 und die Massenträgheit des
Fahrzeuges berücksichtigt.
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Im
Verfahrensschritt T3 wird die aktuelle Lenkbeschleunigung φ ..L erfaßt
und berücksichtigt.
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Mit
den bislang gemeinsamen Verfahrensschritten erfolgt anschließend in
paralleler oder sequenzieller Reihenfolge:
- – im Verfahrensschritt
T4 – die
Ermittlung des maximalen Lenkbeschleunigungs-Schwellenwertes φ ..n,max unter
der Annahme, dass die Innenreibung des Lenkmechanismus vernachlässigbar
ist; wobei ein für
die Reifenhaftung geschwindigkeitsabhängiger Haftungs-Schwellenwert
vorgegeben wird, der nicht unterschritten werden darf, und
- – im
Verfahrensschritt T5 – die
Ermittlung des minimalen Lenkbeschleunigungs-Schwellenwertes φ ..n,min unter
der Annahme und/oder Straßenbedingungen,
dass die Reifenhaftung auf einem hohen Niveau, insbesondere bei
einem Reibungswert μ =
1.2 vorliegt, und ein für
die Innenreibung des Lenkmechanismus geschwindigkeitsabhängiger Reibungs-Schwellenwert
vorgegeben wird, der nicht überschritten
werden darf.
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Anschließend werden
im Verfahrensschritt T6 die zu der gewählten Meßgeschwindigkeit Vn ermittelten
maximale und minimale Lenkbeschleunigungs-Schwellenwerte φ ..n,max und φ ..n,min in einem zusammenhängenden Datensatz gespeichert.
Ein solcher Datensatz ist daher wenigstens ein Werte-Tripel aus
Vn, φ ..n,min und φ ..n,max.
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Im
Verfahrensschritt T7 wird ein Zyklusdurchlauf abgeschlossen und
das Fahrzeug auf eine nächste Meßgeschwindigkeit
Vn + 1 gebracht und die Verfahrensschritte für diesen Meßpunkt wiederholt.
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Dieses
Verfahren kann in einer Entwicklungsumgebung ausgeführt und
die ermittelten Ergebnisse in ein fahrzeuginternes Steuerungssystem
in Form einer Wertetabelle T eingebracht werden, oder in einer weiteren
bevorzugten Ausgestaltung periodisch oder permanent in einem serienmäßigen Fahrzeug
ausgeführt und
die Wertetabelle periodisch erneuert werden.
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- 1
- Lenkgestängeanordnung
einer Vorderachse
- 2.1
- linkes
Rad
- 2.2
- rechtes
Rad
- 3.1
- Achsschenkel
links
- 3.2
- Achsschenkel
rechts
- 4.1
- linksseitiger
Spurstangenhebel
- 4.2
- rechtsseitiger
Spurstangenhebel
- 5.1
- linke
Spurstange
- 5.2
- rechte
Spurstange
- 6
- EPAS-Motor,
elektrischer Servomotor
- 7
- mittlere
Spurstange
- 8
- Lenkgetriebeankopplung
- 9
- Lenkwelle
- 10
- Lenkrad
- FESC
- Wirkkraft
- FL
- Lenkradkraft
- ML
- Drehmoment
- Y
- Fahrtrichtung
- X
- Querrichtung
- φ ..n,min
- minimaler
Lenkbeschleunigungs-Schwellenwert
- φ ..n,max
- maximaler
Lenkbeschleunigungs-Schwellenwert
- φ ..L
- Lenkbeschleunigung
- S1...S3,
T1...T7
- Verfahrensschritte
- T
- Wertetabelle
- V
- Fahrzeuggeschwindigkeit
- Vn
- diskrete
Geschwindigkeitsmeßpunkte
- μ
- Reibungswert
