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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erhöhung einer Reifenhaftung eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Erhöhung einer Reifenhaftung eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 3.
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Bei Fahrbahnglätte und insbesondere bei kurzfristig auftretender Eis- oder Reifglätte kann ein Fahrzeug trotz Antiblockiersystem (ABS) und Elektronischem Stabilitäts-Programm (ESP) aufgrund physikalischer Grenzen wegen zu geringer Reibung oder Reibweitsprüngen zwischen Rad und Fahrbahn ausbrechen und in einen unkontrollierten Fahrzustand geraten. Ebenso kann es aufgrund physikalischer Grenzen wegen zu geringer Reibung zu Auffahrunfällen kommen.
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Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
DE 40 04 038 C2 beschrieben, ein Straßenfahrzeug mit einer Einrichtung zur Erhöhung der Radhaftung bekannt. Das Straßenfahrzeug umfasst ein Antiblockiersystem (ABS), eine Bremsdruckmesseinrichtung an den einzelnen Rädern und eine in Abhängigkeit von den Messdaten der Bremsdruckmesseinrichtung betätigbare Splitstreu-Einrichtung zur Erhöhung der Radhaftung. Die Bremsdruckmesseinrichtung misst den vom Antiblockiersystem geregelten Druck am Radbremszylinder. Es ist ein Thermometer zur Messung der Außentemperatur vorgesehen. Die Messdaten über Bremsdruck und Temperatur werden einem Rechner zugeführt. Der Rechner betätigt die Sand- oder Splitstreu-Einrichtung nur dann, wenn das Antiblockiersystem angesprochen hat, der geregelte Bremsdruck einen vorgegebenen Wert unterschreitet und das Thermometer eine Temperatur unterschritten hat, bei der Eis oder Schnee auf der Fahrbahn möglich sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Erhöhung einer Reifenhaftung eines Fahrzeugs anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Erhöhung einer Reifenhaftung eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Erhöhung einer Reifenhaftung eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst.
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Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Eine Vorrichtung zur Erhöhung einer Reifenhaftung eines Fahrzeugs umfasst eine Außentemperaturermittlungseinheit.
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Erfindungsgemäß sind eine Fahrdynamikregelung, d. h. ein so genanntes elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP), auch als Electronic Stability Control bezeichnet, und zumindest eine Einrichtung zum automatischen Aufbringen eines haftungsverstärkenden Mittels unmittelbar vor und/oder unter eine Reifenaufstandsfläche und/oder auf eine Reifenlauffläche zumindest eines Reifens des Fahrzeugs vorgesehen, wobei bei Ermittlung einer Außentemperatur im Bereich des Gefrierpunktes von Wasser sowie bei einer Ermittlung von Schlupf des Reifens gegenüber einer Fahrbahn und einer Ermittlung einer geringen Fahrzeugverzögerung durch eine Sensorik der Fahrdynamikregelung das haftungsverstärkende Mittel automatisch unmittelbar vor und/oder unter die Reifenaufstandsfläche und/oder auf die Reifenlauffläche des Reifens des Fahrzeugs aufbringbar ist.
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Durch die Vorrichtung sind kritische Fahrsituationen durch plötzlich auftretende Fahrbahnglätte, beispielsweise aufgrund von Eis oder Reif auf der Fahrbahn, und ein daraus resultierender Verlust der Kontrolle eines Fahrzeugführers über das Fahrzeug vermeidbar oder zumindest reduzierbar. Mittels der Vorrichtung sind insbesondere kurz vor einer glättebedingten Ausbrechphase des Fahrzeugs, d. h. in einer Entstehungsphase eines kritischen Fahrzustandes, Reibungsverhältnisse zwischen einem oder mehreren Reifen des Fahrzeugs und der Fahrbahn kurzfristig zu verbessern, wodurch ein unkontrollierter Fahrzustand in sehr vielen Fällen noch vermeidbar ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs auf einer Fahrbahn.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1 auf einer Fahrbahn 2. Das Fahrzeug 1, welches als Straßenfahrzeug ausgebildet ist, weist eine Vorrichtung 3 zur Erhöhung einer Reifenhaftung auf.
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Durch die Vorrichtung 3 und ein Verfahren zur Erhöhung der Reifenhaftung unter Verwendung der Vorrichtung 3 sind kritische Fahrsituationen durch plötzlich auftretende Fahrbahnglätte, beispielsweise aufgrund von Eis oder Reif auf der Fahrbahn 2, und ein daraus resultierender Verlust der Kontrolle eines Fahrzeugführers über das Fahrzeug 1 vermeidbar oder zumindest reduzierbar. Mittels der Vorrichtung 3 sind insbesondere kurz vor einer glättebedingten Ausbrechphase des Fahrzeugs 1, d. h. in einer Entstehungsphase eines kritischen Fahrzustandes, Reibungsverhältnisse zwischen einem oder mehreren Reifen 4 des Fahrzeugs 1 und der Fahrbahn 2 kurzfristig zu verbessern, wodurch ein unkontrollierter Fahrzustand in sehr vielen Fällen noch vermeidbar ist.
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Die Vorrichtung 3 umfasst für jeden Reifen 4 des Fahrzeugs 1 jeweils eine Einrichtung 5 zum automatischen Aufbringen eines haftungsverstärkenden Mittels 6 unmittelbar vor und/oder unter eine Reifenaufstandsfläche und/oder auf eine Reifenlauffläche des jeweiligen Reifens 4 des Fahrzeugs 1. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese Einrichtungen 5 als Sprüheinrichtungen, beispielsweise als Injektordüsen ausgebildet, mittels welchen zeitlich begrenzt und bevorzugt zeitlich getaktet das haftungsverstärkende Mittel 6, beispielsweise ein Granulat, Sand, Split, ein Bindemittel, eine Flüssigkeit, ein Klebstoff oder eine Mischung daraus, auf die Fahrbahn 2 insbesondere unmittelbar vor der Reifenaufstandsfläche des jeweiligen Reifens 4 sowie auf die Reifenlauffläche aufzubringen ist, um die Reibung zwischen dem jeweiligen Reifen 4 und der Fahrbahn 2 kurzzeitig zu erhöhen. Dazu sind die als Injektoren ausgebildeten Einrichtungen 5, insbesondere bei einer Verwendung von Granulat und/oder Sand, beispielsweise ähnlich ausgebildet wie zum Sandstrahlen verwendete Injektordüsen.
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Das Aufbringen des haftungsverstärkenden Mittels 6 erfolgt im hier dargestellten Beispiel pneumatisch, d. h. mittels Druckluft. Zu diesem Zweck sind die Einrichtungen 5 zum Aufbringen des haftungsverstärkenden Mittels 6 über Druckluftleitungen 7 mit einem Druckluftbehälter 8 des Fahrzeugs 1 verbunden.
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Das haftungsverstärkende Mittel 6 ist im hier dargestellten Beispiel in Vorratsbehältern 9 angeordnet, wobei jeder Einrichtung 5 zum Aufbringen des haftungsverstärkenden Mittels 6 jeweils ein Vorratsbehälter 9 zugeordnet ist. Die jeweilige Einrichtung 5 zum Aufbringen des haftungsverstärkenden Mittels 6, im hier dargestellten Beispiel der jeweilige Injektor, saugt das haftungsverstärkende Mittel 6, beispielsweise das Granulat, aus dem ihm zugeordneten Vorratsbehälter 9 ab und bläst es zielgerichtet vor und/oder auf den jeweiligen Reifen 4. In anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann im Fahrzeug 1 auch ein einzelner zentraler Vorratsbehälter 9 für das haftungsverstärkende Mittel 6 angeordnet sein.
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Der oder die Vorratsbehälter 9 und der Druckluftbehälter 8 sind dabei zweckmäßigerweise derart dimensioniert, dass die im Druckluftbehälter 8 gespeicherte Druckluft zum Versprühen des in dem oder in den Vorratsbehältern 9 gespeicherten haftungsverstärkenden Mittels 6 ausreicht. Alternativ oder zusätzlich kann der Druckluftbehälter 8 mit einem Kompressor des Fahrzeugs 1 gekoppelt sein, um den Druckluftbehälter 8 zu füllen und einen konstanten Luftdruck sicherzustellen. Ist kein derartiger Kompressor vorhanden, so weist der Druckluftbehälter 8 vorzugsweise ein Ventil zum Anschluss eines externen Kompressors oder einer externen Drucklufteinrichtung auf, so dass der Druckluftbehälter 8 beispielsweise an jeder Tankstelle mit einer Drucklufteinrichtung zum Auffüllen von Luft in den Reifen 4 des Fahrzeugs 1 wieder befüllbar ist.
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Ein alternatives oder zusätzliches haftungsverstärkendes Mittel 6 ist beispielsweise ein auf die Reifenlauffläche aufbringbares haftungsverstärkendes Band. Insbesondere im Falle des Bandes kann in einer anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 3 an Stelle des jeweiligen Injektors als Einrichtung 5 zum automatischen Aufbringen des haftungsverstärkenden Mittels 6 zum Beispiel ein entsprechendes Aufbringmittel für das Band am Fahrzeug 1 vorgesehen sein, beispielsweise ein Rollenhalter, von welchem das Band abrollbar ist und ein Anpressmittel zum Anpressen des Bandes an die Reifenlauffläche während des Aufbringens. Das haftungsverstärkende Band ist beispielsweise ein oberflächenraues Bandmaterial, welches sich nach einer geringen Laufleistung des Reifens 4 wieder auflöst, beispielsweise aufgrund üblicher Abnutzungserscheinungen des Reifens 4 und/oder aufgrund einer Wasserlöslichkeit des Bandes.
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Eine Aktivierung der Einrichtungen 5 zum Aufbringen des haftungsverstärkenden Mittels 6, d. h. im hier dargestellten Beispiel der Injektoren, erfolgt bei Außentemperaturen, insbesondere bei Fahrbahntemperaturen im Bereich des Gefrierpunktes von Wasser sowie zweckmäßigerweise auch bei tieferen Temperaturen und bei Erkennung von Fahrbahnglätte mittels einer Sensorik einer Fahrdynamikregelung des Fahrzeugs 1. Derartige Fahrdynamikregelungen werden auch als elektronisches Stabilitätsprogramm oder als Electronic Stability Control bezeichnet.
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In 1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich ein Steuergerät 10 der Fahrdynamikregelung dargestellt. Dieses Steuergerät 10 ist mit Magnetventilen 11 der Druckluftleitungen 7 gekoppelt.
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Im Verfahren zur Erhöhung der Reifenhaftung des Fahrzeugs 1 unter Verwendung der Vorrichtung 3 wird mittels einer hier nicht näher dargestellten Außentemperaturermittlungseinheit die Außentemperatur im Bereich des Fahrzeugs 1, insbesondere im Bereich der Fahrbahn 2 ermittelt. Des Weiteren wird mittels der Sensorik der Fahrdynamikregelung des Fahrzeugs 1 ermittelt, ob zumindest ein Reifen 4 des Fahrzeugs 1 Schlupf gegenüber der Fahrbahn 2 aufweist. Zudem wird mittels der Sensorik der Fahrdynamikregelung des Fahrzeugs 1 eine Fahrzeugverzögerung ermittelt.
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Liegt die ermittelte Außentemperatur, d. h. bevorzugt die Temperatur der Fahrbahn 2 oder im Bereich der Fahrbahn 2, in einem Temperaturbereich, in welchem mit Fahrbahnglätte aufgrund von Eis, Reif und/oder Schnee gerechnet werden muss und wird an zumindest einem Reifen 4 des Fahrzeugs 1 ein Schlupf ermittelt, welcher einen vorgegebenen Wert übersteigt, und wird zugleich eine geringe Fahrzeugverzögerung ermittelt, welche unter einem vorgegebenen Wert liegt, so wird automatisch das haftungsverstärkende Mittel 6 unmittelbar vor und/oder unter die Reifenaufstandsfläche und/oder auf die Reifenlauffläche des jeweiligen Reifens 4 des Fahrzeugs 1 aufgebracht, welcher den Schlupf aufweist. Dazu wird die jeweilige Einrichtung 5, im hier dargestellten Beispiel der dem jeweiligen Reifen 4 des Fahrzeugs 1 zugeordnete Injektor, kurzzeitig angesteuert und das haftungsverstärkende Mittel 6, beispielsweise das Reibung erhöhende Granulat, vor und/oder auf den jeweiligen Reifen 4 geblasen. Dies erfolgt durch Ansteuerung des jeweiligen Magnetventils 11 durch das Steuergerät 10, wodurch Druckluft zu der jeweiligen Einrichtung 5 zum Aufbringen des haftungsverstärkenden Mittels 6 geleitet wird, mittels welcher das haftungsverstärkende Mittel 6 aus dem jeweiligen Vorratsbehälter 9 abgesaugt und über die jeweilige Einrichtung 5, d. h. über den jeweiligen Injektor vor und/oder auf den jeweiligen Reifen 4 geblasen wird.
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Zusätzlich kann bei einem derartigen festgestellten Fahrbahnzustand, der keine ausreichende Reifenhaftung ermöglicht, beispielsweise ein optisches, akustisches und/oder haptisches Warnmittel angesteuert werden und dadurch eine Fahrerwarnung generiert werden, um den Fahrzeugführer des Fahrzeugs 1 vor dem kritischen Fahrbahnzustand zu warnen, so dass der Fahrzeugführer seine Fahrweise entsprechend anpassen kann. Auf diese Weise können weitere derartige Fahrzustände des Fahrzeugs 1, in welchen der Einsatz des haftungsverstärkenden Mittels 6 erforderlich ist, durch den Fahrzeugführer vermieden werden, so dass ein sparsamer Einsatz des haftungsverstärkenden Mittels 6 ermöglicht ist und in den Vorratsbehältern 9 nur eine relativ geringe und dadurch ein Fahrzeuggewicht und einen Kraftstoffverbrauch pur unwesentlich erhöhende Menge des haftungsverstärkenden Mittels 6 mitzuführen ist, wobei trotzdem der Einsatz des haftungsverstärkenden Mittels 6 in derartigen kritischen Fahrzuständen auch beispielsweise bei längeren Fahrten stets sichergestellt ist.
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Des Weiteren kann, um den wirkungsvollen und zielgerichteten, aber gleichzeitig auch sparsamen Einsatz des begrenzten Vorrats des haftungsverstärkenden Mittels 6 sicherzustellen, das Aufbringen des haftungsverstärkenden Mittels 6 auf besonders kritische Fahrzustände begrenzt werden. Derartige kritische Fahrzustände treten insbesondere dann auf, wenn plötzlich und überraschend Fahrbahnglätte auftritt, beispielsweise plötzlich auftretende Reifglätte im Frühjahr und Herbst. Diese Fahrzustände sind dann besonders kritisch, wenn der Fahrzeugführer nicht mit dem Auftreten der Fahrbahnglätte rechnet. D. h. beispielsweise bei eindeutig winterlichen Fahrbedingungen, bei welchen der Fahrzeugführer jederzeit mit Glättesituationen rechnen muss und welche zum Beispiel durch eine sehr häufige Ermittlung von Glättesituationen durch die Sensorik der Fahrdynamikregelung und/oder durch eine Ermittlung von Schneefall oder Schneeglätte durch entsprechende Sensoren des Fahrzeugs 1 feststellbar sind, können die Vorrichtung 3 und/oder das Verfahren oder zumindest die Einrichtungen 5 zum Aufbringen des haftungsverstärkenden Mittels 6 deaktiviert werden oder beispielsweise Grenzwerte für den auftretenden Schlupf erhöht werden, so dass dann das haftungsverstärkende Mittel 6 nur noch aufgebracht wird, wenn das Fahrzeug 1 stark schleudert und durch normale Funktionen der Fahrdynamikregelung nicht mehr stabilisierbar ist.
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Des Weiteren kann beispielsweise in einer Bremssituation ohne ein seitliches Ausbrechen des Fahrzeugs 1, d. h. bei einer reinen längsdynamik, die Aktivierung der Einrichtungen 5 zum Aufbringen des haftungsverstärkenden Mittels 6 auf Situationen begrenzt werden, in denen ein frontaler Aufprall des Fahrzeugs 1 auf ein Hindernis droht. D. h. das haftungsverstärkende Mittel 6 wird, wenn sich das Fahrzeug 1 geradeaus bewegt und eine hier nicht dargestellte Bremseinrichtung des Fahrzeugs 1 aktiviert wird, nur dann aufgebracht, wenn durch eine nicht näher dargestellte Umgebungserfassungssensorik des Fahrzeugs 1 ein drohender Frontalaufprall auf ein Hindernis ermittelt wird. Eine derartige Umgebungserfassungssensorik umfasst beispielsweise einen oder mehrere Radar-, Lidar-, Ultraschall- und/oder Mikrowellensensoren und/oder eine oder mehrere Bilderfassungseinheiten, zum Beispiel Mono- und/oder Stereokameras.
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Durch diesen rationellen Einsatz des haftungsverstärkenden Mittels 6 wird, wie bereits erwähnt, sichergestellt, dass das haftungsverstärkende Mittel 6 auch bei längeren Fahrten bis zu einem Fahrtende zur Verfügung steht und dass nur eine relativ kleine Menge des haftungsverstärkenden Mittels 6 im Fahrzeug 1 mitgeführt werden muss. Dadurch erfordern die Vorratsbehälter 9 keinen zu großen Bauraum im Fahrzeug 1 und das Zusatzgewicht durch das haftungsverstärkende Mittel 6 ist relativ gering.
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Im Folgenden wird nochmals in anderen Worten und im Detail dargestellt, wie bei kritischen Fahrzustände das Aufbringen des haftungsverstärkenden Mittels 6 erfolgt:
Die Aktivierung des jeweiligen Injektors (radbezogen) geschieht bei Erkennung von Fahrbahnglätte über ein Fahrdynamik-Regelungssystem. Fährt ein Fahrzeug im längs- oder querdynamischen Grenzbereich kann mit Hilfe eines Fahrdynamik-Regelungssystems eine Reibwertschätzung durchgeführt werden. Erkennt ein Schlupfregeler (ABS) beispielsweise hohen Bremsschlupf an der Vorderachse beim Bremsen bei geradeaus fahrt (ABS-Regelung) kann aus der Fahrzeuglängsverzögerung relativ exakt der Reibwert abgeschätzt werden. Querdynamisch kann eine Reibwertschätzung aus der resultierenden Fahrzeuggesamtbeschleunigung erfolgen, sobald das gemessene Fahrzeugverhalten vom Fahrzeugmodellverhalten abweicht (ESP-Regelung). Wenn eine kritische Fahrsituation erkannt wird und die Reibwertschätzung einen geringen Reibwert ergibt, können die jeweiligen Injektoren kurzzeitig angesteuert und Reibung erhöhendes Granulat vor das entsprechende Rad geblasen werden. Um unnötigen Verschleiß/Verbrauch von Granulat zu verhindern könnte der Einsatz über eine Temperaturplausibilisierung auf winterliche Witterungsbedingungen beschränkt werden.
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Basis für die Auslösekriterien können z. B. die heutigen PRE-SAFE-Auslösekriterien bei erkanntem niedrigem Reibwert bilden:
Panik-Bremsung, wenn der Fahrerbremswunsch deutlich größer Ist als die realisierbare Fahrzeugverzögerung (hoher Vordruck/Bremspedalweg, geringe Fahrzeugverzögerung und ABS-Regelung an beiden Vorderrädern. Untersteuern bei erkanntem niedrigem Reibwert. Autonom bremsende Systeme (BASplus oder CMS-Funktionen) bei erkanntem niedrigem Reibwert. Hier bietet sich ein besonderer Vorteil, da die Umfeldbewertung mittels Radar bei der Berechnung der notwendigen Sollverzögerungen mangels verfügbarer Informationen immer von einem Reibwert μ = 1 ausgeht. D. h. wenn das Fahrdynamik-Regelungssystem einen niedrigen Reibwert erkennt, kann mit Hilfe des Injektors der Reibwert erhöht und so eine Kollision möglicherweise verhindert werden.
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Bei Glättesituationen in eindeutigen winterlichen Fahrbedingungen bei denen der Fahrer jederzeit mit Glättesituationen rechnen muss, kann das System automatisch deaktiviert werden. Das heißt, detektiert das Fahrzeug häufige Glättesituationen über die ESP-Regelung, oder erkennt das Fahrzeug Schneefall oder Schneeglätte, werden die Injektoren abgeschaltet. Ebenso ist eine manuelle Abschaltmöglichkeit denkbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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