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Die Erfindung betrifft die Regelung des Antriebsmoments von Kraftfahrzeugen zur Optimierung der Fahrstabilität.
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Im Stand der Technik sind vier Prinzipien zur Beeinflussung des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs mittels vorgebbarer Drücke in einzelnen Radbremsen und mittels Eingriff in das Motormanagement des Antriebsmotors bekannt. Dabei handelt es sich um Bremsschlupfregelung (ABS), welche während eines Bremsvorgangs das Blockieren einzelner Räder verhindern soll, um Antriebsschlupfregelung (ASR), welche das Durchdrehen der angetriebenen Räder verhindert, um elektronische Bremskraftverteilung (EBV), welche das Verhältnis der Bremskräfte zwischen Vorder- und Hinterachse des Fahrzeugs regelt, sowie um eine Giermomentregelung (GMR), welche für stabile Fahrzustände beim Durchfahren einer Kurve sorgt.
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Zur Erfassung von fahrdynamischen Zuständen können je Rad ein Drehzahlsensor, ein Giergeschwindigkeitsmessmittel, ein Querbeschleunigungsmessmittel und mindestens ein Drucksensor für den vom Bremspedal erzeugten Bremsdruck vorgesehen sein.
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Bei einer Fahrstabilitätsregelung wird das Fahrverhalten eines Fahrzeugs derart beeinflusst, dass es für den Fahrer in kritischen Situationen besser beherrschbar wird oder dass kritische Situationen von vornherein vermieden werden. Eine kritische Situation ist hierbei ein instabiler Fahrzustand, in welchem im Extremfall das Fahrzeug den Vorgaben des Fahrers nicht folgt. Die Funktion der Fahrstabilitätsregelung besteht also darin, innerhalb der physikalischen Grenzen in derartigen Situationen dem Fahrzeug das vom Fahrer gewünschte Fahrverhalten zu verleihen.
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Aus dem deutschen Patent
DE 41 23 235 C1 ist beispielsweise eine Vorrichtung zur Regelung des Giermoments eines Fahrzeugs bekannt, welches mit einer Sensorik zur Erfassung von Informationen über die Gierwinkelgeschwindigkeit, die Querbeschleunigung, den Lenkwinkel und die Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit des Fahrzeugs ausgestattet ist, die bei der Regelung eine in einem Modell ermittelte Schwimmwinkelgeschwindigkeit berücksichtigt, aufweisend Speichermittel für ein Rechenmodell, das anhand der Eingangsgrößen Lenkwinkel, Gierwinkelgeschwin-digkeit und Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit die Ausgangsgrößen Sollgierwinkelgeschwindigkeit und Gierwinkelgeschwindigkeitsdifferenz ermittelt, und einen Regler, der anhand der Gierwinkelgeschwindigkeitsdifferenz, die der Differenz zwischen Sollgierwinkelgeschwindigkeit und Gierwinkelgeschwindigkeit entspricht, Ausgangsgrößen für die in die Radbremsen einzusteuernden Bremsdrücke festlegt.
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In der deutschen Patentanmeldung
DE 19 733 674 A1 wird ein Verfahren zur Erhöhung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs während einer Kurvenfahrt vorgeschlagen, das für ein Kraftfahrzeug mit einer elektronischen Antriebsschlupfregelung und mit einer Motorsteuerung vorgesehen ist. Beim Erkennen einer Übersteuerungs- oder Untersteuerungstendenz wird durch Erhöhung des Motorantriebsmomentes und gleichzeitiges Abbremsen eines bestimmten Antriebsrades ein der Übersteuerung- bzw. Untersteuerung entgegenwirkendes, stabilisierendes oder die Kurvenfahrt unterstützendes Giermoment erzeugt. Die Informationen zur Erkennung einer Kurvenfahrtsituation und einer Übersteuerungs- oder Untersteuerungstendenz werden aus dem Raddrehverhalten, das Drehzahlsensoren ermitteln, abgeleitet.
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Bei allen bekannten Fahrstabilitätsregelungssystemen wird dabei versucht, die Stabilität des Fahrzeugs durch einen gezielten Bremseingriff wiederherzustellen. Dabei wird bei jedem Bremseingriff Bewegungsenergie in Wärmeenergie umgewandelt. Diese Energie geht für die Bewegung des Fahrzeugs verloren. Selbst bei mit Rekuperationsvorrichtungen ausgestatteten Elektrofahrzeugen kann die Bewegungsenergie nicht vollständig mittels Rekuperation wiedergewonnen werden, da alle erforderlichen Einrichtungen mit einem Wirkungsgrad kleiner 100% ausgestattet sind und somit in jedem Fall für die Fortbewegung nutzbare Energie verloren geht. Darüber hinaus müssen über solche Regelungen zusätzliche Kräfte über die Reifen auf die Straße übertragen werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Optimierung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs beim Betrieb auf einer Straße anzugeben, das die Ausnutzung der in einer bestimmten Fahrsituation im Fahrzeug vorhandenen Bewegungsenergie optimiert.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–11. Die Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung nach Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 13–16. Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Fahrzeug nach Anspruch 17 gelöst.
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Das erfinderische Verfahren zur Optimierung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs mit einem Antriebsaggregat beim Betrieb auf einer Straße zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus:
Zunächst wird die aktuelle Stabilitätssituation des Fahrzeugs erfasst, um anschließend mit einer Vorgabe für die Stabilitätssituation verglichen zu werden. Ergibt der Vergleich eine Abweichung der aktuellen Stabilitätssituation von der Vorgabe in Richtung Instabilität, erfolgt ein Eingriff in die Leistungssteuerung des Antriebsaggregats des Fahrzeugs durch Veränderung mindestens eines Parameters zur Erzeugung eines Nullmoments bei geschlossenem Antriebsstrang; andernfalls erfolgt kein Eingriff in die Leistungssteuerung des Antriebsaggregats des Fahrzeugs. Nach der Wiederherstellung einer der Vorgabe entsprechenden Stabilitätssituation erfolgt die Wiederherstellung der vor dem Eingriff herrschenden Antriebsmomentensituation.
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Unter Nullmoment wird in diesem Zusammenhang ein Drehmoment verstanden, bei dem weder ein Brems- noch ein Beschleunigungsmoment auf die Antriebsräder des Fahrzeugs übertragen wird. Dabei ist das Nullmoment von der Drehzahl des Antriebsaggregats einerseits sowie den Umgebungsbedingungen der jeweiligen Fahrsituation, wie beispielsweise Windverhältnisse, Steigungs- oder Gefällstrecken, Reibwert des Straßenbelags und der Bereifung, aber auch der Beladungssituation des Fahrzeugs, abhängig. Die Steuerung des von dem Antriebsaggregat abgegebenen Antriebsmoments wird üblicherweise über die Stellung des Fahrpedals vorgenommen. Die manuelle Einleitung eines Nullmoments durch den Fahrer ist dabei schwierig. Das Fahrpedal darf nicht zu weit zurück genommen werden, da dann ein Bremsmoment von dem Antriebsaggregat auf die angetriebenen Räder übertragen werden wird. Wird das Fahrpedal aber nicht weit genug zurück genommen, wird weiterhin ein Beschleunigungsmoment auf die Antriebsräder übertragen. Zur Lösung dieses Problems bietet sich eine Hilfestellung zur Auffindung der Fahrpedalstellung an, bei der bei geschlossenem Antriebsstrang weder ein Bremsmoment noch ein Antriebsmoment einleitet wird. Die Hilfestellung kann beispielsweise über ein akustisches, visuelles und/oder taktiles Signal gegeben werden. Der Fahrzeugführer erhält somit ein Signal, welches beispielsweise in Form eines leisen Tones und/oder durch Aufleuchten einer kleinen LED im Cockpitbereich des Kraftfahrzeuges und/oder über einen wahrnehmbaren Druckpunkt im Fahrpedal selbst erfolgen kann. Auf diese Weise kann der Fahrzeugführer die Hilfestellung leicht wahrnehmen, ohne vom Führen des Fahrzeuges abgelenkt zu werden. Die Hilfestellung kann mechanisch, hydraulisch, elektromagnetisch und/oder pneumatisch abgegeben werden, so dass verschiedene Möglichkeiten bestehen, die Hilfestellung zu leisten. Insbesondere kann bei der Betätigung des Fahrpedals ein vom Fahrer leicht wahrnehmbarer Druckpunkt angeordnet sein, an dem die Energiezufuhr so weit abgeriegelt wird, dass keine Motorbremswirkung einsetzt. So kann beispielsweise der Druckpunkt mittels einer zusätzlichen Feder erfolgen, was den Vorteil hat, dass der bisherige Bewegungsablauf nicht verändert wird und somit auch ein Fahrzeugführer, der die Hilfestellung nicht kennt, das Fahrzeug ohne Schwierigkeiten steuern kann.
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Unter einem Fahrzeug wird in diesem Zusammenhang insbesondere ein Kraftfahrzeug zum Betrieb auf einer Straße verstanden, wobei das Fahrzeug ein Antriebsaggregat und einen Antriebsstrang aufweist. Der Antriebsstrang enthält ein Getriebe zur Übersetzung der Drehzahl des Antriebsaggregats auf eine Raddrehzahl, eine Kupplung zur Trennung beziehungsweise Verbindung von Antriebsaggregat und Antriebsrad, Wirkverbindungen zwischen Antriebsaggregat, Getriebe und Antriebsrad sowie mindestens ein Antriebsrad. Über den Antriebsstrang wird das im Antriebsaggregat erzeugte Antriebsmoment auf die Straße übertragen, wodurch sich das Fahrzeug fortbewegt.
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Bei dem Antriebsaggregat kann es sich um einen Motor aus der Gruppe der Verbrennungsmotoren, Elektromotoren, Dampfmotoren, Stirlingmotoren und/oder Wankelmotoren und/oder um eine Motorenkombination der genannten Motoren handeln, wie beispielsweise einem Hybridantrieb. Die genannten Antriebsaggregate können mit allen bekannten Getriebearten, wie beispielsweise einem Automatikgetriebe, einem Halbautomatikgetriebe oder einer manuelle Schaltung kombiniert werden.
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Durch den Eingriff in die Leistungssteuerung des Antriebsaggregats kann eine Fahrsituation relativ schnell stabilisiert werden, da nur elektronische Komponenten an der Regelung beteiligt sind. Da die Regelung automatisch erfolgt, kann das Fahrpedal an der Stelle verbleibenden, an der es sich vor dem Eintritt der potenziell instabilen Fahrsituation befand. Der Fahrer muss nicht eingreifen. Da der Eingriff in die Leistungssteuerung des Antriebsaggregats des Fahrzeugs mit Wiederherstellung einer der Vorgabe entsprechenden Stabilitätssituation automatisch beendet wird, kann das Fahrzeug beispielsweise bei Erreichen einer höheren Haftungsgrenze zwischen Reifen und Fahrbahnbelag automatisch entsprechend bis zur Stellung des Fahrpedals wiederbeschleunigt werden.
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Die Stabilität einer Fahrsituation kann dabei über alle im Stand der Technik bekannten Möglichkeiten erfasst werden. Beispielsweise hat sich die Erfassung des Giermoments als geeignet erwiesen. Dabei kann der Luftdruck und oder die Geschwindigkeit eines eventuellen Luftverlustes eines Reifens mit berücksichtigt werden. Die Überschreitung eines vordefinierten Grenzwertes durch das gemessene Giermoment führt dabei zur Einleitung und Regelung des Nullmoments.
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Statt der Erfassung des Giermoments oder auch in Kombination mit der Erfassung des Giermoments können auch andere Parameter gemessen und genutzt werden. Beispielsweise bietet sich auch die Messung der Fahrzeugneigung an. Bei jeder Geschwindigkeit, Beschleunigung, Gewicht und Art der Beladung, wie beispielsweise dem Vorhandensein einer Dachbox, gibt es eine bestimmte kritische Frequenz der Hin- und Her-Bewegung, die beispielsweise durch ein Ausweichmanöver oder Seitenwind hervorgerufen werden kann, die trotz guter Haftung der Reifen auf der Straße zu einem Aufschaukeln und im Extremfall bis zum völligen Kontrollverlust über das Fahrzeug führen kann. Wird diese Frequenz unter den oben genannten Bedingungen festgestellt, führt die sofortige Einleitung und Regelung eines Nullmoments zu einer Situationsentschärfung. Dabei kann auch der Zustand der Stoßdämpfer mit einfließen, beispielsweise durch die Messung des Stoßdämpferinnendrucks bei Belastung. Dabei kann der Innendruck eines jeden Stoßdämpfers mit dem der anderen Stoßdämpfer verglichen werden. Bei Unterschreiten eins vordefinierten kritischen Innendrucks kann auch eine optische Warnung angezeigt werden.
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Insbesondere bietet sich die Regelung auch beim Anhängerbetrieb an. Ausgelöst durch das Annähern an eine für jedes Gespann individuelle kritische Geschwindigkeit und eventuelle zusätzliche Faktoren wie beispielsweise Seitenwind und/oder Fahrbahnverhältnisse, kann sich ein Anhänger aufschaukeln. Die dabei an der Anhängerkupplung auftretenden seitlichen Kräfte können gemessen werden. Durch die Einleitung und Regelung des Nullmoments kann sich die Schaukelbewegung des Anhängers verringern und das Gespann wieder in einen stabilen Fahrzustand versetzt werden.
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Beim Überfahren einer vereisten Brücke kann Schlupf an den Rädern auftreten, der gemessen und mit einem zuvor definierten maximalen Schlupf verglichen werden kann. Übertrifft der gemessene Schlupf die zuvor definierte Grenze, kann das Nullmoment eingeleitet und geregelt werden und eine instabile Fahrsituation vermieden werden. Eine ähnliche Entschärfung einer potenziell gefährlichen Situation gelingt durch die Einleitung eines Nullmoments bei der Rücknahme des Antriebsmoments des Antriebsaggregats in Kurven. Durch die Rücknahme des Antriebsmoments in Kurven bis zur Schubabschaltung wird der Schwerpunkt des Fahrzeugs von der Hinterachse in Richtung Vorderachse deutlich verlagert, was dazu führt, dass die Hinterräder entlastet werden, was zu einer geringeren Haftgrenze der Hinterräder führt. Das Fahrzeug kann durch die auftretenden Fliehkräfte an der Hinterachse ausbrechen. Die rechtzeitige Einleitung und Regelung eines Nullmoments kann den Haftungsverlust und damit ein Ausbrechen des Fahrzeugs an der Hinterachse vermeiden.
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Ebenso ist es möglich, die Frequenz des Nachschaukelns des Fahrzeugs nach Überfahren eines Hindernisses zu messen und mit einem Sollwert zu vergleichen, wobei hier ebenfalls der Zustand der Stoßdämpfer mit berücksichtigt werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden zusätzlich zur aktuellen Stabilitätssituation des Fahrzeugs auch aktuelle Umweltbedingungen erfasst. Bei diesen Umweltbedingungen kann es sich beispielsweise um Temperaturen, Reibwerte, Wind oder Feuchte handeln. Diese Daten können zur Auswahl des bzw. der Parameter, deren Veränderung den Eingriff in die Steuerung des Antriebsaggregat des Fahrzeugs darstellen, herangezogen werden. Weiterhin können diese Größen auch bei der Berechnung des Ausmaßes der Veränderung dieser Parameter verwendet werden.
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Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn für die Bestimmung der Veränderung des mindestens einen Parameters zur Erzeugung des Nullmoments zusätzlich Geodaten verwendet werden. Diese Geodaten können die aktuelle Position des Fahrzeugs und einen Teil der zukünftigen Fahrstrecke des Fahrzeugs enthalten. Durch die Einbeziehung dieser Geodaten ist es möglich, die Regelung an die Streckenführung anzupassen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden für die Bestimmung der Veränderung des mindestens einen Parameters zur Erzeugung des Nullmoments zusätzlich weitere Informationen über Umweltbedingungen zumindest auf einem Teil der zukünftigen Fahrstrecke des Fahrzeugs verwendet. Diese Informationen können beispielsweise von Informationsdiensten auch drahtlos bezogen werden. Durch die Einbeziehung solcher zukünftigen Umweltbedingungen, die neben Informationen über beispielsweise Temperaturen, Niederschläge und Wind auch Informationen über die Strecke, wie beispielsweise Steigungen oder Gefälle, Brücken, Hindernisse, Verkehrsbeschränkungen sowie Ampeln und deren voraussichtliches Signal bei Erreichen enthalten können, ist es möglich, eine optimale Geschwindigkeit für jeden Punkt auf der zukünftigen Fahrtstrecke zu errechnen. Anschließend kann bestimmt werden, wie möglichst energiesparend und mit möglichst stabilem Fahrverhalten die Strecke bewältigt werden kann. Entsprechende Empfehlungen können dem Fahrer signalisiert werden und/oder automatisch geregelt werden.
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So wird beispielsweise in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zumindest über die Umweltbedingungen auf zumindest einem Teil der zukünftigen Fahrstrecke des Fahrzeugs die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit für zumindest einen Teil der zukünftigen Fahrstrecke des Fahrzeugs bestimmt, damit die Stabilitätssituation des Fahrzeugs auf diesem Teil der zukünftigen Fahrstrecke des Fahrzeugs nicht instabiler wird als es der Vorgabe entspricht. Dafür wird entsprechend in die Leistungssteuerung des Antriebsaggregats des Fahrzeugs zur Erreichung höchstens der maximalen Geschwindigkeit auf zumindest diesem Teil der zukünftigen Fahrstrecke des Fahrzeugs eingegriffen.
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Mit dem beschriebenen Verfahren ist es auch möglich, eine Entfernung mit möglichst hoher Effizienz mit einem Fahrzeug zurückzulegen. Es ist bekannt, dass die Zurücklegung einer festgelegten Strecke dadurch effizienter, das heißt antriebsenergiesparender, zurückgelegt werden kann, wenn unter hohem Wirkungsgrad des Antriebsaggregats zunächst auf eine höhere Geschwindigkeit beschleunigt wird, um das Fahrzeug anschließend bis auf eine niedrigere Geschwindigkeit mit geöffnetem Antriebsstrang ausrollen zu lassen. Dieser Zyklus wird dabei so oft wiederholt, bis die gesamte Strecke durchfahren wurde. Dabei ist es unbequem, den Antriebsstrang ständig zu öffnen und zu schließen. Darüber hinaus kann bei Eintreten einer gefährlichen Situation bei geöffnetem Antriebsstrang eventuell nicht schnell genug reagiert werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann für die Ausrollphase die Antriebsleistung des Antriebsaggregats auf das Nullmoment geregelt werden, wobei der Antriebsstrang geschlossen bleibt. Durch die Fahrstabilitätsoptimierungsvorrichtung kann die höhere Geschwindigkeit in Abhängigkeit der Umweltbedingungen und/oder der meteorologischen Bedingungen sowie unter Einbeziehung statistischer Daten und der Leistungsdaten des Antriebsaggregats optimal gewählt werden, wodurch sich die Effizienz der Antriebsenergieausnutzung erhöht.
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Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn meteorologische Daten als Eingangsgrößen für die Regelung benutzt werden. Diese Meteodaten können beispielsweise über eine drahtlose Verbindung zu einem Sender empfangen werden. Die Regelung kann damit beispielsweise den herrschenden beziehungsweise den zu erwartenden Temperaturen angepasst werden.
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Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn auch historische meteorologische Daten für die Regelung benutzt werden. Insbesondere, wenn die meteorologischen Daten mit Geodaten verbunden werden, lässt sich die Regelung optimieren. Beispielsweise kann eine Kurve auf der Fahrstrecke je nach Nässe der Fahrbahn zu unterschiedlichen Regelungsergebnissen führen. Auch ein vorhersehbarer Temperatursturz kann die Regelung beeinflussen. Ebenso kann auf diese Weise erkannt werden, dass beispielsweise eine feuchte Kurve in einem geschützten Waldstück bei einem plötzlichen Anstieg der Temperatur über den Gefrierpunkt nach wie vor verreist und somit gefährlich sein kann. Die Regelung kann mit dieser Information entsprechend angepasst werden, so dass das Nullmoment beispielsweise bereits bei geringeren Geschwindigkeiten beziehungsweise weiter vor der Kurve eingeleitet wird. Die historischen meteorologischen Daten können auch historische statistische Daten enthalten. Beispielsweise können Daten über den jahreszeitenabhängigen Reibungskoeffizienten in Kurven in die Regelung aufgenommen werden. Laub, Blütenstaub, mechanischer Abtrieb oder sonstige Staubpartikel, insbesondere bei Regen nach einer langen regenlosen Zeit, können den Reibungskoeffizienten der Straße deutlich herabsetzen. Auch ist vorstellbar, Tageszeit und Sonnenstand in die Regelung mit aufzunehmen. So ist es möglich, die Tatsache in der Regelung mit zu berücksichtigen, dass beispielsweise in der Sonne Plustemperaturen herrschen, während es in einer schattigen Kurve frieren kann. Auch statistische Daten über Unfallschwerpunkte und die Ursache dieser Unfälle kann in die Regelung aufgenommen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird eine der vorgenannten Maßnahmen oder eine Kombination der vorgenannten Maßnahmen mit dem Abbremsen mindestens eines Rades des Fahrzeuges bei einer vorgegebenen Stabilitätssituationen nicht entsprechenden Fahrsituation des Fahrzeugs kombiniert. Diese Kombination ist vor allem dann vorteilhaft, wenn der Fahrer durch manuellen Eingriff eine gefährliche Fahrsituation heraufbeschworen hat, die sich nur durch eine Regelung des Antriebsmoments nicht mehr entschärfen lässt.
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Eine erfindungsgemäße Fahrstabilitätsoptimierungsvorrichtung für ein Fahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass die Fahrstabilitätsoptimierungsvorrichtung mindestens einen Sensor zur Erfassung der aktuellen Stabilitätssituation des Fahrzeugs aufweist und weiterhin eine Speichereinrichtung aufweist, in der mindestens eine Vorgabe für eine Stabilitätssituation des Fahrzeugs speicherbar ist, sowie weiterhin ein Mittel zur Durchführung eines Vergleichs der aktuellen Stabilitätssituation des Fahrzeugs mit der Vorgabe und eine Stellvorrichtung zur Leistungssteuerung des Antriebsaggregats aufweist. Mit einer solchen Fahrstabilitätsoptimierungsvorrichtung ist das erfinderische Verfahren zur Optimierung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs durchführbar.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Fahrstabilitätsoptimierungsvorrichtung weiterhin mindestens einen Sensor auf, mit dem mindestens ein aktueller Umweltparameter erfassbar ist.
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Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Fahrstabilitätsoptimierungsvorrichtung weiterhin mindestens einen Sensor aufweist, mit dem die aktuelle Position des Fahrzeugs erfassbar ist, sowie weiterhin ein Speichermittel aufweist, von dem eine zukünftige Fahrstrecke des Fahrzeugs abrufbar ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Fahrstabilitätsoptimierungsvorrichtung weiterhin ein Mittel auf, von dem Informationen über Umweltbedingungen zumindest auf einem Teil der zukünftigen Fahrstrecke des Fahrzeugs abrufbar sind.
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Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft erweisen, wenn von dem Mittel, von dem Informationen über Umweltbedingungen zumindest auf einem Teil der zukünftigen Fahrstrecke des Fahrzeugs abrufbar sind, eine drahtlose Verbindung zu einem Sendemittel herstellbar ist, wobei Informationen über Umweltbedingungen zumindest auf einem Teil der zukünftigen Fahrstrecke des Fahrzeugs von dem Sendemittel übermittelbar sind.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass das Fahrzeug eine erfindungsgemäße Fahrstabilitätsoptimierungsvorrichtung aufweist.
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Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildung.
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Die Abbildung zeigt:
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1 erfindungsgemäßes Fahrzeug
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 100 mit einer Fahrstabilitätsoptimierungsvorrichtung 150. Die Fahrstabilitätsoptimierungsvorrichtung 150 ist mit einer Antenne 151 verbunden, die dazu eingerichtet ist, Geodaten, meteorologische und statistische Daten, die mittels Funkwellen 300 übertragen werden, zu empfangen. Weiterhin weist das Fahrzeug 100 mindestens einen Sensor 110 zur Erfassung von Umweltdaten auf. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Temperatursensor 110 handeln. Dieser Sensor 110 ist mit der Fahrstabilitätsoptimierungsvorrichtung 150 elektrisch verbunden, worüber die erfassten Daten an die Fahrstabilitätsoptimierungsvorrichtung 150 übermittelt werden. Weiterhin weist das Fahrzeug eine angetriebene Achse mit Antriebsrädern 130 auf. An jedem Antriebsrad 130 ist ein Raddrehzahlsensor 131 vorgesehen, der elektrisch mit der Fahrstabilitätsoptimierungsvorrichtung 150 verbunden ist, worüber die erfassten Daten an die Fahrstabilitätsoptimierungsvorrichtung 150 übermittelt werden. Weiterhin weist das Fahrzeug 100 weitere Räder 140 auf, die ebenfalls angetrieben sein können, wie es bei einem allradgetriebenen Fahrzeug 100 der Fall ist, oder nicht angetrieben sind. Auch diese Räder 140 weisen Raddrehzahlsensoren 141 auf, die elektrisch mit der Fahrstabilitätsoptimierungsvorrichtung 150 verbunden sind, worüber die erfassten Daten an die Fahrstabilitätsoptimierungsvorrichtung 150 übermittelt werden.
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Über die verschiedenen Sensoren 110, 131, 141 werden Fahrsituationsparameter wie beispielsweise die Umgebungstemperatur und die Drehzahlen der Räder 130, 140 erfasst und an die Fahrstabilitätsoptimierungsvorrichtung 150 weitergeben. Hier werden die Parameter miteinander zu mindestens einem Kennwert verrechnet, wobei dieser Kennwert die aktuelle Stabilitätssituation des Fahrzeugs repräsentiert.
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Weiterhin verfügt das Fahrzeug 100 über eine Antenne 151, über die durch Funkwellen 300 übertragene Geo-, Meteo- und/oder statistische Daten empfangbar sind. Diese Daten können zusätzlich zu den über die Sensoren 110, 131, 141 aufgenommenen Daten zur Steuerung des Antriebsaggregats 120 des Fahrzeugs 100 herangezogen werden. Weiterhin können diese Größen auch bei der Berechnung des Ausmaßes der Veränderung dieser Parameter verwendet werden.
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Insbesondere können auch Wettervorhersagen, die als Meteodaten empfangen werden, für die Bestimmung der Veränderung mindestens eines Parameters zur Erzeugung des Nullmoments als weitere Informationen über Umweltbedingungen zumindest auf einem Teil der zukünftigen Fahrstrecke des Fahrzeugs 100 verwendet werden. Durch die Einbeziehung solcher zukünftigen Umweltbedingungen, die neben Informationen über beispielsweise Temperaturen, Niederschläge und Wind auch Informationen über die Strecke, wie beispielsweise Steigungen oder Gefälle, Brücken, Hindernisse, Verkehrsbeschränkungen sowie Ampeln und deren voraussichtliches Signal bei Erreichen enthalten können, ist es möglich, eine optimale Geschwindigkeit für jeden Punkt auf der zukünftigen Fahrtstrecke zu errechnen. Anschließend kann bestimmt werden, wie möglichst energiesparend und mit möglichst stabilem Fahrverhalten die Strecke bewältigt werden kann. Entsprechende Empfehlungen können dem Fahrer signalisiert werden und/oder automatisch geregelt werden.
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Mit dem beschriebenen Verfahren ist es auch möglich, eine Entfernung mit möglichst hoher Effizienz mit einem Fahrzeug 100 zurückzulegen. Es ist bekannt, dass die Zurücklegung einer festgelegten Strecke dadurch effizienter, das heißt antriebsenergiesparender, zurückgelegt werden kann, wenn unter hohem Wirkungsgrad des Antriebsaggregats 120 das Fahrzeug 100 zunächst auf eine höhere Geschwindigkeit beschleunigt wird, um das Fahrzeug 100 anschließend bis auf eine niedrigere Geschwindigkeit mit geöffnetem Antriebsstrang ausrollen zu lassen. Dieser Zyklus wird dabei so oft wiederholt, bis die gesamte Strecke durchfahren wurde. Dabei ist es unbequem, den Antriebsstrang für die Ausrollphase zu öffnen und für die Beschleunigungsphase wieder zu schließen. Darüber hinaus kann bei Eintreten einer gefährlichen Situation bei geöffnetem Antriebsstrang eventuell nicht schnell genug reagiert werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann für die Ausrollphase die Antriebsleistung des Antriebsaggregats 120 auf das Nullmoment geregelt werden, wobei der Antriebsstrang geschlossen bleibt. Durch die Fahrstabilitätsoptimierungsvorrichtung 150 kann die höhere Geschwindigkeit in Abhängigkeit der Umweltbedingungen und/oder der meteorologischen Bedingungen sowie unter Einbeziehung statistischer Daten und der Leistungsdaten des Antriebsaggregats 120 optimal gewählt werden, wodurch sich die Effizienz der Antriebsenergieausnutzung erhöht.
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Weiterhin verfügt die Fahrstabilitätsoptimierungsvorrichtung 150 über ein Speichermittel, in dem die Stabilitätssituation des Fahrzeugs repräsentierende Vorgabewerte hinterlegt sind. Die aktuelle Stabilitätssituation des Fahrzeugs 100 wird nun mit der Vorgabe verglichen. Ergibt der Vergleich eine Abweichung der aktuellen Stabilitätssituation von der Vorgabe in Richtung Instabilität, erfolgt ein Eingriff in die Leistungssteuerung des Antriebsaggregats 120 des Fahrzeugs 100 durch Veränderung mindestens eines Parameters zur Erzeugung eines Nullmoments bei geschlossenem Antriebsstrang. Ergibt der Vergleich keine Abweichung der aktuellen Stabilitätssituation von der Vorgabe in Richtung Instabilität, erfolgt kein Eingriff in die Leistungssteuerung des Antriebsaggregats 120 des Fahrzeugs 100. Nach der Wiederherstellung einer der Vorgabe entsprechenden Stabilitätssituation erfolgt die Wiederherstellung der vor dem Eingriff herrschenden Antriebsmomentensituation.
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Der Eingriff in die Leistungssteuerung des Antriebsaggregats 120 des Fahrzeugs 100 erfolgt durch Veränderung mindestens eines Parameters der Steuerung des Antriebsaggregats 120, so dass das Antriebsmoment Null beträgt. Dabei wird weder ein Brems-, noch ein Beschleunigungsmoment auf die Antriebsräder 130 des Fahrzeugs 100 übertragen. Der Antriebsstrang bleibt dabei geschlossen, das heißt das Antriebsaggregat 120 bleibt mit den Antriebsrädern 130 wirkverbunden.
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Bei dem Antriebsaggregat 120 handelt es sich um einen Verbrennungsmotor. Es ist aber auch denkbar, dass das Antriebsaggregat 120 ein Elektromotor, ein Dampfmotor, Stirlingmotor oder Wankelmotor oder eine Kombination der genannten Motoren, wie es beispielsweise bei einem Hybridantrieb der Fall ist, ist. Das in dem Antriebsstrang enthaltene Getriebe kann ein Automatikgetriebe, ein Halbautomatikgetriebe oder ein manuelles Getriebe sein.
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Durch das Vorsehen von Raddrehzahlsensoren 131, 141 an einem angetriebenen Rad 130 und einem nicht angetriebenen Rad 140 lässt sich auch Aquaplaning als potentiell instabile Fahrsituation erfassen. Aquaplaning bezeichnet dabei das Aufschwimmen eines Rads 130, 140 auf dem Wasserfilm einer nassen Fahrbahn 200. In diesem Fall schiebt sich ein Wasserkeil unter die Radaufstandsfläche und führt damit zum Verlust der Haftung. Im Moment des Aquaplanings können keine Führungs- und Bremskräfte auf die Fahrbahn 200 übertragen werden. Das Fahrzeug 100 kann daraufhin ins Schleudern geraten.
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Bei Aquaplaning wird die Drehgeschwindigkeit eines nicht angetriebenen aufschwimmenden Rades 140 kleiner als es der Fahrgeschwindigkeit entspricht. Durch einen Vergleich der Raddrehgeschwindigkeiten zwischen angetriebenen Rädern 130 und nicht angetriebenen Rädern 140 lässt sich somit Aquaplaning erfassen. Eine andere Erfassungsmöglichkeit, die alleine oder ergänzend angewendet werden kann, besteht in dem Vergleich der gemessenen Raddrehzahl mit einer theoretischen Raddrehzahl, die sich aus der Drehzahl des Antriebsaggregats 120 unter Berücksichtigung von Übersetzungsparametern berechnen lässt. Wird bei Aquaplaning stark gebremst oder im Gegenteil stark beschleunigt, steigt die Schleudergefahr signifikant. Durch die Einleitung und Regelung des Nullmoments lässt sich im Moment des Aquaplanings die Gefahr entschärfen. Geschieht die Einleitung und Regelung automatisch, können auch Fahrerfehler vermieden werden.
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Durch den Eingriff in die Leistungssteuerung des Antriebsaggregats 120 kann eine Fahrsituation relativ schnell stabilisiert werden, da nur elektronische Komponenten an der Regelung beteiligt sind. Da die Regelung automatisch erfolgt, kann das Fahrpedal an der Stelle verbleiben, an der es sich vor dem Eintritt der potenziell instabilen Fahrsituation befand. Der Fahrer muss nicht eingreifen. Wenn der Eingriff in die Leistungssteuerung des Antriebsaggregates 120 des Fahrzeugs 100 mit Wiederherstellung einer der Vorgabe entsprechenden Stabilitätssituation automatisch beendet wird, kann das Fahrzeug 100 beispielsweise bei Erreichen einer höheren Haftungsgrenze zwischen Rad 130, 140 und Straße 200 automatisch entsprechend bis zur Stellung des Fahrpedals beschleunigt werden.
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Bei Regelungen durch Assistenzsysteme, beispielsweise einem Hindernisassistenten, bietet sich ebenfalls die Regelung im Nullmoment an. Beispielsweise ist eine Situation vorstellbar, in der ein Hindernis von einer Seite auf die Fahrbahn in den Fahrweg eines Fahrzeugs so kurzfristig kommt, dass eine Bremsung nicht mehr möglich ist. Das Assistenzsystem kann in einem solchen Fall eine Ausweichung mit oder auch ohne Bremsunterstützung einleiten. Ohne Bremsung können die Räder mehr Seitenführungskräfte auf die Straße übertragen und ein Ausweichen stabiler ausführen. Im Nullmoment, wo keinerlei Beschleunigung- oder Bremskräfte auf die Straße übertragen werden, ist die übertragbare Seitenführungskraft der Räder auf die Straße maximiert, so dass mit der Einleitung und Regelung eines Nullmoments in einer solchen Situation die Ausweichung weniger risikobehaftet ist und eine Kollision mit höherer Wahrscheinlichkeit verhindert werden kann.
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Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fahrzeug
- 110
- Sensor, Temperatursensor
- 120
- Antriebsaggregat
- 130
- Antriebsrad
- 131
- Raddrehzahlsensor
- 140
- Rad
- 141
- Raddrehzahlsensor
- 150
- Fahrstabilitätsoptimierungsvorrichtung
- 151
- Antenne
- 200
- Straße, Fahrbahn
- 300
- Funkwellen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4123235 C1 [0005]
- DE 19733674 A1 [0006]
