DE102019201294A1

DE102019201294A1 - Vorrichtung zur Radlasterhöhung für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben dieser Vorrichtung

Info

Publication number: DE102019201294A1
Application number: DE102019201294.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Knoll; Marc Schieß
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2020-08-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Radlasterhöhung für ein Kraftfahrzeug (1), umfassend mindestens eine Sensoreinheit (2a), die zur Erfassung von Fahrzeugbetriebsinformationen und/oder Umgebungsinformationen charakterisierenden Messwerten ausgebildet ist. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Auswert- und Steuereinheit (3), die zur Datenübertragung mit der mindestens einen Sensoreinheit (2a) gekoppelt und unter Berücksichtigung der erfassten Messwerte zur Beurteilung einer Betriebssituation des Kraftfahrzeugs (1) ausgebildet ist. Eine Federvorspanneinheit (4) ist dazu eingerichtet, an einem jeweiligen Federbein (5) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet zu sein, wobei die Federvorspanneinheit (4) ein innerhalb eines Gehäuses (6) aufgenommenes sowie axial vorgespanntes Federelement (7) und ein Betätigungsmodul (8) umfasst, das von der Auswert- und Steuereinheit (3) steuerbar ist, um in einer von der Auswert- und Steuereinheit (3) ermittelten Notbetriebssituation des Kraftfahrzeugs die Federvorspanneinheit (4) zu aktivieren, wobei das Betätigungsmodul (8) im aktivierten Zustand der Federvorspanneinheit (4) die axiale Vorspannung des Federelements (7) löst und dadurch die Radlast des jeweiligen Rades (9) erhöht. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben dieser Vorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Federvorspanneinheit für ein Federbein, ein Federbein des Kraftfahrzeugs sowie ein Computerprogrammprodukt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Radlasterhöhung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben dieser Vorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Federvorspanneinheit, ein Federbein sowie ein Computerprogrammprodukt.
Aus der DE 10 237 658 A1 geht eine Einrichtung zur Verstärkung der Bodenhaftung bei einem Fahrzeug hervor, bei der in einer Gebrauchsstellung aus einer unter dem Fahrzeug angeordneten und gegen die Atmosphäre abgedichteten Unterdruckkammer Luft absaugbar und dadurch ein Unterdruck erzeugbar ist. Die Unterdruckkammer ist in einer flexiblen, elastischen Bremsmatte angeordnet. Mittels der Einrichtung wird zusätzlich zu den Reifenaufstandsflächen eine Bremskraft erzeugt, indem die Bremsmatte auf eine Fahrbahn gepresst wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Radlasterhöhung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben derselben zu verbessern. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 und 6. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Radlasterhöhung für ein Kraftfahrzeug umfasst mindestens eine Sensoreinheit, die zur Erfassung von Fahrzeugbetriebsinformationen und/oder Umgebungsinformationen charakterisierenden Messwerten ausgebildet ist, eine Auswert- und Steuereinheit, die zur Datenübertragung mit der mindestens einen Sensoreinheit gekoppelt und unter Berücksichtigung der erfassten Messwerte zur Beurteilung einer Betriebssituation des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, sowie eine Federvorspanneinheit, die dazu eingerichtet ist, an einem jeweiligen Federbein des Kraftfahrzeugs angeordnet zu sein, umfassend ein innerhalb eines Gehäuses aufgenommenes sowie axial vorgespanntes Federelement und ein Betätigungsmodul, das von der Auswert- und Steuereinheit steuerbar ist, um in einer von der Auswert- und Steuereinheit ermittelten Notbetriebssituation des Kraftfahrzeugs die Federvorspanneinheit zu aktivieren, wobei das Betätigungsmodul im aktivierten Zustand der Federvorspanneinheit die axiale Vorspannung des Federelements löst und dadurch die Radlast des jeweiligen Rades erhöht.
Die mindestens eine Sensoreinheit erfasst Messwerte, welche Fahrzeugbetriebsinformationen und/oder Umgebungsinformationen charakterisieren. Als Fahrzeugbetriebsinformationen sind insbesondere die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, die Raddrehzahl, die Reifencharakteristik, die aktuellen Reibwertverhältnisse, der aktuelle Luftdruck und/oder die Profilierung der Reifen sowie das aktuelle Gewicht des Kraftfahrzeugs zu verstehen.
Als Umgebungsinformationen sind insbesondere die Position, der Abstand sowie die Bewegungsgeschwindigkeit von im Umfeld des Kraftfahrzeugs liegenden Objekten, Personen oder Fahrzeugen, die Beschaffenheit eines befahrenen Untergrunds, insbesondere der Fahrbahn, sowie Informationen darüber, ob es sich um eine befestigte oder unbefestigte Fahrbahn handelt und/oder ob die Fahrbahn trocken oder nass oder vereist ist. Selbstverständlich kann die mindestens eine Sensoreinheit auch weitere, hier nicht genannte Fahrzeugbetriebsinformationen und/oder Umgebungsinformationen charakterisierende Messwerte erfassen.
Die erfassten Messwerte werden der mit der mindestens einen Sensoreinheit steuerungstechnisch verbundenen Auswert- und Steuereinheit bereitgestellt, welche die Informationen empfängt, weiterverarbeitet und mit auf der Auswert- und Steuereinheit hinterlegten Datenbanken, die zum Beispiel Grenzwerte umfassen, abgleicht, um beispielsweise im Fall einer Notbetriebssituation auf den Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs einwirken zu können. Mit anderen Worten beurteilt die Auswert- und Steuereinheit die aktuelle Betriebssituation des Kraftfahrzeugs, welche vorzugsweise eine Kurvenfahrt oder ein Bremsvorgang ist, wobei die Beurteilung kontinuierlich oder in definierten Intervallen erfolgen kann. Dazu können auf der Auswert- und Steuereinheit ferner Reifen- und/oder Fahrzeugmodelle hinterlegt sein, die mit den gemessenen Messwerten in Zusammenhang gebracht werden.
Werden bestimmte Grenzwerte einfach oder mehrfach überschritten, stellt die Auswert- und Steuereinheit in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Notbetriebssituation fest und steuert das Betätigungsmodul an, welche die Federvorspanneinheit betätigt und damit auslöst.
Eine Notbetriebssituation liegt insbesondere dann vor, wenn ein ortsfestes oder sich bewegendes Hindernis vor dem Kraftfahrzeug hervortritt, wobei in diesem Fall von der Auswert- und Steuereinheit eine Gefahrbremsung bzw. ein Notbremsvorgang bzw. ein Vollbremsvorgang des Kraftfahrzeugs eingeleitet wird. Alternativ kann die Auswert- und Steuereinheit anhand der Messwerte ermitteln, ob das Kraftfahrzeug beispielsweise in einer Kurvenfahrt ins Schleudern gerät oder ob ein Schleudern bevorsteht.
In beiden hier genannten Notbetriebssituationen bewirkt die Vorrichtung zur Radlasterhöhung, dass die Radlast eines oder mehrerer Räder am Kraftfahrzeug vorzugsweise temporär dynamisch erhöht wird, um entweder im Fall einer Notbremsung einen Bremsweg zu verkürzen oder im Fall eines in Schleudern geratenen Kraftfahrzeugs eine potentielle Seitenführungskraft des Kraftfahrzeugs zu erhöhen. Mithin wird die Vorrichtung zur Längs- und Querführung des Kraftfahrzeugs genutzt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Radlasterhöhung kann insbesondere für eine oder mehrere Vorder- oder Hinterachsen eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Wird die Vorrichtung an einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs eingesetzt, eignet sie sich insbesondere zur Erhöhung einer Seitenführungskraft der Hinterräder, wenn das Kraftfahrzeug droht ins Schleudern zu geraten. Wird die Vorrichtung für eine Vorderachse des Kraftfahrzeugs eingesetzt, eignet sich die Vorrichtung ergänzend oder alternativ zur Erhöhung der Radlasten der Vorderräder während einer Notbremsung des Kraftfahrzeugs, um insbesondere den Bremsweg des Kraftfahrzeugs zu reduzieren.
Nach einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Radlasterhöhung für ein Kraftfahrzeug werden durch mindestens eine Sensoreinheit Fahrzeugbetriebsinformationen und/oder Umgebungsinformationen charakterisierende Messwerte erfasst, wobei die mindestens eine Sensoreinheit mit einer Auswert- und Steuereinheit zur Datenübertragung gekoppelt wird, die unter Berücksichtigung der erfassten Messwerte eine Betriebssituation des Kraftfahrzeugs beurteilt, wobei eine an einem jeweiligen Federbein des Kraftfahrzeugs angeordnete Federvorspanneinheit ein innerhalb eines Gehäuses aufgenommenes sowie axial vorgespanntes Federelement aufweist, wobei ein von der Auswert- und Steuereinheit steuerbares Betätigungsmodul in einer von der Auswert- und Steuereinheit ermittelten Notbetriebssituation des Kraftfahrzeugs die Federvorspanneinheit aktiviert, wobei im aktivierten Zustand der Federvorspanneinheit die axiale Vorspannung des Federelements gelöst und dadurch die Radlast des jeweiligen Rades erhöht wird. Mittels des Verfahrens wird in Abhängigkeit der Betriebssituation des Kraftfahrzeugs eine Radlast eines oder mehrerer Räder des Kraftfahrzeugs zumindest temporär erhöht, indem die Federvorspanneinheit des jeweiligen Rades ausgelöst wird.
In einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs sammelt und bewertet die Auswert- und Steuereinheit kontinuierlich oder zu definierten Zeitpunkten die von der zumindest einen Sensoreinheit erfassten Messwerte. Ferner kann die Auswert- und Steuereinheit Messwerte sowie berechnete Größen aus weiteren Steuergeräten des Kraftfahrzeugs empfangen und diese bewerten. Überschreitet einer oder mehrere Messwerte einen dazugehörigen auf der Auswert- und Steuereinheit hinterlegten Grenzwert, stellt die Auswert- und Steuereinheit eine Notbetriebssituation fest, die beispielsweise bei einer Kurvenfahrt entstehen kann, wenn das Kraftfahrzeug droht ins Schleudern zu geraten. Ferner kann eine Situation auftreten, in der eine Person oder ein Objekt oder ein Fahrzeug unvorhergesehen den Fahrweg des Kraftfahrzeugs kreuzt, wobei die Auswert- und Steuereinheit einen Notbremsvorgang einleitet oder einen bereits erfolgenden manuell eingeleiteten Notbremsvorgang steuerungstechnisch unterstützt.
Vorzugsweise bestimmt die Auswert- und Steuereinheit eine Bremsstrategie des Bremsvorgangs. Dabei wird von der Auswert- und Steuereinheit anhand der vorliegenden Messwerte der Fahrzeugbetriebsinformationen und/oder Umgebungsinformationen festgestellt, ob beispielsweise der Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem jeweiligen Hindernis ausreicht, um, ausgehend von der aktuellen Fahrgeschwindigkeit und den sonstigen Bedingungen, das Kraftfahrzeug mittels der üblichen Betriebsbremsen vor dem Hindernis zum stehen zu bringen. Dabei liegt insbesondere keine Notbetriebssituation vor, sodass das Betätigungsmodul nicht von der Auswert- und Steuereinheit angesteuert wird und somit die Federvorspanneinheit nicht auslöst.
Stellt die Auswert- und Steuereinheit fest, dass eine ausschließliche Betätigung der Betriebsbremsen des Kraftfahrzeugs nicht ausreicht, um eine Kollision mit dem Hindernis zu verhindern, ermittelt die Auswert- und Steuereinheit eine Notbetriebssituation, bei der entsprechend ein Auslösen der Federvorspanneinheit erforderlich ist, um den Bremsweg durch gezielte Radlasterhöhung, insbesondere der Vorderräder des Kraftfahrzeugs zu verkürzen.
Vorzugsweise umfasst die Bremsstrategie einen optimalen Aktivierungszeitpunkt zur Aktivierung der Federvorspanneinheit. Die Auswert- und Steuereinheit ist dabei in der Lage denjenigen Aktivierungszeitpunkt festzustellen, bei dem eine Aktivierung der Federvorspanneinheit den kürzesten Bremsweg sicherstellt und ein negativer Einfluss einer prinzipbedingten Radlastreduzierung, welche nach der Radlasterhöhung erfolgt, zu verhindern oder zumindest zu reduzieren. Mithin wird dadurch verhindert, dass aufgrund einer frühzeitigen Aktivierung der Federvorspanneinheit eine Neutralisierung des Effekts der Radlasterhöhung durch eine nachfolgende Radlastreduzierung erfolgt.
Wird von der Auswert- und Steuereinheit festgestellt, dass das Kraftfahrzeug weder ohne noch mit Aktivierung der Federvorspanneinheit vor dem Hindernis zum stehen kommt, wird auch in diesem Fall der optimale Aktivierungszeitpunkt zur Aktivierung der Federvorspanneinheit von der Auswert- und Steuereinheit ermittelt. Dabei wir der Aktivierungszeitpunkt derart gewählt, dass unter Berücksichtigung des berechneten Bremswegs und dem zu vermeidenden Effekt aus der Radlastreduzierung die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zum Zeitpunkt des Aufpralls minimal ist, um eventuelle Schäden zu minimieren.
Vorteilhaft ist dabei, dass auch nach dem Auslösen der Federvorspanneinheit ein weitgehender Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs möglich ist, da die Karosserie des Kraftfahrzeugs lediglich um vorzugsweise wenige Millimeter nach oben verlagert wird.
Bevorzugt bestimmt die Auswert- und Steuereinheit eine Betriebsstrategie der Kurvenfahrt. Dabei wird von der Auswert- und Steuereinheit anhand der vorliegenden Messwerte der Fahrzeugbetriebsinformationen und/oder Umgebungsinformationen festgestellt, ob das Kraftfahrzeug während einer Kurvenfahrt ins Schleudern geraten ist. Dabei liegt insbesondere dann eine Notbetriebssituation vor, wenn der Schlupf eines oder mehrerer Räder einen Grenzwert übersteigt. Durch Auslösen der jeweiligen Federvorspanneinheit wird eine Seitenführungskraft des jeweiligen Rades erhöht, sodass das Kraftfahrzeug wieder stabilisiert wird und die Kurvenfahrt sicher fortgesetzt werden kann. Auch in diesem Fall ist denkbar, dass die Auswert- und Steuereinheit einen optimalen Aktivierungszeitpunkt zur Aktivierung der Federvorspanneinheit ermittelt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann insbesondere von einem Computer beziehungsweise von der Auswert- und Steuereinheit ausgeführt werden. Somit kann das Verfahren in Software implementiert sein. Die entsprechende Software ist insofern ein eigenständig verkaufsfähiges Produkt. Daher bezieht sich die Erfindung auch auf ein Computerprogrammprodukt mit maschinenlesbaren Anweisungen, die, wenn sie auf einem Computer beziehungsweise auf einem Steuergerät ausgeführt werden, den Computer und/oder das Steuergerät zu einer Steuerungslogik des der Vorrichtung zur Radlasterhöhung aufwerten beziehungsweise dazu veranlassen, ein Verfahren gemäß der Erfindung auszuführen.
Eine erfindungsgemäße Federvorspanneinheit für ein Federbein eines Kraftfahrzeugs umfasst ein innerhalb eines Gehäuses aufgenommenes sowie axial vorgespanntes Federelement und ein Betätigungsmodul, das dazu ausgebildet ist, von einer Auswert- und Steuereinheit gesteuert zu werden, um in einer von der Auswert- und Steuereinheit ermittelten Notbetriebssituation des Kraftfahrzeugs die Federvorspanneinheit zumindest mittelbar zu aktivieren, wobei das Betätigungsmodul im aktivierten Zustand der Federvorspanneinheit die axiale Vorspannung des Federelements löst und dadurch die Radlast des jeweiligen Rades erhöht. Vorteilhaft ist, dass die Federvorspanneinheit als Baukastenanwendung für verschiedene Kraftfahrzeugtypen vorgesehen sein kann, wobei insbesondere geringe Änderungen am Aufbau der Federvorspanneinheit, beispielsweise durch Austausch einer Feder mit unterschiedlicher Federkonstante möglich sind.
Das Federelement der Federvorspanneinheit, welches im Gehäuse vorzugsweise axial aufgenommen und positionsgesichert ist, ist in einem Ausgangszustand bzw. in einem unausgelösten oder nicht aktivierten Zustand vorzugsweise axial vorgespannt und speichert die kinetische Energie, wobei sich das Federelement einerseits am Gehäuse und andererseits am Betätigungsmodul oder an einem von dem Betätigungsmodul betätigbaren Bauteil, beispielsweise einem Deckelelement, abstützt.
Vorzugsweise ist das Federelement der Federvorspanneinheit kalt- oder warmgesetzt. Es handelt sich dabei um ein Vorsetzverfahren, das sich durch die Behandlungstemperatur unterscheidet und vor der Montage der Federvorspanneinheit erfolgt. Das Vorsetzverfahren wird unter anderem anhand der zu erwartenden Temperaturen während des Betriebs der Vorrichtung gewählt. Durch das Kaltsetzen bzw. Warmsetzen wird das Kriech- und Relaxationsverhalten des Federelements insbesondere bei steigender Arbeitstemperatur verbessert. Beim Warmsetzen wird insbesondere die Dauerschwingfestigkeit des Federelements verbessert. Mit anderen Worten bleibt die axiale Vorspannkraft des Federelements im unausgelösten Zustand im Wesentlichen konstant, sodass ein zuverlässiges Auslösen der Federvorspanneinheit mit damit einhergehender Radlasterhöhung gewährleistet wird.
Bevorzugt ist das Betätigungsmodul als pyrotechnischer Mechanismus oder als elektromagnetisches Stellglied ausgebildet. Mithin bildet das Betätigungsmodul einen Aktuator, wobei sowohl der pyrotechnische Mechanismus als auch das elektromagnetische Stellglied derart eingerichtet sind, dass beim Auslösen der Federvorspanneinheit das Federelement axial entspannt. Dabei wirken die Federkräfte derart am Federbein, das heißt zwischen einer Karosserie und einer jeweiligen Radaufhängung des Kraftfahrzeugs, dass die Karosserie in Längsrichtung des Federbeins nach oben beschleunigt wird, wodurch sich, basierend auf dem d'Alembertschen Prinzip, als Reaktionskraft die Radlast des an der jeweiligen Radaufhängung angeordneten Rades temporär und dynamisch erhöht.
Des Weiteren bevorzugt ist das Federelement der Federvorspanneinheit als Tellerfeder, als Spiralfeder oder als Luftfeder ausgebildet. Ferner kann das Federelement auch mehrere Tellerfedern, Spiralfedern und/oder Luftfedern umfassen, die in Reihe oder parallel geschaltet sind. Insbesondere kann das Federelement aus einem metallischen Werkstoff und alternativ aus einem nichtmetallischen Werkstoff, beispielweise einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) oder einem anderen Verbundwerkstoff ausgebildet sein. Ein als Luftfeder ausgebildetes Federelement kann beispielsweise ein Gummibalg, ein Luftkissen oder ein Airbag sein, wobei das Volumen der Luftfeder durch einen betätigbaren Druckluftspeicher oder Gasgenerator verändert, insbesondere vergrößert wird. Beim Auslösen der Federvorspanneinheit durch das Betätigungsmodul erfolgt eine kontrollierte axiale Ausdehnung der Luftfeder, die analog zum mechanischen Federelement eine Radlasterhöhung bewirkt.
Ferner bevorzugt ist die Federvorspanneinheit reversibel ausgebildet. Mit anderen Worten ist die Federvorspanneinheit rückstellbar und somit mehrfach wiederverwendbar bzw. auslösbar, wobei das Federelement nach dem Auslösen wieder im Gehäuse verstaut und axial vorgespannt werden kann. Dieser Prozess kann durch geeignete Spannmittel manuell oder durch eine Spannvorrichtung zumindest teilweise automatisch bzw. gesteuert erfolgen, wobei die Spannvorrichtung beispielsweise von der Auswert- und Steuereinheit steuerbar ist.
Ferner umfasst ein erfindungsgemäßes Federbein für ein Kraftfahrzeug eine Feder-Dämpfer-Einheit, die einerseits zumindest mittelbar mit einer Radaufhängung und andererseits zumindest mittelbar mit einer Karosserie verbunden ist, wobei eine Federvorspannvorrichtung entweder zwischen der Feder-Dämpfer-Einheit und der Radaufhängung oder zwischen der Feder-Dämpfer-Einheit und der Karosserie angeordnet ist. Anders gesagt liegt eine Reihenschaltung vor, bei der die Federvorspannvorrichtung entweder zwischen der Feder-Dämpfer-Einheit und der Radaufhängung oder zwischen der Feder-Dämpfer-Einheit und der Karosserie in Reihe geschaltet ist.
Bevorzugt ist die Feder-Dämpfer-Einheit als CDC-Dämpfer (im Englischen Continous Damping Control oder im Deutschen „ständige Dämpferregelung“) ausgebildet. Es handelt sich dabei um ein elektronisches Dämpfungssystem, wobei über Magnetventile der Stoßdämpfer bzw. die Dämpfungskraft jedes Stoßdämpfers unter Berücksichtigung der Einflüsse auf die Fahrsituation für jedes Rad separat geregelt wird. Dadurch werden insbesondere der Fahrkomfort und die Fahrdynamik sowie die Sicherheit des Kraftfahrzeugs verbessert. Die Dämpfwirkung der Feder-Dämpfer-Einheit kann beispielsweise durch ein viskoses Medium, beispielsweise Öl, oder durch eine Materialdämpfung realisiert werden.
Der CDC-Dämpfer reagiert vorzugsweise im Fall einer Auslösung der Federvorspannvorrichtung in einer Notbetriebssituation und regelt die Feder-Dämpfer-Einheit während der axialen Entspannung des Federelements bzw. der Radlasterhöhung sowie während einer nach dem Auslösen eintretenden Radlastreduzierung. Somit können durch den CDC-Dämpfer negativen Einflüssen infolge der Radlastreduzierung entgegengewirkt werden.
Vorzugsweise erfolgt die Radlasterhöhung mit einem zumindest teilweise konstanten Kraftverlauf. Der CDC-Dämpfer kann durch die Auswert- und Steuereinheit gesteuert werden, wobei in Zusammenwirkung der Feder-Dämpfer-Einheit des Federbeins mit der Auswert- und Steuereinheit eine Radlasterhöhung des jeweiligen Rades mit kontrolliertem Kraftverlauf und/oder mit kontrollierter Kraftdauer realisierbar ist. Radlastspitzen werden dadurch verhindert und stattdessen Radlastplateaus mit einem zumindest teilweise konstanten Kraftverlauf erzielt. Dabei kann jedes Rad einzeln oder mehrere Räder gemeinsam oder abhängig voneinander gesteuert werden.
Ferner ist denkbar, dass die Auswert- und Steuereinheit die Daten aus bereits erfolgten Notbetriebssituationen abspeichert und diese Daten dazu nutzt, um die Beurteilung von Betriebssituation und insbesondere die Funktionsweise der Vorrichtung für künftige Betriebssituationen zu optimieren.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt

1 eine stark vereinfachte schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer Vorrichtung zur Radlasterhöhung,
2 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Federbeins des Kraftfahrzeugs gemäß 1, wobei eine am Federbein angeordnete Federvorspanneinheit in einem inaktivierten Zustand vorliegt,
3 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Federbeins des Kraftfahrzeugs gemäß 1, wobei die am Federbein angeordnete Federvorspanneinheit in einem aktivierten Zustand vorliegt, und
4 einen Ablauf eines Verfahrens zum Betreiben einer Vorrichtung zur Radlasterhöhung für ein Kraftfahrzeug.

Gemäß 1 weist ein Kraftfahrzeug 1 zwei Fahrzeugachsen als Vorder- bzw. Hinterachse 13, 14 auf, wobei an der Vorder- und Hinterachse 13, 14 im Bereich einer Radaufhängung 11 jeweils zwei Federbeine 5 angeordnet sind, und wobei jedes Federbein 5 sowohl mit der jeweiligen Radaufhängung 11, an dem ein jeweiliges Rad 9 angeordnet ist, als auch mit einer Karosserie 12 des Kraftfahrzeugs 1 verbunden ist. Vorliegend ist aus perspektivischen Gründen jeweils nur ein Federbein 5 der Vorderachs 13 und ein Federbein 5 der Hinterachse 14 dargestellt.
Das Kraftfahrzeug 1 weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Radlasterhöhung auf, umfassend zwei Sensoreinheiten 2a, 2b, wobei die erste Sensoreinheit 2a zur Erfassung von Fahrzeugbetriebsinformationen charakterisierenden Messwerten und die zweite Sensoreinheit 2b zur Erfassung von Umgebungsinformationen charakterisierenden Messwerten ausgebildet sind. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Auswert- und Steuereinheit 3, die zur Datenübertragung mit den Sensoreinheiten 2a, 2b gekoppelt und unter Berücksichtigung der damit erfassten Messwerte zur Beurteilung einer Betriebssituation des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildet ist.
An jedem Federbein 5 ist eine Federvorspanneinheit 4 der Vorrichtung zur Radlasterhöhung angeordnet, welches ein Betätigungsmodul 8 umfasst, das von der Auswert- und Steuereinheit 3 steuerbar ist, um in einer von der Auswert- und Steuereinheit 3 ermittelten Notbetriebssituation des Kraftfahrzeugs die Federvorspanneinheit 4 zu aktivieren. Das Betätigungsmodul 8 ist vorliegend als elektromagnetisches Stellglied ausgebildet.
Nach 2 und 3 ist eines der Federbeine 5 des Kraftfahrzeugs 1 dargestellt, wobei die übrigen Federbeine 5 analog dazu ausgebildet sind. Das Federbein 5 umfasst eine Feder-Dämpfer-Einheit 10, die einerseits mit der Radaufhängung 11 und andererseits über die Federvorspanneinheit 4 mit einer Karosserie 12 verbunden ist. Mithin ist die Federvorspanneinheit 4 im Wesentlichen axial zwischen der Karosserie 12 und der Feder-Dämpfer-Einheit 10 angeordnet. Die Feder-Dämpfer-Einheit 10 ist als CDC-Dämpfer ausgebildet und zur Datenübertragung mit der Auswert- und Steuereinheit 3 gekoppelt.
Die Federvorspanneinheit 4 umfasst ein innerhalb eines Gehäuses 6 aufgenommenes sowie axial vorgespanntes Federelement 7, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel kaltgesetzt und als Spiralfeder ausgebildet ist.
2 zeigt die Federvorspanneinheit 4 in einem nicht aktivierten bzw. ungelösten Zustand, wobei das Federelement 7 axial vorgespannt innerhalb des Gehäuses 6 angeordnet ist. Der axiale Federweg des Federelements 7 wird durch das als elektromagnetisches Stellglied ausgebildete Betätigungsmodul 8 behindert.
In 3 ist die Federvorspanneinheit 4 in einem aktivierten bzw. gelösten Zustand dargestellt. Bei Aktivierung der Federvorspanneinheit 4 durch die Auswert- und Steuereinheit 3, löst das Betätigungsmodul 8 die axiale Vorspannung des Federelements 7. Dabei wird die Karosserie 12 des Kraftfahrzeugs 1 nach oben beschleunigt, wobei als Reaktionskraft das an der Radaufhängung 11 angeordnete Rad 9 in Richtung Fahrbahn gedrückt und dadurch die Radlast des jeweiligen Rades 9 erhöht. Dabei liegt ein Höhenunterschied 15 zwischen der Karosserie 12 im inaktivierten Zustand der Federvorspanneinheit 4 gemäß 2 sowie der Karosserie 12 im aktivierten Zustand der Federvorspanneinheit 4 gemäß 3 vor. Das Kraftfahrzeug 1 ist auch im aktivierten Zustand der Federvorspanneinheit 4 weiterhin nutzbar, bis das Federelement 7 der Federvorspanneinheit 4 erneut vorgespannt und im Gehäuse 6 axial gesichert wird.
Die Federvorspanneinheit 4 ist vorliegend reversibel ausgebildet, wobei durch geeignete - hier nicht dargestellte - Mittel das Federelement 7 erneut in die axial vorgespannte Lage überführt werden kann. Dies kann beispielsweise durch Fachpersonal manuell durchgeführt werden oder durch einen geeigneten Betätigungsmechanismus der Vorrichtung, welcher die Federvorspanneinheit 4 automatisch in einen inaktivierten Zustand zurückversetzt.
4 verdeutlicht den Ablauf eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Radlasterhöhung für das Kraftfahrzeug 1. Während eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs 1 werden in einem Schritt 100 durch die beiden in 1 gezeigten Sensoreinheiten 2a, 2b Fahrzeugbetriebsinformationen und/oder Umgebungsinformationen charakterisierende Messwerte 16, 17 kontinuierlich erfasst und an die Auswert- und Steuereinheit 3 zur Weiterverarbeitung übertragen.
Unter Berücksichtigung der erfassten Messwerte wird durch die Auswert- und Steuereinheit 3 in einem Schritt 101 eine Betriebssituation des Kraftfahrzeugs 1 beurteilt. Werden Grenzwerte der Messwerte nicht überschritten, so wird, dargestellt durch den Pfeil 200, der Schritt 100 wiederholt. Werden demgegenüber ein Grenzwert einer oder mehrerer Messwerte überschritten, beispielsweise wenn durch die Auswert- und Steuereinheit 3 erkannt wird, dass in Fahrtrichtung 18 des Kraftfahrzeugs 1 ein Hindernis 19 auftritt, wird durch die Auswert- und Steuereinheit 3 eine Notbetriebssituation des Kraftfahrzeugs 1 erkannt, wodurch in einem Schritt 102 durch die Auswert- und Steuereinheit 3 eine Bremsstrategie eines Bremsvorgangs bestimmt wird. Es handelt sich dabei um einen Notbremsvorgang oder eine Gefahrenbremsung. Dabei entscheidet die Auswert- und Steuereinheit 3, ob unter Berücksichtigung der erfassten Messwerte einen Bremsvorgang ohne die Vorrichtung zur Radlasterhöhung, und zwar lediglich durch hier nicht gezeigte Betriebsbremsen des Kraftfahrzeugs ausreicht, oder ob zusätzlich die Vorrichtung zur Radlasterhöhung eingesetzt wird, um eine Radlast eines oder mehrerer Räder 9 des Kraftfahrzeugs 1 zu erhöhen und damit den Bremsweg des Kraftfahrzeugs 1 zu verkürzen.
Reicht beispielsweise unter Berücksichtigung aller Messwerte der Abstand zum Hindernis 19 aus, damit ein Bremsvorgang des Kraftfahrzeugs ohne Hinzuziehung der Vorrichtung zur Radlasterhöhung erfolgreich ist, wird in einem Schritt 103 der Notbremsvorgang lediglich durch die Betriebsbremsen des Kraftfahrzeugs 1 durchgeführt. Das Kraftfahrzeug 1 kommt in diesem Fall vor dem Hindernis 19 zum stehen.
Stellt die Auswert- und Steuereinheit 3 jedoch fest, dass die Vorrichtung zur Radlasterhöhung ergänzend eingesetzt werden soll, wird durch die Auswert- und Steuereinheit 3 in einem Schritt 104 ein optimaler Aktivierungszeitpunkt zur Aktivierung der Federvorspanneinheit 4 gewählt. Der optimale Aktivierungszeitpunkt begünstigt, dass ein negativer Einfluss aus einer Radlastreduzierung verhindert wird. Mit anderen Worten ermittelt die Auswert- und Steuereinheit 3 im Schritt 104 denjenigen Zeitpunkt zur Aktivierung der Federvorspanneinheit 4, bei dem das Kraftfahrzeug 1 unmittelbar vor dem Hindernis 19 zum Stehen kommt, ohne dass der Effekt der Radlasterhöhung durch eine Radlastreduzierung neutralisiert wird. Mithin wird mittels der Auswert- und Steuereinheit 3 der Notbremsvorgang durch Aktivierung der Federvorspanneinheit 4 eingeleitet oder ein manuell eingeleiteter Notbremsvorgang unterstützt.
Ermittelt die Auswert- und Steuereinheit 3 unter Berücksichtigung der Messwerte aus den Sensoreinheiten 2a, 2b, dass auch mit Hinzuziehung der Vorrichtung zur Radlasterhöhung ein Zusammenstoß mit dem Hindernis 19 nicht vermeidbar ist, wird gleichermaßen derjenige optimale Aktivierungszeitpunkt festgelegt, bei dem nach dem Notbremsvorgang die Aufprallgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 am geringsten ist.
Nach Ermittlung des optimalen Aktivierungszeitpunkts wird in einem Schritt 105 ein durch die Auswert- und Steuereinheit 3 steuerbares Betätigungsmodul 8 betätigt, um die Federvorspanneinheit 4 zu aktivieren. Im aktivierten Zustand der Federvorspanneinheit 4 wird die axiale Vorspannung des Federelements 7 gelöst und dadurch die Radlast eines jeweiligen Rades erhöht. Dies kann für die jeweiligen Federvorspanneinheiten 4 eines einzelnen Federbeins 5, eines Federbeinpaares 5 der Vorder- oder Hinterachse 13, 14 oder für alle Federbeine 5 gemeinsam erfolgen.
Zur Unterstützung des Notbremsvorganges werden von der Auswert- und Steuereinheit 3 in einem Schritt 106 Informationen aus der als CDC-Dämpfer ausgebildeten Feder-Dämpfer-Einheit 10 genutzt, um beispielsweise eine Dämpferkonstante der Feder-Dämpfer-Einheit 10 während des Notbremsvorganges anzupassen. Die Auswert- und Steuereinheit 3 steuert die Aktivierung der Federvorspanneinheit 4 dabei derart, dass die Radlasterhöhung mit einem konstanten Kraftverlauf erfolgt.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2a, 2b: Sensoreinheit
3: Auswert- und Steuereinheit
4: Federvorspanneinheit
5: Federbein
6: Gehäuse
7: Federelement
8: Betätigungsmodul
9: Rad
10: Feder-Dämpfer-Einheit
11: Radaufhängung
12: Karosserie
13: Vorderachse
14: Hinterachse
15: Höhenunterschied
16: Messwerte zu Fahrzeugbetriebsinformationen
17: Messwerte zu Umgebungsinformationen
18: Fahrtrichtung
19: Hindernis
100: Verfahrensschritt
101: Verfahrensschritt
102: Verfahrensschritt
103: Verfahrensschritt
104: Verfahrensschritt
105: Verfahrensschritt
106: Verfahrensschritt
200: Pfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10237658 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung zur Radlasterhöhung für ein Kraftfahrzeug (1), umfassend: - mindestens eine Sensoreinheit (2a), die zur Erfassung von Fahrzeugbetriebsinformationen und/oder Umgebungsinformationen charakterisierenden Messwerten ausgebildet ist, - eine Auswert- und Steuereinheit (3), die zur Datenübertragung mit der mindestens einen Sensoreinheit (2a) gekoppelt und unter Berücksichtigung der erfassten Messwerte zur Beurteilung einer Betriebssituation des Kraftfahrzeugs (1 ) ausgebildet ist, - eine Federvorspanneinheit (4), die dazu eingerichtet ist, an einem jeweiligen Federbein (5) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet zu sein, umfassend ein innerhalb eines Gehäuses (6) aufgenommenes sowie axial vorgespanntes Federelement (7) und ein Betätigungsmodul (8), das von der Auswert- und Steuereinheit (3) steuerbar ist, um in einer von der Auswert- und Steuereinheit (3) ermittelten Notbetriebssituation des Kraftfahrzeugs die Federvorspanneinheit (4) zu aktivieren, wobei das Betätigungsmodul (8) im aktivierten Zustand der Federvorspanneinheit (4) die axiale Vorspannung des Federelements (7) löst und dadurch die Radlast des jeweiligen Rades (9) erhöht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsmodul (8) als pyrotechnischer Mechanismus oder als elektromagnetisches Stellglied ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federvorspanneinheit (4) reversibel ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (7) der Federvorspanneinheit (4) kalt- oder warmgesetzt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (7) der Federvorspanneinheit (4) als Tellerfeder, als Spiralfeder oder als Luftfeder ausgebildet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Radlasterhöhung für ein Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei durch mindestens eine Sensoreinheit (2a) Fahrzeugbetriebsinformationen und/oder Umgebungsinformationen charakterisierende Messwerte erfasst werden, wobei die mindestens eine Sensoreinheit (2a) mit einer Auswert- und Steuereinheit (3) zur Datenübertragung gekoppelt wird, die unter Berücksichtigung der erfassten Messwerte eine Betriebssituation des Kraftfahrzeugs (1) beurteilt, wobei eine an einem jeweiligen Federbein (5) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnete Federvorspanneinheit (4) ein innerhalb eines Gehäuses (6) aufgenommenes sowie axial vorgespanntes Federelement (7) aufweist, wobei ein von der Auswert- und Steuereinheit (3) steuerbares Betätigungsmodul (8) in einer von der Auswert- und Steuereinheit (3) ermittelten Notbetriebssituation des Kraftfahrzeugs (1) die Federvorspanneinheit (4) aktiviert, wobei im aktivierten Zustand der Federvorspanneinheit (4) die axiale Vorspannung des Federelements (7) gelöst und dadurch die Radlast des jeweiligen Rades (9) erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Radlasterhöhung mit einem zumindest teilweise konstanten Kraftverlauf erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebssituation eine Kurvenfahrt oder ein Bremsvorgang ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswert- und Steuereinheit (3) eine Bremsstrategie des Bremsvorgangs bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsstrategie einen optimalen Aktivierungszeitpunkt zur Aktivierung der Federvorspanneinheit (4) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswert- und Steuereinheit (3) eine Betriebsstrategie der Kurvenfahrt bestimmt.
Federvorspanneinheit (4) für ein Federbein (5) eines Kraftfahrzeugs (1), umfassend ein innerhalb eines Gehäuses (6) aufgenommenes sowie axial vorgespanntes Federelement (7) und ein Betätigungsmodul (8), das dazu ausgebildet ist, von einer Auswert- und Steuereinheit (3) gesteuert zu werden, um in einer von der Auswert- und Steuereinheit (3) ermittelten Notbetriebssituation des Kraftfahrzeugs die Federvorspanneinheit (4) zumindest mittelbar zu aktivieren, wobei das Betätigungsmodul (8) im aktivierten Zustand der Federvorspanneinheit (4) die axiale Vorspannung des Federelements (7) löst und dadurch die Radlast des jeweiligen Rades (9) erhöht.
Federbein (5) für ein Kraftfahrzeug (1), umfassend eine Feder-Dämpfer-Einheit (10), die einerseits zumindest mittelbar mit einer Radaufhängung (11) und andererseits zumindest mittelbar mit einer Karosserie (12) verbunden ist, wobei eine Federvorspannvorrichtung (4) nach Anspruch 11 entweder zwischen der Feder-Dämpfer-Einheit (10) und der Radaufhängung (11) oder zwischen der Feder-Dämpfer-Einheit (10) und der Karosserie (12) angeordnet ist.
Computerprogrammprodukt, enthaltend maschinenlesbare Anweisungen, die, wenn sie auf einem Computer, und/oder auf einem Steuergerät ausgeführt werden, den Computer, und/oder das Steuergerät, zu einer Steuerungslogik der Vorrichtung zur Radlasterhöhung nach den Ansprüchen 1 bis 5 aufwerten, und/oder dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11 auszuführen.