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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Ansteuerung wenigstens einer Radbremseinrichtung
eines Fahrzeugs zur Vermeidung eines unbeabsichtigten Wegrollens
beim Anfahren am Berg mit Fahrtrichtung bergauf.
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Ein derartiges Verfahren bzw. eine
derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der
DE 196 21 628 A1 bekannt.
Dabei wird die Bremskraft an wenigstens einer Radbremse gehalten
und zwar unabhängig vom
Ausmaß der
Pedalbetätigung.
Beim Lösen
des Bremspedals wird der Bremsdruck automatisch abgebaut, so dass
das Fahrzeug rollen kann. Zur Verbesserung des Anfahrvorgangs kann
der Bremsdruck in der wenigstens einen Radbremse über den Status
des Kupplungspedals so lange aufrecht erhalten bleiben, bis der
Fahrer die Bremse löst
und anfährt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine Vorrichtung
zur Durchführung
dieses Verfahrens mit verbesserten zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Merkmale des
Patentanspruches 1 bzw. des Patentanspruches 11 gelöst.
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Der Anfahrhilfemodus wird automatisch
aktiviert, wenn entweder das Fahrzeug an einer Steigung stillsteht
und die vom Fahrer gewünschte,
vorgesehene Anfahrrichtung des Fahrzeugs in Richtung bergauf festgestellt
wurde oder wenn das Fahrzeug aus dem Stillstand entgegen der vorgesehenen
Anfahrrichtung zu rollen beginnt.
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Im Anfahrhilfemodus verläuft der
Bremsdruck entsprechend einem vorgegebenen Verlauf und/oder in Abhängigkeit
von vorgebbaren Bedingungen, wobei dem Fahrer dadurch eine Unterstützung beim
Anfahren an der Steigung gegeben wird. Gleichzeitig besteht die
Möglichkeit
ein vom Fahrer gewünschtes
Zurückrollen
des Fahrzeugs an der Steigung zuzulassen, so dass Rangier- und/oder Parkmanöver an der
Steigung erleichtert werden.
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Ist der Anfahrhilfemodus aktiv, wird
der Bremsdruck in der wenigstens einen Radbremseinrichtung nicht
entsprechend der Bremspedalstellung abgebaut, sondern nach einem
vorgegebenen Ablauf.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des
erfindungsgemäßen Verfahrens
bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ergeben sich aus den abhängigen
Patentansprüchen.
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Es ist vorteilhaft, wenn der zum
Zeitpunkt des Einschaltens des Anfahrhilfemodus' durch die Bremspedalstellung vorgegebene
Haltebremsdruck für
eine vorgegebene Verzögerungsdauer
nach der vollständigen
Zurücknahme
des Bremspedals aufrechterhalten bleibt, solange kein Anfahrwunsch
des Fahrers erkannt wurde. Innerhalb der Verzögerungsdauer verbleibt dem
Fahrer ausreichend Zeit vom Bremspedal auf das Fahrpedal zu wechseln
und den Anfahrvorgang einzuleiten ohne dass das Fahrzeug entgegen
der gewünschten
Anfahrrichtung zurückrollen
kann.
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Während
der Übergangsphase
zwischen Leerlauf und vollständig
eingeschlossenem Lastmoment (z.B. bei vollständig geschlossener Reibungskupplung
bei Schaltgetrieben) haben Motordrehzahl bzw. Motormoment einen
charakteristischen Verlauf, aus dem ein Anfahrwunsch erkannt werden
kann. Die Werte der aktuellen Motordrehzahl und des aktuellen Motormoments
sind bei heutigen Fahrzeugen auf dem Fahrzeugbus (z.B. CAN-Bus)
verfügbar,
so dass die Erkennung des Anfahrvorgangs ohne zusätzliche Sensorik
auf einfache Weise erfolgen kann.
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Der Anfahrwunsch kann dabei dadurch
erkannt werden, dass die zeitliche Ableitung des Motormoments größer oder
gleich einem vorgebbaren Motormomentänderungsschwellenwert ist und
gleichzeitig die zeitliche Ableitung der Motordrehzahl kleiner oder
gleich einem vorgebbaren negativen Motordrehzahländerungsschwellenwert ist.
Der Anfahrwunsch wird dadurch besonders sicher erkannt und ein unbeabsichtigtes
Zurückrollen
auch bei starken Steigungen aufgrund eines zu geringen Motormomentes
wird verhindert.
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Zweckmäßigerweise werden die Werte
des Motormoments (M) und/oder der Motordrehzahl (N) vor der zeitlichen
Ableitung insbesondere mittels des polynomialen Moving-Average-Verfahrens
vorgefiltert, wodurch große
Fehler bei den Werten der jeweiligen zeitlichen Ableitung vermieden
werden können.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn
nach Ablauf der Verzögerungsdauer
der Haltebremsdruck selbsttätig
auf einen Kriechbremsdruck reduziert wird. Dieser Kriechbremsdruck
kann dabei derart gesteuert oder geregelt werden, dass das Fahrzeug
mit einer vorgebbaren Kriechgeschwindigkeit bergab rollt. Alternativ
hierzu besteht auch die Möglichkeit
den Kriechbremsdruck um eine vorgebbare Druckdifferenz niedriger
als den Haltebremsdruck einzustellen, wobei die Druckdifferenz abhängig von
der aktuellen Steigung der Straße
bestimmt werden kann.
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Der Kriechbremsdruck kann auch dann
automatisch eingesteuert oder eingeregelt werden, wenn das Fahrzeug
aus dem Stillstand entgegen der vorgesehenen Anfahrrichtung zu rollen
beginnt.
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Auf einfache Art und Weise kann die
vorgesehene Anfahrrichtung anhand der vom Fahrer eingelegten Gangstufe
ermittelt werden. Zusammen mit dem Wert eines Neigungssensors zur
Bestimmung der Steigung kann dann erkannt werden, ob der Fahrer
bergauf anfahren will oder nicht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung
werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in schematischer Darstellung,
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2 ein
Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Verfahrens und
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3 einen
beispielhaften Verlauf des Bremslichtsignals, der Fahrzeuggeschwindigkeit,
der Steigung der Straße,
des Bremsdrucks in einer Radbremseinrichtung und die zeitliche Ableitung
des Motormomentes und der Motordrehzahl in Abhängigkeit von der Zeit.
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1 zeigt
eine Bremsvorrichtung 5, die als elektrohydraulische Bremsvorrichtung
ausgebildet ist. Ein Bremspedal 6 ist über ein Bremspedalgestänge 7 in
an sich bekannter Weise mit einem Tandem-Hauptbremszylinder 8 verbunden.
Der Tandem-Hauptbremszylinder 8 hat
zwei fluidisch getrennte Arbeitskammern 9, 10,
denen jeweils Bremsflüssigkeit
aus einem Vorratsbehälter 11 zugeführt wird.
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Die beiden Arbeitskammern 9, 10 können über jeweils
eine Notbremsleitung 14, 15 direkt mit den beiden
Radbremseinrichtungen 16, 17 der Vorderachse fluidisch
verbunden werden. Diese fluidische Verbindung erfolgt dann, wenn
eine in die Notbremsleitungen 14, 15 eingesetzte
Ventilanordnung 18 in ihre Notschaltstellung umgeschaltet
wird und die betreffenden fluidischen Verbindungen freigibt. Die
Ventilanordnung 18 wird dann in ihre Notschaltstellung
umgeschaltet, wenn in der elektrischen Steuerung bzw. Regelung der
elektrohydraulischen Bremsvorrichtung 5 ein Defekt auftritt.
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Ein Bremslichtschalter 21 ist
in bekannter Weise vorgesehen und erzeugt ein Bremslichtsignal BLS
das bei betätigtem
Bremspedal den Wert Eins ("HIGH") einnimmt und ansonsten
bei unbetätigtem Bremspedal
den Wert Null ("LOW") aufweist. Das Bremslichtsignal
BLS wird an eine Steuereinrichtung 23 übermittelt.
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Alternativ zum Bremslichtschalter 21 kann das
Bremslichtsignal BLS auch durch Signale anderer Fahrzeugeinrichtungen
generiert werden. Beispielsweise mittels Pedalwegsensorsignalen und/oder
Hauptbremszylinder-Bremsdrucksignalen, also allen Signalen, aus
denen eine Bremspedalbetätigung
bestimmbar ist.
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Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass
zur besseren Unterscheidbarkeit die elektrischen Leitungen in 1 gestrichelt dargestellt
sind, während
die fluidischen Leitungen durchgezogen gezeichnet sind.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform
gemäß 1 ist des weiteren ein Neigungssensor 30 vorgesehen,
der die Fahrbahnneigung in Längsrichtung
des Fahrzeugs misst und mittels einer elektrischen Signalleitung
an die Steuereinrichtung 23 übermittelt. Ein Motorsteuergerät 31 übermittelt
der Steuereinrichtung 23 des Weiteren die Werte der aktuellen
Motordrehzahl N und das aktuelle Motormoment M, das im Motorsteuergerät 31 anhand
eines an sich bekannten Schätzverfahrens
bestimmt wird.
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Die Steuereinrichtung 23 steuert über vier Steuerleitungen 32 eine
Bremsdruckmodulationseinheit 33 an. Fluidisch ist die Bremsdruckmodulationseinheit 33 über jeweils
eine Bremsleitung 34 mit den Radbremseinrichtungen 16, 17, 35, 36 verbunden,
so dass der Bremsdruck in jeder Radbremseinrichtung 16, 17, 35, 36 radindividuell
einstellbar ist. Eingangsseitig wird der Bremsdruckmodulationseinheit 33 unter
hohem Druck stehende Bremsflüssigkeit
aus einem Hochdruckspeicher 38 zugeführt. Der Hochdruckspeicher 38 und
die Eingangsseite der Bremsdruckmodulationseinheit 33 sind
mit der Ausgangsseite einer Pumpe 39 verbunden, die von
einem Elektromotor 40 angetrieben wird und den Hochdruckspeicher 38 bzw.
die Bremsdruckmodulationseinheit 33 mit unter Druck stehender
Bremsflüssigkeit
versorgt. Die Saug seite der Pumpe 39 ist fluidisch über eine
Versorgungsleitung 41 mit dem Vorratsbehälter 11 verbunden.
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Die Bremsvorrichtung 5 weist
eine automatische Stillstandserkennung auf. Hierfür werden
dem Steuergerät 23 die
von einem Raddrehzahlsensor 43 gemessenen Raddrehzahlsignale
wenigstens eines Rades über
eine elektrische Leitung zugeführt.
Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel
nach 1 werden die Raddrehzahlsignale
aller Räder über jeweils einen
Raddrehzahlsensor 43 gemessen und an die Steuereinrichtung 23 weitergeleitet.
Aus den Raddrehzahlsignalen kann in an sich bekannter Weise der
Stillstand des Fahrzeugs erkannt werden, was eine Voraussetzung
für die
Aktivierung des Anfahrhilfemodus ist.
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Anhand der 2 und 3 wird
der Verfahrensablauf im einzelnen erläutert.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Nach dem Start wird im Schritt 50 zunächst abgefragt, ob sich das
Fahrzeug im Stillstand befindet, als die Fahrzeuggeschwindigkeit
v gleich Null ist. Ist dies nicht der Fall, wird diese Abfrage zyklisch
wiederholt.
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Wurde im Schritt 50 der Fahrzeugstillstand erkannt
wird im darauffolgenden Schritt 51 geprüft, ob das Fahrzeug an einer
Steigung steht. Hierfür
wird das Steigungswert s des Neigungssensors 30 betragsmäßig mit
einem Steigungsschwellenwert s0 verglichen. Überschreitet
der Betrag der aktuellen Steigung den Steigungsschwellenwert S0, dann wird daraus geschlossen, dass das
Fahrzeug an einer Steigung steht. Der Steigungsschwellenwert S0 ist grundsätzlich beliebig vorgebbar und
beim Ausführungsbeispiel
nur geringfügig
größer als
Null. Alternativ kann er auch gleich Null gewählt werden.
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Wurde eine Steigung (s ≥ s0) erkannt, wird das Verfahren wird mit Schritt
52 fortgesetzt. Andernfalls wird zu Schritt 50 zurückgesprungen.
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In Schritt 52 wird überprüft, ob die
vom Fahrer gewünschte,
vorgesehene Anfahrrichtung in Richtung bergauf oder bergab gewählt wurde.
Die vom Fahrer vorgesehene Anfahrrichtung wird beispielsgemäß aus der
vom Fahrer eingelegten Gangstufe ermittelt, die beispielsweise mittels
einem nicht näher
dargestellten Sensor erfasst werden kann. Aus dem Steigungswert
des Neigungssensors 30 kann dann ermittelt werden, ob die
vorgesehene Anfahrrichtung einem Anfahren in Richtung bergauf oder bergab
entspricht. Ist der Leerlauf oder die Neutralstellung gewählt, so
wird von einer Anfahrrichtung bergauf ausgegangen und bei Vorliegen
der anderen notwendigen n Bedingungen der Anfahrhilfemodus aktiviert.
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Entspricht die gewünschte Anfahrrichtung
einem Anfahren in Richtung bergauf wird im Schritt 53 der aktuelle
Bremsdruck p in den Radbramseinrichtungen 16, 17, 35, 36 eingeschlossen
und somit gehalten. Dies kann beispielsweise mit Hilfe der Ein- und
Auslassventile eines ABS-Systems erfolgen, die hier nicht dargestellt
sind. Der nunmehr eingestellte Bremsdruck p sei als Haltebremsdruck
pH bezeichnet.
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Alternativ, wenn die Anfahrrichtung
nicht der Richtung bergauf entspricht, wird zu Schritt 50 zurückgesprungen.
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Im Anschluss an den Schritt 53 wird
abgefragt, ob das Bremslichtsignal BLS den Wert Null aufweist (Schritt
54). Wenn dies nicht der Fall ist, werden die Schritte 53 und 54
wiederholt und der Haltebremsdruck pH in
den Radbremseinrichtungen 16, 17, 35, 36 bleibt
unverändert.
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Sobald der Fahrer das Bremspedal
vollständig
in seine Ruhestellung zurücknimmt
(BLS = 0), wird der Haltebremsdruck pH noch für eine vorgebbare Verzögerungsdauer Δt aufrechterhalten
und dann reduziert. Dazu wird zunächst im Schritt 55 ein Zeitzähler TZ auf Null gesetzt und anschließend abgefragt,
ob ein Anfahrvorgang vorliegt (Schritt 56).
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Während
der Übergangsphase
zwischen Leerlauf und vollständig
eingeschlossenem Lastmoment (z.B. bei vollständig geschlossener Reibungskupplung
bei Schaltgetrieben) haben Motordrehzahl bzw. Motormoment einen
charakteristischen Verlauf, aus dem ein Anfahrvorgang erkannt werden
kann. Beim Anfahren mit einem Fahrzeug mit Reibungskupplung und
Schaltgetriebe gibt der Fahrer zunächst Gas, so dass die Motordrehzahl
N ansteigt. Unmittelbar anschließend beginnt der Fahrer die Kupplung
zu schließen,
um die Motordrehzahl N und Antriebswellendrehzahl langsam aneinander
anzupassen. Dabei sinkt die Motordrehzahl N und das Motormoment
M steigt an. Auf einen Anfahrvorgang wird geschlossen, wenn die
zeitliche Ableitung Ṁ des Motormomentes M des Fahrzeugs
größer oder
gleich einem vorgegebenen positiven Motormomentänderungsschwellenwert Ṁ0 ist und gleichzeitig die zeitliche Ableitung Ṅ der
Motordrehzahl N gleich oder kleiner ist als ein vorgegebener negativer
Motordrehzahländerungsschwellenwert –Ṅ0. Ist dies der Fall wird der Bremsdruck
p in den Radbremseinrichtungen 16, 17, 35, 36 zu
Null abgebaut (Schritt 57).
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Bei der Abfrage in Schritt 57, wird
beispielsgemäß ein Anfahrvorgang
nur dann erkannt, wenn die abgefragten, oben genannten Bedingungen
(Ṁ ≥ Ṁ0 und Ṅ ≥ –Ṅ0)
während
einer vorgegebenen Zeitdauer bzw. während einer vorgegebenen Anzahl
von Abfragezyklen ununterbrochen erfüllt ist. Dadurch können fehlerhafte
Anfahrvorgangserkennungen weiter vermieden werden.
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Weiterhin können in Abwandlung zum dargestellten,
bevorzugten Ausführungsbeispiel
bei der Abfrage des Anfahrvorgangs zusätzliche Größen, wie die Motordrehzahl,
das Motormoment oder die Fahrpedalstellung berücksichtigt werden.
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Die zeitlichen Ableitungen Ṁ und Ṅ des
Motormomentes M und der Motordrehzahl N werden in der Steuereinrichtung 23 berechnet.
Hierfür
wird zunächst
sowohl der Wert des Motormomentes M als auch der Wert der Motordrehzahl
N gefiltert, um Fehler in den zeitlichen Ableitungen zu verringern.
Die Filterung erfolgt beispielsgemäß mittels des an sich bekannten "Moving-Average-Verfahrens", wobei anhand der
jeweils vier bis sieben letzten Werte eine gewichtete Mittelwertbildung
erfolgt. Dadurch wird eine Art Tiefpassfilterung erzielt und Schwankungen ausgeglichen.
Erst anschließend
werden mittels numerischer Differenziation die zeitlichen Ableitungen in
der Steuereinrichtung 23 berechnet.
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Wurde im Schritt 56 kein Anfahrvorgang
erkannt, dann wird im nächsten
Schritt 58 überprüft, ob die
Verzögerungsdauer
bereits abgelaufen ist. Hierfür
wird der Zeitzähler
TZ mit dem vorgegebenen Wert der Verzögerungsdauer Δt verglichen.
Ist der Zeitzähler
TZ kleiner als die Verzögerungsdauer Δt wird zum
vorhergehenden Schritt 56 zurückgesprungen. Andernfalls
ist die Verzögerungsdauer Δt seit der
Zurücknahme
des Bremspedals abgelaufen und der Haltebremsdruck pH wird
derart reduziert, dass ein Zurückrollen
des Fahrzeugs entgegen der vorgesehenen Anfahrrichtung erfolgt.
Dabei wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf eine Kriechgeschwindigkeit
vK begrenzt.
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Im Schritt 59 wird dazu ein Kriechbremsdruck
pK eingestellt. Dieser kann entweder so
gesteuert oder geregelt werden, dass das Fahrzeug genau mit der
gewünschten
Kriechgeschwindigkeit vK bergab rollt. Es
ist alternativ auch möglich
den Kriechbremsdruck um eine vorgegebene Druckdifferenz Δp niedriger
einzusteuern oder einzuregeln als den Haltebremsdruck pH.
Die Druckdifferenz Δp
kann dabei fest vorgegeben oder in Abhängigkeit der Steilheit der
Steigung bestimmt werden. Beispielsweise ist es möglich, die
Druckdifferenz Δp
um so geringer zu wählen,
je größer der
Betrag des Steigungswertes s ist.
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Das kontrollierte Zurückrollen
des Fahrzeugs im Anfahrhilfemodus erlaubt dem Fahrer komfortable Einpark-
oder Rangiermanöver
am Berg.
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In Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels
ist es auch möglich
den Kriechbremsdruck pK dann einzustellen,
wenn das Fahrzeug aus dem erkannten Stillstand heraus entgegen der
vorgesehenen Anfahrrichtung zu rollen beginnt. Das Rollen und die
Rollrichtung kann anhand der Raddrehzahlsensoren 43 bestimmt
werden. Bei heutigen Raddrehzahlsensoren 43 kann schon
nach wenigen Flankenverläufen
des Raddrehzahlsignals die Drehrichtung erkannt werden. Bei dieser
Alternative der erfindungsgemäßen Verfahrens
kann somit auf den Neigungssensor im Fahrzeug verzichtet werden.
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Nach dem Einstellen des Kriechbremsdruckes
pK wird im Schritt 60 analog zu Schritt
56 überprüft, ob ein
Anfahrwunsch des Fahrers vorliegt und im positiven Fall der Bremsdruck
p in den Radbremseinrichtungen 16, 17 35, 36 vollständig abgebaut (Schritt
57). Andernfalls wird die Abfrage in diesem Schritt 60 zyklisch
wiederholt.
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3 zeigt
fünf einzelne
Diagramme, wobei die Abszisse jeweils die Zeitachse darstellt. Im
obersten Diagramm ist das Bremslichtsignal BLS aufgetragen. Darunter
sind die Fahrzeuggeschwindigkeit v, der Steigungswert s in Fahrzeuglängsrichtung
der Bremsdruck p in den Radbremseinrichtungen 16, 17, 35, 36 und
die zeitliche Ableitung Ṁ des Motormomentes M sowie die
zeitliche Ableitung Ṅ der Motordrehzahl N dargestellt.
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Zum Zeitpunkt t0 betätigt der
Fahrer das Bremspedal 6 und stellt einen bestimmten Bremsdruck
p ein, der beispielsgemäß dem Haltebremsdruck
pH entspricht. Das Bremslichtsignal BLS
hat zum Zeitpunkt t0 eine ansteigende Flanke.
Die Fahrzeuggeschwindigkeit v nimmt ab dem Zeitpunkt t0 ab und
zum Zeitpunkt t1 ist die Fahrzeuggeschwindigkeit v
in etwa Null, so dass sich das Fahrzeug im Stillstand befindet.
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Zu diesem Zeitpunkt t1 steht
das Fahrzeug an einer Steigung mit einem Steigungswert s, der betragsmäßig größer ist
als der Steigungsschwellenwert S0. Es sei
angenommen, dass der über
die gewählte
Gangstufe bestimmte Anfahrrichtung in Richtung bergauf verläuft, so
dass der Anfahrhilfemodus zum Zeitpunkt t1 aktiviert
wird.
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In 3 ist
zu erkennen, dass der Fahrer ab dem Zeitpunkt t2 das
Bremspedal 6 vollständig
in seine Ruhestellung zurückgenommen
hat, so dass das Bremslichtsignal BLS eine abfallende Flanke aufweist
und den Wert Null annimmt. Während
der Verzögerungsdauer Δt bleibt
der Haltebremsdruck pH in den Radbremseinrichtungen 16, 17, 35, 36 unverändert. Dies
würde dem
Fahrer genügend
Zeit geben einen Anfahrvorgang mit einem ausreichenden Motormoment
M einzustellen und ohne zurückzurollen anzufahren.
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Bei dem in 3 dargestellten Beispiel will der Fahrer
jedoch das Fahrzeug bergab zurückrollen lassen.
Nach dem Ablauf der Verzögerungsdauer Δt zum Zeitpunkt
t2 + Δt
wird der Bremsdruck p gemäß einem
beliebig vorgebbaren Bremsdruckgradienten auf den Kriechbremsdruck
pK reduziert, so dass sich das Fahrzeug
mit der Kriechgeschwindigkeit vK bergab
entgegen der vorgesehenen Anfahrrichtung bewegt. Zum Zeitpunkt t3 entspricht der Bremsdruck p dem Kriechbremsdruck
pK und die Fahrzeuggeschwindigkeit v hat
die Kriechgeschwindigkeit vk angenommen.
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Zum Zeitpunkt t4 wird
ein Anfahrvorgang erkannt: die zeitliche Ableitung Ṁ des
Motormomentes M erreicht bzw. übersteigt
den positiven Motormomentänderungsschwellenwert Ṁ0, wobei zu diesem Zeitpunkt die zeitliche
Ableitung Ṅ der Motordrehzahl N kleiner ist als der negative
Motordrehzahländerungsschwellenwert –Ṅ0. Der Bremsdruck p wird abgebaut und die
Fahrzeuggeschwindigkeit v in Fahrtrichtung bergauf nimmt zu.