DE1902944B2

DE1902944B2 - Steuereinrichtung zum vermeiden von kurvenschleudern bei kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE1902944B2
Application number: DE19691902944
Authority: DE
Inventors: Helmuth 7254 Münchingen Bott
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1969-01-22
Filing date: 1969-01-22
Publication date: 1978-02-16
Also published as: DE1902944A1; US3719246A; DE1902944C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung zum Vermeiden von Kurvenschleudern bei Kraftfahrzeugen, die eine blockiergeschützte Bremsanlage aufweisen, mit dem Fahrzustand erfassenden Meßelementen und über diese ansteuerbaren Stellelemente.

Mit derartigen Steuereinrichtungen in Fahrzeugen soll eine Erhöhung der Verkehrssicherheit erzielt werden, indem instabile Fahrzustände, z. B. das Kurvenschleudern rechtzeitig angezeigt und entsprechende Maßnahmen am Fahrzeug eingeleitet werden. Ein Ausbrechen des Fahrzeuges aus seiner vorgezeichneten Bahn wird durch eine quer zur Fahrtrichtung gerichtete Störkraft hervorgerufen, die eine Winkelbewegung um die Hochachse verursacht. Eine solche Winkelbewegung wird einem Fahrzeug aufgezwungen, wenn die angreifende Störkraft ein größeres Moment um die Fahrzeughochachse erzeugt ais die Summe der Spurkräfte aller Reifen. Dabei ist die Seitenführungskraft zu einem Teil als eine auf das Fahrzeug übertragene Reaktionskraft des Luftreifens aus Radlast und Gierwinkel aufzufassen und zum anderen Teil von der Radlast und dem Sturzwinkel abhängig.

Um eine Querstabilisierung des Fahrzeuges zu erreichen, kann eine Korrektur der Fahrzeuglage beitragen, derart, daß das Fahrzeug in aufgerichteter Lage gehalten wird. Diese Korrektur der Fahrzeuglage ist für eine Querstabilisierung nicht ausreichend, da allein aus der Rollneigung der gefederten Massen kein Rückschluß auf die von den Reifen aufbringbaren Spurkräfie möglich ist. Eine Erhöhung der Seitenführungskraft ist hierdurch nicht möglich.

Es ist eine Bremsdruckregeleinrichtung an Kraftfahrzeugen bekannt (CH-PS 458092), durch die der Bremsdruckverlauf entsprechend einer optimalen Bremsung unabhängig von der Beschaffenheit der Fahrbahn auszulegen ist. Es wird durch diese Einrichtung ein Schlupf der Räder erzielt, der möglichst lange und nahe auf den Wert zu halten ist, welcher dem Reibwertmaximum entspricht. Darüber hinaus wird auch eine Neuanpassung des Bremsdruckes an die jeweiligen Fahrbahnverhältnisse durch periodische Fahrbahntests erzielt, auch wenn sich diese Verhältnisse während des Bremsvorganges ändern. Die Messung erfolgt über Verzögerungsgeber und dergleichen, die jeweils an den miteinander in Verbindung stehenden Rädern angeordnet sind. Diese bekannte Einrichtung dient im wesentlichen zur Einregulierung des Bremsdruckes, wodurch ein Blockieren der Räder eines Kraftfahrzeuges verhindert und somit zum Schleudern des Fahrzeuges führende unsymmetrische Fahrzustände abgebaut werden können. Diese durch die Einrichtung eingeleiteten Maßnahmen für sich alleine sind nicht geeignet, ein Kurvenschleudern zu verhindern.

Ferner ist eine Einrichtung zur Lenkungsbeeinflussung bei gefährlichen Fahrzuständen bekannt (US-PS 2957535), wobei eine Warneinrichtung und eine Einrichtung zur Lenkungsbeeinflussung vorgesehen ist und bei Gefahrenzuständen eine Warnung abgegeben bzw. eine Lenkungsbeeinflussung durchgeführt wird. Des weiteren ist eine Einrichtung an Kraftfahrzeugen bekannt, (US-PS 3 159729), durch die der Hinterrad-

bo bremsdruck in Abhängigkeit von der Straßenlage und der Belastung einstellbar ist. Bei dieser Einrichtung wird manuell ein Trägheitsschalter auf den tatsächlichen Belastungszustand des Fahrzeuges sowie auf den bestehenden Fahrbahnzustand (trocken, naß, vereist)

_b5 eingestellt, wodurch über Ventile der Hinterradbremsdruck abhängig gesteuert wird. Ferner ist zur Messung der Bewegung eines Kraftfahrzeuges ein Kreiseimeßgeräi bekannt (Bussin »Automobiltechni-

sches Handbuch«, 2. Aufl. (1965) Bd. 2, Seite 1287/ 88) mit dem eine Gesamtbeurteilung der Fahrbahneigenschaften eines Kraftfahrzeuges, die sich aus seinem Reagieren bei plötzlichen Lenkeinschlägen, scharfen Kurvenfahrten, starkem Bremsen, schnellem Beschleunigen und ähnlichem zusammensetzen, möglich ist.

Die vorgenannten bekannten Einrichtungen sind für sich allein noch nicht geeignet, ein Kurvenschleudern von Kraftfahrzeugen in ausreichendem Maße zu ^|(l verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Venneiden des Kurvenschleuderns von Kraftfahrzeugen zu schaffen, die vor Erreichen eines instabilen Fahrzustandes selbsttätig, unabhängig von der Reaktion des Fahres, lediglich in Abhängigkeit vom tatsächlichen Fahrzustand, Einrichtungen zur Spurhaltung des Fahrzeuges einschaltet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Kombination an sich bekannter Merkmale ^u

a) die Meßelemente bestehen aus einem Kreiselgerät, Radsensoren, Lenkungssensoren und Potentiometer.

b) Diese Meßelemente sind mit einem auf Grenzwerte der Querbeschleunigung des Fahrzeuges ansprechenden programmierten Steuergerät verbunden.

c) Über das Steuergerät sind die Stellelemente für die Steuerung der Bremsanlage sowie eines Leistungsregelgliedes einer Brennkraftmaschine :-.ur jo Spurhaltung auslösbar.

Ferner ist nach der Erfindung vorgesehen, daß die vom Steuergerät beeinflußten Steuermittel als elektrische oder hydraulische Steilmotoren ausgebildet sind, eine Überbrückung der entsprechenden Bedienungseinrichtungen des Fahrzeuges bewirken, einzeln oder gruppenweise, zeitlich versetzt, oder gleichzeitig einschaltbar sind. Des weiteren ist vorgesehen, daß der Kreisel mit von diesen beeinflußbaren Potentiometern zusammenwirkend ausgebildet ist und über diese eine Umsetzung der Meßwerte in elektrische Impulse und kapazitive bzw. induktive Elemente beinhaltende Bauelemente bekannter Bauart erfolgt. Neben der Erfassung der für den Fahrzustand unmittelbar ausschlaggebenden Kriterien sind noch zur Erfassung der Stellung des Leistungsregelgliedes der Brennkraftmaschine als Potentiometer ausgebildete Meßinstrumente vorgesehen. Die Winkelbewegungen bzw. Stellungen der gefederten Masse werden durch ein oder mehrere Instrumente hinsichtlich der Roll-, Nick- und Gierachsen über den im Gesamtschwerpunkt angeordneten Kreisel mit drei Freiheitsgraden erfaßt. Querbeschleunigung und Quergeschwindigkeit werden zweckmäßigerweise durch die in den Radachsen angeordnete Sensoren erfaßt, während ein am Lenkrad angeordneter Sensor die Richtung der Räder erfaßt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung erfaßt den jeweiligen Fahrzustand in der Weise, daß alle für die Fahrtrichtungsstabilität des Fahrzeuges wesentlichen t>o Faktoren wie die Radlastverteilung, Querbeschleunigung bzw. Quergeschwindigkeit und die Richtung der Räder, sowie der Gierwinkel und die Hochachse über Meßinstrumente ermittelt und vom Steuergerät mit den konstruktiv bedingten Charakteristiken des Fahrzeuges, insbesondere dem Eigenlenkverfahren, maximal nutzbarer Seitenreibbeiwert, optimale Radlastvcrtcilungund dergleichen verarbeitet werden. Durch die genaue Bestimmung des Fahrzustandes, die einem Fahrer niemals möglich wäre, können die zur Haltung des Fahrzeuges in einem stabilen Fahrzustand am besten geeigneten Mittel eingesetzt werden. Ferner werden alle aus einer Schockreaktion möglicherweise entstehenden Fahrfehler vermieden, so daß das Fahrzeug in einem stabilen Fahrzustand verbleibt. Hierdurch wird in einfacher konstruktiver Weise die an sich bekannten Einrichtungen zu einer kombinierten Baueinheit in einem Kraftfahrzeug zusammengefaßt, um alle Fahrzustände, die ein instabiles Fahrverhalten begünstigen zu erfassen, dementsprechend gegen Maßnahmen zum Erzielen eines stabilen Fahrzustandes erzielen zu können.

Insbesondere wird dem wenig geübten Fahrer, Hilfestellung bei Kurvenfahrt gegeben. Wenn der Fahrer z. B. durch übermäßiges Bremsen in der Kurve die Herrschaft über sein Fahrzeug verliert, so ist es möglich, die durch das Fehlverhalten des Fahrers bedingte Schleudergefahr im Rahmen des physikalisch möglichen, zu beseitigen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit einem Triebwerkblock und der bei normaler Kurvenfahrt hauptsächlich zu berücksichtigenden Kräfte, und

Fig. 2 die schematische Darstellung des mit der Einrichtung ausgerüsteten Fahrzeuges gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Fahrzeug schematisch dargestellt, bei dem die Vorderräder an Lenkern geführt und unabhängig voneinander gefedert sind. Die Lenker sind derart angeordnet, daß das Momentanzentrum der Vorderachse zwischen der Drehachse der Räder und der Fahrbahn zu liegen kommt. Die Hinterachse ist als Pendelachse mit einem oberhalb der Radmitte angeordneten Momentanzentrum ausgelegt. Dadurch steigt die Rollachse R von vorn nach hinten an. Durch geeignete Anordnung und Gestaltung des Wagenkastens W sowie des Triebwerkes T samt aller Einrichtungen wird eine gleichmäßige Verteilung des Gewichtes auf Vorder- und Hinterachse und ein geringer Abstand des Gesamtschwerpunktes S von der Rollachse R erreicht.

Bei Kurvenfahrt wird durch den Lenkeinschlag zunächst der Schwimmwinkel der Vorderräder um einen bestimmten Grad vergrößert. Der daraus entstehende Seitenkraftansteig der Vorderräder bewirkt eine Verschiebung des Seitenkraftdruckpunktes vor den Gesamtschwerpunkt S, so daß ein Moment um die Fahrzeughochachse G erzeugt wird, welches das Einschwenken des Fahrzeuges in die Kurve bewirkt. Schon mit kleinstem Einschlagwinkel erhalten die Hinterräder ebenfalls eine Quergeschwindigkeit, wodurch sie eine Seitenführungskraft aufbauen, durch die die Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeuges um die Hochachse G gedämpft und der Seitenkraftdruckpunkt um einen entsprechenden Betrag nach hinten verschoben wird. Gleichzeitig entsteht in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit eine Fliehkraft F, deren eine Komponente im Gesamtschwerpunkt S quer zur Fahrzeuglängsmittelachse X-X angreift. Bei gleichbleibender Kurvenfahrt mit dem vorgegebenen Einschlagwinkel der Lenkung und unveränderter Fahrgeschwindigkeit stellt sich ein Gleichgewichtszustand zwischen der quer zur Fahrzeuglängsmittelachse XX gerichteten Fliehkraft F und den Seitenfüh-

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rungskräften Pv und Ph der Reifen von Vorder- und Hinterrädern ein.

Das Fahrzeug mit dem Wagenkasten W und dem Triebwerk T besitzt ein Fahrgestell mit unabhängig aufgehängten Vorderrädern 1 und 2 und gleichfalls unabhängig aufgehängten Hinterrädern 3 und 4. Die Vorderräder 1, 2 sind an Lenkern 5 geführt. Den Hinterrädern ist eine Pendelachse 6 zugeordnet. Das Triebwerk T besteht aus einer Brennkraftmaschine 7 und einem vollautomatischen Geschwindigkeitswechselgetriebe 8 sowie einem Achs- Ausgleichsgetriebe 9, die zu einem Block zusammengefaßt sind. Für den Lenkeinschlag der Vorderräder 1, 2 ist eine Zahnstangenlenkung 10 vorgesehen, die über Spurstangen

11 an den nicht gezeigten Achsschenkeln der Vorder- '⁵ räder angreift. Zur Erfassung der Radlastverteilung ist ein im Gesamtschwerpunkt S angeordneter Kreisel

12 vorgesehen, welcher auf die Winkelbewegungen der gefederten Masse um die Rollachse R anspricht. Der Kreisel 12 besitzt drei Freiheitsgrade und dient gleichzeitig der Erfassung der Winkelbeschleunigung bzw. der Winkelgeschwindigkeit um die Hochachse G. Die Querbeschleunigung bzw. Quergeschwindigkeit der Reifen wird über in den Achsen der Räder 1 bis 4 angeordneten Sensoren 13, 14, 15 und 16 gemessen, während die Richtung der Vorderräder durch einen am Lenkhandrad 17 angeordneten Sensor 18 erfaßt wird. Fahrgeschwindigkeit und Stellung des Leistungsregelgliedes 19 der Brennkraftmaschine 7 werden mit Hilfe von Potentiometern 20, 21 erfaßt. Der Kreisel 12 besitzt für jeden Freiheitsgrad jeweils einen Potentiometer 22, 23 und 24, mit dessen Hilfe die Meßwerte in elektrische Impulse umsetzt werden. Die Sensoren 13 bis 16 und 18 erhalten zur Umsetzung der Meßwerte in elektrische Impulse bekannte kapazitive Elemente, die im einzelnen nicht dargestellt sind. Durch die verschiedenen Leitungen 25 werden die in elektrische Impulse umgesetzten Meßwerte der einzelnen Sensoren einem als elektronischen Analogrechner ausgebildeten Steuergerät 26 zugeführt, das durch Vergleich der Meßwerte mit einem festen Programm die zur Steuerung des Fahrzustandes erforderlichen Gegenmaßnahmen veranlaßt. Im Steuergerät 26 sind drei voneinander abweichende Programme für unterschiedliche Fahrbahnzustände wie Trockenbereich, Naßbereich oder Winterbetrieb untergebracht. Vom Fahrer kann das Steuergerät 26 mittels eines am Armaturenbrett angeordneten Schaltknopfes 27 geschaltet werden. Neben dem Schaltknopf 27 ist am Armaturenbrett ein Anzeigeinstrument 28 angeordnet, welches dem Fahrer anzeigt, ob das Gerät 26 ein- oder ausgeschaltet ist bzw. welches Programm abläuft. Die vom Steuergerät 26 in Abhängigkeit vom Fahrbahnzustand und den zu seiner Korrektur erforderlichen Maßnahmen erzeugten Impulse werden einschaltbaren Steuermitteln wie Stellmotoren und dergleichen zugeführt, die ihrerseits die Spurhaltungseinrichtungen ansteuern. Die angedeuteten Spurhaltungseinrichtungen bestehen zunächst aus einer mit einer bekannten Anti-Blockiereinrichtung versehenen hydraulischen Bremsanlage und einer Einrichtung zum Regulieren der Stellung des Leistungsregelgliedes 19 der Brennkraftmaschine 7. Bei der Bremsanlage sind den einzelnen Rädern, wie für das Vorderrad 2 gezeigt, jeweils induktive Aufnehmer 29 zur Überwachung der Drehzahl zugeordnet. Die ermittelt^g Meßwerte werden einem Brems-Steuergerät 30 eingegeben, durch das der Bremsdruck aller vier Räder derart geregelt wird, daß bei vorzeitigem Absinken der Drehzahl eines Rades der diesem Rad zuströmende Bremsdruck so lange verringert wird, bis es die gleiche Drehzahl wie die übrigen Räder hat. Bei Kurvenfahrt wird dabei über den Lenkungssensor 18 berücksichtigt, daß die kurveninneren Räder eine kleinere Geschwindigkeit aufweisen müssen als die kurvenäußeren. Die Bremsanlage wird durch einen an das Steuergerät 26 angeschlossenen Stellmotor 31 betätigt. Das Leistungsregelglied 19 der Brennkraftmaschine kann über seine gebräuchliche Betätigung hinaus noch über einen als elektrischen Nachlaufmotor ausgebildeten Stellmotor 32 betätigt werden.

Weitere über den angedeuteten Rahmen hinausgehende Mittel zur Spurhaltung sind Maßnahmen zur Veränderung der Radstellung (Sturz, Spreizung und dergleichen), Federverhärtung, Federungsausgleich zwischen Vorder- und Hinterachse usw. Alle diese Mittel sind derart abgestimmt, daß die beschriebene Spurhaltungseinrichtung bereits unterhalb der Grenze der maximal für die vorgesehene Fahrzeugkonzeption zulässigen Querbeschleunigung in Tätigkeit treten, so daß das Fahrzeug nicht in einen instabilen Fahrzustand kommen kann. Wird bei der gezeigten Fahrzeugauslegung eine maximal mögliche Querbeschleunigung 0,8 g festgestellt, so ist das Programm für das Steuergerät auf ca. 0,75 g eingestellt. Das bedeutet, daß bereits unterhalb des kritischen Schwellwertes, d. h. vor einem überzogenen Fahrzustand, unabhängig von der Reaktion des Fahrers, die Bremsen betätigt und das Leistungsregelglied der Maschine auf geringere Fahrleistung zurückgenommen wird. Das Fahrzeug kann deshalb auch durch Schockreaktionen des Fahrers nicht in einen überkritischen Fahrzustand gelangen.

Hierzu 1 Blau Zeichnungen

Claims

b) c) Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung zum Vermeiden von Kurvenschleudern bei Kraftfahrzeugen, die eine blökkiergeschützte Bremsanlage aufweisen, mit den Fahrzustand erfassenden Meßelementen und über diese ansteuerbare Stellelemente, gekennzeichnet durch die Kombination der an sicli bekannten Merkmale:

a) die Meßelemente bestehen aus einem Kreiselgerät (12), Radsensoren (13 bis 16), Lenkungssensoren (18) und Potentiometer (20, 21),

diese Meßelemente sind mit einem auf Grenzwerte der Querbesohleunigung des Fahrzeuges ansprechenden, programmierten Steuergerät (26) verbunden,
über das Steuergerät (26) sind die Stellelemente für die Steuerung der Bremsanlage sowie eines Leistungsregelgliedes (19) einer Brennkraftmaschine (7) zur Spurhaltung auslösbar.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Steuergerät (26) beeinflußten Steuermittel als elektrische oder hydraulische Stellmotoren (31, 32) ausgebildet sind, eine Überbrückung der entsprechenden Bedienungseinrichtungen des Fahrzeuges bewirken und einzeln oder gruppenweise, zeitlich versetzt oder gleichzeitig einschaltbar sind.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisel (12) mit von diesen beeinflußbaren Potentiometern (22 bis 24) zusammenwirkend ausgebildet ist und über diese eine Umsetzung der Meßwerte in elektrische Impulse und kapazitive bzw. induktive Elemente beinhaltende Bauelemente bekannter Bauart erfolgt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Stellung des Leistungsregelgliedes (19) der Brennkraftmaschine (7) als Potentiometer (20, 21) ausgebildete Meßinstrumente (21) vorgesehen sind.

5. Einrichtung an Fahrzeugen nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelbewegung der gefederten Massen des Fahrzeuges hinsichtlich der Roll-, Nick- und Gierachse über den im Gesamtschwerpunkt (5) angeordneten Kreisel (12) mit drei Freiheitsgraden erfaßt wird.

6. Einrichtung an Fahrzeugen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Radachsen zur Aufnahme der Querbeschleunigung bzw. der Quergeschwindigkeit der Räder (1 bis 4) die Sensoren (13 bis 16) angeordnet sind.

7. Einrichtung an Fahrzeugen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Lenkhandrad (17) der die Richtung der Räder erfassende Lenkungssensor (18) angeordnet ist.