DE1902944C3 - Steuereinrichtung zum Vermeiden von Kurvenschleudern bei Kraftfahrzeugen - Google Patents
Steuereinrichtung zum Vermeiden von Kurvenschleudern bei KraftfahrzeugenInfo
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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 erzieit
wenden, indem instabile Fahrzustände, z. B, das Kurveniichleudern
rechtzeitig angezeigt und entsprechende Maßnahmen am Fahrzeug eingeleitet werden.
Ein Ausbrechen des Fahrzeuges aus seiner vorgezeichneten Bahn wird durch eine quer zur Fahrtrichtung
gerichtete Störkiaft 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 als die
Summe der Spurkräfte aller Reifen. Dabei ist die Seilenführungskraft
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
Spuirkräfte 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 Bremsvor-ganges 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 also leine sind nicht geeignet, ein Kurvenschleudern zu
verhindern.
Ferner ist eine Einrichtung zur Lenkungsbeeinflussung bei gefährlichen Fahrzuständen bekannt (US-PS
2 957 535), 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 3159729), durch die der Hinterradbremsdruck
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) eingestellt, wodurch über Ventile der Hinterradbremsdruck
abhängig gesteuert wird. Ferner ist zur Messung der Bewegung eines Kraftfahrzeuges ein
Kreiselmeßgerät bekannt (Bussin »Automobiltechni-
sches Handbuch«, 2. Aufl. (1965) Bei. 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 verhindern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Vermeiden 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
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 zur Spurhaltung auslösbar.
Ferner ist nach der Erfindung vorgesehen, daß die vom Steuergerät beeinflußten Steuermittel als elektrische
oder hydraulische Stellmotoren 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 in* 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 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 Radlastverteilung
und 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 bestengeeigneten
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
X-X gerichteten Fliehkraft F und den Seitenfüh-
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 Geschwindigkeitswech- ln
selgetriebe 8 sowie einem Achs-Ausgleichsgetricbe 9,
die zu einem Block zusammengefaßt sind. Für den l.cnkeinschlag der Vorderräder 1. 2 ist eine Zahnstangenlenkung
10 vorgesehen, die über Spurstangen 11 an den nicht gezeigten Achsschenkeln der Vorder- ''
rader angreift. Zur Erfassung der Radlastverteilung ist ein im Gesamtschwerpunkt S angeordneter Kreisel
ches Programm abläuft. Die vom Steuergerät 26 ir Abhängigkeit vom Fahrbahnzustand und den zu seiner Korrektur erforderlichen Maßnahmen erzeugter
Impulse werden einschaltbaren Steuermitteln wie Stellmotoren und dergleichen zugeführt, die ihrerseit:
die Spurhaltungseinrichtungen ansteuern. Die ange deuteten Spurhaltungseinrichtungen bestehen zunächst aus einer mit einer bekannten Anti-BIockier
einrichtung versehenen hydraulischen Bremsanlagi und einer Einrichtung zum Regulieren der Stellunj
des Leistungsregelgliedes 19 der Brennkraftma schine 7. Bei der Bremsanlage sind den einzelnen Ra
dem. wie für das Vorderrad 2 gezeigt, jeweils induk tive Aufnehmer 29 zur Überwachung der Drehzah
zugeordnet. Die ermitteltyg Meßwerte werden einen
Brems-Steuergerät 30 eingegeben, durch das de Bremsdruck aller vier Räder derart geregelt wird, da[
wciciici aiii die
der gefederten Masse um die Rollachse R anspricht. Der Kreisel 12 besitzt drei Freiheitsgrade und dient '"
gleichzeitig der Erfassung der Winkelbesehleunigung bzw. der Winkelgeschwindigkeit um die Hochachse
Ci. Die Querbeschleunigung bzw. Quergeschwindigkeit der Reifen wird über in den Achsen der
Rader 1 bis 4 angeordneten Sensoren 13, 14, 15 und -'
16 gemessen, während die Richtung der Vorderräder
ilurch einen am I.enkhandrad 17 angeordneten Sensor 18 erfaßt wird. Fahrgeschwindigkeit und Stellung des
I.eistungsregelgliedes 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 Umsct zung 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 4"
zueefuhrt. das durch Vergleich der Meßwerte mit einem
festen Programm die zur Steuerung des Fahrzustandes erforderlichen (iegenmaßnahmen veranlaßt.
Im Steuergerät 26 sind drei voneinander abweichende Pmeramme fur unterschiedliche Fahrbahnzustände 4>
άic Trockenbereich. Naßbereich oder Winterbetrieb
untergebracht. Vom Fahrer kann das Steuergerät 26 mitteN eines am Armaturenbrett angeordneten
St-haltknopfes 27 geschaltet werden. Neben dem
Schaltknopf 27 ist ar-. Armaturenbrett ein Anzeigein- Vl
strument 28 angeordnet, welches dem Fahrer anzeigt. Mh das Gerat 26 ein- oder ausgeschaltet ist bzw. weluci vui £cillgcill AiuMiiKcii uci L^iciiz.aui cmc» rvciuc:
der diesem Rad zuströmende Bremsdruck so langt verringert wird, bis es die gleiche Drehzahl wie du
übrigen Räder hat. Bei Kurvenfahrt wird dabei übei den Lenkungssensor 18 berücksichtigt, daß die kur
veninneren Räder eine kleinere Geschwindigkeit auf weisen müssen als die kurvenäußeren. Die Bremsan
lage wird durch einen an das Steuergerät 26 ange schlosscncn Stellmotor 31 betätigt. Das Leistungsre
gclglicd 15 Jcr Brennkraftmaschine kann über seini gebräuchliche Betätigung hinaus noch über einen al:
elektrischen Nachlaufmotor ausgebildeten Stellmoto 32 betätigt werden.
Weitere über den angedeuteten Rahmen hinausge hende Mittel zur Spurhaltung sind Maßnahmen zu
Veränderung der Radstellung (Sturz, Spreizung um dergleichen), Federverhärtung. Federungsausgleicl
zwischen Vorder- und Hinterachse usw. Alle dies( Mittel sind derart abgestimmt, daß die beschrieben«
Spurhaltungseinrichtung bereits unterhalb der Grenzi der maximal für die vorgesehene Fahrzeugkonzeptioi
zulässigen Querbeschleunigung in Tätigkeit treten, s(
daß das Fahrzeug nicht in einen instabilen Fahrzu stand kommen kann. Wird bei der gezeigten Fahr
zcugauslegung eine maximal mögliche Querbcschleu nigungO.Sg festgestellt, so ist das Programm für da
Steuergerät auf ca. 0.75 g eingestellt. Das bedeutet daß bereits unterhalb des kritischen Schwellwertes
d. h. vor einem überzogenen Fahrzustand, unabhängi; von der Reaktion des Fahrers, die Bremsen betätig
und das Leistungsregelglied der Maschine auf ge ringere Fahrleistung zurückgenommen wird. Da
Fahrzeug kann deshalb auch durch Schockreaktioi.i.i
des Fahrers nicht in einen überkritischen Fahrzustani gelangen.
Hierzu ! Blatt Zcichnunson
Claims (7)
1. Steuereinrichtung zum Vermeiden von Kurvenschleudern
bei Kraftfahrzeugen, die eine blokkiergeschützte Bremsanlage aufweisen, mit den
Fahrzustand erfassenden Meßelementen und über diese ansteuerbare Stellelemente ,gekennzeichnet
durch die Kombination der an sich bekannten Merkmale:
a) die Meßelemente bestehen aus einem Kreiselgerät (12), Radsensoren (13 bis 16), Lenkungssensoren
(18) und Potentiometer (20, 21),
b) diese Meßelemente sind mit einem auf Grenzwerte der Querbeschleunigung des
Fahrzeuges ansprechenden, programmierten Steuergerät (26) verbunden,
c) über das Steuergerät (26) sind die Stellelemente für die Steuerung der Bremsanlage sowie
e*Ees 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 auigebildet ist und über
diese eine Umsetzung der Meßv erte 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 (S) 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.
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