DE19651968B4 - Regelsystem für ein Fahrzeug mit gummibereiften Rädern - Google Patents

Regelsystem für ein Fahrzeug mit gummibereiften Rädern Download PDF

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Abstract

Regelsystem für ein Fahrzeug (2) mit gummibereiften Rädern (4a – 4d), mit dessen Hilfe die Fahrdynamik des Fahrzeugs geregelt wird, insbesondere Antiblockiersystem, Fahrdynamikregelsystem und/oder Antriebsschlupfregelsystem, wozu dem Regelsystem eine mit einer Eingabeeinheit (8) versehene Regeleinheit (6) zugeordnet ist, wobei die Eingabeeinheit (8) der Eingabe von reifencharakteristischen Größen der am Fahrzeug (2) verwendeten Reifen in die Regeleinheit (6) dient und die Regeleinheit (6) die Regelung des Systems auf Basis einer μ-Schlupfkurve vornimmt, dadurch gekennzeichnet, dass
– in der Regeleinheit (6) eine vorgegebene μ-Schlupfkurve (22) gespeichert ist und dass
– die vorgegebene μ-Schlupfkurve (22) unter Berücksichtigung der reifencharakteristischen Daten in eine optimierte μ-Schlupfkurve (28) überführbar ist und dass
– die Regeleinheit (6) die Regelung des Systems auf Basis der optimierten μ-Schlupfkurve (28) vornimmt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelsystem für ein Fahrzeug mit gummibereiften Rädern, mit dessen Hilfe die Fahrdynamik des Fahrzeugs geregelt wird, insbesondere Antiblockiersystem, Fahrdynamikregelsystem und/oder Antriebsschlupfregelsystem, wozu dem Regelsystem eine mit einer Eingabeeinheit versehene Regeleinheit zugeordnet ist, wobei die Eingabeeinheit der Eingabe von reifencharakteristischen Größen der am Fahrzeug verwendeten Reifen in die Regeleinheit dient und die Regeleinheit die Regelung des Systems auf Basis einer μ-Schlupf kurve vornimmt.
  • Regelsysteme für Fahrzeuge mit gummibereiften Rädern, insbesondere für Kraftfahrzeuge, in denen die Regelung auf Basis einer vorgegebenen μ-Schlupfkurve vorgenommen wird, sind an sich bekannt und arbeiten wie folgt: Mit Hilfe der ABS-Sensoren des Fahrzeugs wird der Schlupf der Reifen des Kraftfahrzeuges bestimmt. Mit Hilfe des bestimmten Schlupfes kann dann anhand der μ-Schlupfkurve festgestellt werden, welchen Reibungsbeiwert μ der oder die Reifen des Fahrzeuges aufweisen. Eine Regelung in einem Regelsystem funktioniert besonders gut, wenn die gespeicherte μ-Schlupfkurve den wahren Reibungsbeiwert des Reifens möglichst exakt wiedergibt. Der charakteristische Verlauf der μ-Schlupfkurve wird zum einen durch den Fahrbahnbelag, auf dem sich die Reifen des Kraftfahrzeuges gerade befinden, und zum anderen von den gerade am Fahrzeug verwendeten Reifen beeinflusst. Der Einfluss des Reifens auf den Verlauf der μ-Schlupfkurve ist bereits ausführlich untersucht worden. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind in dem Artikel „Umfangskraftverhalten von Pkw-Reifen bei unterschiedlichen Fahrbahnzuständen" aus der automobiltechnischen Zeitschrift 98 (1996) 9, auf den Seiten 458 ff. zusammengefasst.
  • Aus dem genannten Artikel geht hervor, dass die genaue Kenntnis des Verlaufs der μ-Schlupfkurve eine Voraussetzung zur Verbesserung von modernen Regelsystemen, wie beispielsweise Antiblockiersystemen, Fahrdynamikregelsystemen und Antriebsschlupfregelsystemen ist. Es ist dem Artikel jedoch nicht zu entnehmen, was konkret zu unternehmen ist, um eine Optimierung der μ-Schlupfkurve im Hinblick auf die gerade am Kraftfahrzeug verwendeten Reifen einfach durchführen zu können.
  • Aus dem Dokument DE 44 35 160 A1 ist eine Einrichtung zur Ermittlung der Umfangskraft eines Fahrzeugsrades bekannt. Dabei wird eine der Umfangskraft proportionale Größe bestimmt, indem in geeigneter Weise Geberelemente am Reifen und an der Felge des Fahrzeugsrades angebracht werden. Mit den Geberelementen zusammenwirkende Sensoren liefern zu jedem Zeitpunkt der Regelung Signale, die dahingehend ausgewertet werden, dass Informationen über den Schlupf des Fahrzeugrades ermittelt werden. Da der tatsächliche Reibungsbeiwert zu jedem Zeitpunkt der Regelung ermittelt wird, ist eine Optimierung einer vorgegebenen μ-Schlupfkurve bei der vorbekannten Einrichtung nicht vorgesehen.
  • Im Dokument DE 40 09 540 A1 ist ein Verfahren und ein System zur Reifendrucküberwachung offenbart. Dabei werden die Frequenzen des vertikalen Schwingungsverhaltens jedes Fahrzeugrades mit dessen Eigenfrequenzen verglichen, um den Luftdruck in den Reifen zu bestimmen. Zudem ist bei dem vorbekannten Verfahren vorgesehen, dass der momentane Luftdruck mit vorgegebenen Sollwerten verglichen wird und ggf. ein Warnsignal an den Fahrzeugführer übermittelt wird. Eine Regelung, die eine vorgegebene μ-Schlupfkurve hinsichtlich des momentanen Zustands der am Kraftfahrzeug verwendeten Reifen optimiert, ist bei dem vorbekannten System nicht vorgesehen.
  • Aus der DE 40 36 280 A1 ist ein Leistungsübertragungssystem für ein Fahrzeug bekannt, das hinsichtlich einer Drehzahldifferenz zwischen der Vorder- und der Hinterachse eine Reduzierung des an die Achsen übertragenen Drehmoments vornimmt. Dabei werden auch unterschiedliche Raddurchmesser der Fahrzeugräder an der Vorder- und der Hinterachse in geeigneter Weise berücksichtigt. Der Einfluss der Eigenschaften der verwendeten Reifen wird jedoch nicht dazu benützt, um eine vorgegebene μ-Schlupfkurve zu optimieren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelsystem für ein Fahrzeug mit gummibereiften Rädern zu schaffen, in dem die Optimierung der μ-Schlupfkurve im Hinblick auf die am Fahrzeug verwendeten Reifen auf einfache Art und Weise durchführbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Regeleinheit eine vorgegebene μ-Schlupfkurve gespeichert ist und dass die vorgegebene μ-Schlupfkurve unter Berücksichtigung der reifencharakteristischen Daten in eine optimierte μ-Schlupfkurve überführbar ist und dass die Regelein heit die Regelung des Systems auf Basis der optimierten μ-Schlupfkurve vornimmt.
  • Der Grundgedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass das Regelsystem immer mit fest vorgegebenen optimierten μ-Schlupfkurven arbeitet und aus diesem Grunde auf Sensoren, die den wahren Reibungsbeiwert zwischen Reifen und Fahrbahn ermitteln, verzichtet werden kann. Es werden lediglich die ABS-Sensoren zur Ermittlung des Schlupfes benötigt. Durch die Verwendung einer optimierten μ-Schlupfkurve, in der reifencharakteristische Größen berücksichtigt werden, wird eine zufriedenstellende Regelqualität erreicht. Die reifencharakteristischen Größen werden von Datenträgern zur Verfügung gestellt, d.h. auch zu ihrer Erfassung sind keinerlei Sensoren notwendig. Insgesamt sind die erfindungsgemäßen Regelsysteme bei zufriedenstellender Regelqualität preiswert. Es wird also in der Regeleinheit des Regelsystems zunächst eine Regelstrategie vorgegeben, die im Mittel mit zufriedenstellenden Ergebnissen für alle Reifen verwendet werden kann, und die nach der Übertragung der reifencharakteristischen Größen im Hinblick auf die am Fahrzeug verwendeten Reifen optimiert wird.
  • Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, dass die Regelstrategie im Hinblick auf die verwendeten Reifen optimiert wird, was z.B. im Falle eines Antiblockiersystems bedeutet, dass sich der Bremsweg bei gleichzeitiger Erhaltung der Lenkbarkeit des Fahrzeugs verkürzt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist schließlich darin zu sehen, dass das Regelsystem auch dann noch funktioniert, wenn aus irgendeinem Grunde die reifencharakteristischen Größen nicht an die Regeleinheit übertragen werden, da die Regeleinheit in diesem Fall auch noch mit der vorgegebenen, (nicht opti mierten) Regelstrategie und mit zufriedenstellenden Ergebnissen wie bisher arbeiten kann. Die Sicherheit des Fahrzeuges ist in diesem Fall also nicht beeinträchtigt.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Anspruch 2 enthält mindestens einer der am Fahrzeug verwendeten Reifen einen Transponder, der die reifencharakteristischen Größen über eine Empfangseinheit an die Eingabeeinheit sendet. Der Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ist darin zu sehen, dass sichergestellt ist, dass die reifencharakteristischen Größen von dem gerade verwendeten Reifen an die Empfangseinheit übertragen werden, so dass es nicht zu einer irrtümlichen Übertragung von falschen reifencharakteristischen Größen an die Empfangseinheit kommen kann.
  • Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Anspruch 3 ist die Eingabeeinheit als Empfangseinheit ausgebil et und mindestens eine der Felgen des Fahrzeuges enthält einen Sender, der die reifencharakteristischen Größen an die Empfangseinheit übermittelt. Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn durch die reifencharakteristischen Größen lediglich die verwendeten Reifen kategorisiert werden, beispielsweise dahingehend, ob es sich bei den verwendeten Reifen um Sommer- oder Winterreifen handelt. Üblicherweise befinden sich nämlich die Sommer- bzw. die Winterreifen auf einem dazugehörigen separaten Satz von Felgen.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Anspruch 4 enthält die Eingabeeinheit ein Lesegerät, mit dessen Hilfe von einem Datenträger die reifencharakteristischen Größen der am Fahrzeug verwendeten Reifen in das Regelsystem eingelesen werden können. Der Vorteil dieses Aus führungsbeispiels ist darin zu sehen, dass auf dem Datenträger eine große Speicherkapazität zur Verfügung steht, so dass ein großer Datensatz und dementsprechend umfangreiche reifencharakteristische Größen in die Regeleinheit des Regelsystems eingebbar sind.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Zusammenhang mit den nachstehenden Figuren erläutert, darin zeigt:
  • 1 ein Fahrzeug in schematischer Darstellung
  • 2 ein Diagramm
  • 3 ein Diagramm
  • 1 zeigt in stark schematisierter Darstellung ein gummibereiftes Fahrzeug 2 mit gummibereiften Rädern 4a bis 4d, wobei nur die für die folgenden Erläuterungen notwendigen Bestandteile des Fahrzeuges gezeigt sind. Das Fahrzeug 2 verfügt über mindestens ein Regelsystem, mit dessen Hilfe die Fahrdynamik des Fahrzeugs 2 geregelt wird, insbesondere mindestens über ein Antiblockiersystem, ein Fahrdynamikregelsystem oder ein Antriebsschlupfsystem. Dem Regelsystem ist eine Regeleinheit 6 zugeordnet, die die Regelung des Systems auf Basis einer μ-Schlupfkurve vornimmt, die den Zusammenhang zwischen dem Umfangskraftübertragungsverhalten zwischen dem Reifen und der Fahrbahn wiedergibt (bzgl. genauer Ausführungen sei auf die 2 und 3 verwiesen). Der Regeleinheit 6 ist eine Eingabeeinheit 8 zugeordnet, die integraler Bestandteil der Regeleinheit 6 sein kann und über die reifencharakteristischen Größen am Fahrzeug 2 verwendeten Reifen eingebbar sind, so dass die in der Regeleinheit 6 vorgegebene Regelstrategie im Hinblick auf diese Größen optimierbar ist. Im Folgenden wird erläutert, wie die reifencharakteristischen Größen in die Eingabeeinheit 8 eingebbar sind:
    Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel verfügt mindestens einer der Reifen der gummibereiften Räder 4a bis 4d über einen Transponder 10a bis 10d, der reifencharakteristische Größen an eine lokale Empfangseinheit, von denen jeweils eine einem Rad zugeordnet ist, überträgt. Von der lokalen Empfangseinheit 12a bis 12d werden die reifencharakteristischen Größen über Leitungen 14a bis 14d an die Eingabeeinheit 8 weitergeleitet. Von der Eingabeeinheit 8 werden die reifencharkateristischen Größen nunmehr an die Regeleinheit 6 weitergegeben, so daß in der Regeleinheit 6 die vorgegebene Regelstrategie im Hinblick auf die übertragenen reifencharakteristischen Größen optimierbar ist. Die Übertragung der reifencharakteristischen Größen eines Transponders 10a bis 10d an eine der lokalen Empfangseinheiten 12a bis 12d kann beispielsweise nach jeder Inbetriebnahme des Fahrzeuges 2 erfolgen.
  • Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält mindestens eine der Felgen, auf denen die Reifen aufgezogen sind, einen Sender 16a bis 16d, mit Hilfe dessen die reifencharakteristischen Größen direkt an die Eingabeeinheit 8, die in diesem Ausführungsbeispiels als Empfangseinheit ausgebildet ist, übertragen werden können.
  • Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung verfügt die Eingabeeinheit 8 über ein Lesegerät 26, mit dessen Hilfe die reifencharakteristischen Größen von einem Datenträger 18 eingelesen und an die Regeleinheit 6 weitergegeben werden können. Der Datenträger 18 kann beispielsweise Chipkarte 18 bzw. als Magnetstreifenkarte 18 ausgebildet sein, wobei in dem ersten Fall das Lesegerät 26 als Chipkartenleser und in dem zweiten Fall das Lesegerät 26 als Magnetstreifenkartenleser ausgebildet ist.
  • 2 zeigt ein Diagramm, in dem der Umfangskraftbeiwert μ über dem Schlupf s in Form einer μ-Schlupf-Kurve 20 aufgetragen ist. Mit Hilfe einer derartigen μ-Schlupf-Kurve 20 kann die Regelung eines der genannten Regelsysteme vorgenommen werden. Die μ-Schlupf-Kurve 20 hat für unterschiedliche Reifentypen einen unterschiedlichen Verlauf, der sich anhand bestimmter reifencharakteristischer Größen beschreiben läßt. Als reifencharakteristische Größen für den Verlauf der μ-Schlupf-Kurve 20 lassen sich beispielsweise die folgenden Größen nennen, wobei die folgende Aufzählung keinerlei Anspruch auf Vollständigkeit erhebt:
    • – relativer Schlupfbedarf des Reifens zur Erreichung des Umfangskraftbeiwertmaximums: bei dem verwendeten Reifen wird der Wert μmax im Vergleich zu einer vorgegebenen μ-Schlupf-Kurve bei einem niedrigen, normalen oder hohen Wert smax angenommen,
    • – Schlupfspanne des Reifens, innerhalb der 80% des Umfangskraftbeiwertmaximums zur Verfügung stehen: bei dem verwendeten Reifen wird der Wert 0,8 μmax bei den Werten s1 und s2 angenommen, wobei die Differenz s2 – s1 im Vergleich zu einer vorgegebenen μ-Schlupf-Kurve klein, normal oder groß ist (es sei bemerkt, daß der Wert 0,8 μmax nur beispielhaft gewählt ist; es können alle Werte gewählt werden, die zwischen μ = 0 und μ = μmax liegen, z.B. 0,5 μmax),
    • – Umfangskraftsteifigkeit des Reifens: bei dem verwendeten Reifen steigt die μ-Schlupf-Kurve 20 zwischen dem Schlupf s = 0 und dem Schlupf s = smax im Vergleich zu einer vorgegebenen μ-Schlupf-Kurve schwach, normal oder stark an
    • – Verhältnis zwischen Umfangskraftbeiwertmaximum zur Blockierkraft (bzw. zur Umfangskraft μ bei einem Schlupf s von 100%) bei dem verwendeten Reifen fällt die μ-Schlupf-Kurve 20 im Vergleich zu einer vorgegebenen μ-Schlupf-Kurve nach dem maximalen Umfangskraftbeiwert μm a x stark, mittel oder schwach ab
    • – Reifentyp (z.B. Sommer- oder Winterreifen)
    • – Reifendimension.
  • 3 zeigt ebenfalls ein Umfangskraftbeiwert-Schlupf-Diagramm, in dem zwei μ-Schlupf-Kurven 22 und 28 eingezeichnet sind.
  • Bei der μ-Schlupf-Kurve 22 handelt es sich um eine vorgegebene μ-Schlupf-Kurve, die in der Regeleinheit 6 (siehe 1) gespeichert ist. In die Regeleinheit 6 werden, wie es bereits im Zusammenhang mit der 1 erläutert worden ist, reifencharakteristische Größen eingegeben, mit Hilfe denen die vorgegebene μ-Schlupf-Kurve 22 im Hinblick auf die gerade am Fahrzeug 2 verwendeten Reifen optimiert wird.
  • Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden die folgenden reifencharakteristischen Größen über die Eingabeeinheit 8 an die Regeleinheit 6 übertragen:
    • – bei dem verwendeten Reifen steigt die μ-Schlupf-Kurve zwischen dem Schlupf s = 0 und dem Schlupf s = smax im Vergleich zur vorgegebenen Kurve stärker an
    • – bei dem verwendeten Reifen wird der Wert μmax im Vergleich zur vorgegebenen Kurve bei einem niedrigen Wert smax angenommen
    • – bei dem verwendeten Reifen ist der Wert μmax im Vergleich zur vorgegebenen Kurve niedriger
    • – bei dem verwendeten Reifen fällt die μ-Schlupf-Kurve im Vergleich zur vorgegebenen μ-Schlupf-Kurve schwach ab
    • – bei dem verwendeten Reifen ist die Differenz s2 – s1 groß im Vergleich zu der Differenz s2 – s1 bei der vorgegebenen Kurve, wobei bei s1 und bei s2 jeweils μ = 0,8 μmax gilt.
  • Werden alle diese reifencharakteristischen Größen berücksichtigt, so führt dies zu einer Optimierung der vorgegebenen μ-Schlupf-Kurve 22 dahingehend, daß die vorgegebene μ-Schlupf-Kurve 22 in die μ-Schlupf-Kurve 28 übergeht. Bei der Regelung des Regelsystems wird nunmehr die μ-Schlupf-Kurve 28 verwendet, was beispielsweise bei einem Antiblockiersystem, in dessen Regelsystem die optimierte μ-Schlupf-Kurve 28 verwendet wird, zu kürzeren Bremswegen bei gleichzeitig verbesserter Lenkbarkeit des Fahrzeuges führt. Wird aus irgendeinem Grunde die Optimierung der μ-Schlupf-Kurve 22 im Hinblick auf die am Fahrzeug verwendeten Reifen nicht vorgenommen, so kann das Regelsystem immer noch zufriedenstellend mit der vorgegebenen Regelstrategie, d.h. mit der vorgegebenen μ-Schlupf-Kurve 22 arbeiten.
  • 2
    gummibereiftes Fahrzeug
    4a...4d
    gummibereifte Räder
    6
    Regeleinheit
    8
    Eingabeeinheit
    10a...10d
    Transponder
    12a...12d
    lokale Empfangseinheiten
    14a...14d
    Leitungen von den lokalen Empfangseinheiten zur Eingabeeinheit
    16a...16d
    Sender
    18
    Datenträger
    20
    μ-Schlupf-Kurve
    22
    vorgegebene μ-Schlupf-Kurve
    24
    optimierte μ-Schlupf-Kurve
    26
    Lesegerä
    28
    optimierte μ-Schlupf-Kurve

Claims (4)

  1. Regelsystem für ein Fahrzeug (2) mit gummibereiften Rädern (4a4d), mit dessen Hilfe die Fahrdynamik des Fahrzeugs geregelt wird, insbesondere Antiblockiersystem, Fahrdynamikregelsystem und/oder Antriebsschlupfregelsystem, wozu dem Regelsystem eine mit einer Eingabeeinheit (8) versehene Regeleinheit (6) zugeordnet ist, wobei die Eingabeeinheit (8) der Eingabe von reifencharakteristischen Größen der am Fahrzeug (2) verwendeten Reifen in die Regeleinheit (6) dient und die Regeleinheit (6) die Regelung des Systems auf Basis einer μ-Schlupfkurve vornimmt, dadurch gekennzeichnet, dass – in der Regeleinheit (6) eine vorgegebene μ-Schlupfkurve (22) gespeichert ist und dass – die vorgegebene μ-Schlupfkurve (22) unter Berücksichtigung der reifencharakteristischen Daten in eine optimierte μ-Schlupfkurve (28) überführbar ist und dass – die Regeleinheit (6) die Regelung des Systems auf Basis der optimierten μ-Schlupfkurve (28) vornimmt.
  2. Regelsystem für ein Fahrzeug (2) mit gummibereiften Rädern (4a4d) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der am Fahrzeug (2) verwendeten Reifen einen Transponder (10a10d) enthält, der die reifencharakteristischen Größen über eine Empfangseinheit (12a12d) an die Eingabeeinheit (8) sendet.
  3. Regelsystem für ein Fahrzeug (2) mit gummibereiften Rädern (4a4d) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinheit (8) als Empfangseinheit ausgebildet ist und dass mindestens eine der Felgen des Fahrzeugs (2) einen Sender (16a16d) enthält, mit dessen Hilfe die reifencharakteristischen Größen an die Empfangseinheit übertragen werden.
  4. Regelsystem für ein Fahrzeug (2) mit gummibereiften Rädern (4a4d) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die als Empfangseinheit ausgebildete Eingabeeinheit (8) ein Lesegerät (26) enthält, mit dessen Hilfe von einem Datenträger (18) die reifencharakteristischen Größen in die Empfangseinheit eingebbar sind.
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