DE19803370A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines KraftfahrzeugesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben
eines Kraftfahrzeuges mit einem Fahrwerk mit einer Federungs- und einer
Dämpfungseinrichtung.
Heutige Kraftfahrzeuge weisen bereits eine Vielzahl von
Sicherheitseinrichtungen auf, die grundsätzlich in passive und aktive
Systeme eingeteilt werden können. Dabei kommt der Interaktion solcher
Systeme aufgrund der sich rasant fortentwickelnden elektronischen
Datenverarbeitung immer mehr Bedeutung zu. So sind bereits aktive oder
semiaktive Fahrwerksreglungen bekannt, die elektronisch mit Motor- und
Getriebemanagement verknüpft nach Maßgabe fahrzeugspezifischer
Parameter die Feder- und Dämpfungseinrichtungen steuern und Funktionen
wie Niveauregulierung, Antischlupf- und Antiblockier-Regelung der Räder
sowie variable Dämpferkraftsteuerung (komfortbetont oder sportlich hart)
erfüllen.
Bei der DE 40 19 732 A1 wird zur Erzielung einer kleineren und
kostengünstigeren Federungs- und Dämpfungseinrichtung sogar
vorgeschlagen, bei einer definierten Querbeschleunigung die
Dämpfungseinrichtung zu sperren bzw. hydraulisch zu blockieren und damit
mit geringerem Systemaufwand die Kurvenverlagerung der gefederten
Massen abzustützen. Die Steuerparameter dazu sind aber fahrspezifisch
festgelegt, wobei sich die Frage stellt, ob eine derartige Lösung hinsichtlich
Fahrkomfort und Fahrverhalten den zu stellenden Anforderungen genügen
kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, mit
dem die Sicherheit eines Kraftfahrzeuges verbessert werden kann. Ferner
wird eine herstellungstechnisch günstige Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens vorgeschlagen.
Die verfahrensgemäße Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß Kennzeichen
des Patentanspruches 1, indem die Federungs- und/oder Dämpfungsein
richtung bei Anliegen eines außerhalb des regulären Fahrbetriebes
liegendem Beschleunigungssignales zumindest für einzelne Räder gesperrt
wird.
Erfindungsgemäß wird der bei extremen Fahrsituationen gelegentlich
vorkommende Aufschaukeleffekt des Kraftfahrzeugaufbaus bzw. der
Karosserie vermieden. Dieser Aufschaukeleffekt kann sowohl bei einer
Vollbremsung durch extreme negative Beschleunigung (Verzögerung) als
auch bei extremen Anfahrbeschleunigungen oder bei Lastwechseln
(Verzögerung in Beschleunigung oder umgekehrt) auftreten und z. B. bei
Motorrädern oder relativ kurzen Kraftfahrzeugen gefährliche Reaktionen
verursachen.
Bei Kollisionen, z. B. einem Seitencrash des Kraftfahrzeuges, ist dieser
Aufschaukeleffekt ebenfalls schädlich. Aufgrund der ggf. hohen
Aufprallenergie kann das Kraftfahrzeug zunächst auf der Anstoßseite nach
unten eintauchen, wobei die Räder entsprechend einfedern und kinetische
Energie speichern. Dieses Eintauchen - bei dem das Kraftfahrzeug in der
Regel zugleich durch Rutschen der Räder seitlich versetzt, ist dadurch
bedingt, daß (z. B. bei Kollisionen mit einem anderen Kraftfahrzeug) der
Anstoßpunkt durch die Stoßstange des kollidierenden Kraftfahrzeuges tiefer
als der Schwerpunkt des seitlich angestoßenen Kraftfahrzeuges liegt. Bei
dem anschließenden Verlagern der Karosserie in der Anstoßrichtung
beschleunigen die eingefederten Räder ggf. unterstützt durch die
Rückstellwirkung der Querstabilisator in beachtlichem Maße diese
Verlagerung, wobei ggf. das Kraftfahrzeug sogar umstürzen kann. Dieses
"Aufschaukeln" kann verständlicherweise noch stärker beobachtet werden,
wenn das Kraftfahrzeug eine Dachlast trägt, weil dadurch der
angesprochene Fahrzeug-Schwerpunkt noch weiter nach oben rückt.
Der beschriebene Aufschaukeleffekt wird erfindungsgemäß nun eliminiert, in
dem bei Anliegen des Crashsignals, das in bekannter Weise durch einen
Aufprallsensor bzw. Beschleunigungssensor generiert werden kann, die
Federungs- und/oder Dämpfungseinrichtung gesperrt wird. Die ggf. in der
Federungs- und Dämpfungseinrichtung durch das Eintauchen gespeicherte
Energie ist quasi eingefroren und kann kein Drehmoment mehr um die
Momentanzentren des Fahrwerkes bzw. um die durch die Momentanzentren
verlaufende Rollachse des Kraftfahrzeuges ausüben. Zudem wird durch die
blockierten Stoßdämpfer an der der Anstoßrichtung abgewandten Seite die
Seitenstabilität des Kraftfahrzeuges erhöht.
Versuche haben gezeigt, daß dadurch ein ggf. unter ungünstigen
Umständen auftretendes Umstürzen des Kraftfahrzeuges wirksam und
zuverlässig vermieden werden kann.
Das Sperren der Federungs- und/oder Dämpfungseinrichtung kann bei
einem Fahrwerk mit metallischen Federn (z. B. Schraubendruckfedern) und
hydraulisch wirkenden Teleskopstoßdämpfern in an sich bekannter Weise
dadurch bewerkstelligt werden, daß mittels eines elektrisch ansteuerbaren
Ventils der Kolben mit Drosselbohrungen des Stoßdämpfers so ausgeführt
wird, daß diese Drosselbohrungen in der einen Schaltstellung des Ventils
verschlossen oder nahezu verschlossen sind; der Stoßdämpfer ist somit
hydraulisch blockiert bzw. verhärtet - was auch für die kinematisch parallel
geschalteten Federn gilt.
Das Crashsignal kann bevorzugt von einem oder mehreren vorhandenen
Crashsensoren abgeleitet werden, z. B. wenn das Kraftfahrzeug mit einem
Airbag-System ausgestattet ist.
Es kann somit in kostengünstiger Weise auf baulich im Kraftfahrzeug bereits
vorhandene Mittel zurückgegriffen werden, die lediglich entsprechend zu
verknüpfen sind.
Gleiches gilt, wenn im Kraftfahrzeug bereits ein Antiblockier-Bremssystem
(ABS) montiert ist. In diesem Fall kann von dem ABS-Steuergerät ein Signal
abgeleitet werden, wenn eine Vollbremsung des Kraftfahrzeuges mit
entsprechender ABS-Regelung (Bremsdruckmodulation nach Maßgabe der
positiven und negativen Radbeschleunigungen beim Bremsen) vorliegt, ggf.
unterstützt durch ein Drucksignal der Bremseinheit (hoher Druck entspricht
hoher Verzögerung bei griffiger Fahrbahn).
Für die Anfahrbeschleunigung, aber auch für die Bremsverzögerung, kann
ferner ein separater Beschleunigungsaufnehmer alternativ oder zusätzlich
vorgesehen sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren
Einzelheiten näher erläutert. Die anliegende schematische Zeichnung zeigt
ein Phantombild eines Kraftfahrzeuges mit semiaktivem Fahrwerk und mit
Beschleunigungssensoren, die mit dem elektronischen Steuergerät des
Fahrwerks verbunden sind.
Das allgemein mit 10 bezeichnete Kraftfahrzeug weist ein Fahrwerk mit
vorderen Radaufhängungen 12 und hinteren Radaufhängungen 14 auf, die
in bekannter Weise die Führung der Räder 16, 18 übernehmen. Die vorderen
Räder 16 sind über eine nur angedeutete Lenkung 20 lenkbar. Das
Kraftfahrzeug 10 ist mit einem Antiblockier-Bremssystem mit einem
Steuergerät 40 versehen. Das Bremssystem ist bekannter Bauart und
deshalb nicht dargestellt und beschrieben.
Die Federungs- und Dämpfungseinrichtung zur Karosserie 15 des
Kraftfahrzeuges weist hydraulische Teleskop-Stoßdämpfer 22, 24 auf, die mit
nicht dargestellten Schraubendruckfedern als sogenannte Federbeine
ausgebildet sind. Es sind jedoch auch andere Stoßdämpfer- und
Federanordnungen denkbar, z. B. auch Gasdruckdämpfer.
Die Stoßdämpfer 22, 24 sind mit elektrisch ansteuerbaren Bypass-Ventilen
26 versehen, die über elektrische Leitungen mit einem zentralen,
elektronischen Steuergerät 28 verbunden sind.
Die hydraulische Versorgung der Stoßdämpfer 22, 24 des dargestellten,
semiaktiven Fahrwerks erfolgt in üblicher Weise und ist deshalb ebenfalls
nicht dargestellt. Derartige Fahrwerke bzw. Stoßdämpfer sind z. B. in den
Patentschriften DE 41 05 937 C2 und DE 42 20 617 C1 detailliert
beschrieben.
Über die Ventile 26 kann die Dämpfungseigenschaft der Stoßdämpfer 22, 24
nach fahrzeugspezifischen Parametern in weich, mittel oder hart bzw.
komfortbetont, mittel oder sportlich eingestellt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Stoßdämpfer 22, 24 über das
Steuergerät 28 und die elektrischen Ventile 26 auch gesperrt werden, wobei
hier die Drosselwirkung gegen unendlich gesteuert ist, so daß die
Stoßdämpfer 22, 24 hydraulisch blockiert sind.
Im Kraftfahrzeug 10 sind Aufprallsensoren bzw. Airbagsensoren 30, 32
angeordnet, die in bekannter Weise als Beschleunigungsaufnehmer
ausgebildet sind und die bei einer Längs- und/oder Querbeschleunigung des
Kraftfahrzeuges 10 bei einem Aufprall auf ein Hindernis oder einem
Zusammenstoß mit einem Kollisionsfahrzeug ab einem definierten
Beschleunigungswert über ein Steuergerät 34 den nicht dargestellten Air
bag (Luftsack) pyrotechnisch aktivieren. Der auslösende
Beschleunigungswert liegt selbstverständlich über den maximal auftretenden
Quer- und Längsbeschleunigungswerten des Kraftfahrzeuges 10 im
Fahrbetrieb.
Dabei sind das Steuergerät 34 für die Air-bag-Aktivierung und das
Steuergerät 28 für die Fahrwerksregelung durch eine Datenleitung 36
miteinander verbunden. Über die Datenleitung 36 wird ein Crashsignal an
das Steuergerät 28 abgegeben, aufgrund dessen das Steuergerät 28 eine
Sperrung mehrerer oder aller Stoßdämpfer 22, 24 aktiviert.
Wird z. B. über den Air-bag-Sensor 32 eine Querbeschleunigung < 2g
gemessen, so werden abhängig von der erfaßten Anstoßrichtung (z. B. Pfeil
38) von dem Steuergerät 34 ein Crashsignal abgegeben, das über das
Fahrwerk-Steuergerät 28 bevorrangt eine Sperrung der in Fahrtrichtung
rechts liegenden Stoßdämpfer 22, 24 aktiviert. Diese hydraulische
Blockierung der Stoßdämpfer 22, 24 verhindert - wie eingangs beschrieben -
das Aufschaukeln der Karosserie um die durch die Rollzentren der
Radaufhängungen 12, 14 verlaufende Rollachse und verstärkt die
Seitenstabilität.
Es versteht sich, daß bei einer entgegengesetzt liegenden Anstoßrichtung
die linken Stoßdämpfer 22, 24 des Kraftfahrzeuges entsprechend
angesteuert bzw. gesperrt werden.
Im Rahmen der Erfindung können aber auch unabhängig von der
Anstoßrichtung alle Stoßdämpfer 22, 24 gesperrt werden; ggf. kann dies
auch bei einem Heckaufprall bei in Fahrzeuglängsrichtung auftretender
Beschleunigung durchgeführt werden.
Die Verhärtung oder Sperrung der Stoßdämpfer 22, 24 kann nach dem Crash
mittels eines Zeitgliedes in dem Steuergerät 28 oder mit Unterbrechung des
Betriebsstromkreises (Ausschalten der Zündung) wieder aufgehoben
werden.
Das Steuergerat 28 ist ferner über eine weitere Datenleitung 38 mit dem
Steuergerät 40 des Antiblockier-Bremssystems verbunden.
Zudem ist ein weiterer Beschleunigungssensor 42 im Kraftfahrzeug
angeordnet, der die Längs- und Querbeschleunigungen des Kraftfahrzeuges
10 erfaßt und bei über regulären Beschleunigungswerten liegendem
Schwellwert ebenfalls ein Signal an das Steuergerät 28 abgibt.
Dementsprechend wird bei Anliegen eines Beschleunigungswertes
entsprechend einer extremen Anfahrbeschleunigung, Querbeschleunigung
und/oder Bremsverzögerung und/oder einem Signal des Steuergerätes 40
bei einer Bremsblockierregelung (Vollbremsung) ebenfalls die Verhärtung
oder Sperrung der Stoßdämpfer 22, 24 oder nur der vorderen Stoßdämpfer
22 bei Verzögerung bzw. nur der hinteren Stoßdämpfer 24 bei
Beschleunigung und ggf. nur der kurvenäußeren Stoßdämpfer 22, 24 bei
Querbeschleunigung gesteuert.
Wesentlich ist dabei, daß die vorbeschriebene Verhärtung oder Sperrung
der Stoßdämpfer 22, 24 außerhalb des regulären Fahrbetriebes liegt und
somit die reguläre Fahrwerkssteuerung oder -regelung nicht beeinflußt.
Anstelle einer Sperrung der Stoßdämpfer 22, 24 - die insbesondere bei auf
dem Kraftfahrzeug beförderten Dachlasten (ggf. über einen
Beladungssensor erfaßbar) bevorzugt wird - kann bei auftretendem
Crashsignal auch unabhängig von den fahrspezifischen Parametern der
Fahrwerksregelung nur eine Verhärtung (z. B. auf sportlich oder noch härter)
der Dämpfungseinrichtung gesteuert werden, die ebenfalls dem
Aufschaukeleffekt in ggf. ausreichendem Maße entgegenwirkt. Ggf. kann die
Verhärtung oder Sperrung der Stoßdämpfer zusätzlich beladungsabhängig
erfolgen, z. B. mittels eines Lastsensors an einem Dachträger des
Kraftfahrzeuges.
Claims (17)
1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges mit einem Fahrwerk mit
einer Federungs- und einer Dämpfungseinrichtung, dadurch
gekennzeichnet, daß bei Anliegen eines außerhalb des regulären
Fahrbetriebes liegendem Beschleunigungssignals die Federungs-
und/oder Dämpfungseinrichtung (22, 24) zumindest für einzelne Räder
(16, 18) verhärtet oder gesperrt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
Beschleunigungssignal ein Crashsignal mittels zumindest eines
Aufprallsensors (30, 32) verwendet wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
mit dem Aufprallsensor (30, 32) weitere Sicherheitseinrichtungen (34) des
Kraftfahrzeuges angesteuert werden.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
als Aufprallsensor ein oder mehrere Air-bag-Sensoren (30, 32) verwendet
werden.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Seitencrash des Kraftfahrzeuges
(10) zumindest die Dämpfungseinrichtung (22, 24) an der
stoßabgewandten Seite des Kraftfahrzeuges (10) gesperrt wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Crashsignal erst oberhalb einer im Fahrbetrieb
maximal auftretenden Beschleunigung erzeugt wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Crashsignal zur Ansteuerung der
Dämpfungseinrichtung (22, 24) nur bei definierten Beladungszuständen
des Kraftfahrzeuges generiert wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der Dämpfungseinrichtung (22, 24)
über ein Zeitglied und/oder durch Unterbrechung des
Betriebsstromkreises des Kraftfahrzeuges (10) wieder aufgehoben wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß als Beschleunigungssignal oder zusätzlich dazu ein
einer Vollbremsung des Kraftfahrzeuges entsprechendes Signal
verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal
mittels eines Drucksensors im Bremssystem des Kraftfahrzeuges erzeugt
wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Signal bei einsetzender Regelfunktion eines Antiblockier-Bremssystems
(ABS) des Kraftfahrzeuges abgeleitet wird.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß bei einem einer Anfahrbeschleunigung des
Kraftfahrzeuges entsprechendem Beschleunigungssignals zusätzlich eine
Leistungsverminderung der Antriebseinheit gesteuert wird.
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren
der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dämpfungseinrichtung mittels
hydraulischer Stoßdämpfer (22, 24) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest jeweils zwei Stoßdämpfer (22, 24) über elektrisch
ansteuerbare Ventile (26) hydraulisch verhärtbar bzw. sperrbar sind,
wobei die Ventile (26) über ein mit zumindest einem
Beschleunigungssensor (42, 30, 32) verbundenes Steuergerät (28)
steuerbar sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das
Kraftfahrzeug (10) mit einer die Dämpfungseigenschaften der
Stoßdämpfer (22, 24) (z. B. weich, mittel, hart) verändernden Einrichtung,
mit einem Steuergerät (28) und mit an den Stoßdämpfern (22, 24)
angeordneten Ventilen (26) versehen ist und daß das Steuergerät (28) mit
zumindest einem Beschleunigungssensor (42, 30, 32) verbunden ist und
zusätzlich die Verhärtung oder die Sperrung der Stoßdämpfer (22, 24)
steuert.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der
Beschleunigungssensor durch im Kraftfahrzeug (10) bereits vorhandene
Air-bag-Sensoren (30, 32) gebildet ist, die mit dem Steuergerät (28)
mittelbar oder unmittelbar verbunden sind.
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (28) ferner mit dem
Antiblockier-Bremssystem (40) des Kraftfahrzeuges (10) verbunden ist
und daß das Bremssystem (40) bei einer einer Vollbremsung
entsprechenden Regelfunktion (Bremseneingriff) ein Signal zur
Verhärtung oder Sperrung zumindest der vorderen Stoßdämpfer (22)
abgibt.
17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung einer Vollbremsung und/oder
irregulären Anfahrbeschleunigung zusätzliche Beschleunigungssensoren
(42) vorgesehen sind.
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