DE19808673A1

DE19808673A1 - Bremskraft-Steuerungssystem für ein Straßenfahrzeug

Info

Publication number: DE19808673A1
Application number: DE19808673A
Authority: DE
Inventors: Harry Dr Troester; Mathias Dipl Ing Hartl; Rainer Dipl Ing Freitag; Andreas Dipl Ing Platte; Wilfried Dipl Ing Huber
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1998-03-02
Publication date: 1999-04-01

Description

Die Erfindung betrifft ein Bremskraft-Steuerungssystem für ein Straßenfahrzeug mit elektrisch steuerbarer Vier kreis-Bremsanlage, bei der die über die einzelnen Rad bremsen entfaltbaren Bremskräfte radindividuell einstell bar sind und mit einem Fahrwerk, das mit Stelleinrichtun gen zur Variation der an den Fahrzeugrädern wirksamen Normalkräfte ausgerüstet ist, wobei pro Fahrzeugrad minde stens eine Normalkraft-Stelleinrichtung vorgesehen ist, die Bremsanlage dahingehend ausgelegt ist, daß die mittels einer Vorderradbremse und der dieser entlang der Fahrzeugdiagonalen gesehen gegenüberliegend angeord neten Hinterradbremse entfaltbare Bremskraft insgesamt dem mit einem maximalen zwischen der Fahrbahn und den gebremsten Rädern wirksamen Kraftschlußbeiwert multipli zierten Fahrzeuggewicht entspricht, und die Stelleinrich tungen für die Normalkraftverteilung dahingehend ausge legt sind, daß das Fahrzeuggewicht, im wesentlichen, d. h. abgesehen von kleinen, im Bereich weniger Prozent (z. B. 5%) der im statischen Fall symmetrisch und etwa gleich verteilten Radlasten liegender Bruchteile dersel ben, auf einem der Vorderräder und dem diesem diagonal gegenüberliegend angeordneten Hinterrad des Fahrzeuges abstützbar ist.

Das erfindungsgemäße Bremskraft-Steuerungssystem ver mittelt zumindest die folgenden Vorteile:

Mit Hilfe der Normalkraft-Stelleinrichtungen ist schon alleine eine wirksame Fahrdynamik-Regelung im Sinne ei ner Kompensation über- oder untersteuernden Lenkverhal tens des Fahrzeuges möglich, ohne daß hierzu von vorn herein eine mit Bremsschlupf-Aufbau arbeitende Fahrdyna mik-Regelung notwendig ist, die vielmehr erst dann akti viert zu werden braucht, wenn die Normalkraft-Vertei lungs-Steuerung zur Erzielung eines erwünschten Kurven fahrt-Verhaltens nicht mehr ausreicht. Dadurch wird Bremsenverschleiß reduziert. Es ist auch möglich, über die beiden Radbremsen einer Fahrzeugdiagonalen praktisch dieselbe Fahrzeugverzögerung zu erzielen, die ansonsten nur durch Aktivierung sämtlicher Radbremsen erzielbar wäre. Demgemäß kann bei einem Ausfall einer Radbremse oder beider entlang einer Fahrzeugdiagonalen einander gegenüberliegender Radbremsen immer noch die nahezu höchstmögliche Fahrzeugverzögerung erreicht werden, was als erheblicher Sicherheitsgewinn anzusehen ist.

Zwar ist es durch die DE 42 01 496 A1 zur Erzielung ei nes erhöhten Fahrkomforts sowie eines neutralen Lenk verhaltens eines Fahrzeuges für sich bekannt, durch An steuerung von hydraulischen Fahrwerks-Stelleinrichtun gen die aus den bei Kurvenfahrt auftretenden Wankmomen ten resultierenden Radlast-Änderungen so zu verteilen, daß sich das angestrebte neutrale Lenkverhalten annä hernd einstellt.

Im Unterschied zu der bekannten Steuerungseinrichtung, bei der die Radlastverteilung nur innerhalb relativ en ger Grenzen möglich ist, d. h. dem Betrage nach in Höhe des auftretenden Wankmoments, ist bei dem erfindungsge mäßen Bremskraft-Steuerungssystem eine höchstmögliche Variation der Radlastverteilung vorgesehen, um eine entsprechend effektive Erweiterung des fahrdynamischen Regelbereiches zu erzielen, der für eine weitestmögli che Ausnutzung eines fahrdynamischen Bremseneingriffs erforderlich ist.

In vorteilhafter Gestaltung des Bremskraft-Steuerungs systems wird die für eine "Zweirad-Bremsung" mittels nur einer Vorderradbremse und der diagonal gegenüberliegen den Hinterradbremse erforderliche Bremskrafterhöhung durch druckerhöhende Ansteuerung der Bremsdruck-Stell einrichtungen erzielt, was, da diese Art der Bremsung gleichsam nur für den Notfall gedacht ist, ohne weiteres möglich ist und nicht zu einem nennenswerten Mehrver schleiß führt.

Gleichwohl kann es zweckmäßig sein, wenn die Bremsen z. B. 4-Kolben-Bremssättel haben, wobei im normalen Bremsbetrieb nur ein Kolbenpaar und im Diagonalbremsbe trieb die weiteren Kolbenpaare zur Bremskraftentfaltung ausgenutzt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Bremskraft-Steu erungssystem dahingehend ausgelegt ist, daß für Rück wärtsfahrt eine Bremskraft-Aufteilung mit relativ höhe rem Hinterachs-Bremskraftanteil als dem Vorderachs- Bremskraftanteil nutzbar ist, damit auch bei Rückwärts fahrt unter schlechten Straßenverhältnissen noch best mögliche Fahrzeugverzögerungen erreichbar sind.

Wenn am Beginn einer Bremsung lediglich eine der Rad bremsen zur Bremskraftentfaltung herangezogen wird, so kann aus einem Vergleich eines gemessenen Wertes der Fahrzeugverzögerung mit einem aufgrund der geometri schen Bremsendaten und des gemessenen Bremsdruckes be rechneten Wertes der Sollverzögerung auf den Zustand der Bremsbeläge geschlossen und eine diesbezügliche Diagnose auf einfache Weise durchgeführt werden.

Analog kann, wie gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 vorgesehen, durch eine zeitweise Aktivierung lediglich einer der Radbremsen der aktuell gegebene Wert des Fahrbahn-Reibbeiwertes (µ) ermittelt werden; derartige Aktivierungen nur einer Radbremse erfolgen zweckmäßi gerweise in regelmäßigen Zeitabständen und in Fahrsi tuationen, in denen der Fahrer die Bremsanlage nicht betätigt und das Fahrzeug mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit rollt. Bei solchen zur Reib beiwerterkennung erfolgenden Bremszyklen wird das ge bremste Rad durch Aktivierung seiner Normalkraft-Stell einrichtung so weit entlastet, daß die Radlast des ge bremsten Rades auf einen kleinen Bruchteil von z. B. nur 10% bis 30% seiner bei ungebremster Fahrt wirksamen Rad last reduziert ist, so daß durch die Bremsung dieses Rades nur eine vom Fahrer nicht spürbare Fahrzeugverzö gerung auftritt, wobei eine solche Verzögerung auch da durch kompensiert werden kann, daß während des Reibbei wert-Meßzyklus eine Kompensatorische Erhöhung des vom Fahrzeugmotor entfalteten Vortriebsmoments selbsttätig eingesteuert wird, so daß die durch die Einzelradbrem sung entstehende Rückwirkung auf das Fahrzeug praktisch ausgeglichen wird. Während einer solchen Bremsung wird die eingesteuerte Rad-Bremskraft so weit gesteigert, bis der an diesem Rad auftretende Bremsschlupf einen für eine höchstmögliche Kraftschluß-Ausnutzung charak teristischen Wert von z. B. 30% bis 40% erreicht.

In bevorzugter Ausgestaltung des Bremskraft-Steuerungs systems ist vorgesehen, daß auch bei einer vom Fahrer initiierten, auf eine signifikante Fahrzeugverzögerung gerichteten Teil- oder Vollbremsung, ggf. auch eine zu mindest in ihrer einleitenden Phase als automatisch ge steuerte Vollbremsung (Bremsassistent-Funktion) gerich tete Bremsung eine Ermittlung des nutzbaren Fahrbahn- Reibwertes µ erfolgt. Hierzu ist eine Ansteuerung des Bremskraft- und des Normalkraft-Steuerungssystems da hingehend vorgesehen, daß am Beginn der Bremsung ein überwiegender Anteil des Fahrzeuggewichts über nur zwei einander diagonal gegenüberliegende Fahrzeugräder, die dann entsprechend stärker gebremst werden, abgestützt wird und die Räder der anderen Fahrzeugdiagonalen ent sprechend entlastet werden. Ah den entlasteten Fahr zeugrädern wird eine Ansteuerung der Radbremsen mit schrittweiser oder monoton-kontinuierlicher Erhöhung des Bremsdruckes vorgenommen und fortlaufend die Ände rungsrate dω/dt der Raddrehzahl ermittelt. Für den Bremsdruck p_B, für den sich die maximale Änderungsrate der Raddrehzahl ergibt, wird gemäß der Beziehung

in der mit Θ das Trägheitsmoment des gebremsten ent lasteten Rades, mit F_N die an diesem wirksame Radlast, mit r_dyn sein dynamischer Rollradius und mit M_B das durch die Bremsdruckeinstellung bei maximaler Drehzahl- Änderungsrate gegebene Bremsmoment bezeichnet sind, der maximal nutzbare Fahrbahn-Reibbeiwert µ ermittelt, wo bei das Bremsmoment M_B seinerseits durch die Beziehung

M_B = p_B.C_B

gegeben ist, in der mit p_B der eingesteuerte Bremsdruck und mit C_B ein die Bremsenauslegung berücksichtigender Proportionalitätsfaktor bezeichnet sind.

Diese Ermittelung des nutzbaren Fahrbahn-Reibbeiwertes sowohl für die linke als auch für die rechte Fahrzeug seite läßt gleichsam in einem Meßzyklus auch erkennen, ob diese Reibbeiwerte voneinander verschieden sind, d. h. "µ-Split-Verhältnisse" vorliegen, die z. B. bei einer Bremsschlupf-Regelung besonders kritisch sind, so daß deren Kenntnis gleichsam für die Vorwahl von Rege lungsparametern besonders wichtig ist.

Bei einem Fahrzeug, das mindestens einen Elektroantrieb oder einen elektrischen Hilfsantrieb hat, der zur Ent faltung von Bremskraft in einen zur Aufladung der Fahr zeugbatterie geeigneten Rekuperations-Betrieb umschalt bar ist, ist eine Auslegung des Bremskraft-Steuerungs systems dahingehend besonders vorteilhaft, daß bei per manenter Überwachung des Betriebs- und Funktionszustan des der Fahrzeugbatterie zwar die Rekuperationsfähig keit möglichst weitgehend zur Bremskraftentfaltung heran gezogen wird, jedoch rechtzeitig, bevor ein Schnelladen der Fahrzeugbatterie nicht mehr möglich ist und ein Ab fall der durch die Minderung des Rekuperations-Bremsmo ments bedingten Fahrzeugverzögerung eintreten könnte, auch die Aktivierung der hydraulischen Radbremsen er folgt, so daß eine sollwertgesteuerte Fahrzeugverzöge rung zuverlässig eingehalten werden kann. Diese bedarfs gerechte Nutzung der elektrisch rekuperationsfähigen Energie zur Bremskraftentfaltung ermöglicht sowohl ei nen schonenden Betrieb der hydraulischen Bremsen als auch eine optimale Nutzung der Batteriekapazität, ohne die Batterie zu überlasten.

Unter Ausnutzung des erfindungsgemäßen Bremskraft-Steu erungssystems ist gemäß den Merkmalen der Ansprüche 4 und 5 ein wirksames Regelungssystem zur Erzielung ei nes fahrdynamisch stabilen Verhaltens eines Straßen fahrzeuges implementierbar, das in der einleitenden Phase einer Fahrdynamik-Regelung durch Verspannen des Fahrwerks mittels der Normalkraft-Stelleinrichtungen die fahrdynamisch jeweils günstigste Radlastverteilung vermittelt und, falls hierdurch allein fahrdynamische Stabilität noch nicht in ausreichendem Maße erreichbar ist, durch zusätzlichen Bremseneingriff und daraus re sultierenden Bremsschlupf-Aufbau die fahrdynamisch gün stigste Seitenführungskraft-Verteilung auf die Vorder- und die Hinterräder des Fahrzeuges bewirkt.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Bremskraft- Steuerungssystems und des fahrdynamischen Regelungssy stems ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels sowie von Varian ten desselben anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisch vereinfachtes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Bremskraft-Steuerungs systems und

Fig. 2 Einzelheiten einer Normalkraft-Stelleinrichtung des Bremskraft-Steuerungssystems gemäß Fig. 1, in ebenfalls stark vereinfachter, schematischer Darstellung.

Das in der Fig. 1 insgesamt mit 10 bezeichnete Brems kraft-Steuerungssystem ist für ein Straßenfahrzeug mit vier Fahrzeugrädern gedacht, das zum einen mit einer elektrohydraulischen Bremsanlage ausgestattet ist, die es ermöglicht, rad-individuell verschiedene Bremsdrücke in die Radbremsen 11 bis 14 seiner Bremsanlage einzu koppeln und, zum anderen, mit einem sogenannten aktiven Fahrwerk ausgerüstet ist, das die Fähigkeit vermittelt, die über die Fahrzeugräder auf der Fahrbahn abstützbaren Radlasten, selbstverständlich bei gleichbleibender Summe derselben, situationsgerecht derart zu verändern, daß ein Höchstmaß an dynamischer Stabilität des Fahrzeuges erhalten bleibt.

Zu diesem Zweck sind den Fahrzeugrädern einzeln zuge ordnete, elektrisch ansteuerbare Spanneinrichtungen 16 vorgesehen, mittels derer die Vorspannung "passiv" elastischer Federelemente, z. B. von Schraubenfedern, einstellbar ist, mittels derer ein dem jeweiligen Fahr zeugrad zugeordneter Achs-Lenker 18 der Vorder- oder der Hinterachse des Fahrzeuges, an dem das jeweilige Fahrzeugrad drehbar gelagert ist, auf- und abschwenkbar nachgiebig abgestützt ist. In der Fig. 1 ist lediglich eine dieser Spanneinrichtungen schematisch dargestellt.

Diese Spann-Einrichtungen 16 haben beim dargestellten, speziellen Ausführungsbeispiel, karosseriefest angeord nete, doppelt wirkende, über nicht dargestellte Magnet ventile elektrisch ansteuerbare lineare Hydrozylinder 21, mittels derer der - vertikale - Abstand karosserie seitig angeordneter Federteller 22 von lenkerseitig an geordneten Federtellern 23, zwischen denen die passiven elastischen Federelemente 17 der Fahrzeugfederung - ein gespannt - angeordnet sind, gesteuert veränderbar ist, wodurch im Ergebnis die angesprochene Radlast-Einstel lung erzielbar ist. Die Spanneinrichtungen 16 sind mit nicht dargestellten Weg-Gebern ausgerüstet, mittels derer die Position der Kolben der Hydrozylinder inner halb deren Gehäuse erfaßbar ist. Beispielsweise können diese Spanneinrichtungen 16 so eingestellt werden, daß bei stehendem Fahrzeug ein weitaus überwiegender Teil des Fahrzeuggewichts auf einem der Vorderräder und dem diesem diagonal gegenüberliegenden Hinterrad abgestützt ist, wobei, Gleichheit der Vorderachs- und der Hinter achs-Last vorausgesetzt, das belastete Vorderrad und das belastete Hinterrad jeweils annähernd die Hälfte des Fahrzeuggewichts abstützen, während die beiden an deren Fahrzeugräder nahezu unbelastet sind und in die ser - fiktiven - Situation die Fahrzeugkarosserie ge genüber der Fahrbahn keinerlei Neigung aufweist.

Diese Art der Abstützung des Fahrzeuges über zwei die Fahrzeugdiagonale repräsentierende Fahrzeugräder ist auch im dynamischen Betrieb des Fahrzeuges von Bedeu tung, wie nachfolgend noch erläutert werden wird.

Das Bremskraft-Steuerungssystem 10 gemäß Fig. 1 umfaßt den Radbremsen 11 bis 14 je einzeln zugeordnete Brems druck-Stelleinrichtungen 26, 27, 28 und 29, die in der Reihenfolge ihrer Numerierung der linken Vorderradbrem se 11, der rechten Vorderradbremse 12, der linken Hin terradbremse 13 und der rechten Hinterradbremse 14 zu geordnet sind.

Diese Bremsdruck-Stelleinrichtungen sind so ausgebil det, daß sie den Bremsdruck in der jeweiligen Radbremse 11 bis 14 erhöhen, halten oder erniedrigen, wenn und solange an diesbezüglichen Sollwert-Ausgängen 31 bis 34 einer elektronischen Steuereinheit 24 des Bremskraft- Steuerungssystems die diesbezügliche Information ent haltende Sollwert-Ausgangssignale anstehen.

Die elektronische Steuereinheit 24 ist, ihrerseits, über mindestens einen elektromechanischen oder elektronischen Positionsgeber 35 oder 35' ansteuerbar, der ein elektri sches Ausgangssignal erzeugt, das ein Maß für den Betrag der Fahrzeugverzögerung (-a_x) ist, die der Fahrer durch Betätigung der Bremsanlage erzielen möchte.

Um das dynamische Verhalten der Fahrzeugräder und damit auch - indirekt - des Fahrzeuges erfassen zu können, sind den Fahrzeugrädern einzeln zugeordnete Raddrehzahl sensoren 36 bis 39 vorgesehen, die für die Radumfangsge schwindigkeiten charakteristische elektrische Ausgangs signale erzeugen, die der elektronischen Steuereinheit 24 an diesbezüglichen Informations-Eingängen 41 bis 44 zugeleitet sind.

Des weiteren sind den Radbremsen 11 bis 14 einzeln zuge ordnete, elektromechanische oder elektronische Druckge ber 46 bis 49 vorgesehen, die elektrische Ausgangssigna le erzeugen, die ein Maß für den in die jeweilige Rad bremse 11 bis 14 eingekoppelten Bremsdruck sind und der elektronischen Steuereinheit 24 an diesbezüglichen Brems druck-Informationseingängen 46' bis 49' zugeleitet sind.

Des weiteren ist das Fahrzeug mit einem Giergeschwindig keitssensor 51 versehen, der elektrische Ausgangssigna le erzeugt, die ein Maß für die Giergeschwindigkeit sind, mit der Dreh-Bewegungen des Fahrzeugs um seine Hochachse erfolgen, sei es dadurch, daß das Fahr zeug - dynamisch stabil - eine Kurve durchfährt, oder dadurch, daß das Fahrzeug dynamisch instabil wird, weil, z. B., die Seitenführungskraft der Hinterräder nicht mehr aus reicht, um das Fahrzeug in der Spur zu halten.

Anhand einer durch die elektronische Steuereinheit 24 nach gängigen Kriterien erfolgenden Auswertung und Ver arbeitung der Ausgangssignale des Pedalstellungsgebers 35 bzw. 35', die den Fahrerwunsch nach Fahrzeugverzöge rung repräsentieren, sowie der Ausgangssignale der Rad drehzahlsensoren 36 bis 39 sowie der Bremsdruckgeber 46 bis 49 als Istwert-Geber zu Ansteuersignalen für die Bremsdruck-Stelleinrichtungen 26 bis 29 sind mittels des insoweit nach Aufbau und Funktion erläuterten Brems kraft-Steuerungssystems 10 mindestens die folgenden Funktionen implementierbar:

a) Steuerung des Zielbremsbetriebs nach Maßgabe vom Fahrer durch Betätigung des Bremspedals eingesteuerter Sollwert-Signale;
b) Steuerung der Vorderachs/Hinterachs-Bremskraftver teilung, z. B. im Sinne der Einhaltung einer idealen Bremskraftverteilung unter Berücksichtigung von durch differenzierende Verarbeitung der Drehzahlsen sor-Ausgangssignale ermittelten Werten der Fahrzeug verzögerung;
c) ggf. selbsttätige Auslösung einer Vollbremsung, wenn das aus einer zeitlich differenzierenden Verarbeitung der Ausgangssignale des Pedalstellungsgebers 35 er kennbare Betätigungsverhalten des Fahrers erkennen läßt, daß dieser eine hohe Fahrzeugverzögerung wünscht;
d) Antiblockierregelung durch selbsttätige Bremsdruck- Modulation mittels der radindividuell ansteuerbaren Bremsdruck-Stelleinrichtungen 26 bis 29;
e) Antriebs-Schlupf-Regelung durch selbsttätige Aktivie rung derjenigen Bremsdruck-Stelleinrichtungen, die den angetriebenen Fahrzeugrädern zugeordnet sind, z. B. der Bremsdruck-Stelleinrichtungen 28 und 29 der Hinterräder und
f) Fahrdynamik-Regelung durch selbsttätig gesteuerten Aufbau von Bremsschlupf an einem oder mehreren der Fahrzeugräder, um dadurch Seitenführungskraft, z. B. an der Vorderachse abzubauen und insoweit einer Über steuerungstendenz des Fahrzeuges entgegenzuwirken.

Darüber hinaus sind mit dem Bremskraft-Steuerungssystem 10 auch die Funktion einer Abstandsregelung bei Kolon nenfahrt durch selbsttätige Aktivierung der Bremsanlage in Abhängigkeit von Ausgangssignalen einer Sensorik, die den Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug erfaßt, sowie die Funktion eines selbsttätigen Feststell-Brems betriebs auf ansteigender bzw. abschüssiger Fahrbahn nach gängigen Plausibilitätskriterien durch selbsttätige Aktivierung der Bremsdruck-Stelleinrichtungen 26 bis 29 implementierbar.

Im Sinne der letztgenannten "Hillholder"-Funktion ist es vorteilhaft, wenn das Fahrzeug auch mit einem Neigungs sensor 52 ausgerüstet ist, der ein elektrisches Ausgangs signal erzeugt, das die Information über die Fahrbahn- Steigung ε enthält und in Kombination mit dem Fahrzeug gewicht auch in Einheiten einer auf das Fahrzeug wirken den Abtriebskraft auswertbar ist, die bei einer bergab erfolgenden Bremsung des Fahrzeuges mit "weg"-gebremst werden muß und bei einer in Bergauffahrt erfolgenden Bremsung die Fahrzeugverzögerung unterstützt.

Um hinsichtlich der Ermittlung der bei einer Bremsung auftretenden Fahrzeuglängsverzögerung (a_x) nicht auf ei ne Auswertung der Ausgangssignale der Raddrehzahlsenso ren 36 bis 39 angewiesen zu sein, die mit zunehmendem Bremsschlupf mit zunehmender Ungenauigkeit behaftet wä re, ist das Fahrzeug auch mit einem Längsbeschleunigungs- bzw. Verzögerungs-Sensor 53 ausgerüstet, der für die am Fahrzeug wirksame Längs-Beschleunigung bzw. -Verzögerung charakteristische Ausgangssignale erzeugt, die der elek tronischen Steuereinheit 24 ebenfalls als Informations- Eingabesignale zugeleitet sind und von dieser im Sinne eines Soll-Ist-Wert-Vergleichs verarbeitbar sind.

Des weiteren ist der elektronischen Steuereinheit 24 auch das - elektrische - Ausgangssignal eines Lenkwin kel(α)-Sensors zugeleitet, anhand dessen die elektro nische Steuereinheit 24 erkennt, welchen Bahnradius der Fahrer bei Kurvenfahrt einstellen will. Unter Mitverar beitung der Ausgangssignale der Raddrehzahlsensoren 36- 39 ermittelt die elektronische Steuereinheit 24 die hierbei zu erwartende Querbeschleunigung, zu deren "direkter" Erfassung auch ein elektronischer oder elek tromechanischer Querbeschleunigungs(a_y)-Sensor 56 vor gesehen ist, dessen elektrisches Ausgangssignal ein di rektes Naß für den jeweils erreichten Wert der Querbe schleunigung a_y ist. Aus einem Vergleich des errechne ten Querbeschleunigungs-Wertes mit dem gemessenen und/oder anhand der Ausgangssignale des Giergeschwindig keits-Sensors 51, sowie auch aus der vergleichenden Verarbeitung der Ausgangssignale der Raddrehzahlsenso ren 36 bis 39 erkennt die elektronische Steuereinheit 24, ob das Fahrzeug in der beabsichtigten Bahn ver bleibt oder nicht und trifft im zweitgenannten Fall selbsttätig die Entscheidung über fahrdynamische Rege lungs-Maßnahmen, die geeignet sind, einer Über- oder Unter-Steuerungstendenz des Fahrzeuges entgegenzuwirken.

Um hierbei, d. h. zum Zweck der Fahrdynamik-Regelung, die Spann-Einrichtungen 16 des "aktiven" Fahrwerks wir kungsvoll mit ausnutzen zu können, sind diese dahinge hend ausgelegt, daß die passiven - elastischen - Federele mente 17, deren Vorspannung im eingefederten Zustand bei stehendem Fahrzeug, symmetrische Lastverteilung bezüg lich der vertikalen Längsmittelebene des Fahrzeuges vorausgesetzt, jeweils der halben Achslast entspricht, mittels der Hydrozylinder 21 der Spanneinrichtung 16 soweit zusammendrückbar sind, daß ihre Federvorspannung wesentlich höher ist als der halbe Wert der Achslast einschließlich einer z. B. beim Bremsen des Fahrzeuges in Längsrichtung auftretenden dynamischen Achslastver größerung und vorzugsweise dem jeweils maximal erreich baren Wert der Achslast entspricht; des weiteren sind die Spanneinrichtungen 16 dahingehend ausgelegt, daß die Federelemente 17, durch "Einfahren" der Hydrozylin der im Sinne einer Vergrößerung der Federlänge so weit entspannbar sind, daß ihre Rest-Vorspannung nur noch einem geringen Bruchteil von z. B. einigen Prozent der in einem stationären Betriebszustand des Fahrzeuges, in dem auf dieses weder Längs- noch Querbeschleunigun gen wirken, gegebenen Radlast entspricht. Durch diese mittels der elektronischen Steuereinheit 24 steuerbare Einstellbarkeit der Feder-Vorspannungen besteht die Möglichkeit, den überwiegenden Teil des Fahrzeug-Ge samtgewichtes auf zwei Fahrzeugräder zu verteilen, näm lich jeweils auf ein Vorderrad und das diesem diagonal gegenüberliegend angeordnete Hinterrad und das andere Vorderrad und das diesem diagonal gegenüberliegende Hinterrad praktisch vollständig zu entlasten.

In Anpassung an diese Auslegung der Spann-Einrichtungen 16 sind die Bremsdruck-Stelleinrichtungen 26 bis 29 so ausgelegt, daß mittels je einer der Vorderradbremsen 11 und 12 allein eine Bremskraft aufbaubar ist, die dem gesamten Vorderachs-Lastanteil des Fahrzeuges, multi pliziert mit einem Maximalwert des Kraftflußbeiwertes µ (µ = ca. 1), der bei trockener griffiger Straße zwi schen der Fahrbahn und den Fahrzeugrädern ausnutzbar ist, entspricht; desgleichen sind die Bremsdruck-Stell einrichtungen 28 und 29 der Hinterradbremsen 13 und 14 jeweils so ausgelegt, daß mittels einer der beiden Rad bremsen eine Bremskraftentfaltung möglich ist, die dem mit dem Maximalwert des Kraftschlußbeiwertes multipli zierten Hinterachs-Lastanteil entspricht.

Bei dieser Auslegung der Bremsdruck-Stelleinrichtungen 26 bis 29 und erforderlichenfalls auch der Radbremsen 11 bis 14 kann allein durch Aktivierung z. B. der linken Vorderradbremse 11 und der rechten Hinterradbremse 14 eine Fahrzeugverzögerung des Wertes µ.G_g (G_g = Fahr zeuggesamtgewicht) entfaltet werden, d. h. eine Fahrzeug verzögerung, die ansonsten nur unter Ausnutzung sämtli cher Radbremsen 11 bis 14 des Fahrzeuges erzielbar wäre.

Das Fahrzeug ist daher bei Ausfall einer Vorderradbrem se 11 oder 12 oder einer Hinterradbremse 13 oder 14, aber auch bei Ausfall einer Vorderradbremse und der die ser diagonal gegenüberliegend angeordneten Hinterrad bremse noch mit mindestens annähernd derselben maximalen Verzögerung bremsbar wie bei völlig intakter Bremsanla ge.

Dasselbe gilt sinngemäß, wenn ein Reifen beschädigt ist, worauf die elektronische Steuereinheit 44 in der Weise reagieren kann, daß das schadhafte Fahrzeugrad entlastet wird, desgleichen das diesem diagonal gegenüberliegende Hinterrad und das Fahrzeuggewicht gleichsam auf die Rä der der anderen Fahrzeug-Diagonalen verlagert wird.

Darüber hinaus ist das Bremskraft-Steuerungssystem 10 auch auf die Implementierung der folgenden Funktionen ausgelegt:

Davon ausgehend, daß das Fahrzeug von sich aus ein un tersteuerndes Lenkverhalten zeigt, kann in einer Kur venfahrt, in der normalerweise das kurveninnere Vorder rad entlastet ist, z. B. in einer Rechtskurve das rechte Vorderrad, dieses durch Aktivierung seiner Spann-Ein richtung 16 im Sinne eines Zusammendrückens seiner Radfeder so kräftig auf die Fahrbahn gedrückt werden, daß praktisch gleiche Radlasten an den Vorderrädern wirksam sind. Zweckmäßigerweise wird bei einer solchen Radlast-Einstellung gleichzeitig auch die Spann-Ein richtung 16 des kurvenäußeren Vorderrades im Sinne ei ner Verlängerung - Entlastung - ihrer Radfeder ange steuert und zur Radlast-Angleichung an den beiden Vor derrädern mit ausgenutzt. Dies hat, gleichen Kraft schlußbeiwert an den Vorderrädern vorausgesetzt, auch gleiche Kraftschlußausnutzung an denselben zur Folge. Es versteht sich, daß mittels der Spanneinrichtungen 16 auch andere Radlastverteilungen einsteuerbar sind.

Durch das Verspannen des Fahrzeuges, das durch Nieder drücken des rechten Vorderrades und Einziehen des Kol bens der Spanneinrichtung 16 des linken Vorderrades er folgt, wird gleichzeitig das kurveninnere Hinterrad des Fahrzeuges weiter entlastet bzw. das kurvenäußere Hin terrad zusätzlich belastet, mit der Folge, daß unglei che Kraftschluß-Ausnutzung an den Hinterrädern ent steht, und mit der weiteren Folge, daß die Summe der Seitenführungskräfte der Hinterräder insgesamt abnimmt und das Fahrzeug in die Kurve eindreht, wobei der zuvor bestehenden Untersteuerungstendenz gleichsam durch eine Übersteuerungstendenz entgegengewirkt wird, die durch die Radlast-Einstellung erzielt wird.

Hat das Fahrzeug, andererseits, ein übersteuerndes Lenk verhalten, so kann die Übersteuerungstendenz dadurch reduziert oder kompensiert werden, daß die Spanneinrich tung des in der Kurvenfahrt schon stärker belasteten kurvenäußeren Vorderrades zusätzlich im Sinne einer Ver größerung der Feder-Vorspannung dieses Vorderrades an gesteuert wird, womit auch eine Vergrößerung der Normal kraft am kurveninneren Hinterrad einhergeht, mit der Folge, daß das Fahrzeug an der Hinterachse gleichsam stabilisiert wird, und die Seitenführungskraft an der Vorderachse abnimmt, weil die Radlastdifferenz an der Vorderachse zunimmt. Zweckmäßigerweise wird auch in die sem Fall die Spanneinrichtung des kurveninneren Vorder rades gegensinnig, d. h. im Sinne einer Spannungsvermin derung seiner Radfeder, aktiviert.

Für den Fall, daß diese allein mit Hilfe der Spann-Ein richtungen 16 erzielte "Fahrdynamik-Regelung" zur dyna mischen Stabilisierung des Fahrzeuges nicht ausreicht und zusätzlich die Fahrdynamik-Regelung durch Bremsen- Eingriff am stärker belasteten kurvenäußeren Vorderrad wirksam werden muß, so kann an diesem ein umso höheres rückdrehendes, stabilisierendes Moment aufgebracht wer den. Im Ergebnis wird der einer fahrdynamischen Rege lung zugängliche Bereich erweitert, da sich die Radlast einstellung gleichsam als Erhöhung des Fahrbahn-Reib wertes auswirkt.

Es wird davon ausgegangen, daß die Erläuterung elektro nisch-schaltungstechnischer Einzelheiten der elektroni schen Steuereinheit 24 nicht erforderlich ist, da ein Fachmann diese bei Kenntnis ihres Zweckes mit gängigen Mitteln der elektronischen Steuerungs- und Regelungs technik realisieren kann. Dies gilt auch mit Bezug auf die weiteren, nachfolgend zu erläuternden Funktionen, die, dank der "kräftigen" Auslegung der Bremsdruck- bzw. Bremskraft-Stelleinrichtungen 26 bis 29, insbesondere der Bremskraft-Stelleinrichtungen 28 und 29 der Hinter radbremsen 13 und 14 des Bremskraft-Steuerungssystems möglich sind. Demgemäß ist vorgesehen, daß dieses bei Rückwärtsfahren auf eine Bremskraftverteilung mit rela tiv höherem Hinterachs-Bremskraft-Anteil als an der Vor derachse umgeschaltet wird, so daß sich insbesondere im Winter auf schneeglatter, abschüssiger Straße ein erheb lich besseres Verzögerungsverhalten erzielen läßt.

Des weiteren ist eine Bremskraft-Steuerung implemen tiert, die eine Erkennung des Zustandes der Bremsbeläge ermöglicht. Hierzu wird zeitweise, z. B. am Beginn einer Bremsung, nur mit einem Rad gebremst und die aus dem ge messenen Radbremsdruck und den geometrischen Daten der Bremse errechnete theoretische Fahrzeugverzögerung mit der mittels des Verzögerungssensors 53 gemessenen oder anhand der Ausgangssignale der Raddrehzahlfühler 36 bis 39 ermittelten Verzögerung verglichen. Ergibt sich hier bei eine außerhalb eines hinnehmbaren Toleranzbereiches liegende Verzögerungs-Differenz, so wird eine Zustands- Anzeige angesteuert, die dem Fahrer signalisiert, wel cher Bremsbelag nur noch einen unzulänglichen Reibbei wert hat.

Einzelradbremsungen bei geringer Radlast, die z. B. in regelmäßigen kurzen Zeitabständen wiederholt werden, können auch zur Bestimmung des Fahrbahn-Reibwertes (µ) genutzt werden. Solche Bremsungen lassen sich ohne wei teres so steuern, daß sie nicht zu einer nennenswerten Fahrzeugverzögerung führen, die den Fahrer stören könn te, da der gemäß der Beziehung µ = F_B/F_N als das Verhält nis der Bremskraft F_B zur Normalkraft F_N (Radlast) ge gebene Reibbeiwert µ sich bei einstellbar niedrigen Werten der Radlast ermitteln läßt.

Die hierbei wirksame Bremskraft F_B ist bei bekannter Bremsenauslegung z. B. durch Messung des Bremsdruckes ermittelbar, der bei einer solchen Bremsung so lange erhöht wird, bis das gebremste Fahrzeugrad in einen de finierten hohen Schlupf einläuft, der durch Auswertung der Raddrehzahlsensor-Ausgangssignale ermittelbar ist. Die Kenntnis des Fahrbahn-Reibbeiwertes ermöglicht es, die elektronische Steureinheit 24 gleichsam auf den bei vorgegebenem Reibbeiwert günstigsten Regelalgorithmus einzustellen.

Auch bei einer vom Fahrer initiierten, auf eine signi fikante Fahrzeugverzögerung gerichteten Teil- oder Voll bremsung, ggf. auch bei einer zumindest in ihrer ein leitenden Phase als automatisch gesteuerte Vollbremsung (Bremsassistent-Funktion) ausgeführten Bremsung erfolgt eine Ermittlung des nutzbaren Fahrbahn-Reibwertes µ. Hierzu ist eine Ansteuerung des Bremskraft- und des Normalkraft -Steuerungssystems dahingehend vorgesehen, daß am Beginn der Bremsung ein überwiegender Anteil des Fahrzeuggewichts über nur zwei einander diagonal gegen überliegende Fahrzeugräder, die dann entsprechend stär ker gebremst werden, abgestützt wird und die Räder der anderen Fahrzeugdiagonalen entsprechend entlastet wer den. An den entlasteten Fahrzeugrädern wird eine An steuerung der Radbremsen mit schrittweiser oder mono ton-kontinuierlicher Erhöhung des Bremsdruckes vorge nommen und fortlaufend die Änderungsrate dω/dt der Raddrehzahl ermittelt. Für den Bremsdruck p_B, für den sich die maximale Änderungsrate der Raddrehzahl ergibt, wird gemäß der Beziehung in der mit Θ das Trägheitsmoment des gebremsten ent lasteten Rades, mit F_N die an diesem wirksame Radlast, mit r_dyn sein dynamischer Rollradius und mit M_B das durch die Bremsdruckeinstellung bei maximaler Drehzahl- Änderungsrate gegebene Bremsmoment bezeichnet sind, der maximal nutzbare Fahrbahn-Reibbeiwert µ ermittelt, wo bei das Bremsmoment M_B seinerseits durch die Beziehung

M_B = p_B.C_B

Des weiteren kann eine Art der Bremskraft-Steuerung vorgesehen sein, die bei einer vorgegebenen Stellung des Bremspedals 30 stets dieselbe Fahrzeugverzögerung bewirkt, unabhängig davon, ob das Fahrzeug in Bergauf- oder Bergab-Fahrt gebremst wird und auch unabhängig da von, wie das Fahrzeug beladen ist und/oder ob es im Ge spann-Betrieb mit einem Anhänger gefahren wird. Im Fal le einer Bergab-Fahrt, die anhand der Ausgangssignale des Neigungssensors 52 erkennbar ist, wird, verglichen mit dem Fall, daß auf horizontaler Fahrbahn gebremst wird, eine höhere Bremskraft eingesteuert, im Falle ei ner Bremsung bei Bergauf-Fahrt eine niedrigere, so daß der Fahrer stets mit derselben Pedalkraft, die er gegen die Rückstellkraft einer nicht dargestellten Wegsimu lationsfeder aufbringen muß, einen definierten Betrag der Fahrzeugverzögerung einstellen kann.

Für den Fall, daß das Fahrzeug einen elektromotorischen Antrieb oder Hilfsantrieb hat, der ein Bremsen auch durch Rekuperation kinetischer Energie durch Umschalten des elektromotorischen Antriebs in den Generatorbetrieb ermöglicht, wird der Beitrag der Radbremsen 11 bis 14 zur Fahrzeugverzögerung so gesteuert, daß das durch Re kuperation gewinnbare Bremsmoment zwar weitestmöglich ausgenutzt wird, jedoch, falls die Bremswirkung nicht ausreicht, früh genug auf Bremsbetrieb mittels der Rad bremsen 11 bis 14 umgeschaltet wird, wodurch auch ein gleichsam stetiger - "sanfter" Übergang von Rekupera tions-Bremsung auf hydraulisch unterstützte Bremsung erzielt wird, den der Fahrer nicht spürt.

Davon ausgehend, daß sich durch Rekuperations-Bremsung, z. B. eines front-getriebenen Fahrzeuges Fahrzeugverzö gerungen von bis zu 0,3 g (g = 9,81 ms⁻²) erzielen lassen, kann im statistisch weitaus bedeutendsten Bereich der Teilbremsung eine Schonung der mechanischen oder hydro mechanischen Bremsen erzielt werden, indem bis zu der genannten Fahrzeug-Verzögerungsgrenze von ca. 0,3 g die Fahrzeugverzögerung weitestmöglich, d. h. solange bei vorgegebener Fahrzeuggeschwindigkeit und Ladezustand der Batterie eine Rekuperations-Bremsung möglich ist, diese Art der Bremsung zur Fahrzeugverzögerung genutzt wird.

Für den Fall, daß das Fahrzeug den Vorderrädern einzeln zugeordnete elektrische Antriebsmotore hat, oder als allradgetriebenes Fahrzeug mit den Rädern einzeln zuge ordneten Antriebsmotoren ausgebildet ist, sind diese auch im Fahrdynamik-Regelungsbetrieb als Rekuperations- Bremsen nutzbar, so daß auch insoweit eine wirksame Schonung der Radbremsen im übrigen erzielt werden kann.

Claims

1. Bremskraft-Steuerungssystem (10) für ein Straßenfahr zeug mit elektrisch steuerbarer Vierkreis-Bremsanla ge, bei der die über die einzelnen Radbremsen (11 bis 14) entfaltbaren Bremskräfte radindividuell einstellbar sind, und mit einem Fahrwerk, das mit Stelleinrichtun gen (16) zur Variation der an den Fahrzeugrädern wirk samen Normalkräfte ausgerüstet ist, wobei pro Fahr zeugrad mindestens eine Normalkraft-Stelleinrichtung (16, 17) vorgesehen ist, weiter die Bremsanlage dahin gehend ausgelegt ist, daß die mittels einer Vorderrad bremse (11 oder 12) und der zu dieser entlang der Fahr zeugdiagonalen gesehen, gegenüberliegend angeordneten Hinterradbremse (14 oder 13) entfaltbare Bremskraft insgesamt dem mit einem maximalen Betrag des zwischen der Fahrbahn und den gebremsten Rädern ausnutzbaren Kraftschlußbeiwertes µ (µ = 1) multiplizierten Fahr zeuggewicht entspricht und die Stelleinrichtungen (16, 17) für die Normalkraftverteilung dahingehend ausgelegt sind, daß das Fahrzeuggewicht, im wesentli chen, d. h. abgesehen von einem kleinen, nur wenige Prozent der im statischen Fall symmetrisch etwa gleich verteilten Radlasten betragenden Bruchteil derselben, auf einem der Vorderräder und dem diesem diagonal gegenüberliegend angeordneten Hinterrad des Fahrzeuges abstützbar ist.

2. Bremskraft-Steuerungssystem nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß zeitweise, vorzugsweise in regelmäßiger Folge, lediglich eine der Radbrem sen (11 bis 14) zur Bremskraftentfaltung ausge nutzt wird, wobei während dieser Bremsung die Nor malkraft-Stelleinrichtung des gebremsten Rades im Sinne einer Reduzierung der Radlast des gebremsten Rades angesteuert ist, derart, daß die Radlast auf einen kleinen Bruchteil (z. B. 10% bis 30%) der halben Achslast reduziert ist, und bei Erreichen eines für höchstmögliche Kraftschluß-Ausnutzung charakteristischen Schlupfwertes aus dem Verhält nis Bremskraft/Normalkraft der wirksame Fahrbahn- Reibwert ermittelt wird.

3. Bremskraft-Steuerungssystem, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer vom Fahrer initiierten, auf eine signifikan te Fahrzeugverzögerung gerichteten Teil- oder Vollbremsung eine Ansteuerung des Bremskraft- und Normalkraft-Steuerungssystems dahingehend erfolgt, daß am Beginn der Bremsung ein überwiegender An teil (z. B. 80% bis 90%) des Fahrzeuggewichts über nur zwei einander diagonal gegenüberliegende Fahr zeugräder (z. B. das linke Vorderrad und das rechte Hinterrad) abgestützt wird und die Räder der ande ren Fahrzeugdiagonalen entsprechend entlastet wer den, und daß an mindestens einem, vorzugsweise bei den, der entlasteten Fahrzeugräder eine Ansteue rung der Radbremse(n) mit schrittweiser oder mono ton-kontinuierlicher Erhöhung des Bremsdruckes er folgt und fortlaufend die Änderungsrate dω/dt der Raddrehzahl ermittelt und anhand des Maximalwertes (dω/dt)_max der Drehzahländerungsrate der maximal zur Fahrzeugverzögerung nutzbare Reibbeiwert µ der Fahrbahn gemäß der Beziehung
ermittelt wird, in der mit Θ das Trägheitsmoment des gebremsten entlasteten Rades, mit F_N die an diesem wirksame Radlast, mit r_dyn sein dynamischer Rollradius und mit M_B das durch die Bremsdruckent faltung bei maximaler Drehzahl-Änderungsrate gege bene Bremsmoment bezeichnet sind, das seinerseits durch die Beziehung
M_B = p_B.C_B
gegeben ist, in der mit pB der eingesteuerte Brems druck und mit CB ein die Bremsenauslegung berück sichtigender Proportionalitätsfaktor bezeichnet sind.

4. Regelungssystem zur Erzielung eines fahrdynamisch stabilen Verhaltens eines Straßenfahrzeugs mit ei nem Bremskraft-Steuerungssystem, das als elektrisch steuerbare Vierkreis-Bremsanlage ausgebildet ist, bei der die mittels der einzelnen Radbremsen (11 bis 14) entfaltbaren Bremskräfte radindividuell einstellbar sind, und mit einem Fahrwerk, das als Normalkraft-Steuerungssystem den Fahrzeugrädern einzeln zugeordnete Stelleinrichtungen (16) um faßt, mittels derer die an den Fahrzeugrädern wirksamen Normalkräfte bei Erhaltung der Summe der Achslasten variierbar sind, wobei diese Stellein richtungen (16, 17) dahingehend ausgelegt sind, daß das Fahrzeuggewicht überwiegend und annähernd auf einem der Vorderräder und einem der Hinterrä der des Fahrzeuges abstützbar ist, wobei weiter das Bremskraft-Steuerungssystem dahingehend ausge legt ist, daß die mittels einer Vorderradbremse (11 oder 12) zusammen mit einer Hinterradbremse (13 oder 14) insgesamt dem mit einem maximalen Be trag des zwischen der Fahrbahn und den gebremsten Rädern ausnutzbaren Kraftschlußbeiwertes µ (µ ≈ 1) multiplizierten Fahrzeuggesamtgewicht entspricht, und wobei eine elektronische Steuereinheit (24) vorgesehen ist, die im Bedarfsfall einer Kurven fahrt stabilisierenden fahrdynamischen Regelung zunächst die Normalkraft-Stelleinrichtung im Sinne einer Kompensation eines über- oder untersteuern den Verhaltens des Fahrzeuges aktiviert, und, falls hierdurch eine hinreichende Stabilisierung des Fahrzeuges noch nicht erreichbar ist, zusätz lich das Bremskraft-Steuerungssystem im Sinne des eingeleiteten fahrdynamischen Regelungsmodus akti viert.

5. Regelungssystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Ausbildung seines Bremskraft-Steue rungssystems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.