DE19928624C2 - Fahrwerksteuerung - Google Patents
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Abstract
Es wird eine verbesserte Steuerung eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, in dem zur Erfassung von Laufradbewegungen die Verwendung eines Radarsensors vorgeschlagen wird.
Description
Elektronische Fahrwerksteuerungen durch selbsttätige
Bremseingriffe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sind mittlerweile, beispielsweise im Falle von
Antiblockiersystemen, seit längerer Zeit serienüblich
geworden. Auch sogenannte Antischlupfregelungen oder
Traktionskontrollen werden verstärkt in Serienfahrzeuge
eingebaut. In neuester Zeit sind weiterhin elektronische
Stabilitätsprogramme in Erscheinung getreten, bei denen durch
Bremseingriff an einzelnen Fahrzeugrädern bei auftretenden
unzulässigen Querbeschleunigungen ein unkontrolliertes
Ausbrechen verhindert und ein neutrales Fahrverhalten erzeugt
wird.
Aktive Fahrwerkssteuerungen, bei denen die Federung, Dämpfung
und/oder ein Höhenausgleich einzelner Räder geregelt wird,
sind z. B. in Form von hydropneumatischen Fahrwerken schon in
Gebrauch und werden zunehmend weiterentwickelt und
eingesetzt.
Zur Abstandsbestimmung von Hindernissen oder vorausfahrenden
Fahrzeugen wurde ebenfalls bereits seit längerer Zeit der
Einsatz von Radarsensoren vorgeschlagen (DE 23 47 689 A1), die
in manchen handelsüblichen Fahrzeugen mittlerweile schon
vorhanden sind. Beispielsweise offenbart die Druckschrift
DE 37 22 049 A1 eine Vorrichtung zur Messung der
Geschwindigkeit eines Fahrzeugs über Grund mit einem
Dopplerradar. Alternativ hierzu wird in der Druckschrift
DE 38 25 639 C2 eine Vorrichtung beschrieben, wobei
unterschiedlich gerichtete Laserstrahlen und eine Auswertung
der dadurch gewonnenen Dopplersignale vorgesehen werden.
Für gattungsgemäße Antiblockiersysteme oder Antischlupfregelungen (vgl. z. B.
Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch; VDI-Verlag 1987,
S. 475) werden beispielsweise Drehzahlsensoren an den Rädern
vorgesehen, die unter Berücksichtigung eines etwaigen
Lenkeinschlags im Vergleich der Drehzahl der übrigen Räder
die Information über einen Schlupf oder ein Blockieren eines
Rades liefern. Dementsprechend wird die Bremsanlage
gesteuert, das heißt, im Falle des Blockierens die
entsprechende Bremse kurz gelöst und im Fall einer
Schlupfregelung oder Traktionskontrolle das entsprechende Rad
abgebremst.
Zur Erkennung fehlender Traktion oder Haftung auf dem Boden
ist daher zunächst ein gewisser Schlupf oder ein Blockieren
erforderlich.
Bei Allradfahrzeugen werden derartige Traktionskontrollen
seit neustem ebenfalls eingesetzt, so daß auf
Differenzialsperren im Antriebsstrang verzichtet werden kann.
Vor allem im Geländeeinsatz hat es sich jedoch als Nachteil
erwiesen, daß bis zum Einsetzen der Traktionshilfe das
entsprechende Rad zunächst kurz durchdreht, bevor es
abgebremst wird. Zum einen führt dies zu einem hohen
Materialverschleiß, da gerade im Gelände häufig ein die
Reifen extrem beanspruchender Untergrund gegeben ist. Zum
anderen wird hierdurch der Bremseinsatz unnötig verstärkt, so
daß die Bremsen bei häufigem Einsatz dieser
Traktionskontrolle heißlaufen und entsprechende Ruhephasen
benötigen. Dementsprechend werden derartige Geländefahrzeuge
in Bezug auf den Geländeeinsatz als deutlich schlechter
beurteilt als vergleichbare Fahrzeuge mit
Differenzialsperren.
Auch bei herkömmlichen ABS-Systemen wird das durch den
"Stotterbetrieb" deutlich hörbare Geräusch beim Einsatz der
ABS-Anlage häufig als störend empfunden. Weiterhin wird durch
derartige Systeme der Bremsweg zwar gegenüber der
fahrerdosierten Betätigung durchschnittlichen Fahren
verkürzt, der minimale Bremsweg läßt sich jedoch dadurch
erzielen, daß die Bremskraft so nahe wie möglich unterhalb
des Punktes angesetzt wird, an dem das entsprechende Rad
blockiert. Geübte Fahrer erreichen daher kürzere Bremswege
ohne Antiblockiersystem.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung vorzuschlagen,
mittels der eine sensible Fahrwerksregelung möglich ist.
Insbesondere sollte bei Traktionshilfen,
Antischlupfregelungen und Antiblockiersystemen die
Schlupfphasen bzw. Blockierphasen der Laufräder reduziert,
wenn nicht ganz vermieden werden.
Dies wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst. Mit Hilfe eines Radarsensors läßt sich nicht nur die
Drehzahl oder Winkelgeschwindigkeit eines Laufrads messen,
sondern man kann damit auch die Relativbewegung des Laufrads
in Bezug zum Untergrund erfassen. Die Messungen mit Hilfe des
Radarsensors insgesamt sind sehr schnell und hoch genau
durchzuführen, so daß eine entsprechende schnell eingreifende
Regelung zu realisieren ist.
Auf diese Weise können außerdem alle zur Regelung notwendigen
Informationen direkt am entsprechenden Laufrad gemessen
werden, so daß die Drehzahl unmittelbar mit der
Vortriebsgeschwindigkeit des Laufrades zu vergleichen ist und
eine entsprechende Regelung stattfinden kann.
Die gewünschte Information läßt sich, wie oben angeführt, mit
einem Radarsensor schnell und präzise ermitteln. Insbesondere
in Form eines Dopplerradars, das die Frequenzdifferenz
zwischen einem emittierten und reflektierten Radarstrahl als
Maß für die zu messende Relativgeschwindigkeit zwischen
Sensor und Reflektionsfläche unter Nutzung des sogenannten
Dopplereffekts auswertet, ist ein Radarsensor für eine
erfindungsgemäße Sensorik besonders geeignet.
Besonders vorteilhaft ist es, den erfindungsgemäßen
Radarsensor zur Erfassung der Translationsgeschwindigkeit
gegenüber dem Untergrund und zugleich als Drehzahlsensor für
das Laufrad zu verwenden. Mit Radarsensoren, insbesondere mit
Dopplerradarsensoren ist die präzise Vermessung von
Drehzahlen ebenso möglich, wie die Vermessung von
Translationsgeschwindigkeiten, wobei darüberhinaus
zusätzliche weitere Informationen über den vermessenen
Gegenstand zu erhalten sind.
Am äußersten Umfang des rotierenden Gegenstandes liegen die
maximalen Umlaufgeschwindigkeiten etwaiger Reflexionsstellen
vor, so daß sich die vom äußersten Radius des rotierenden
Gegenstandes reflektierten Wellen im Dopplerspektrum als
Abbruchflanke darstellen, die genau zu lokalisieren ist.
Somit könnten die bislang vorhandenen Drehzahlsensoren unter
Verminderung des Fertigungsaufwandes entbehrlich werden. Sie
könnte selbstverständlich auch beibehalten und zur doppelten
Kontrolle dienen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird hierbei der Sensor
starr mit der Lagerung des Laufrades verbunden, so daß er mit
Ausnahme der Drehbewegung alle Bewegungen, beispielsweise
Lenkeinschläge oder dergleichen nachvollzieht und stets eine
feste Orientierung gegenüber dem Laufrad aufweist.
Der Sensor kann in einer besonderen Ausführungsform auch
starr bezüglich dem Fahrzeugrahmen angeordnet werden. Bei der
Auswertung des Sensorsignals ist hierbei der Lenkeinschlag zu
berücksichtigen, der jedoch ebenfalls durch einen Radarsensor
gemessen werden kann. So könnte beispielsweise ein einziger
Radarsensor zur Beobachtung eines Laufrads unter
unterschiedlichen Beobachtungsrichtungen, z. B. unter
Verwendung von Wellenleitern, verwendet werden. Je nach
Blickrichtung und dementsprechender Komponente der
Umfangsgeschwindigkeit des rotierenden Gegenstandes ergeben
sich somit mehrere Flanken im Dopplerspektrum, deren relative
Lage zueinander nicht nur eine Aussage über die
Rotationsgeschwindigkeit, sondern auch der Orientierung der
Drehachse in Bezug zum Sensor ermöglicht.
Der Sensor kann jedoch auch beweglich angebracht werden, um
Informationen in verschiedenen Bewegungsrichtungen,
beispielsweise auch quer zum Laufrad oder Änderungen des
Neigungswinkels der Fahrbahn bzw. auftretende Hindernisse im
Weg des Laufrads zu erkennen.
In bevorzugten Ausführungsformen wird der Sensor auch für
zwei- oder dreidimensionale Messungen der Relativbewegung
gegenüber dem Untergrund, beispielsweise mittels einer
Antenne mit Strahlungskeulen in unterschiedlichen
Raumrichtungen ausgebildet. Denkbar wäre auch die Verwendung
eines Sensors, bei dem die Strahlung über Wellenleiter wie in
der vorbeschriebenen Ausführung zur Erfassung des
Lenkeinschlags entsprechend den gewünschten
Abstrahlrichtungen orientiert wird.
Weiterhin könnte ein Sensor verwendet werden, der
unterschiedliche Frequenzen abstrahlt. Derartige Sensoren,
bei denen in zeitlicher Abfolge unterschiedliche Frequenzen
abgestrahlt werden, sind beispielsweise zur Abstandsmessung
in Gebrauch.
Ein Sensor mit verschiedenen Abstrahlfrequenzen kann
beispielsweise auch so ausgebildet werden, daß
unterschiedliche Frequenzen in unterschiedliche
Raumrichtungen abgestrahlt werden, um räumliche Informationen
zu erhalten.
Bereits in der einfachsten Version, in der unmittelbar unter
und vor dem Laufrad befindliche Untergrund überwacht wird,
ist jedoch bereits eine präzise Erfassung der
Fahrgeschwindigkeit des Laufrades sowie die Erfassung
etwaiger auftretender Hindernisse vordem Laufrad möglich,
die beispielsweise bei einem Einsatz des Systems in
Geländefahrzeugen Berücksichtigung finden müssen, z. B. wenn
ein Laufrad einen größeren Stein oder dergleichen überwinden
muß.
Mit Hilfe eines Radarsensors können über die vorgenannten
gewünschten Informationen noch weitere Messungen erfolgen,
die in die Regelung des Systems einfließen können.
So kann beispielsweise aus dem Antwortsignal des Radarsensors
eine Aussage über die Untergrundbeschaffenheit getroffen
werden. So wäre beispielsweise ein verschmutzter Asphalt von
einem sauberen Asphalt unterscheidbar oder ein nasser Asphalt
von einem trockenen Asphalt, so daß dementsprechend die
Einwirkungen der Fahrwerkssteuerung auf das Fahrwerk des
Fahrzeugs unterschiedlich auszugestalten sind und
gegebenenfalls Warnhinweise an der Fahrer gegeben werden
können. Auch Schnee, Eis, Sand, Geröll oder Schlamm können z. B.
so erkannt werden.
Je nach Untergrundbeschaffenheit sind in der Tat
unterschiedliche Bremseingriffe oder Steuerungseingriffe
allgemeiner Art der verschiedenen eingangs genannten
elektronischen Fahrwerkssteuerungen notwendig. Insbesondere
auf Geröll hat es sich bereits erwiesen, daß beispielsweise
kürzere Bremswege erzielbar sind, wenn die Laufräder leicht
blockieren, so daß die Antiblockierregelung, die auf Asphalt
die kürzesten Bremswege bietet, bei diesem Untergrund nicht
optimal ist.
Zur Überwachung von Höhenschwankungen oder Querbewegungen des
Laufrades kann ebenfalls ein Radarsensor vorgesehen werden,
der gegebenenfalls mit einem vorgenannten Sensor identisch
sein kann. Höhenschwankungen und Querbewegungen sind
insbesondere bei sehr unebenem Untergrund in der Auswertung
zu berücksichtigen. Diese Information kann aber auch für die
sogenannten elektronischen Stabilitätsprogramme verwendet
werden.
Die genaue Erfassung der Radbewegungen und zugleich der
Untergrundbeschaffenheit durch einen Radarsensor kann
beispielsweise auch zur Regelung von aktiv gesteuerten Feder-
und Dämpfungssystemen in der Radaufhängung verwendet werden.
Derartige aktiv ansteuerbare Fahrwerke sind insbesondere in
Form von hydropneumatischen Fahrwerksystemen bereits in
Gebrauch.
Mit Hilfe eines Radarsensors läßt sich nicht nur die Drehzahl
eines Gegenstandes, sondern auch die Beschaffenheit seiner
Reflexionsfläche überprüfen. So könnte beispielsweise mit
einem Radarsensor auch ein Reifenprofil dauerüberwacht
werden. Nicht nur die Güte des Profils, sondern auch dessen
Füllgrad mit aufgenommenem Material, beispielsweise Schlamm
oder Schnee ist hierdurch erfaßbar.
Auch eine Bremsscheibe könnte beispielsweise durch einen
erfindungsgemäßen Sensor dauerüberwacht werden. Es könnte
festgestellt werden, ob die Bremsscheibe die korrekte Form
und Lage in Bezug zum Sensor aufweist, ob diese vibriert, ob
Rillen auftreten oder dergleichen.
Insbesondere könnte mit dem gleichen Sensor zugleich die
Drehzahl und die Beschaffenheit zweier Gegenstände mit
unterschiedlich großem Umfang, beispielsweise einer
Bremsscheibe und des Reifenaußenumfangs problemlos
kontrolliert werden, da diese aufgrund ihrer deutlich
unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten im Dopplerspektrum
in weit entfernten Bereichen sichtbar werden. Auch die Felge
des Rades könnte beispielsweise auf etwaige Schäden
dauerüberwacht werden.
Auch die Auswuchtung des Laufrades kann mit Hilfe eines
solchen Sensors ohne größeren Aufwand ebenso miterfaßt werden
wie etwaige Vibrationen aufgrund gelockerter Radbolzen oder
sonstiger Defekte.
Auch alle anderen von Radarsensoren bekannten Funktionen, z. B.
als Einparkhilfe, Notbremssensor oder dergleichen, kann
ein erfindungsgemäßer Radarsensor nebenbei übernehmen, wobei
unter Umständen wiederum Wellenleiter vorzusehen sind, um die
Abstrahlung am gewünschten Ort durchzuführen.
Insgesamt ist dementsprechend festzustellen, daß die
erfindungsgemäße Verwendung eines Radarsensors zur
Laufradüberwachung bzw. Untergrundüberwachung eine Fülle von
zusätzlichen Informationen in Kombination erbringen kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird anhand der Figur nachfolgend näher
erläutert.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Seitenansicht eines
Laufrads mit erfindungsgemäßer Sensoranordnung.
Im Einzelnen zeigt die Figur eine Anordnung 1 bestehend aus
einem schematisch angedeuteten Radarsensor 2, dessen
Strahlungskeule bzw. Kegel 3 mit gestrichelten Linien
dargestellt ist. Die Strahlungskeule 3 deckt insbesondere ein
Laufrad 4 und zugleich einer Lauffläche 5 sowie eine
Bremsscheibe 6 ab, an der ein Bremssattel 7 angedeutet ist.
Auch der Untergrund 8 wird vor und hinter dem Laufrad von der
Strahlungskeule 3 erfaßt. Zur Veranschaulichung der
Vorrichtung ist der Radarsensor 2 und seine Strahlungskeule 3
im Vergleich zum Laufrad 4 übergroß dargestellt.
Mit einem Radarsensor 2 gemäß der Anordnung 1 läßt sich mit
hoher Präzision die Drehzahl des Laufrades 4 feststellen. Die
Lauffläche 5 weist die höchste Umlaufgeschwindigkeit der
Gummioberfläche auf und ist somit eindeutig als scharfe
Flanke in einem bestimmten Frequenzbereich eines Doppelradars
identifizierbar. Diese Dopplerfrequenz gibt die
Umfangsgeschwindigkeit der Lauffläche 5 und somit in Kenntnis
des Umfangs die Rotationsgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des
Laufrads wieder. Ebenso ist die Bremsscheibe 6 als metallene
Reflektionsfläche eindeutig im Dopplerspektrum
identifizierbar, wobei sich wiederum der Außenumfang aufgrund
seiner maximalen Umfangsgeschwindigkeiten als Flanke im
Dopplerspektrum abzeichnet.
Auch der Untergrund 8 wird mit dem Radarsensor 2 abgetastet.
Aufgrund der von den Umfangsgeschwindigkeiten des Laufrads 4
und der Bremsscheibe 6 völlig unterschiedlichen
Vortriebsgeschwindigkeiten läßt sich zum einen die
Fahrgeschwindigkeit des Laufrads 4 exakt bestimmen. Durch die
unterschiedlichen Anstrahlungswinkel lassen sich auch
Aussagen über unterschiedliche Zonen des Untergrunds 8 in
seiner Lage bezüglich zum Laufrads 4 treffen.
Bei Geradeausfahrt ist beispielsweise festzustellen, daß
die maximale Dopplerfrequenz aufgrund des erhöhten Anteils
der Strahlung parallel zum Untergrund 8 von dem vorderen
Bereich der Strahlungskeule wiederum als Flanke im
Dopplerspektrum zu erwarten ist.
Da die Winkel und Intensitäten der Strahlengänge innerhalb
der Strahlungskeule 8 bekannt sind, können Abweichungen von
einem "normalen", einem ebenen asphaltierten Untergrund
entsprechenden Spektrum identifiziert und ausgewertet werden.
Hierzu bietet sich beispielsweise in einer einfachen Art der
auswertende Vergleich mit Referenzspektren an, die auf
unterschiedlichsten Untergründen aufgenommen und
abgespeichert werden.
Die dargestellte Anordnung 1 stellt eine besonders einfache
Sensoranordnung mit nur einem Radarsensor dar.
Der Radarsensor 2 könnte zur Vervielfältigung der Information
auch räumlich unterschiedlich abstrahlen, beispielsweise mit
unterschiedlichen Frequenzen oder aber auch, wie bereits oben
angeführt, mit Hilfe von Wellenleitern gezielt in
verschiedene Richtungen und auf verschiedene Gegenstände
gerichtet werden.
Wesentlich bei der Verwendung des Radarsensors ist, daß die
zur Steuerung zu verwertende Information unmittelbar vor Ort
am Laufrad 4 in Echtzeit erfaßt wird. Es ist somit eine
ständige Ist-Kontrolle des jeweils zu beobachtenden Laufrades
und daher eine schnelle und sensible Regelung der Sollwerte
möglich.
So kann, wie oben angeführt, bei der Verwendung auf einem im
Wesentlichen ebenen Untergrund beispielsweise die als Peak
oder Flanke meßbare Fahrgeschwindigkeit des Laufrades 4 im
Dopplerfrequenzspektrum einem bestimmten Abstand zu einer
Flanke, die durch einen rotierenden Gegenstand,
beispielsweise der Bremsscheibe 6 verursacht ist, zugeordnet
werden. Bereits bei geringfügigen Abweichungen dieses Ist-
Abstandes vom Soll-Abstand bei der entsprechenden
Geschwindigkeit kann steuernd eingegriffen werden.
1
Anordnung
2
Radarsensor
3
Strahlungskeule
4
Laufrad
5
Lauffläche
6
Bremsscheibe
7
Bremssattel
8
Untergrund
Claims (13)
1. Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrwerks eines
Kraftfahrzeugs mit einem Sensor zur Erfassung von
Laufradbewegungen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein
Radarsensor (2) zur Erfassung von Laufradbewegungen während
der Fahrt vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Radarsensor (2) ein Doppler-Radarsensor ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, daß der Radarsensor (2) zur Erfassung
der Drehzahl bzw. Rotationsgeschwindigkeit des Laufrads (4)
und/oder zur Erfassung der Translationsgeschwindigkeit bzw.
Fahrgeschwindigkeit in Fahrtrichtung im Bezug zum Untergrund
(8) vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß derselbe Radarsensor (2) zur
Erfassung der Translationsbewegung des Laufrads (4) in Bezug
zum Untergrund und der Rotationsgeschwindigkeit des Laufrads
(4) bzw. dessen Drehzahl vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Radarsensor (2) eine feste
Orientierung gegenüber dem Laufrad (4) aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Radarsensor (2) beweglich
gegenüber dem Laufrad (4) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Radarsensor (2) mit
verschiedenen Abstrahlrichtungen vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Radarsensor (2) einen
Wellenleiter umfaßt.
9. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Radarsensor (2) verschiedene
Abstrahlfrequenzen aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswertung des Sensorsignals
in Bezug zur Beschaffenheit des Untergrunds (8) vorgesehen
ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Radarsensor (2) zur Erfassung
von Höhenschwankungen und/oder Querbewegungen des Laufrades
(4) während der Fahrt vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Überwachung des Reifens
vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Überwachung der Bremsscheibe
(6) vorgesehen ist.
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ID=7912173
Family Applications (1)
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