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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Einrichtung zum Beurteilen der Griffigkeit einer von dem Fahrzeug befahrenen Fahrbahn.
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Ein solches Fahrzeug ist z. B. in
DE 10 2004 036 087 A1 beschrieben. Bei diesem herkömmlichen Fahrzeug sind Steuereinheiten für Fahrwerk und Armaturen anhand von aus diversen Quellen bezogenen Daten in einen Schlechtwettermodus umschaltbar, um verminderter Fahrbahngriffigkeit bei schlechtem Wetter Rechnung zu tragen. Im Schlechtwettermodus sollen beispielsweise Fahrwerkseinstellungen an eine glatte Straßenoberfläche angepasst oder die maximale Höchstgeschwindigkeit eingeschränkt werden.
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Dabei ergibt sich das Problem, dass eine in Anpassung an die glatte Fahrbahn härtere Fahrwerkseinstellung den Fahrer eine bessere Griffigkeit der Fahrbahnoberfläche suggeriert, als den Tatsachen entspricht, und ihn dadurch zu unangepasster Fahrweise verleiten kann. Eine automatische Einschränkung der Höchstgeschwindigkeit kann vom Fahrer als lästige Bevormundung empfunden werden, insbesondere dann, wenn seine Einschätzung der Fahrbahnbegrifflichkeit nicht mit der Einschätzung durch die Beurteilungseinrichtung übereinstimmt.
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Aufgabe einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist, ein Kraftfahrzeug zu schaffen, das den Fahrer zuverlässig zu einer an die Griffigkeit der Fahrbahnoberfläche angepassten Fahrweise veranlassen kann, ohne ihm das Gefühl zu geben, bevormundet zu werden.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Kraftfahrzeug mit einer Einrichtung zum Beurteilen der Griffigkeit einer von dem Kraftfahrzeug befahrenen oder zu befahrenden Fahrbahn eine Servolenkeinrichtung vorgesehen ist, bei der das Ausmaß der Lenkunterstützung in Abhängigkeit vom Ergebnis einer Beurteilung der Griffigkeit variabel ist. Die Wirksamkeit dieser Maßnahme rührt daher, dass der Fahrer gewohnt ist, dass das Handmoment, dass er beim Lenken auf das Lenkrad ausübt, herkömmlicherweise in einem festen Zusammenhang mit dem Drehmoment steht, das zum Lenken der Räder des Kraftfahrzeugs auf diese ausgeübt werden muss. Je geringer folglich das Handmoment ist, umso weniger griffig ist in der Regel die Fahrbahn. Indem das Ausmaß der Lenkunterstützung variiert wird, kann dem Fahrer somit eine wenig griffige Fahrbahn suggeriert werden, um ihn zu entsprechend vorsichtiger Fahrweise zu veranlassen.
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Vorzugsweise ist die Servolenkeinrichtung eingerichtet, auf lenkbare Räder des Kraftfahrzeugs ein Lenkmoment auszuüben, das dem vom Fahrer auf ein Lenkrad ausgeübten Handmoment, multipliziert mit einem Proportionalitätsfaktor, entspricht, wobei der Proportionalitätsfaktor auf einer als wenig griffig beurteilten Fahrbahn kleiner ist als auf einer als gut griffig beurteilten Fahrbahn.
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Im einfachsten Fall ist das Ausmaß der Lenkunterstützung zwischen zwei diskreten Werten für gut griffige bzw. wenig griffige Fahrbahn umschaltbar. Eine solche Umschaltung zwischen zwei diskreten Werten kann vom Fahrer wahrgenommen werden und ermöglicht ihm, zu erkennen oder zumindest zu vermuten, dass eine Veränderung des Handmoments, die er nicht auf sichtbar veränderte Fahrbahneigenschaften zurückführen kann, auf einen Eingriff der Beurteilungseinrichtung zurückgeht. Wenn er erkennt, dass eine Umschaltung auf den kleinen Proportionalitätsfaktor stattgefunden hat, kann er daraus schließen, dass die Beurteilungseinrichtung die Fahrbahngriffigkeit kritisch beurteilt, und dies beim Lenken berücksichtigen.
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Zweckmäßigerweise kann ein Anzeigeinstrument vorgesehen sein, auf dem das Ausmaß der Lenkunterstützung für den Fahrer visualisiert ist.
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Die Einrichtung zum Beurteilen der Griffigkeit sollte zweckmäßigerweise mit wenigstens einem Klimasensor verbunden sein, um dessen Ausgabe bei der Beurteilung zu berücksichtigen.
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Ein solcher Klimasensor kann insbesondere ausgewählt sein unter einem Niederschlagssensor, einem Temperatursensor und einem Luftfeuchtesensor. Der Niederschlagssensor ermöglicht für sich allein die Entscheidung, ob die Fahrbahn von einem die Griffigkeit vermindernden Wasserfilm bedeckt sein könnte. Der Temperatursensor ermöglicht eine Entscheidung, ob sich auf der Fahrbahn Wasser, Schnee oder Eis befinden könnte; der Luftfeuchtsensor ist insbesondere für die Einschätzung der Glatteisgefahr hilfreich.
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Anstatt lediglich die Wahrscheinlichkeit für einen reibungsmindernden Belag auf der Fahrbahn einzuschätzen, kann die Griffigkeit der Fahrbahnoberfläche auch direkt, mit Hilfe eines Reibwert- oder Schlupfsensors beurteilt werden. Ein solcher Sensor ist Bestandteil herkömmlicher ESP-Systeme. Der Sensor eines solchen Systems kann daher zweckmäßigerweise im Rahmen der vorliegenden Erfindung mitgenutzt werden.
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Die Einrichtung zum Beurteilen der Griffigkeit kann ferner mit einer Telematikkomponente für den Empfang von Klima- oder Fahrbahndaten von einer entfernten Datenquelle verbunden sein. Eine solche externe Datenquelle kann zum Beispiel eine konkrete Warnung vor einem vorausliegenden Fahrbahnstück beinhalten, von dem bekannt ist, dass die Griffigkeit dort zeitweilig, z. B. auf Grund von Glatteis oder einer noch nicht beseitigten Ölspur, vermindert ist.
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Die Einrichtung zum Beurteilen der Griffigkeit kann ferner an ein an sich bekanntes Navigationssystem gekoppelt sein, um die Griffigkeit eines Abschnitts der Fahrbahn einschätzen und berücksichtigen zu können, bevor das Fahrzeug diesen Abschnitt tatsächlich erreicht hat. So ist zum Beispiel eine Anpassung an eine erhöhte Glatteiswahrscheinlichkeit auf einer Brücke oder einer Passhöhe bereits vor Erreichen des betreffenden Fahrbahnabschnitts möglich. Wenn der Fahrer auf die Veränderung der Lenkkraftunterstützung in einer solchen Situation angemessen reagiert hat, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass das Fahrzeug bereits bei Erreichen des betreffenden Fahrbahnabschnitts auf eine angemessene Geschwindigkeit verzögert ist.
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Die Einrichtung zum Beurteilen der Griffigkeit kann ferner eingerichtet sein, ein Motorsteuergerät in Abhängigkeit vom Ergebnis einer Beurteilung der Griffigkeit zu beeinflussen. Die Beeinflussung kann insbesondere in einer Begrenzung der Höchstgeschwindigkeit bei wenig griffiger Fahrbahn oder in einer Anpassung des Zusammenhangs zwischen Fahrpedalstellung und Motorlast an die Griffigkeit der Fahrbahn bestehen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Aus dieser Beschreibung und den Figuren gehen auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
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1 zeigt als schematisches Blockdiagramm ein Kraftfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung.
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Ein Lenkrad 1 des in 1 dargestellten Fahrzeuges ist mit einer Lenkachse 2 verbunden, an der ein Drehwinkelsensor 3 und ein Elektromotor 4 oder ein anderer zum Ausüben eines Drehmoments auf die Lenkachse 2 geeigneter Aktuator angeordnet sind. Eine Servolenkeinrichtung 5 empfängt Messwerte des Drehwinkelsensors 3 und steuert entsprechend diesen Messwerten einen doppelt wirkenden Stellzylinder 6 an, der über eine Spurstange 7 den Spurwinkel von Vorderrädern 8 des Fahrzeuges steuert.
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Es besteht bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel keine mechanische Kopplung zwischen den Rädern und der Lenkachse, die es dem Fahrer erlauben würde, die zum Lenken der Vorderräder erforderliche Kraft direkt am Lenkrad 1 zu spüren. Stattdessen empfängt eine Rückkopplungseinheit 18 der Servolenkeinrichtung 5 eine Rückmeldung über Betrag und Richtung der auf die Spurstange 7 ausgeübten Stellkraft von dem Stellzylinder 6 und steuert den Elektromotor 4 an, um in Abhängigkeit von dieser Stellkraft ein Drehmoment T auf das Lenkrad 1 auszuüben. Dieses Drehmoment T wird vom Fahrer als Lenkwiderstand wahrgenommen und bestimmt das Handmoment, dass das Lenkrad 1 ausüben muss, um es in seiner Stellung zu halten oder es zu drehen.
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Selbstverständlich könnte auch eine mechanische Verbindung zwischen Lenkachse 2 und Spurstange 7 vorhanden sein, die das vom Fahrer ausgeübte Handmoment auf die Räder 8 überträgt. In einem solchen Fall wäre das Drehmoment des Motors 4 dem Handmoment nicht entgegen sondern gleich gerichtet, um zusammen mit dem Handmoment auf die Räder 8 zu wirken.
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Im einfachsten Fall ist der Zusammenhang zwischen Drehmoment T und Stellkraft F linear und durch einen von der Stellkraft F unabhängigen Proportionalitätsfaktor ai gegeben: T = aiF; generell kann aber auch ein nichtlinearer Zusammenhang der Form T = fi(F) zwischen Drehmoment T und Stellkraft F bestehen, wobei fi eine ansteigende Funktion der Stellkraft F ist.
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Einer einfachen Ausgestaltung der Erfindung zufolge ist eine Beurteilungsvorrichtung 19 mit der Servolenkeinrichtung 5 eingerichtet, um die Auswahl zwischen zwei verschiedenen Werten des Proportionalitätsfaktors ai, i = 1, 2 oder zwei verschiedenen Funktionen fi, i = 1, 2 zu steuern, wobei hier a1 > a2 bzw. f1(F) > f2(F) für alle Werte von F gilt. Für die Auswahl kann die Beurteilungsvorrichtung 19 verschiedene Arten von Informationen für sich allein oder auch in Kombination miteinander heranziehen. In 1 sind zahlreiche Quellen von Informationen dargestellt, wobei sich versteht, dass eine beliebige Teilmenge der dargestellten Informationsquellen genügt, um die Erfindung zu implementieren, und dass zusätzlich zu den dargestellten noch weitere Informationsquellen vorhanden sein können.
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Eine erste dieser Informationsquellen ist eine Telematikeinheit 9, die eingerichtet ist, um per Funk Informationen über die Fahrbahnverhältnisse in der Umgebung des Fahrzeuges zu empfangen. Derartige Informationen können von an der Fahrbahn aufgestellten Funkbaken herrühren und Auskunft über beispielsweise Glatteis, die Möglichkeit von Aquaplaning oder dergleichen auf der Fahrbahn beinhalten. Wenn keine Informationen der Telematikeinheit 9 vorliegen, die auf eine verminderte Griffigkeit der Fahrbahnoberfläche schließen lassen, wählt die Beurteilungsvorrichtung 19 den hohen Proportionalitätsfaktor a1 (oder die größere Funktion f1), so dass der Fahrer beim Lenken einen relativ hohen Widerstand durch den Elektromotor 4 spürt. Liegen hingegen auf verminderte Griffigkeit hinweisende Informationen vor, dann setzt die Beurteilungsvorrichtung 19 den Proportionalitätsfaktor auf a2 herab (oder verwendet die niedrigere Funktion f2), so dass die Lenkung sich für den Fahrer nachgiebig anfühlt. Da ein geringer Lenkwiderstand typisch ist für verringerte Reibung zwischen Rädern und Fahrbahn, reagieren die meisten Fahrer auf die Verringerung des Lenkwiderstandes, insbesondere wenn sie abrupt, wie hier durch Umschalten zwischen zwei diskreten Proportionalitätsfaktoren oder Funktionen, erfolgt und deshalb mit großer Wahrscheinlichkeit bemerkt wird, mit langsamerem und vorsichtigerem Fahren.
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Auf Strecken, wo keine Telematikdaten über die Fahrbahnverhältnisse verfügbar sind, muss die Beurteilungsvorrichtung 19 die Entscheidung über den anzuwendenden Proportionalitätsfaktor bzw. die anzuwendende Funktion auf der Grundlage anderer Informationen treffen. Zu diesem Zweck ist sie verbunden mit einem Temperatursensor 10, einem Niederschlagssensor 11 und einem Luftfeuchtesensor 12. Im einfachsten Fall kann Glättegefahr, die die Anwendung des kleineren Proportionalitätsfaktors a2 bzw. der niedrigeren Funktion f2 rechtfertigt, angenommen werden, wenn die vom Temperatursensor 10 erfasste Außentemperatur in einem vorgegebenen Intervall um 0°C liegt. Zusätzlich können Daten des Luftfeuchtesensors 12 herangezogen werden, indem zum Beispiel indem Glättegefahr nur angenommen wird, wenn die Luftfeuchtigkeit über einem Grenzwert liegt oder indem die Grenzen des Temperaturintervalls, innerhalb dessen Glättegefahr angenommen wird, als Funktionen der Luftfeuchte festgelegt sind.
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Wenn der Niederschlagssensor 11 eine signifikante Menge an Niederschlag meldet, kann unabhängig von der Temperatur- und Luftfeuchte von dem bei trockener Fahrbahn verwendeten hohen auf den niedrigen Proportionalitätsfaktor umgeschaltet werden. Zusätzlich kann auch die Temperatur berücksichtigt werden, zum Beispiel indem zwischen einem hohen Proportionalitätsfaktor bei trockener Fahrbahn, einem mittleren bei nasser Fahrbahn ohne Frostgefahr und einem niedrigen bei nasser Fahrbahn und Frostgefahr ausgewählt wird.
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Ein an sich bekanntes ESP-System 13 ist mit in der Figur nicht dargestellten Sensoren an Hinterrädern 14 verbunden, um anhand von Diskrepanzen zwischen den Geschwindigkeiten der Räder 8, 14 Schlupf zwischen den Rädern 8, 14 und der Fahrbahn abzuschätzen. Wenn dieser Schlupf einen kritischen Grenzwert übersteigt, schaltet die Beurteilungsvorrichtung 19 die Servolenkeinrichtung 5 auf den niedrigen Proportionalitätsfaktor a2 (bzw. die niedrigere Funktion f2) um, unabhängig von eventuell aus anderen Quellen bezogenen Informationen.
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Auch ein Navigationssystem 15 kann zur Festlegung des Ausmaßes der Lenkunterstützung beitragen, zum Beispiel in dem es kurz vor Erreichen eines kritischen Fahrbahnabschnitts wie etwa einer Brücke oder einer Haarnadelkurve einen Hinweis an die Beurteilungsvorrichtung 19 ausgibt, um diese zum Umschalten auf starke Lenkunterstützung, d. h. den niedrigen Proportionalitätsfaktor a2 bzw. die niedrige Funktion f2, zu veranlassen.
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Wenn das von dem Navigationssystem 15 verwendete Kartenmaterial Topografiedaten umfasst, können ferner die – mit herkömmlichen Navigationssystemen ermittelbare – Höhe des aktuellen Orts des Fahrzeuges, eine aus den Topografiedaten entnehmbare Höhe eines zu befahrenden Wegabschnitts und ein Temperaturmesswert am aktuellen Ort des Fahrzeuges genutzt werden, um die Temperatur an diesem Wegabschnitt zu prognostizieren und diese einer Entscheidung über das Ausmaß der Lenkunterstützung zugrunde zu legen.
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Am Armaturenbrett des Fahrzeuges kann ein Anzeigeelement 16 vorgesehen sein, um das jeweils eingestellte Ausmaß der Lenkunterstützung zu visualisieren, z. B. durch Einschalten eines Lichts oder Wechsel einer sichtbaren Farbe, wenn der niedrige Proportionalitätsfaktor a2 bzw. die niedrige Funktion f2 ausgewählt ist. Dies gibt dem Fahrer die Möglichkeit, bei einer plötzlichen Änderung des Lenkwiderstandes zu erkennen, ob diese ausschließlich auf Eigenschaften der Fahrbahnoberfläche oder auf einen Eingriff der Servolenkeinrichtung 5 zurückgeht, und dies beim Lenken zu berücksichtigen.
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Ein Motorsteuergerät 17 kann an die Beurteilungsvorrichtung 19 gekoppelt sein, um je nach ausgewähltem Proportionalitätsfaktor a1 oder a2 (oder ausgewählter Funktion f1, f2) verschiedene Kennlinien für die Laststeuerung des Motors in Abhängigkeit von der Stellung eines Fahrpedals zu verwenden. Bei der zusammen mit dem niedrigen Proportionalitätsfaktor a2 verwendeten Kennlinie kann insbesondere die Zunahme der Motorlast durch eine gegebene Verschiebung des Fahrpedals geringer sein als bei der mit dem hohen Proportionalitätsfaktor a1 verwendeten Kennlinie, oder die Geschwindigkeit, mit der die Motorlast einer Verstellung des Fahrpedals nachgeführt wird, ist bei niedrigem Proportionalitätsfaktor a1 verringert, um die Wahrscheinlichkeit eines Durchdrehens der angetriebenen Räder auf schlüpfrigem Untergrund zu verringern.
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Denkbar ist auch, dass das Motorsteuergerät 17, angesteuert durch die Beurteilungsvorrichtung 19, bei niedrigem Proportionalitätsfaktor a2 die Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs begrenzt. Da das in diesem Fall niedrige Handmoment dem Fahrer ohnehin eine schlüpfrige Fahrbahn suggeriert, ist die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass der Fahrer eine solche Geschwindigkeitseinschränkung als sinnvoll und nützlich akzeptiert, ohne sich bevormundet zu fühlen.
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In analoger Weise kann die Beurteilungsvorrichtung 19 entsprechend ihrer Entscheidung über das Ausmaß der Lenkunterstützung eine Abstandsüberwachungsvorrichtung 20 beeinflussen: ein geschwindigkeitsabhängiger Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug, bei dessen Unterschreitung die Abstandsüberwachungsvorrichtung 20 ein Warnsignal ausgibt oder einen Bremsvorgang auslöst, kann heraufgesetzt werden, sobald die Beurteilungsvorrichtung 19 die Griffigkeit der Fahrbahn als gering einschätzt, um so auf glatter Fahrbahn einen größeren Sicherheitsabstand herbeizuführen.
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Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkrad
- 2
- Lenkachse
- 3
- Drehwinkelsensor
- 4
- Elektromotor
- 5
- Servolenkeinrichtung
- 6
- Stellzylinder
- 7
- Spurstange
- 8
- Vorderrad
- 9
- Telematikeinheit
- 10
- Temperatursensor
- 11
- Niederschlagssensor
- 12
- Luftfeuchtesensor
- 13
- ESP-System
- 14
- Hinterrad
- 15
- Navigationssystem
- 16
- Anzeigeelement
- 17
- Motorsteuergerät
- 18
- Rückkopplungseinheit
- 19
- Beurteilungsvorrichtung
- 20
- Abstandsüberwachungsvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004036087 A1 [0002]
