DE3633153A1

DE3633153A1 - Vorrichtung zur bestimmung der haftreibung zwischen der fahrbahn und den reifen

Info

Publication number: DE3633153A1
Application number: DE19863633153
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Brueggen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-09-30
Filing date: 1986-09-30
Publication date: 1988-04-07
Also published as: WO1988002483A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Bestimmung der Haftreibung zwischen der Fahrbahn und den Reifen eines Kraftfahr zeugs nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei herkömmlichen be kannten Bestimmungsmethoden der Haftreibung tritt eine zusätzliche Verzögerung mindestens eines Rades des Kraftfahrzeugs auf. Dadurch geht das Rad kurzzeitig in Gleitreibung über. Der Reifen dieses Ra des wird dadurch während der Messung stärker abgenutzt als die übri gen Reifen. Der Fahrkomfort ist ebenfalls verringert. Insbesondere bei bereits schlechten Straßenverhältnissen, wie z.B. sehr nasser Fahrbahndecke, oder stark verschmutzter Fahrbahn, wird durch die kurzzeitige Gleitreibung eines Reifens das Fahrverhalten zusätzlich noch negativ beeinflußt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat demgegenüber den Vorteil, daß ohne das Fahrverhalten zu beeinflussen, während der Fahrt die Haft reibung des Reifens bestimmt werden kann und dem Fahrer über eine Anzeige direkt mitgeteilt wird. Die Vorrichtung ist für Auswertungen während Geradeausfahrt besonders geeignet; sie kann aber auch bei Kurvenfahrten dem Fahrer den noch zulässigen Grenzbereich anzeigen. Ihm wird angezeigt, wie es um die Reibung zwischen Reifen und Fahr bahn bestellt ist bzw. wann das Fahrzeug auszubrechen droht. Die Fahrsicherheit wird somit erhöht. Beim Einbau sind nur geringe Än derungen am Lenkgestänge notwendig. Es können herkömmlich bekannte Sensoren verwendet werden, die die elastischen Verformungen des Lenkgestänges bestimmen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ist eine vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung der im Hauptanspruch an gegebenen Merkmale möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Darstellung zur Begriffsdefinition,

Fig. 2 ein Lenkgestänge und

Fig. 3 eine Einzelheit des Lenkgestänges.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein genau in Radebenen-Richtung rollender Reifen eines Kraftfahrzeu ges ist nur schwerlich in der Lage, irgendwelche Seitenkräfte aufzu nehmen. Um deshalb ein sofortiges Ansprechen auf Einschläge der Len kung des Kraftfahrzeugs zu erzielen, müssen die Reifen nach innen oder nach außen um einen gewissen, in Fig. 1 dargestellten Anstell winkel β zur Fahrtrichtung eingestellt werden. Dabei wird die Ver stellung nach innen als Vorspur oder als positive Spur und die Ver stellung nach außen als Nachspur oder als negative Spur bezeichnet. Die Spur wird in Winkelgrad oder durch den Unterschied des Felgen hornabstandes vorn (b ₂) zu hinten (b ₁) in Höhe der Radmitte in Millimetern gemessen. Bei angetriebenen Vorderrädern liegt die Spur meist zwischen +3 und -2 mm. Da der schräglaufende Reifen größeren Rollwiderstand und größeren Verschleiß hat als der geradeaus laufen de, hält man den Wert für die verwendete Spur so gering wie möglich. Es wird meist Vorspur eingestellt. Bei Fahrzeugen mit Vorderradan trieb und bei Omnibussen kann auch Nachspur vom Hersteller vorge schrieben sein.

Durch Vorspur oder Nachspur werden Seitenkräfte erzeugt, die das Rad in die Geradeausrichtung zu drehen versuchen und dadurch das Lenkge stänge 10 vorspannen. Für die Lenkstabilität bei Geradeausfahrt ist bei nicht angetriebenen Vorderrädern eine Vorspur günstig, da das Moment aus der Seitenkraft der Vorspur um die Schwenkachse in die gleiche Richtung wirkt wie das Moment aus dem Rollwiderstand. Da durch ist eine eindeutige Vorspannung der Reifenaufstandsfläche 12 gegenüber der Felge 11 vorhanden. Hierdurch läßt sich auch ein schnelleres Ansprechen des Fahrzeugs auf Lenkeinschläge erreichen.

Andererseits wird aber diese Vorspannung auch auf das Lenkgestänge 10 übertragen. Neben der Vorspannung wirkt auf das Lenkgestänge 10 während der Fahrt noch die Kraft aus der Haftreibung zwischen Reifen und Fahrbahn und der Fahrgeschwindigkeit ein. Diese Kräfte werden vom Lenkgestänge 10 aufgenommen und bewirken eine elastische Verfor mung des Lenkgestänges 10. Die Kräfte gelangen dadurch nicht ans Lenkrad. Werden diese im Lenkgestänge 10 auftretenden Kräfte mit Hilfe von Sensoren abhängig von der Stellung der Lenkung und der Ge schwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt, so sind Rückschlüsse auf die Haftreibung zwischen den Reifen und der Fahrbahn möglich. Hierzu wird die Kraft über eine gewisse Zeit, d.h. über eine gewisse Fahr strecke bestimmt und der Mittelwert in einer elektronischen Auswer teschaltung gebildet. Anschließend werden die Kraftkomponenten der individuellen Fahrzeugdynamik, der Einstellung der Lenkung und der jeweiligen Geschwindigkeit vom gemittelten Kraftwert in der Auswer teschaltung abgezogen. Der so bestimmte Anteil der Kraft ist ein Maß für die Haftreibung, die dem Fahrer mit Hilfe einer optischen Ein richtung angezeigt werden kann. Die Vor- oder Nachspur ist notwen dig, um überhaupt eine Übertragung der Haftreibung von den Reifen auf das Lenkgestänge 10 zu bewirken.

Die Sensoren 15 sollten vorteilhafterweise dort im Lenkgestänge 10 eingebaut werden, wo vorwiegend Kräfte in Richtung des Lenkgestänges 10 und nur sehr kleine Drehmomente auftreten. Dies ist vorteilhaf terweise in der Symmetrieachse 16 des Lenkgestänges 10 der Fall, wie in Fig. 2 gezeigt.

In Fig. 3 ist ein besonderer Einbau der Sensoren 15 im Lenkgestänge 10 dargestellt. Das Lenkgestänge 10 ist im Bereich der Symmetrieach se 16 geteilt. Die so gebildeten zwei Teile 18, 19 des Lenkgestänges 10 sind mit Hilfe von je einem Flansch 20 bzw. 21 und dazwischen an geordneten Abstandshaltern 22 miteinander verbunden. Die Flansche 20, 21 sind elastisch verformbar und wirken wie Membranen. Die Ab standshalter 22 sind möglichst weit von der Achse 23 des Lenkgestän ges 10 entfernt angeordnet und möglichst steif ausgebildet. Sie die nen gleichzeitig zu Dichtungszwecken. Im Bereich der Achse 23 ist zwischen den Flanschen 20, 21 ein herkömmlich bekannter Abstandssen sor 24 angeordnet. Der Abstandssensor 24 kann eine geringere Stei figkeit als die beiden Flansche 20, 21 aufweisen. Er bestimmt den Abstand der Zentren der beiden Flansche 20, 21. Durch eine ent sprechende Ausbildung der Flansche 20, 21 kann eine sogenannte pro gressive Kennlinie erhalten werden, d.h. bei geringeren Eingangswer ten hat die Kennlinie einen kleineren Proportionalitätsfaktor als bei hohen Eingangswerten. Dadurch ist ein Überbeanspruchsschutz ge geben. Die Flansche 20, 21 sind dazu gekrümmt, z.B. konkav, ausge bildet.

Als Abstandssensoren 24 können z.B. verwendet werden opto-elektro nische Sensoren, piezoresistive Sensoren oder Membranfühler in Dünn schichttechnik.

Bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs stehen sich die Zentren der Flansche 20, 21 genau gegenüber. Der Abstandssensor 24 mißt die Kräfte im Lenkgestänge 10, die aus der durch Rollwiderstand und Haftreibungskräfte hervorgerufenen elastischen Vorspannung ent stehen. Bei einer Kurvenfahrt wird das Lenkgestänge 10 zusätzlich durch Lenkkräfte vom Lenkrad beaufschlagt. Diese Lenkkräfte werden durch die Lenkbewegung vom Fahrer erzeugt und sind abhängig vom Ein stellwinkel der Vor- bzw. Nachspur und der Geschwindigkeit des Fahr zeugs. Mit Hilfe eines zweiten, zusätzlichen Sensors 26 können diese Lenkkräfte gemessen und in einer eigenen Auswerteschaltung 27 be stimmt werden. Diese zusätzlichen Lenkkräfte werden aber auch vom Sensor 24 mitgemessen. Durch Differenzbildung der Werte der beiden Sensoren 24, 26 können die Lenkkräfte kompensiert werden. Mit Hilfe des zweiten Sensors 26 sind Rückschlüsse auf die bei Kurvenfahrt zu sätzlich zu eliminierenden Meßwerte möglich, um zu einer reinen und genauen Bestimmung der Haftreibung zu gelangen. Der zweite Sensor 26 kann wie der Sensor 24 ausgebildet sein.

Die Geradeausfahrt des Fahrzeugs kann zusätzlich auch noch über ei nen am Lenkgestänge angeordneten Weg- oder Winkelmesser, bzw. Po tentiometer, erkannt werden. Sein Mittelwert entspricht dann der Ge radeausfahrt.

Zur Ermittlung der Geschwindigkeit können auch die bei z.B. einem Antiblockiersystem oder einer Schlupfregelung an den Rädern bereits angeordneten Drehzahlgeber 28 verwendet werden. Ist kein zweiter Sensor 26 am Lenkgestänge 10 vorhanden, so müssen an beiden Rädern einer Achse Drehzahlgeber 28 angebracht werden. Durch Vergleich der Drehzahlen der beiden Räder, die in einer Auswerteschaltung 29 vor genommen werden kann, ist eine Kurven- oder Geradeausfahrt erkenn bar. In der Auswerteschaltung 29 wird aus den Signalen der beiden Drehzahlgeber 28 der Mittelwert der Differenz gebildet, der wiederum der Geradeausfahrt entspricht. Äbweichungen von diesem Mittelwert deuten auf eine Kurvenfahrt hin. Ist hingegen der zweite Sensor 26 vorhanden, so genügt es, wenn nur ein Drehzahlgeber 28 an einem ein zigen Rad angeordnet ist. Mit Hilfe des zweiten Sensors 26 wird dann die Kurvenfahrt erkannt und über den Drehzahlgeber 28 die Geschwin digkeit ermittelt. Bei zwei Drehzahlgebern ist die unterschiedliche Drehzahl der beiden Vorderräder durch die effektiven Unterschiede der Kurvenradien der beiden Räder zu berücksichtigen. In der Auswer teschaltung 29 kann in einem Speicher der Mittelwert, d.h. der Wert für exakte Geradeausfahrt abgespeichert werden, so daß jederzeit Ab weichungen, d.h. Kurvenfahrten, erkennbar sind.

Claims

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Haftreibung zwischen einer Fahr bahn und einem unter Vor- oder Nachspur um einen gewissen Anstell winkel (β) zur Fahrtrichtung eingestellten Reifen eines Kraftfahr zeugs, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe von Sensoren (15) wäh rend der Fahrt im Lenkgestänge (10) des Kraftfahrzeugs auftretende Kräfte gemessen werden und zur Bestimmung der Haftreibung herange zogen werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kräfte im Lenkgestänge (10) mit Hilfe von Sensoren (24) bestimmt werden, die die elastische Verformung des Lenkgestänges (10) an zeigen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (24) die in Richtung der Längsachse (23) des Lenk gestänges (10) wirkenden Kräfte bestimmen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurach gekenn zeichnet, daß mit Hilfe eines Sensors (26) die vom Lenkrad auf das Lenkgestänge (10) ausgeübten Kräfte gemessen und zur Kompensation bei Kurvenfahrt verwendet werden.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das Lenkgestänge (10) in mindestens zwei zueinander symmetrische Teile (18, 19) aufgeteilt ist und die Sensoren (24) im Bereich zwischen diesen Teilen (18, 19) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Teile (18, 19) des Lenkgestänges (10) flansch artige Enden (20, 21) aufweisen, zwischen denen sich Abstandshalter (22) befinden und im Bereich der Längsachse (23) des Lenkgestänges (10) mindestens ein Sensor (24) angeordnet ist, der den Abstand der Zentren der beiden flanschartigen Enden (20, 21) zueinander bestimmt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Meßwerte der Sensoren (24) einer elektronischen Auswerteschaltung zugeführt werden.