DE4200997C2

DE4200997C2 - Verfahren zur Ermittlung der fahrdynamischen Sicherheitsreserve von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE4200997C2
Application number: DE4200997A
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl Ing Weinzerl; Juergen Dipl Ing Holzinger; Wolfgang Dipl Ing D Hirschberg
Original assignee: Steyr Daimler Puch AG
Current assignee: Steyr Daimler Puch AG
Priority date: 1992-01-16
Filing date: 1992-01-16
Publication date: 1994-02-03
Anticipated expiration: 2012-01-17
Also published as: DE4200997A1; GB9300776D0; US5357798A; GB2263340A; JPH0616143A; GB2263340B

Description

Die Erfindung handelt von einem Verfahren zu Ermittlung der fahrdynamischen Sicherheitsreserve von Kraftfahrzeugen hin sichtlich des Kraftschlusses zwischen den Rädern und der Fahrbahn durch Vergleich von aus Fahrzustandswerten ermittelten Größen.

Nach den bisherigen Fortschritten in der Sicherheitstechnik von Kraftfahrzeugen stellt die überraschende oder vom Fahrer nicht rechtzeitig bemerkte Verschlechterung des Kraftschlusses zwischen Rädern und Fahrbahn noch eine große Sicherheitslücke dar. Die Gefahr von Fehleinschätzung oder Überraschung besteht nicht nur beim Bremsen, sondern vor allem beim Befahren von Kurven, wo bereits ein geringfügiges Nachlassen des Reibschlusses folgenschwer sein kann. Noch größer ist die Gefahr bei allradgetriebenen Fahrzeugen, die dem Fahrer ein subjektives Sicherheitsgefühl vermitteln. Diese weisen außerdem gegenüber konventionellen Fahrzeugen einen relativ engen Übergang zum Grenzbereich auf. Weitere Fortschritte der Sicherheitstechnik erfordern daher eine möglichst frühzeitige und qualifizierte Warnung des Fah rers bei Absinken des Kraftschlusses. Dabei ist unter "qualifi ziert" vor allem zu verstehen, daß die Warnung auch erkennen lassen soll, wie weit man von der Gefahrengrenze noch entfernt ist.

In der DE 35 45 717 C2 ist ein Verfahren für die Vortriebsregelung eines Fahrzeugs gezeigt, bei dem zunächst die Durchdrehneigung wenigstens eines Rades durch ASR ermittelt wird. Wenn eine Durchdrehneigung ermittelt worden ist, wird die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs erfaßt. Anhand eines Wertes für die Längsbeschleunigung wird dann die Querbeschleunigung aus einer Tabelle ermittelt. Anschließend wird die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit aus einer zweiten Tabelle aus den ermittelten Werten der Querbeschleunigung und einem erfaßten Lenkwinkel ermittelt. Schließlich wird die Motorleistung zurückgenommen, wenn die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit größer ist als die ermittelte maximale Fahrzeuggeschwindigkeit. Da die Messung der Längsbeschleunigung und die darauffolgenden Verfahrensschritte erst durchgeführt werden, wenn durch das ASR die Durchdrehneigung wenigstens eines Rades festgestellt wurde, ist keine Sicherheitsreserve mehr vorhanden. Ein weiteres Durchdrehen der Räder wird dadurch verhindert, daß die Motorleistung zurückgenommen wird. Bei Geradeausfahrt ist diese Regelung zweckmäßig, um ein weiteres Durchdrehen der Räder zu verhindern. Bei Kurvenfahrt kann diese Regelung jedoch schon zu spät sein, da es keine Sicherheitsreserve mehr gibt. Das bekannte Verfahren spricht also auf Überschreitungen des Kraftschlusses in Längsrichtung an. Es können aber auch andere instabile Zustände auftreten, ohne daß ein Radschlupf gemessen wird, beispielsweise wenn mit konstanter Geschwindigkeit eine immer engere Kurve befahren wird. Die tatsächliche Querbeschleunigung wird bei dem aus der DE 35 45 717 C2 bekannten Verfahren nicht erfaßt. Es wird lediglich aus einem Kennfeld ein der Längsbeschleunigung zugeordneter Wert der Querbeschleunigung ermittelt. Diese Ermittlung führt nur bei Geradeausfahrt zu brauchbaren Werten der Querbeschleunigung. Es gibt jedoch auch hier bei heckangetriebenen Fahrzeugen Probleme, da die Beladung als Ungenauigkeit eingeht. Außerdem ist der Zusammenhang zwischen dem Kraftschluß im Unfangsrichtung und der Längsbeschleunigung im Grenzbereich wegen der hohen Umfangssteifigkeit des Reifens sehr steil und streut stark. Die aus der ersten Tabelle ermittelte maximale Querbeschleunigung ist daher in nicht allen Fällen genau genug.

Aus der DE 3 05 983 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem durch ständige Ermittlung des Radschlupfes und der Fahrzeugbeschleunigung eine Funktion des Schlupfes bezüglich der Fahrzeugbeschleunigung ermittelt wird. Anschließend wird nach einer gespeicherten Kennlinie gesucht, die der ermittelten Funktion am nächsten kommt. Aus dieser Kennlinie läßt sich der Wert für die maximale Beschleunigung entnehmen. Es läßt sich also feststellen, wie nahe oder wie weit entfernt sich die Räder vom Blockieren bzw. vom Durchdrehen befinden. Eine Ermittlung von Kraftschlußwerten findet bei dem aus der DE 37 05 983 A1 bekannten Verfahren nicht statt.

Ein Verfahren zu Ermittlung der fahrdynamischen Sicherheitsreserve von Kraftfahreugen hinsichtlich des Kraftschlusses zwischen Reifen und Fahrbahn durch Vergleich von aus Fahrzustandswerten ermittelten Größen ist aus der DE 40 10 507 C1 bekannt. Bei diesem wird aus Wertepaaren von Radschlupf und gleichzeitig wirkender Umfangskraft während stationärer oder quasistationärer Betriebszustände auf trockener Fahrbahn unter Annahme einer konstanten Reibungszahl µ eine Kennlinie ermit telt und gespeichert. Wenn später Wertepaare auftreten, die nicht auf dieser Kennlinie liegen, wird daraus gefolgert, daß sich der Kraftschluß verschlechtert hat und ein anderer Reib wert µ vorliegt, und zwar der der Steigung der durch das neue Wertepaar bestimmten Kennlinie entsprechende.

Es ist ganz allgemein umstritten, im Zusammenhang mit der Kraftübertragung zwischen Reifen und Fahrbahn von einem Reib wert µ zu sprechen, da er nicht konstant ist und es sich um einen sehr komplexen Kraftübertragungsvorgang handelt, der nur wenig mit der der Coulombschen Theorie zugrundeliegenden Rei bung zwischen starren Körpern zu tun hat. Zwar wird bei dem bekannten Verfahren nur der annähernd lineare Mikrobereich der Schlupfkennlinien benutzt, doch stellt sich die Frage, wie daraus das Kraftschlußpotential im keinesfalls linearen Grenz bereich der Schlupfkennlinie vorhergesagt werden kann.

Da zur Ermittlung eine gemessene Radumfangskraft benötigt wird, was ein Eingriff in den Antriebsstrang erforderlich. Da ein Radschlupfsignal (als Differenz aus den Drehzahlen der angetriebenen und den nicht angetriebenen Räder) benötigt wird, ist das Verfahren beispielsweise für allradgetriebene Fahrzeuge nicht anwendbar. Dem Vorteil der laufenden Ermittlung auch bei stationärer Fahrt steht gegenüber, daß die Abschätzung des Kraftschlusses nur auf die Umfangssteifigkeit (also nur den Reifenschlupf bei Beschleunigung oder Verzögerung) gegründet ist, ohne die Quersteifigkeit des Reifens zu berücksichtigen, die außerdem geringer und daher besser meßbar und aussagekräftiger ist.

Ähnliches trifft bei dem aus der DE 37 35 673 A1 bekannten Ver fahren zu, bei dem außerdem die Umfangsbeschleunigung der angetriebenen Räder nach einer Differenzenmethode gemessen und unter Berücksichtigung von konstruktiven Größen des Antriebs stranges rechnerisch zu einem Reibwert µ verarbeitet wird.

Schließlich ist es aus der DE 36 44 139 A1 bekannt, die aus den Raddrehzahlen berechnete Beschleunigung mit einer durch einen fahrzeugfesten Beschleunigungssensor gemessenen Längsbeschleu nigung zu vergleichen, allerdings nur zur Plausibilitätskon trolle der Eingangssignale bei ABS- oder ASR-Systemen.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem es möglich ist, auch bei vierradgetriebenen Fahrzeugen für alle Fahrzustände eine Sicherheitsreserve zu ermitteln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Ermittlung der fahrdynamischen Sicherheitsreserve von Kraftfahrzeugen hinsichtlich des Kraftschlusses zwischen den Rädern und der Fahrbahn gelöst, das folgende Schritte aufweist:

a) Ermittlung eines Kraftschlußwertes in Querrichtung aus Aufbaubeschleunigung und dynamischem Lenkwinkel,
b) Ermittlung eines Kraftschlußwertes in Längsrichtung als Funktion von Raddrehbeschleunigung und Aufbaulängsbeschleunigung,
c) Ermittlung der maximal erreichbaren Längsbeschleunigung und der maximal erreichbaren Querbeschleunigung aus dem Kraftschlußwert in Querrichtung und dem Kraftschlußwert in Längsrichtung durch Multiplikation mit fahrzeugspezifischen Koeffizienten,
d) Ermittlung einer Grenzkurve aus den maximal erreichbaren Beschleunigungen,
e) Bildung eines aktuellen Fahrzustandsvektors aus Längsbeschleunigung und Querbeschleunigung,
f) Ermittlung der Sicherheitsreserve aus der Länge des Fahrzustandsvektors und der Länge des entsprechenden Grenzvektors.

Es werden also die sich erheblich voneinander unterscheidenden Kraftschlußwerte in Längs- und in Querrichtung (entsprechend der sich im Verlauf von der Quersteifigkeit stark unterscheidenden Längssteifigkeit) getrennt ermittelt, wodurch neben dem Bremsen und Beschleunigen auch Kurvenfahrt und sogar kombinierte Fahrzustände (Bremsen in der Kurve) erfaßt werden. Gerade das Letztere ist für die Fahrsicherheit wichtig, weil die einzelnen Kraftschlußwerte in kombinierten Fahrzuständen geringer sind.

Weiters ist es vorteilhaft, daß ausschließlich leicht und auch bei Allradantrieb zu ermittelnde Fahrwerte verwendet werden. Es braucht also bei vorhandenem ABS bzw. ASR nur mehr ein Beschleunigungssensor für Längs- und Querbeschleunigung und ggf. ein Lenkwinkelsensor am Fahrzeug angebracht zu werden.

Ein prinzipieller Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß die Kraftschlußwerte als proportional bis zu den maximal erreichbaren Beschleunigungen ansteigend definiert sind. Die Kraftschlußwerte selbst sind aber keine lineare Funktion der Fahrwerte, aus denen sie ermittelt sind, sondern geben die Besonderheiten wieder, die die Annahme eines konstanten Reibwertes verbieten. Wegen dieser Definition dürfen die maximal erreichbaren Beschleunigungen durch Multiplikation der momentan vorliegenden Kraftschlußwerte mit fahrzeugspezifischen Koeffizienten ermittelt werden, die im Fahrversuch tatsächlich erreichten Grenzwerten entsprechen.

Aus der getrennt ermittelten maximal erreichbaren Längs- und Querbeschleunigung läßt sich durch die vektorielle Kombination die komplette Grenzkurve darstellen, die auch für gemischte Fahrzustände (z. B. Bremsen in der Kurve) zutrifft.

Die Annahme des proportionalen Verlaufes der Kraftschlußwerte und deren getrennte Ermittlung gestattet es auch, die momentan gemessenen Längs- und Querbeschleunigungen zu einem Vektor zu sammenzusetzen und durch Vergleich mit der Grenzkurve die tatsächlich noch vorhandene Sicherheitsreserve zu bestimmen. So wird eine qualifizierte Warnung möglich.

Will man auch während sehr langer Geradeausfahrt ohne Beschleunigung oder Verzögerung über eine möglichst aktuelle Grenzkurve verfügen, so wird diese gespeichert und immer dann korrigiert, wenn in einem Fahrzustand andere Größen, d. h. eine andere Längs- und/oder Querbeschleunigung, auftreten.

Die Grenzkurve kann bei Vorliegen eines neuen Fahrzustandes durch affine Vergrößerung oder Verkleinerung korrigiert werden. Wegen der Darstellung der maximal erreichbaren Längs- und Querbeschleunigung als geschlossene Grenzkurve genügt nur ein einziges neues Wertepaar (egal, ob einer der beiden Werte Null ist), um die ganze Grenzkurve affin zu vergrößern oder zu verkleinern. Das wäre nur dann nicht zulässig, wenn die Fahrbahn richtungsabhängig verschieden texturiert ist.

Obwohl es sehr verschiedene Möglichkeiten gibt, aus den ge nannten vier Fahrzustandswerten die definierten Kraftschlußwerte zu ermitteln, hat es sich als besonders genau erwiesen, die Kraftschlußwerte in Längsrichtung und Querrichtung aus analytisch dargestellten Funktionen der Querbeschleunigung und des dynamischen Lenkwinkels bzw. der Raddrehbeschleunigung und der Längsbeschleunigung zu berechnen, wobei die Koeffizienten der analytischen Darstellung aus durch Versuch oder Simulation ermittelten Werten erhalten werden

Diese Vorgangsweise gewährleistet eine sehr gute Annäherung an die tatsächlichen Verhältnisse. Die Ermittlung der Werte durch Versuch oder Simulation scheint zwar aufwendig, doch sind Ver suche bei der Entwicklung eines Fahrzeuges zu anderen Zwecken sowieso notwendig. So gehen die Besonderheiten des Reibwertes, die dessen konventionelle Behandlung verbieten, in diese Werte ein und können durch geeignete Ansätze für die analytische Darstellung der Funktionen voll berücksichtigt werden.

Um die erfindungsgemäß ermittelte Sicherheitsreserve dem Fahrer sinnfällig anzuzeigen und ihm ein weiteres abzulesendes Meßgerät am Armaturenbrett zu ersparen, hat es sich als ausreichend und sogar besonders wirksam erwiesen, die Sicherheitsreserve zuerst mit definierten Schwellenwerten zu vergleichen und bei deren Überschreiten Warnsignale auszulösen.

Dabei können die Schwellenwerte zweckmäßig gestaffelt und die Warnsignale in Lautstärke, Helligkeit oder Form verschieden sein.

Um Fehlalarme zu verhindern, die den Fahrer gegen Warnungen abstumpfen würden, ist es vorteilhaft, für die Kraftschlußwerte nur dann zur Korrektor heranzuziehen, wenn sie innerhalb vorgegebener Grenzwerte liegen.

In Verfeinerung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es außerdem vorteilhaft, das Lenkwinkelsignal durch ein Totzeitglied verzögert in die Berechnung einzuführen. Damit wird der Trägheit der Reaktion der Reifenlauffläche auf Lenkradbewegungen Rechnung getragen, die bei Gürtelreifen erheblich sein kann. Ohne dieses Totzeitglied könnte es vorkommen, daß bei kleinen, aber schnellen Lenkradbewegungen unzutreffenderweise ein großer Querschlupf festgestellt wird, der zu einem Fehlalarm führt.

Schließlich ist es im Rahmen der Erfindung noch möglich, bei der Ermittlung der Kraftschlußwerte eine die Fahrbahnneigung berücksichtigende Korrektur vorzunehmen. Damit werden auch bei stark bombierten Straßenoberflächen, die ja einen Lenkradausschlag ohne entsprechende Querbeschleunigung bedingen (was wieder zu einem Fehlalarm führen könnte) Rechnung getragen.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Heran ziehung von Abbildungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Fahrzeuges,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges als Einspurmodell bei Kurvenfahrt,

Fig. 3 in einem Diagramm den Kraftschlußwert in Querrichtung in Abhängigkeit von Querbeschleunigung und Lenkwinkel,

Fig. 4 in einem Diagramm den Kraftschlußwert in Längsrichtung in Abhängigkeit von Längsbeschleunigung und Radwinkelbeschleunigung,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Grenzkurve mit Grenz- und Fahrzustandsvektor,

Fig. 6 einen Programmablauf, aufgeteilt auf die Fig. 6A, 6B, 6C und 6D

Fig. 7 eine schematische Darstellung der Signalaufbereitung des Lenkwinkels.

Ein für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigne tes und eingerichtetes Kraftfahrzeug ist schematisch in Fig. 1 dargestellt, wobei es sich beispielsweise um ein allradgetrie benes Fahrzeug handelt. Die Vorderräder 1, 2 und/oder die Hin terräder 3, 4 werden von einem Motor 5 in beliebiger bekannter Weise angetrieben.

Das Verfahren wird von einem Steuergerät 6 ausgeführt, das von einem Lenkwinkelsensor 7, einem Beschleuni gungssensor 8 und einem ABS-Gerät 9 mit den folgenden Eingangs signalen versorgt wird: Lenkwinkel AST, Aufbaubeschleunigungen ax, ay und Raddrehzahlen n1, n2, n3, n4. Das Ausgangssignal des Steuergerätes 6 wird einer Anzeige 10 zugeführt, die etwa aus einem gelben und einem roten Warnlicht 20, 21 besteht und vor zugsweise am Armaturenbrett des Fahrzeuges angebracht ist. Wei ters ist noch eine Verbindung zu einer von außen zugänglichen Diagnoseschnittstelle 11 und zu einer ISIS-Einheit 12 vorgese hen, die den drahtlosen Datenverkehr mit ortsfesten Anlagen er möglicht.

Im folgenden werden die rechnerischen Grundlagen des erfin dungsgemäßen Verfahrens beschrieben:

Aus dem gemessenen Lenkwinkel AST wird gemäß den in Fig. 2 dargestellten Beziehungen der korrigierte Lenkwinkel DEK gewon nen. Dazu wird ersterer um den kinematischen Anteil verrin gert, der sich aus dem Arkustangens des Quotienten aus Radstand und Kurvenradius errechnet. Dabei ist der Kurvenradius der Quo tient aus dem Quadrat der beispielsweise aus den Hinterraddreh zahlen ermittelten Aufbaulängsgeschwindigkeit und der Aufbau querbeschleunigung ay.

Der Kraftschlußwert in Querrichtung Siy ist nun als Funktion des korrigierten Lenkwinkels DEK und der Aufbauquerbeschleuni gung ay definiert. Diese Funktion entspricht einer Fläche in einem dreidimensionalen Koordinatensystem, die in Fig. 3 durch Schnitte für verschiedene korrigierte Lenkwinkel DEK darge stellt ist. Dort ist ay auf der Abszisse und Siy auf der Ordi natenachse aufgetragen. Diese Fläche wird analytisch durch einen Polynomansatz beschrieben, dessen Koeffizienten aus fahr zeugspezifischen Messungen bzw. Simulationsrechnungen errechnet werden, und wird im Speicher des Steuergerätes zur späteren Er mittlung des Kraftschlußwertes Siy aus gemessenen Wertepaaren ay und DEK abgelegt.

Der Polynomansatz kann etwa so aussehen:

Siy = A(DEK) a_y + B(DEK) a_y³ + C(DEK) a_y⁵

wobei

Zur Ermittlung des Kraftschlußwertes Six in Fahrzeuglängsrich tung wird von den im ABS-System 9 anliegenden Raddrehzahlen n1, n2, n3 und n4 und von der Aufbaulängsbeschleunigung ax ausge gangen. Eine direkte Messung des Radschlupfes erübrigt sich, wenn man diesen aus Aufbaulängsgeschwindigkeit und Raddrehge schwindigkeit eines angetriebenen Rades berechnet. Wenn man die Beziehung

differenziert und umformt, ergibt sich, daß die Raddrehbe schleunigung das Produkt aus der Aufbaulängsbeschleunigung ax und einer durch die Kraftschlußverhältnisse bestimmten Größe, dividiert durch den effektiven Reifenradius, ist. Dabei hängt letzterer von der Radaufstandskraft ab, die bei Längsdy namik ihrerseits von der Aufbaulängsbeschleunigung abhängt. Da mit ist es gerechtfertigt, den Kraftschlußwert in Längsrichtung Six als Funktion der Aufbaulängsbeschleunigung ax und der Rad drehbeschleunigung anzunehmen. Durch Simulationsrechnungen anhand dieser Beziehung wurde festgestellt, daß die Vorderräder für eine Abschätzung der Kraftschlußverhältnisse besser ge eignet sind.

Auch diese Funktion für den Kraftschlußwert Six in Längsrich tung entspricht einer Fläche in einem dreidimensionalen Koordi natensystem (genaugenommen zwei Flächen, eine für positive und eine für negative Beschleunigungen), die in Fig. 4 wieder durch Schnitte längs Ebenen konstanter Winkelbeschleunigung in eine zweidimensionale Kurvenschar übergeführt ist. Die Längsbe schleunigung ax ist auf der Abszisse, der Kraftschlußwert in Längsrichtung ist als Ordinate aufgetragen. Es ist zu erkennen, daß die Kurven bei geringeren Raddrehbeschleunigungen sehr steil verlaufen, was eine analytische Darstellung dieser Fläche erschwert. Ein geeigneter Ansatz könnte unter Heranziehung der im SAE-Paper 8 70 421, 1987 beschriebenen Methode folgendermaßen aussehen:

Darin sind

B() = B2 sin (B1 arc tan (B0 ))
C() = C0 + C1 + C2 ²
D() = D0 + D1 + D2 ²

Auch hier werden wieder die einzelnen Koeffizienten für die analytische Darstellung der Fläche aus Versuchs- bzw. Simulati onsresultaten berechnet und die Funktion Six wird im Speicher des Steuergerätes 6 zur späteren Benutzung abgelegt.

Wegen der Meßfehler, vor allem bei der Messung der Längsbe schleunigung und wegen des Meßrauschens ist der in Fig. 4 oben schraffierte Bereich meßtechnisch nicht zugänglich, Werte in diesem Bereich werden daher ausgeschieden. Der untere schraffierte Bereich ist physikalisch nicht möglich. Das bedeu tet, daß beim Beschleunigen bzw. Bremsen erst ab einer Ausnut zung von etwa 50% der maximal erreichbaren Längsbeschleunigung axLIM ein brauchbares Signal vorliegt.

Wenn das Fahrzeug nun in Betrieb ist, werden dem Steuergerät laufend Meßwerte ay, DEK, ax, geliefert und aus diesen in Echtzeit mit Hilfe der abgelegten Funktionen die Kraftschluß werte Six, Siy und daraus in der Folge durch Multiplikation mit ebenfalls im Speicher des Steuergerätes 6 abgelegten Koeffizi enten Kx, Ky, die den durch Versuche ermittelten tatsächlichen Grenzbereich des Fahrzeuges beschreiben, die maximal erreichba ren Beschleunigungen axLIM, ayLIM errechnet. Diese Vorgangs weise ist durch die Annahme der Kraftschlußwerte als proportio nal und die Qualität der abgelegten Funktionen gerechtfertigt.

Die maximal erreichbaren Beschleunigungen axLIM, ayLIM, wobei es vorteilhaft ist, für axLIM zwischen einem Wert für Beschleu nigen und einem Wert für Bremsen zu unterscheiden, sind in Fig. 5 auf den Achsen des Koordinatensystems eingetragen und daraus durch Einzeichnen von "Viertelellipsen" die Grenzkurve aLIM erzeugt. Im Betrieb geschieht das (und das Folgende) rech nerisch in Echtzeit und die jeweils gültige Grenzkurve ist ebenfalls im Speicher des Steuergerätes 6 abgelegt. Die äußere Kurve aLIM in Fig. 5 ist die Grenzkurve bei hohem Kraftschluß, also beispielsweise auf trockener griffiger Straße, und die in nere Grenzkurve aLIM entspricht geringem Kraftschluß, also etwa einer Schneefahrbahn. Wenn sich während der Fahrt die Kraft schlußwerte Six, und/oder Siy, die ja laufend berechnet werden, ändern, so wird daraus durch affine Transformation eine aktua lisierte Grenzkurve a′LIM berechnet (strichliert eingezeich net), die die abgespeicherte ersetzt.

Im rechten unteren Viertel ist der aktuelle Fahrzustandsvektor AF mit seinen Komponenten ax und ay, und der zur aktuellen Grenzkurve weisende kollineare Grenzvektor AMAX mit seinen Kom ponenten axMAX, ayMAX dargestellt. Der konsumierte Abstand zum Grenzbereich SAFLIM ergibt sich als Quotient der Absolut beträge dieser beiden Vektoren. Wenn nun durch Änderung des Straßenzustandes die äußere Grenzkurve aLIM auf die strich liert eingezeichnete Grenzkurve a′LIM zusammenschrumpft, der Grenzvektor AMAX somit bei gleichbleibendem aktuellen Fahrzu standsvektor AF kleiner wird, so verringert sich der Quotient aus deren Absolutbeträgen und SAFLIM, der konsumierte Abstand zum Grenzbereich, steigt.

Wenn SAFLIM über einen vorgegebenen Grenzwert steigt, leuchtet auf dem Anzeigegerät 10 eine gelbe Warnlampe 20 auf. Bei Über schreiten eines zweiten Grenzwertes leuchtet dann auch noch die rote Warnlampe 21 auf.

Anhand der Fig. 6, die aus den vier Tafeln A,B,C und D be steht, wird nun noch der Programmablauf mit seinen der Berech nung vorausgehenden logischen Verknüpfungen und Entscheidungen beschrieben. Er läuft im Mikrorechner des Steuergerätes 6 zy klisch ab.

Die von Lenkwinkelsensor 7, Beschleunigungssensoren 8 und ABS- Gerät 9 gelieferten fahrzustandsspezifischen Daten werden bei 40 aufbereitet (Fig. 6A) und stehen für die weiteren Schritte zur Verfügung. Die Datenaufbereitung umfaßt Filterung, AD-Wandlung, Korrektur, Kalibrierung, Filterung und Ableitung zur Erzeugung differenzierter Signale. Die Behandlung des Lenk winkelsignales ist weiter unten unter Bezugnahme auf Fig. 7 er läutert.

Bei 41 wird die Aufbaulängsgeschwindigkeit RVS mit einem Mini malwert RVSLIM verglichen. Solange sie diesen Wert (ca. 10 km/h) noch nicht erreicht hat, wird gemäß Verbindungslinie 70 bei 54 festgestellt, daß kein Kraftschlußwert ermittelbar ist und zum abschließenden Kästchen 50 gegangen, von dem aus der Zyklus aufs Neue beginnt.

Ist die Aufbaulängsgeschwindigkeit RVS groß genug, so wird bei 42 entschieden, ob die Ableitung der Horizontalbeschleuni gung AZDIF größer als ein vorgegebener Grenzwert AZDIFLIM ist. Wenn ja, wird keine Neuberechnung des Kraftschlußwertes vorge nommen, der alte Wert bleibt erhalten (49). Wenn nein, wird bei 43 entschieden, ob der Lenkwinkel AST größer als ein Grenzwert ASTLIM ist. Wenn nein, kann keine Kraftschlußermittlung in Querrichtung vorgenommen werden, Verbindungslinie 71 führt zum Kästchen 55 (Fig. 6B) auf das später zurückgekommen wird.

Ist der Lenkwinkel größer als ASTLIM, so wird bei 44 entschie den, ob die Querbeschleunigung ay größer als ayLIM, also groß genug ist. Wenn nein, wird bei 51 entschieden, ob der Lenkwin kel AST größer einem weiteren Grenzwert AST_R_LIM ist, ab dem das Fahrzeug geradeaus rutschen könnte, was bei 53 überprüft wird und direkt bei 50 zum Ende des Rechenzyklus führt. Wenn nicht, bleibt der alte Kraftschlußwert erhalten.

Wenn bei 44 entschieden wird, daß die Querbeschleunigung ay größer als ayLIM ist, so wird entschieden, ob die erste Ablei tung des Lenkwinkels ASTDIF über einem Grenzwert ASTDIFLIM liegt (plötzliche Lenkraddrehung) und wenn ja, bleibt der alte Kraftschlußwert erhalten. Wenn nein, wird bei 46 die Aufbau längsbeschleunigung ax mit einem Grenzwert axLIM verglichen. Ist die Aufbaulängsbeschleunigung ax zu gering, so wird ent schieden, bei 47 nur den Kraftschlußwert in Querrichtung zu ermitteln. Ist die Aufbaulängsbeschleunigung ax größer als axLIM, so wird im Kästchen 48, dessen Inhalt in Fig. 6C zu sehen ist, der allgemeine Kraftschlußwert ermittelt. Die entsprechenden Verbindungslinien sind mit 74, 75 und 76 be zeichnet. Die beiden letzteren führen wieder zur Ermittlung der Sicherheitsreserve bei 50.

Ist bei 43 der Lenkwinkel AST kleiner als ASTLIM, so führt Li nie 71 über die Ermittlung der Mittelwerte der Raddrehbeschleu nigung bei 55 zu 56 (Fig. 6B), wo entschieden wird, ob dieser Mittelwert SFDIFM größer als ein Grenzwert SFDIFMLIM ist. Wenn nicht, muß bei 60 zwecks Kompensation die Fahrbahnneigung be rechnet werden und der alte Kraftschlußwert bleibt erhalten (62). Wenn schon, wird bei 57 entschieden, ob die Aufbauquerbe schleunigung ay größer als ayLIM ist und bei 58, ob die Aufbau längsbeschleunigung ax größer als ein Grenzwert axLIM ist.

Ist die Querbeschleunigung größer und die Längsbeschleunigung nicht größer, kann kein neuer Kraftschlußwert in Längsrichtung ermittelt werden und der alte Kraftschlußwert bleibt erhal ten (62). Ist hingegen die Querbeschleunigung ay unter dem Grenzwert ayLIM und die Längsbeschleunigung ax über dem Grenz wert axLIM, so kann bei 59 (siehe Fig. 6D) der Kraftschlußwert in Längsrichtung six ermittelt werden.

In Fig. 6C ist der Ablauf im Fall der Berechnung des allgemei nen Kraftschlußwertes im Detail dargestellt. Bei 100 wird durch Vergleich der Längsbeschleunigung ax mit Null zwischen Bremsen und Beschleunigen unterschieden. Bei 101 bis 106 wird entschie den, ob die Ableitungen der Längsbeschleunigung ax und der Rad drehzahl SF (SFDIF = ) größer oder kleiner als vorgegebene Werte sind und je nachdem bleibt entweder der alte Kraftschluß wert erhalten 107, 110 oder es wird ein neuer Kraftschlußwert berechnet 108, 109. Dem erhalten gebliebenen oder dem neu ermit telten Kraftschlußwert 111, 112 werden bei 113, 114 noch die Kraftschlußwerte bei Querbeschleunigung von 47 überlagert und die so erhaltenen Werte 75, 76 werden zur Berechnung der Sicher heitsreserven in 50 verwendet.

Fig. 6D zeigt im Detail den Ablauf im Fall der Berechnung des Kraftschlusses in Längsrichtung, die erfolgt, wenn die Längsbe schleunigung den Mindestwert axLIM überschritten hat (58), was durch die Verbindungslinie 77 angedeutet ist. Zuerst wird wie der bei 120 entschieden, ob die Längsbeschleunigung ax positiv oder negativ ist, es sich also um einen Brems- oder einen Be schleunigungsvorgang handelt. Nun werden wieder, analog Fig. 6C, Aufbaulängsbeschleunigung ax und Raddrehgeschwindigkeit SF in den entsprechenden Differenzierungsstufen (SFDIF steht für ) mit Grenzwerten verglichen und entsprechend diesen Kriterien entschieden, ob der alte Kraftschlußwert erhalten bleiben soll (Linien 80, 81 zu 61, 62) oder ob der Kraftschluß in Längsrichtung neu zu berechnen ist (127, 128). Diese Entschei dung erfolgt bei 121 bis 126 und entspricht den schraffierten Flächen in Fig. 4. Die entsprechenden Befehle gehen auf Li nien 78, 79 wieder zur Berechnung der Sicherheitsreserve bei 50. Diese folgt den weiter oben beschriebenen mathematischen Grund lagen der Berechnung von SAFLIM und steht mit der Anzeige 10 in Verbindung.

In Fig. 7 ist als Beispiel für die Signalaufbereitung noch die Signalaufbereitung des Lenkwinkels wegen einer Besonderheit im Detail dargestellt. Das vom Lenkwinkelsensor 7 kommende Signal durchläuft der Reihe nach ein Tiefpaß 130, einen Analog/Digi tal-Wandler 131, ein Kalibrierwerk 132 und digitale Filter 133. Bei 134 steht dann das aufbereitete Lenkwinkelsignal AST zur Verfügung. Aus diesem wird weiter in einem Differenzierwerk 135 ein differenziertes Signal ASTDIF (136) gewonnen. Außerdem wird das aufbereitete Lenkwinkelsignal noch einem Totzeitglied 138 zugeführt, dessen Totzeit von der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit 137, übermittelt über Leitung 137, abhängig eingestellt wird und an dem ein verzögertes Lenkwinkelsignal zur Verfügung steht. Dadurch ist es möglich, die Trägheit der Reaktion der Reifenlauffläche auf Lenkradbewegungen zu berücksichtigen.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung der fahrdynamischen Sicherheits reserve von Kraftfahrzeugen hinsichtlich des Kraftschlusses zwischen den Rädern und der Fahrbahn mit folgenden Schritten:

a) Ermittlung eines Kraftschlußwertes in Querrichtung (Siy) aus Aufbauquerbeschleunigung (ay) und dynamischem Lenkwinkel (DEK),
b) Ermittlung eines Kraftschlußwertes in Längsrichtung (Six) als Funktion von Raddrehbeschleunigung () und Aufbau längsbeschleunigung (ax),
c) Ermittlung der maximal erreichbaren Längsbeschleunigung (axLIM) und der maximal erreichbaren Querbeschleunigung (ayLIM) aus dem Kraftschlußwert in Querrichtung (Siy) und dem Kraftschlußwert in Längsrichtung (Six) durch Multipli kation mit fahrzeugspezifischen Koeffizienten (Kx, Ky)
d) Ermittlung einer Grenzkurve (aLIM) aus den maximal er reichbaren Beschleunigungen (axLIM, ayLIM),
e) Bildung eines aktuellen Fahrzustandsvektors (AF) aus Längsbeschleunigung (ax) und Querbeschleunigung (ay),
f) Ermittlung der Sicherheitsreserve (SAFLIM) aus der Länge des Fahrzustandsvektors (AF (ax, ay)) und der Länge des ent sprechenden Grenzvektors (AMAX (axLIM, ayLIM)).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzkurve (aLIM) gespeichert ist und korrigiert wird, wenn in einem Fahrzustand andere Größen auftreten.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzkurve (aLIM) bei Vorliegen eines neuen Fahrzustandes durch affine Vergrößerung oder Verkleinerung korrigiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftschlußwerte in Längsrichtung und Querrichtung (Six, Siy) aus analytischen dargestellten Funktionen der Querbeschleunigung (ay) und des dynamischen Lenkwinkels (DEK) bzw. der Raddrehbeschleunigung () und der Längsbeschleunigung (ax) berechnet werden, wobei die Koeffizienten (Kx, Ky) der analytischen Darstellung aus durch Versuch oder Simulation ermittelten Werten erhalten werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsreserve (SAFLIM) mit definierten Schwellenwerten verglichen wird und daß bei Überschreiten dieser Schwellenwerte Warnsignale ausgelöst werden.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftschlußwerte (Six, Siy) nur dann zur Korrektur herangezogen werden, wenn sie innerhalb vorgegebener Grenzwerte liegen.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkwinkelsignal (AST) über ein Totzeitglied (138) verzögert in die Berechnung eingeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung der Kraftschlußwerte (Six, Siy) eine die Fahr bahnneigung berücksichtigende Korrektur vorgenommen wird.