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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Stabilisieren eines driftenden oder übersteuerten Fahrzeugs. Die
vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein verbessertes Bremssystem,
das zu besserer Steuerbarkeit und Fahrstabilität beim Bremsen in einer Kurve
führt.
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In
der Technik sind mehrere Verfahren und Einrichtungen bekannt, um
zu erkennen, wann und in welcher Richtung ein Fahrzeug in eine Kurve
fährt. Zudem
ist bekannt, daß Bremsen
von Fahrzeugen individuell auf der Basis von Radschlupf und Raddynamik
zu steuern. Beispielsweise steuern gegenwärtige Antiblockiersysteme ("ABS") vom "Select-Low"-Prinzip Vorderachsenräder des
Fahrzeugs individuell und die Hinterachsenräder entweder individuell oder
zusammen. Diese bekannten Systeme weisen bei. bestimmten Bremssituationen,
wenn das Fahrzeug wendet, mehrere Nachteile auf.
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Wenn
beispielsweise ein Fahrzeug zu einer Wende driftet (d.h. das ganze
Fahrzeug gleitet in der Auswärtsrichtung,
wenn die Bremsen angewendet werden), dann rutschen üblicherweise
alle Räder. Wenn
während
einer Bremsaktion in einer Kurve es zu einem Driften kommt, ist
es wahrscheinlich, daß zumindest
die Hinterräder
und die inneren Vorderräder
blockieren. Das äußere Vorderrad
blockiert im allgemeinen wegen der Fahrdynamik. und der Gewichtsverteilung
der meisten Fahrzeuge mit der geringsten Wahrscheinlichkeit. Bei
einem Fahrzeug mit einem bekannten ABS-System mit dem "Select-Low"-Prinzip reagiert
der ABS-Controller auf eine Driftsituation, indem er den Bremsdruck
ganz von den blockierten Rädern
wegnimmt. Wenn eine hohe Fahrzeugquerbeschleunigung maximale seitliche
Kräfte
an einem Rad verursacht, kann dieses Rad wenig oder keine Bremskraft
auf das Fahrzeug übertragen,
ohne zu blockieren. Somit würde
in den meisten Fällen
der Bremsdruck von beiden Hinterachsenrädern gemäß dem "Select-Low"-Steuersystem und dem inneren Vorderrad
entfernt werden. Außerdem
wird das äußere Vorderrad
sehr wenig oder keinen Bremsdruck aufweisen, je nachdem, ob sich das
Fahrzeug innerhalb oder außerhalb
des Stabilitätsgrenzbereichs
befindet. Der Stabilitätsgrenzbereich
ist ein Bereich, in dem das Fahrzeug eine Tendenz zum Blockieren
aufweist. Mit anderen Worten ein Bereich, in dem das Rad außer bei
einem Reduzierungsbremsdruck blockieren würde. Für den Fahrer fühlt sich
das Bremspedal in dieser Situation hart an, doch verlangsamt das
Fahrzeug nicht so schnell, wie es sollte.
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Bei
einem Fahrzeug, das auch vom Fahrgestell her eine Tendenz zum Übersteuern
aufweist (d.h., die Gewichtsverteilung ist derart, daß die Rückseite
des Fahrzeugs im allgemeinen während
einer schnellen Kurvenfahrt oder eines schnellen Bremsens nach außen rutscht),
wird diese Tendenz durch die am Vorderrad auf der Außenseite
der Kurve bereitgestellte seitliche Kraft noch mehr verstärkt.
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Gemäß der physikalischen
Wechselwirkung des Kamm'schen
Kreises kann ein Rad, je weniger Bremskraft es übertragen muß, umso
mehr seitliche Führungskraft übertragen.
Folglich folgt das Fahrzeug seiner Lenkeingabe und weist eine Tendenz zum Übersteuern
auf. Bei bekannten Systemen reduziert das ABS-System die Bremskraft
am Außenrad wegen
des existierenden Schlupfwinkels und des resultierenden Reifenschlupfs.
Bei dieser Fahrsituation jedoch verursacht eine derartige Reduzierung
der Bremskraft, daß das
Fahrzeug weiter destabilisiert. Eine stabile Fahrzeugleistung wird
nur in dieser Situation als Reaktion auf geringfügiges Überbremsen des äußeren Vorderrads
erzielt.
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Bekannte
Fahrzeugdynamiksteuersysteme verwenden aufwendige zusätzliche
Sensortechnologie zum Detektieren von Übersteuern/Untersteuern. Die
bei diesen Systemen verwendete zusätzliche Sensortechnologie enthält im allgemeinen
einen Einlaßdrucksensor,
einen Gearsensor, einen Seitenbeschleunigungssensor, einen Längsbeschleunigungssensor
und einen Lenkwinkelsensor – alles
Einrichtungen, die im allgemeinen nicht in einem typischen ABS-
oder ASR-System angetroffen werden (Antiblockiersystem/Antischlupfregelung).
Solche Fahrzeugdynamiksteuersysteme werden nicht in Verbindung mit über "Select-Low"-gesteuerten ABS-Systemen verwendet,
da sie eine genauere Bestimmung der physikalischen Grenzen gestatten.
Ein typisches ABS bzw. eine typische ASR, denen nur die Raddrehzahlen
zur Verfügung
stehen und die das "Select-Low"-Prinzip verwenden,
steuern die Hinterachse während
eines instabilen Bremszustands durch Steuern des instabileren Rades.
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Aus
DE 198 32 484 A1 ist
ein Verfahren bekannt zum Verringern des Bremsens eines Innenrads und/oder
Erhöhen
des Bremsens eines Außenrads, wenn
das Fahrzeug beim Fahren in einer Kurve gebremst wird.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Bereitstellen eines Stabilitätsmaßes, um
einem Übersteuern
entgegenzuwirken, wenn das Fahrzeug in einer Kurve bei einer Kurvenfahrtgrenzgeschwindigkeit
bremst, oder um einem Driften entgegenzuwirken, wenn ein Fahrzeug in
einer Kurve bremst. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Steuern eines Bremssystems in einem Fahrzeug, wobei
das Fahrzeug ein inneres Vorderrad und ein äußeres Vorderrad enthält, wobei
eine Bestimmung erfolgt, ob ein driftender und/oder übersteuernder
Zustand existiert; und falls dies der Fall ist, wird ein vorbestimmter
Bremsdruck auf das äußere Vorderrad ausgeübt. Der
wendende und/oder bremsende Zustand des Fahrzeugs kann ausgewertet
werden, um zu bestimmen, ob der driftende und/oder übersteuernde
Zustand existiert, und ein derartiger Zustand wird als existierend
bestimmt, wenn eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs einen. vorbestimmten Querbeschleunigungswert übersteigt
oder wenn eine Differenz zwischen einer Geschwindigkeit des inneren
Vorderrads und einer Geschwindigkeit des äußeren Vorderrads eine erste
vorbestimmte Geschwindigkeitsdifferenz übersteigt. Außerdem wird
die driftende und/oder übersteuernde
Situation als existierend bestimmt, wenn eine Differenz zwischen
einer Geschwindigkeit eines inneren Hinterrads und einer Geschwindigkeit
eines äußeren Hinterrads
eine zweite vorbestimmte Geschwindigkeitsdifferenz übersteigt
oder wenn eine Geschwindigkeit des äußeren Hinterrads eine Geschwindigkeit
jedes der verbleibenden Räder
um ein vorbestimmtes Ausmaß übersteigt.
Der vorbestimmte Bremsdruck ist größer als ein jeweiliger Bremsdruck
an jedem der verbleibenden Räder
des Fahrzeugs und kann einem vom Fahrer spezifizierbaren Bremsdruck
entsprechen.
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1 ist
ein Diagramm, das die Komponenten und ihre Funktionen eines Bremssystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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2 ist
ein Flußdiagramm,
das eine von der in 1 gezeigten ABS-Steuereinheit
durchgeführte
Logikroutine darstellt.
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3 ist
ein Diagramm, das typische Fahrsituationen beim Bremsen während einer
Kurve bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner oder gleich der Fahrzeugkurvengrenzgeschwindigkeit
und bei einer die Kurvengrenzgeschwindigkeit übersteigenden Fahrzeuggeschwindigkeit
mit und ohne verbessertes Bremssystem gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist das Fahrzeug mit einem Antiblockiersystem ausgestattet, das
eine driftende oder übersteuernde
Situation erkennen kann, wenn das Fahrzeug in einer Kurve bremst.
Das System kann eine driftende oder übersteuernde Situation erkennen,
wenn die Querbeschleunigung des Fahrzeugs einen bestimmten Schwellwert übersteigt.
Das System kann die Querbeschleunigung mit Hilfe eines Querbeschleunigungssensors
erfassen. Alternativ kann die Querbeschleunigung über bekannte
Verfahren unter Verwendung der Radgeschwindigkeiten der Räder berechnet
werden. Eine driftende oder übersteuernde Situation
kann auch erkannt werden, wenn zwischen einer Radgeschwindigkeit
des inneren Hinterrads und des äußeren Hinterrads
eine große
Differenz vorliegt, beispielsweise eine Differenz von 2 bis 5 km/h.
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Wenn
ein Fahrzeug driftet oder übersteuert, schneidet
das Hinterrad auf der Außenseite
der Kurve den längsten
Kreisweg und weist deshalb im Vergleich mit den anderen Rädern die
schnellste Radgeschwindigkeit auf. Deshalb kann das System auch eine
driftende oder übersteuernde
Situation erkennen, wenn die Radgeschwindigkeit des äußeren Hinterrads
die der anderen Räder
um einen vorbestimmten Schwellwert von beispielsweise 1,5 km/h übersteigt.
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Wenn
das System eine driftende oder übersteuernde
Situation erkennt, setzt es ein Warn-Flag und erhöht den Bremsdruck
am äußeren Vorderrad im
Vergleich mit dem Bremsdruck an jedem der übrigen Räder. Das Warn-Flag kann auch als
ein Signal für
eine Warnlampe (als Beispiel) verwendet werden, um den Fahrer zu
benachrichtigen, daß von
dem System eine driftende oder übersteuernde
Situation erkannt worden ist oder daß die Grenzgeschwindigkeit
in der Kurve erreicht oder überschritten
worden ist.
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Die
Erhöhung
des Bremsdrucks am äußeren Vorderrad
kann vorteilhafterweise einer vom Fahrer spezifizierbaren Eingabe
entsprechen. Beispielsweise könnte
die Erhöhung
beim Bremsdruck der von dem Fahrer auf das Bremspedal ausgeübten Kraft entsprechen.
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1 veranschaulicht
in vereinfachter Form die wichtigen Komponenten eines Beispiels
eines verbesserten Antiblockiersystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die vier Räder
eines Fahrzeugs, 1a–1d,
sind so dargestellt, daß das
linke Vorderrad durch Bezugszahl 1a, das rechte Vorderrad
durch 1b, das linke Hinterrad durch 1c und das
rechte Hinterrad durch 1d identifiziert sind. Ein Geschwindigkeitssensor 2a–2d ist
an jedem Rad vorgesehen, um seine Geschwindigkeit zu messen und
ein die Radgeschwindigkeit anzeigendes Signal an die ABS-Steuereinheit 5 zu
senden. Der ABS-Controller 5,
der einen Mikroprozessor enthält,
wertet die Signale von den Geschwindigkeitssensoren aus und steuert
den Bremsdruck jedes Rads individuell gemäß einer internen Programmierungslogik.
Die ABS-Steuereinheit 5 wertet unter anderem die Signale
von den Geschwindigkeitssensoren aus, um zu bestimmen, ob ein driftender
oder übersteuernder
Zustand existiert, und falls dies so ist, steuert den Bremsdruck
jedes Rads, um das Fahrzeug zu stabilisieren. Eine von dem ABS-Controller zum Verbessern
der Stabilität des
Fahrzeugbremsens während
einer Kurve verwendete beispielhafte Logikroutine ist in 2 ausführlicher
gezeigt. Der ABS-Controller kann auch ein Signal von einem Querbeschleunigungssensor 7 empfangen,
anhand dessen er einen driftenden oder übersteuernden Zustand erkennen
kann. Zum Nachstellen des Bremsdrucks eines Rads sendet die ABS-Steuereinheit
ein Signal an ein Ventil 3a–3d. Je nachdem, ob
sich das Ventil öffnet
oder schließt, sinkt
oder steigt der Druck im Bremszylinder entsprechend, wodurch der
Bremsdruck an den Rädern
sinkt oder steigt. Der ABS-Controller kann auch mit einer Warnlampe 6 verbunden
sein und kann ein Signal an die Lampe schicken, wenn er einen driftenden
oder übersteuernden
Zustand erkennt, wodurch die Tatsache dem Fahrer übermittelt
wird.
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In
der Technik ist bekannt, die Querbeschleunigung des Fahrzeugs anhand
der Radgeschwindigkeiten zu bestimmen. Eine Fahrzeuggearrate kann aus
einer Differenz zwischen den Radgeschwindigkeiten der rechten und
linken Räder
bestimmt werden, und die Querbeschleunigung kann wiederum anhand
der Fahrzeuggearrate bestimmt werden. Die Rollbewegung für hohe Geschwindigkeiten
führt zu Differenzen
bei den an Innen- und Außenrädern wirkenden
vertikalen Kräften.
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Die
Gearrate an der Vorderachse ist gleich der Differenz zwischen der
Vorder- und Hinterradgeschwindigkeit dividiert durch die Fahrzeugspurbreite dividiert
durch den Kosinus des Lenkwinkels des Rads. Die Querbeschleunigung
kann durch Multiplizieren der Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit mit
der Gearrate erhalten werden.
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2 veranschaulicht
ein Beispiel einer Logikroutine, die von der ABS-Steuereinheit 5 in 1 verwendet
werden kann. Die Routine beginnt bei Schritt 201, nach
der die ABS-Steuereinheit in Schritt 202 unmittelbar bestimmt,
ob das Fahrzeug wendet. Wenn sich das Fahrzeug in einer Wende befindet, identifiziert
die Steuereinheit in Schritt 203 das innere und äußere Vorder-
und Hinterrad je nachdem, ob das Fahrzeug nach links oder rechts
wendet. In Schritt 204 bestimmt die Steuereinheit, ob das
Fahrzeug bremst. Wenn nicht, beginnt die Routine wieder. Analog
beginnt sie wieder, wenn das Fahrzeug nicht wendet. wenn das Rad
bremst, bestimmt die Steuereinheit, ob ein übersteuernder oder driftender
Zustand vorliegt oder nicht. Wie oben beschrieben bestimmt die Steuereinheit
einen derartigen Zustand als existierend, wenn die Querbeschleunigung
einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt
oder wenn die Differenz zwischen den Radgeschindigkeiten der inneren
und äußeren Räder eine
vorbestimmte Schwell wertradgeschwindigkeitsdifferenz übersteigt oder
wenn die Radgeschwindigkeit des äußeren Hinterrads
die Radgeschwindigkeiten der übrigen
Räder durch
einen kleinsten vorbestimmten Radgeschwindigkeitswert übersteigt.
In jedem Fall führt,
wenn sich herausstellt, daß ein übersteuernder
oder driftender Zustand existiert, die ABS-Steuereinheit Schritt 206 durch
und erhöht
den Bremsdruck an dem äußeren Vorderrad
um einen vorbestimmten Betrag im Vergleich zu dem Bremsdruck an
den übrigen
Rädern. Wenn
der driftende oder übersteuernde
Zustand nicht existiert, beginnt die Routine wieder bei Schritt 201.
Nachdem Schritt 206 durchgeführt ist, wird Schritt 205 wiederholt,
so daß der
Bremsdruck des äußeren Vorderrads
höher bleibt
als der der anderen Räder,
bis der übersteuernde
oder driftende Zustand nicht länger
existiert.
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3 veranschaulicht
drei Fahrsituationen in einer Kurve. Kurve 5 im linken Abschnitt
von 3 stellt den Weg eines Fahrzeugs 8 dar,
das in einer Wende bremst, bei der eine Geschwindigkeit und Verlangsamung
des Fahrzeugs niedrig genug sind, daß es zu keinem Schlupf von
Rädern
kommt. Das Fahrzeug 8 wendet in der Figur nach links, und
deshalb ist das rechte Vorderrad 1 das äußere Vorderrad. Das linke Vorderrad 2 ist
das innere Vorderrad, das rechte Hinterrad 3 ist das äußere Hinterrad
und das linke Hinterrad 4 ist das innere Hinterrad.
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Kurve
6 im rechten Abschnitt von 3 stellt den
weg eines Fahrzeugs 9 in einem übersteuernden Zustand dar,
der nicht stabilisiert wird. Wegen der Gewichtsverteilung des Wagens
und weil entweder eine Geschwindigkeit oder eine Verlangsamung des Fahrzeugs 9 einen
Grenzgeschwindigkeits- oder -verlangsamungswert für das Fahrzeug übersteigt, rutschen
die Räder
auf der Straßenoberfläche. Wie dargestellt
rutscht die Rückseite
des Fahrzeugs schneller nach außen
als die Vorderseite des Fahrzeugs.
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Kurve
7 von 3 stellt den Weg eines Fahrzeugs 10 dar,
der einen übersteuernden
Zustand erfährt,
der von einem System gemäß der vorliegenden Erfindung
erkannt und kompensiert wurde. Insbesondere wurde, nachdem von dem
ABS-Controller wie oben beschrieben der übersteuernde Zustand des Fahrzeugs 10 erkannt
wurde, zusätzlicher
Bremsdruck an das äußere Vorderrad
angelegt, bis der übersteuernde
Zustand nicht länger
existierte. Ein Überbremsen
des äußeren Vorderrads
stabilisiert im allgemeinen das Fahrzeug in einer driftenden oder übersteuernden
Situation, weil die Bremskraft an jenem Rad ein negatives Moment
um die Mittelachse des Fahrzeugs ausübt, um dem positiven Moment um
die Achse, das durch die Tendenz der Rückseite des Fahrzeugs verursacht
wird, nach außen
zu rutschen, entgegenzuwirken.
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Durch
Erhöhen
der Bremskraft an dem äußeren Vorderrad
wird ein Gegendrehmoment zu dem Gearmoment erzeugt, wobei das Gearmoment
das auf die Fahrzeugeigenlenkung zurückzuführende Moment plus das auf
die Fahrzeugübersteuerung
zurückzuführende Moment
minus dem auf die Bremskraft auf Außenräder zurückzuführenden Moment ist.
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Gleichzeitig
wird die übertragbare
seitliche Führungskraft
während
eines Überbremsens
am äußeren Vorderrad
gemäß dem Prinzip
des Kamm'schen Kreises
und folglich auch das auf Eigenlenkung zurückzuführende resultierende Moment reduziert.
Das Gesamtgearmoment nimmt dann ab.
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Durch
das Erkennen eines übersteuernden Zustands
und Kompensieren dieses Zustands durch Überbremsen des äußeren Vorderrads
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird das Übersteuerverhalten
des Fahrzeugs deutlich reduziert. Außerdem wird die Bremswirkung
und die Verlangsamung des Fahrzeugs verbessert. Ein weiterer Vorteil
der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Gefühl des Bremspedals verbessert
wird, weil verursacht wird, daß in
solchen Situationen ein höheres
Volumen an Bremsflüssigkeit
in das äußere Vorderrad
fließt.