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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Techniken zum Führen von
Kraftfahrzeugen.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung gemäß einem
ersten ihrer Aspekte ein Verfahren zum Bestimmen der Bodenhaftung
der gelenkten Räder
eines Fahrzeugs auf einer Fahrbahn, auf der dieses Fahrzeug mit
einer bestimmten momentanen Geschwindigkeit fährt, wobei dieses Fahrzeug über ein Steuermittel,
wie etwa ein Lenkrad, gesteuert wird, das eine momentane Steuerstellung
einnimmt, von der eine momentane Ausrichtung der gelenkten Räder abhängt, wobei
diese Ausrichtung durch Aufbringen einer momentanen Einschlag- bzw.
Lenkkraft auf die zu lenkenden Räder
veränderbar
ist.
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In
der Praxis wird bei sämtlichen
bestehenden Kraftfahrzeugen, die mit Mitteln zum Bestimmen der Bodenhaftung
der gelenkten Räder
auf der Fahrbahn ausgestattet sind, ein Verfahren angewendet, das
dieser Definition entspricht.
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Die
am weitesten verbreitete Technik zum Bestimmen der Bodenhaftung
besteht darin, den Schlupf eines jeden Rades bezüglich des Durchschnittsschlupfs
aller Räder
zu überwachen
und den Haftreibbeiwert von einer vorerstellten empirischen Festlegung
abzuleiten, welche den Haftreibbeiwert mit dem Schlupfwert in Relation
stellt.
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Das
Durchführen
dieser bekannten Technik setzt nicht nur die Verwendung von Raddrehungssensoren
an jedem Fahrzeugrad voraus, sondern auch eine relativ umfangreiche
digitale Verarbeitung der Drehungsmessungen von den Sensoren. Ferner kann
die Bestimmung nur bei hohen Längsbeanspruchungen
erfolgen.
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Ein
Verfahren nach dem Oberbegriff aus Anspruch 1 offenbart die EP-A-323066.
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Davon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
vorzuschlagen, mit dem die Bodenhaftung der gelenkten Räder eines Fahrzeugs
durch eine wesentlich einfachere Vorgehensweise als dies bei der
vorangehend erwähnten Technik
erforderlich ist, und bei jeder Kurve bestimmt werden kann.
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Dazu
entspricht das erfindungsgemäße Verfahren
der Definition gemäß Anspruch
1.
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Die
momentane Lenkkraft ist eine momentane elektrische Kraft, die von
einem Elektromotor zur Lenkunterstützung der gelenkten Räder geliefert wird,
der über
einen Operationsverstärker
mit Rückkopplungsschleife
gesteuert wird, der ein elektrisches Sollsignal empfängt, welches
repräsentativ
ist für
die momentane Stellung des Steuermittels. Das Verfahren umfasst
einen Prozess zum Erstellen eines Vektors von Daten, der eine Messung
bzw. Bestimmung der momentanen Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eine
Messung bzw. Bestimmung der momentanen Stellung des Steuermittels
und eine Messung bzw. Bestimmung der momentanen Lenkkraft umfasst,
sowie einen Kompilierungsprozess, der darin besteht, die Bestimmung
des Haftreibbeiwerts als Abbild des Datenvektors durch eine zuvor
abgespeicherte Verknüpfungsregel
darzustellen.
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Dieses
Verfahren umfasst ferner einen vorangehenden Kalibrierungsprozess,
der direkte und abgeleitete Messungen der Bodenhaftung, der momentanen
Geschwindigkeit des Fahrzeugs, der momentanen Stellung des Steuermittels
und der momentanen Lenkkraft einschließt, sowie einen vorangehenden
Speicherungsprozess, der das Abspeichern eines Tensors als Verknüpfungsregel
einschließt,
der für
jeden aus einer Messung der momentanen Geschwindigkeit des Fahrzeugs
bestehenden Datenvektor eine Messung der momentanen Stellung des
Steuermittels und eine Messung der momentanen Lenkkraft in Bezug
zueinander setzt, wobei die abgeleitete Messung der Bodenhaftung aus
dem Kalibrierungsprozess stammt.
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Die
Messung bzw. Bestimmung der momentanen elektrischen Lenkkraft erfolgt ausgehend
von dem elektrischen Signal, das am Rückkopplungseingang des Operationsverstärkers ansteht.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung betrifft sie eine besondere Anwendung
dieses Verfahrens, bei welcher die Bestimmung der Bodenhaftung der
gelenkten Räder
eines Fahrzeugs bei Kurvenbeginn dazu verwendet wird, das Bestimmen
der momentanen Lenkkraft der gelenkten Räder dieses Fahrzeugs bei Kurvenbeendigung
zu ermöglichen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlicher aus
der nachfolgenden Beschreibung, die sich nur beispielhaft und keineswegs einschränkend versteht,
und zwar anhand der beigefügten
Zeichnungen, worin zeigt:
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1 bis 4 schematische
Darstellungen, welche verschiedene Arten von Lenkgetrieben für Kraftfahrzeuge
zeigen, die durch Zufuhr von elektrischer Energie unterstützt oder
ganz damit betätigt werden,
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5 ein
Schema, das den bekannten Steuermodus eines mit elektrischer Kraft
betätigten
Lenkgetriebes zeigt,
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6 ein
Diagramm, das bei einem einzigen festen Wert für die Bodenhaftung und bei
mehreren Werten für
die momentane Geschwindigkeit eines Fahrzeugs (entsprechend den
verschiedenen dargestellten Kurven) die momentane Lenkkraft (auf
der Ordinate) zeigt, die auf die gelenkten Räder dieses Fahrzeugs aufgebracht
werden muss, damit diese eine Ausrichtung erfahren, die dem Lenkradwinkel folgt
(auf der Abszisse), und
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7 ein
Schema, welches das Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
für den
Fall zeigt, wo die momentane Lenkkraft eine elektrische Kraft ist.
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Die
Erfindung, die sich auf das Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeugs auswirkt,
ist insbesondere bei Fahrzeugen anwendbar, die mit Lenkgetrieben
ausgestattet sind, wie sie in 1 bis 4 dargestellt sind,
in denen mit dem Bezugszeichen 1 das Lenkrad des Fahrzeugs,
mit dem Bezugszeichen 2 die Lenksäule, mit 3 die Zahnstange,
mit 4 ein Elektromotor, mit 5 die Lenkergelenke,
mit dem 6 die Lenker, mit 7 die Radbolzen der
gelenkten Räder
und mit dem Bezugszeichen 8 die gelenkten Räder bezeichnet
sind.
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Bei
der Art von Getriebe gemäß 1 wird das
Einschlagen der Räder 8 über einen
Elektromotor 4 unterstützt,
der in der Lenksäule 2 eingesetzt
ist und in Abhängigkeit
von einem Signal gesteuert wird, das von einem Sensor ausgegeben
wird, der auch in diese Lenksäule 2 eingesetzt
ist.
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Die
in 2 und 3 gezeigten Getriebearten sind
funktionsmäßig äquivalent
zu der in 1 dargestellten Art, von der
sie sich nur durch die Einsatzstelle des Elektromotors 4 unterscheiden.
Somit zeigt 2, dass der Elektromotor 4 am
Zahnstangenrad eingesetzt ist, während 3 zeigt,
dass der Elektromotor 4 an der Zahnstange neben dem Zahnstangenrad
eingesetzt ist.
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Bei
den in 1 bis 3 dargestellten Arten von Lenkgetrieben
wird damit ein Teil der zum Einschlagen der Räder 8 erforderlichen
Kraft von dem Fahrer des Fahrzeugs aufgebracht, indem dieser am
Lenkrad dreht 1.
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Die
in 4 dargestellte Lenkgetriebeart unterscheidet sich
von den vorangehenden durch die fehlende Lenksäule 2.
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Der
beispielsweise an der Zahnstange 3 eingesetzte Elektromotor 4 hat
dann nicht mehr nur die einfache Aufgabe, die über das Lenkrad 1 übertragene
Lenkkraft zu unterstützen,
sondern wird über
einen Rechner 9 so gesteuert, dass er allein die gesamte
Kraft entwickelt, die zum Einschlagen der Räder 8 erforderlich
ist, und zwar in Abhängigkeit
von den Daten des Sensors 10 zum Erfassen der Drehung des
Lenkrads 1.
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In
jedem Fall nimmt das Lenkrad 1 unter der Kontrolle des
Fahrers des Fahrzeugs eine momentane Steuerstellung ein, welche
die momentane Ausrichtung bestimmt, die die gelenkten Räder 8 einnehmen,
bzw. die zumindest zur Bestimmung dieser Ausrichtung beiträgt.
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Dennoch
setzt die Änderung
der Ausrichtung der Räder 8 voraus,
dass auf diese eine momentane Kraft aufgebracht wird, die ausreicht,
um die Kräfte zu überwinden,
welche dieser Ausrichtungsänderung entgegenwirken.
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Bei
den in 1 bis 4 gezeigten Fällen wird
dieser Kraftaufwand vom Elektromotor 4 gewährleistet,
wobei die Steuerung dieses Motors 4 selbst mittels eines
Verstärkers 11 mit
Rückkopplungsschleife
erfolgt (5), der das elektrische Sollsignal
Sα empfängt, welches
von dem Sensor 10 zum Erfassen der Drehung des Lenkrads
ausgegeben wird, oder aber ein elektrisches Signal, das von demjenigen
abgeleitet wird, das dieser Sensor ausgibt.
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Wie
schematisch in 7 gezeigt ist, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren,
in seiner Betriebsphase betrachtet, im wesentlichen einen Erstellungsprozess
ELAB und einen Kompilierungsprozess COMPIL.
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Der
Erstellungsprozess ELAB umfasst eine Messung bzw. eine Bestimmung
SV der momentanen Geschwindigkeit V des
Fahrzeugs, eine Messung bzw. eine Bestimmung Sα der momentanen Stellung α des Lenkrads 1 und
eine Messung bzw. eine Bestimmung SP der
momentanen Kraft P, die zum Einschlagen der Räder 8 erforderlich
ist, wobei der Erstellungsprozess ELAB somit darin besteht, einen Datenvektor
(SV, Sα,
SP) zu erstellen.
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Die
Größe SV wird leicht als elektrisches Ausgangssignal
des Geschwindigkeitssensor des Fahrzeugs erhalten.
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Die
Größe Sα ist ein
elektrisches Signal, das von einem Lenkraddrehungssensor geliefert
wird, wie etwa vom Sensor 10 aus 4, und das
direkt in den Regelungskreis des Elektromotors 4 zur Lenkkraftunterstützung eingeprägt werden
kann.
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Im
Falle eines elektrisch betätigten
Lenkgetriebes wird die Größe SP beispielsweise von dem am Rückkopplungseingang "–" des Operationsverstärkers 11 anstehenden
Signal geliefert (5 und 7). Insbesondere
wird das elektrische Signal in Form einer elektrischen Spannung,
die repräsentativ ist
für die
Größe Sα und von
dem Lenkraddrehungssensor stammt, als Sollgröße am Eingang des Regelkreises
des Elektromotors 4 angelegt, d. h. zwischen dem Eingang "+" des Operationsverstärkers 11 und dem einen
Anschluss des Elektromotors 4. Das für die elektrische Kraft des
Motors 4 repräsentative
und auf den Eingangssollwert geregelte Signal ist dann unmittelbar
am Rückkopplungseingang "–" des Operationsverstärkers 11 abgreifbar
und entspricht der momentanen Einschlagkraft P der gelenkten Räder. Somit
ist bei Anwendung der Stromwerte des Elektromotors zur Regelung
der Lenkung kein besonderer Sensor erforderlich, um ein für die momentane
Einschlagkraft der gelenkten Räder
repräsentatives
Signal zu liefern, wobei nur der Lenkraddrehungssensor und der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor,
die gewöhnlich
ohnehin im Fahrzeug vorhanden sind, Anwendung finden. Der Vorteil
dabei ist, dass die Kosten für
Mittel zum Erfüllen
dieser Messfunktion der momentanen Einschlagkraft der gelenkten
Räder beträchtlich
gesenkt werden.
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Der
Kompilierungsprozess COMPIL verwertet den Datenvektor (SV, Sα,
SP), um die Erstellung des Haftreibbeiwerts μ durch eine
zuvor abgespeicherte Verknüpfungsregel
F darzustellen, die folgender Definition entspricht: μ = F(SV, Sα,
SP).
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Sofern
die Daten SV, Sα und SP nicht
unbedingt mit den physikalischen Größen V, α und P verbunden sind, die sie
jeweils durch eine Identitätsrelation
darstellen, sondern unter bekannten Voraussetzungen gegebenenfalls
durch Relationen wie etwa Skalierungsfaktoren, ist die Verknüpfungsregel
F äquivalent
zu einer weiteren Verknüpfungsregel
G, die folgender Definition entspricht: μ = G (V, α, P) und die in 6 für einen
bestimmten Wert von μ dargestellt
ist.
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Die
Verknüpfungsregel
F kann durch einen vorangehenden Kalibrierungsprozess ermittelt
werden, der bei einem Fahrzeug durchgeführt wird, das repräsentativ
ist für
die Fahrzeugklasse, bei welcher die Regel F anwendbar ist, und während dessen
direkte und abgeleitete Messungen μ, SV,
Sα und SP der Bodenhaftung μ dieses Fahrzeugs bei Fahrt,
der momentanen Geschwindigkeit V des Fahrzeugs, der momentanen Stellung α des Lenkrads 1 dieses
Fahrzeugs und der momentanen Lenkkraft P der Räder 8 erfolgen.
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Der
so erhaltene Tensor (μ,
SV, Sα und
SP), der die Messungen μ, SV,
Sα und SP miteinander verbindet, wird dann abgespeichert,
um die später
bei dem Kompilierungsprozess COMPIL anwendbare Verknüpfungsregel
F zu bilden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
findet immer dann Anwendung, wenn eine Gesamtbestimmung der Bodenhaftung μ auf einer
nicht geraden Fahrbahn erforderlich ist.
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Dieses
Verfahren ist jedoch insbesondere bei der Bestimmung der momentanen
Lenkkraft anwendbar, die bei Kurvenbeendigung auf die gelenkten
Räder eines
Fahrzeugs aufzubringen ist, welches das elektrische Lenkgetriebe
mit Regelungselektromotor verwendet, wie vorangehend beschrieben
ist.
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Wenn
nämlich
ein Fahrzeug nach seinem Einfahren in eine Kurve aus dieser herausfährt, ist
es erforderlich, den gelenkten Rädern 8 eine
Ausrichtkraft zu übertragen,
die Funktion von der Kraft ist, die bei Einfahren des Fahrzeugs
in die Kurve ausgeübt wird,
und damit Funktion von der Bodenhaftung μ.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren,
mit dem die Bodenhaftung μ der
gelenkten Räder 8 auf
der Fahrbahn bei Einfahren des Fahrzeugs in die Kurve bestimmt werden
kann, ermöglicht
somit auch die Wiederverwendung dieses Werts zum Ermitteln der Ausrichtkraft,
die bei Kurvenbeendigung auf die Räder 8 aufzubringen
ist.