EP0785884A1 - System zum regeln der fahrstabilität eines kraftfahrzeugs - Google Patents

System zum regeln der fahrstabilität eines kraftfahrzeugs

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EP0785884A1
EP0785884A1 EP95933325A EP95933325A EP0785884A1 EP 0785884 A1 EP0785884 A1 EP 0785884A1 EP 95933325 A EP95933325 A EP 95933325A EP 95933325 A EP95933325 A EP 95933325A EP 0785884 A1 EP0785884 A1 EP 0785884A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control
signals
motor vehicle
yaw rate
sensor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP95933325A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang KÜHNEL
Ralf-Johannes Lenninger
Hans Rauner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0785884A1 publication Critical patent/EP0785884A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60G2800/702Improving accuracy of a sensor signal
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    • B60TVEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T2260/00Interaction of vehicle brake system with other systems
    • B60T2260/09Complex systems; Conjoint control of two or more vehicle active control systems

Definitions

  • the invention relates to a system according to the preamble of claim 1.
  • a system is used to regulate the driving stability of motor vehicles.
  • the signals from various sensors are evaluated, which measure movements of the motor vehicle, such as pitching, rolling and yawing movements as well as accelerations and decelerations.
  • Various sensors are used, in particular wheel speed sensors, steering wheel angle sensors, yaw rate sensors and, if appropriate, further sensors.
  • the signals from these sensors are evaluated in the driving stability (FSR) system and then actuating or control signals are generated with which the brake pressure acting on the individual wheels of the motor vehicle is controlled.
  • FSR driving stability
  • Components of the driving stability control are an anti-lock braking system and a drive or anti-slip control.
  • the invention has for its object to provide a system for driving stability control that can be implemented with little effort and in which the dangers arising from cable breaks and the like are as low as possible.
  • FIG. 1 a motor vehicle with a system for driving stability control according to the invention
  • Figure 2 is a schematic representation of the operation of the system of Figure 1, and
  • FIG. 3 shows a table of various methods that can be used in the system according to FIG. 1 for calculating the yaw rate or yaw rate.
  • a motor vehicle 1 the direction of which is indicated by an arrow 2, has four wheels 4, 5, 6 and 7.
  • a wheel speed sensor 8 (front left) 9 (front right) 10 (rear left) and 11 (rear right) is assigned to each of the wheels.
  • the signals supplied by these sensors go to a control unit 12 via signal lines shown in the drawing and are evaluated there.
  • the control unit 12 generates control signals with which the brake pressure acting on the individual wheels is controlled.
  • the control unit can act as an anti-lock braking system (ABS), as a traction control system (ASR), or as a combined ABS-ASR control unit.
  • ABS anti-lock braking system
  • ASR traction control system
  • Many versions of such anti-lock and traction control systems are known (cf. for example the patent specification mentioned at the outset) and are therefore not described further here.
  • control unit can implement yaw moment control or generally driving stability control.
  • control signals are generated which control the brake pressure acting on the individual wheels 4-7.
  • active shock absorbers and steerable rear axles can be controlled and intervened in the engine control of the motor vehicle in order to adapt the engine torque to the driving situation, for example to temporarily reduce it when the drive wheels spin.
  • the control device 12 is connected via a data line 13, e.g. via a VAN or CAN bus, connected to a housing 14 which is arranged at a central point, i.e. if possible in the center of the vehicle.
  • This central housing 14 contains at least one acceleration sensor 16 and an airbag control 17.
  • This airbag control 17 triggers one or more airbags present in the motor vehicle in the event of an impact or a collision of the motor vehicle. For this purpose, it evaluates the signals from the acceleration sensor 16. Signals from this sensor are also used here for driving stability control.
  • a yaw rate or yaw rate sensor 18 is also accommodated in the central housing 14 if the motor vehicle has one.
  • the yaw rate or yaw rate can also be determined from the signals from other sensors, as will be explained further below with reference to FIG. 3.
  • the function of the yaw rate sensor 18 can be checked by evaluating the signals from the steering wheel angle sensor, the acceleration sensor and / or one or more wheel speed sensors. This makes it possible to carry out an indirect self-test, also known as a plausibility test, of the yaw rate sensor. Ren without having to be operated in the yaw rate sensor additional design or circuitry.
  • the control unit 12 contains a computing circuit 23 for calculating the yaw rate ⁇ (FIG. 2), which can also be implemented as an algorithm, and a computing or program area 24 for carrying out the driving stability control.
  • the communication between these two elements of the control device 12 is indicated by a bidirectional arrow 25.
  • the signals from the four wheel speed sensors 8 to 11, the signals from the steering wheel angle sensor 19 and the signals from two acceleration sensors, a longitudinal acceleration sensor 28 and a lateral acceleration sensor 29 are evaluated in the arithmetic circuit 23.
  • the yaw rate ⁇ measured by the yaw rate sensor 18 is transmitted, possibly together with self-test data of the sensor, via a signal line 26 to the driving stability control 24 and via a signal line 27 to the computing circuit 23.
  • a plausibility check of the yaw rate ⁇ is carried out using one of the calculation methods to be described below. If the result is that the yaw rate is OK, this is communicated to the driving stability control 24 via the communication channel 25, which can then utilize the measured value.
  • the components of motor vehicle acceleration in three spatial axes are required for effective driving stability control.
  • the acceleration sensors 17, 28 and 29 can be designed as a combined three-axis sensor with the following measuring ranges:
  • the acceleration sensor 17 of the airbag (usually referred to as a crash sensor) is used to measure the acceleration in the direction of travel.
  • the measurements of the acceleration in the transverse direction can be used to trigger any side airbags that may be present.
  • the measuring range for this is approximately ⁇ 20 g. It follows that by combining the sensors required for the airbag control and for the driving stability control in the common housing 14, multiple use of the probe signals is made possible. Such a centralization is also advantageous with regard to the transmission of large amounts of data in motor vehicles via a data bus.
  • the respectively required sensor signals or measurement data can be seen from the second text column.
  • the formulas to be used for calculating the yaw rate in cases 1 to 5 can be seen from the third text column in FIG. 3, and the formula symbols used in these formulas from the fourth text column.
  • the last text column is provided for any comments regarding the measuring accuracy of individual calculation methods.
  • the system according to the invention for regulating the driving stability of a motor vehicle is described as follows. Signals from the wheel speed sensors 8-11, from the steering wheel angle sensor 19, if applicable.
  • the yaw rate sensor 18 and other sensors are evaluated by the control unit 12. This generates control signals with which the brake pressures acting on the individual wheels 4-7 of the motor vehicle 1 are controlled so that the driving state of the motor vehicle 1 remains stable. This means that, for example, the brakes do not lock, the wheels do not spin, the motor vehicle does not break out, etc.
  • the control device 12 is connected to the airbag control 17 and evaluates the signals from the acceleration sensor 16 of the airbag control.
  • the yaw rate sensor 18, the acceleration sensor 16 and the airbag control 17 are expediently housed together in the housing 14 arranged at the central point of the motor vehicle. Furthermore, active shock absorbers and steerable rear axles can be controlled and intervened in the engine control of the motor vehicle in order to adapt the engine torque to the driving situation, for example to temporarily reduce it when the drive wheels spin.
  • the yaw rate sensor 18 and its signals evaluated in the control device 12 can also be used in a vehicle navigation system.

Abstract

Signale von Raddrehzahlsensoren (8-11), von einem Lenkwinkelsensor (19), gfs. von einem Giergeschwindigkeitssensor (18) und von weiteren Sensoren werden von einem Steuergerät (12) ausgewertet. Dieses erzeugt Stellsignale, mit denen die auf die einzelnen Räder (4-7) des Kraftfahrzeugs (1) einwirkenden Bremsdrücke so gesteuert werden, daß der Fahrzustand des Kraftfahrzeugs stabil bleibt, daß zum Beispiel die Bremsen nicht blockieren, die Räder nicht durchdrehen, das Kraftfahrzeug nicht ausbricht usw. Das Steuergerät (12) ist mit einer Airbagsteuerung (17) verbunden und wertet die Signale eines Beschleunigungssensors (16) der Airbagsteuerung aus. Zweckmäßigerweise sind der Giergeschwindigkeitssensor (18), der Beschleunigungssensor (16) und die Airbagsteuerung (17) gemeinsam in einem an zentraler Stelle des Kraftfahrzeugs angeordneten Gehäuse (14) untergebracht. Des weiteren können aktive Stoßdämpfer und lenkbare Hinterachsen gesteuert und in die Motorsteuerung des Kraftfahrzeugs eingegriffen werden, um das Motordrehmoment an die Fahrsituation anzupassen, zum Beispiel um es bei durchdrehenden Antriebsrädern vorübergehend zu verringern.

Description

Beschreibung
System zum Regeln der Fahrstabilität eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein System nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein derartiges System wird zum Regeln der Fahr¬ stabilität von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Dazu werden die Signale von verschiedenen Sensoren ausgewertet, die Bewegun¬ gen des Kraftfahrzeugs messen, wie Nick-, Wank- und Gierbewe- gungen sowie Beschleunigungen und Verzögerungen. Es werden dabei verschiedene Sensoren, insbesondere RaddrehzahlSenso¬ ren, Lenkradwinkelsensoren, Giergeschwindigkeitssensoren und gegebenenfalls weitere Sensoren eingesetzt. Die Signale die¬ ser Sensoren werden in dem Fahrstabilitäts (FSR) -System aus- gewertet und daraufhin Stell- oder Steuersignale erzeugt, mit denen der auf die einzelnen Räder des Kraftfahrzeugs einwir¬ kende Bremsdruck gesteuert wird. Bestandteile der Fahrstabi- litätsregelung sind ein Antiblockiersystem und eine Antriebs¬ oder Antischlupfregelung.
Bei einem bekannten System zur Erhöhung der Beherrschbarkeit eines Kraftfahrzeugs (EP-B 0 446 234) sind die Sensoren und ein Steuergerät an verschiedenen Stellen des Fahrzeugs ange¬ ordnet . Dies erfordert einen nicht unerheblichen Gehäuse- und Verkabelungsaufwand für die einzelnen Bestandteile des Systems.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein System zur Fahrstabilitätsregelung zu schaffen, daß sich mit geringem Aufwand realisieren läßt und bei dem die von Kabelbrüchen und dergleichen herrührenden Gefahren möglichst gering sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt. Dadurch daß das Steuergerät mit einer Airbagsteuerung verbun¬ den ist, ergibt sich der Vorteil, daß die zum Messen der Fahrzeugbewegungen bestimmten Beschleunigungs- und Gierraten¬ sensoren im Fahrzeugmittelpunkt angeordnet werden können. Dieser liegt in der Regel in etwa auf dem Mitteltunnel hinter der Handbremse. Da bei Kraftfahrzeugen mit modernen zentralen Airbagsteuerungen diese üblicherweise an der genannten Stelle angeordnet sind, können nun verschiedene der benötigten Sen¬ soren und die Airbagsteuerung gemeinsam in einem Gehäuse un- tergebracht werden. Dadurch verringert sich der Gehäuseauf¬ wand, und außerdem können die an dieser Stelle bereits vor¬ handenen Kabelbäume und Stecker mit verwendet werden. Eine zusätzliche Einsparung ergibt sich daraus, daß der Airbag-Be- schleunigungssensor für die Fahrstabilitätsregelung mit ver- wendet wird.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an¬ hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen System zur Fahrstabilitätsregelung,
Figur 2 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise des Systems nach Figur 1, und
Figur 3 eine tabellarische Zusammenstellung verschiedener in dem System nach Figur 1 verwendbarer Methoden zur Be¬ rechnung der Gierrate oder Giergeschwindigkeit.
Ein Kraftfahrzeug 1, dessen Fahrtrichtung durch einen Pfeil 2 angedeutet ist, weist vier Räder 4, 5, 6 und 7 auf. Jedem der Räder ist ein Raddrehzahlsensor 8 (vorne links) 9 (vorne rechts) 10 (hinten links) und 11 (hinten rechts) zugeordnet. Die von diesen Sensoren gelieferten Signale gelangen über aus der Zeichnung ersichtliche Signalleitungen zu einem Steuerge¬ rät 12 und werden dort ausgewertet. Das Steuergerät 12 er- zeugt Stellsignale mit dem der auf die einzelnen Räder ein¬ wirkende Bremsdruck gesteuert wird. Das Steuergerät kann als Antiblockiersyste (ABS) , als Antriebsschlupfregelungssystem (ASR) , oder als kombiniertes ABS-ASR-Steuergerät ausgebildet sein. Solche Antiblockier- und Antriebsschlupfregelungs-Sy¬ steme sind in vielfacher Ausführung bekannt (vgl. z.B. die eingangs genannte Patentschrift) , sie werden deshalb hier nicht weiter beschrieben. Zusätzlich kann das Steuergerät eine Giermomentenregelung oder allgemein eine Fahrstabili¬ tätsregelung realisieren. Auch dabei werden Stellsignale er¬ zeugt, die den auf die einzelnen Rädern 4-7 einwirkenden Bremsdruck steuern. Des weiteren können aktive Stoßdämpfer und lenkbare Hinterachsen gesteuert und in die Motorsteuerung des Kraftfahrzeugs eingegriffen werden, um das Motordrehmo¬ ment an die Fahrsituation anzupassen, zum Beispiel um es bei durchdrehenden Antriebsrädern vorübergehend zu verringern.
Das Steuergerät 12 ist über eine Datenleitung 13, z.B. über einen VAN- oder CAN-Bus, mit einem Gehäuse 14 verbunden, das an zentraler Stelle angeordnet ist, d.h. möglichst in dem Fahrzeugmittelpunkt. Dieses zentrale Gehäuse 14 enthält min¬ destens einen Beschleunigungssensor 16 und eine Airbagsteue- rung 17. Diese Airbagsteuerung 17 löst einen oder mehrere in dem Kraftfahrzeug vorhandene Airbags im Falle eines Aufpralls oder einer Kollision des Kraftfahrzeugs aus. Es wertet dazu die Signale des Beschleunigungssensors 16 aus. Signale dieses Sensors werden hier auch für die Fahrstabilitätsregelung ver- wendet.
In dem zentralen Gehäuse 14 ist auch ein Giergeschwindig- keits- oder Gierratensensor 18 untergebracht, falls das Kraftfahrzeug einen solchen hat. Die Giergeschwindigkeit oder Gierrate läßt sich aber auch aus den Signalen anderer Senso¬ ren ermitteln, wie weiter hinten anhand von Figur 3 erläutert wird. Sehr vorteilhaft ist allerdings, daß die Funktion des Gierratensensors 18 durch Auswertung der Signale des Lenkrad¬ winkelsensors, des Beschleunigungssensors und/oder eines oder mehrerer Raddrehzahlsensoren überprüft werden kann. Es ist dadurch möglich, einen indirekten Selbsttest, auch als Plau- sibilitätstest bezeichnet, des Gierratensensors durchzufüh- ren, ohne daß dazu ein zusätzlicher konstruktiver oder schal¬ tungstechnischer Aufwand in dem Gierratensensor betrieben werden müßte.
Das Steuergerät 12 enthält eine Rechenschaltung 23 zum Be¬ rechnen der Gierrate Ω (Figur 2) , die auch als ein Algorith¬ mus ausgeführt sein kann, und einen Rechen- oder Programmbe¬ reich 24 zum Durchführen der Fahrstabilitätsregelung. Die Kommunikation zwischen diesen beiden Elementen des Steuerge- räts 12 ist durch einen bidirektionalen Pfeil 25 angedeutet. In der Rechenschaltung 23 werden die Signale der vier Rad¬ drehzahlsensoren 8 bis 11, die Signale des Lenkradwinkelsen¬ sors 19 und die Signale von zwei Beschleunigungssensoren, einem Längsbeschleunigungssensor 28 und einem Querbeschleuni- gungssensor 29 ausgewertet.
Die durch den Gierratensensor 18 gemessene Gierrate Ω wird, ggf. zusammen mit Selbsttestdaten des Sensors, über eine Signalleitung 26 an die Fahrstabilitätsregelung 24 und über eine Signalleitung 27 an die Rechenschaltung 23 übermittelt. In dieser wird mit Hilfe einer der nachfolgend zu beschrei¬ benden Berechnungsmethoden eine Plausibilitätsprüfung der Gierrate Ω durchgeführt. Ergibt sich, daß die Gierrate in Ordnung ist, wird dies über den Kommunikationskanal 25 der Fahrstabilitätsregelung 24 mitgeteilt, die dann den gemesse¬ nen Wert verwerten kann.
Für eine effektive Fahrstabilitätsregelung werden die Kompo¬ nenten der Kraftfahrzeugbeschleunigung in drei Raumachsen be- nötigt. Die Beschleunigungssensoren 17, 28 und 29 können als ein kombinierter Dreiachssensor mit folgenden Meßbereichen ausgeführt werden:
(1) in Fahrt- (x-)Richtung) mit einem Meßbereich von ± 50 g, (2) in Quer- (y-)Richtung mit einem Meßbereich von ± 5 g, und (3) in Richtung der Hochachse (z-Richtung) mit ± 5 g. Zum Messen der Beschleunigung in Fahrtrichtung wird der Be¬ schleunigungssensor 17 des Airbags (üblicherweise als Crash¬ sensor bezeichnet) verwendet. Die Messungen der Beschleuni¬ gung in Querrichtung können zum Auslösen von ggf. vorhandenen Seitenairbags verwendet werden. Hierfür beträgt der Meßbe¬ reich etwa ± 20 g. Daraus folgt, daß durch das Zusammenfassen der für die Airbagsteuerung und für die Fahrstabilitätsrege¬ lung benötigten Sensoren in dem gemeinsamen Gehäuse 14 eine Mehrfachausnützung der Sondensignale ermöglicht wird. Eine derartige Zentralisierung ist auch Vorteilhaft im Hinblick auf die Übertragung großer Datenmengen in Kraftfahrzeug über einen Datenbus.
Aus der Figur 3 sind verschiedene Methoden ersichtlich, nach denen die Giergeschwindigkeit oder Gierrate aus verschiedenen anderen im Kraftfahrzeug durch Sensoren erfaßten Größen be¬ rechnet werden kann. In der ersten Textspalte sind die zu messenden Größen aufgeführt:
1. die Raddrehzahlen (oder Radgeschwindigkeiten),
2. der Lenkradwinkel und eine Raddrehzahl,
3. der Lenkradwinkel und die Fahrzeuggeschwindigkeit,
4. die Längs- und die Querbeschleunigung,
5. die Beschleunigung und der Lenkradwinkel.
Aus der zweiten Textspalte sind die jeweils benötigten Sen¬ sorsignale oder Meßdaten ersichtlich. Die für die Berechnung der Gierrate in den Fällen 1. bis 5. zu verwendenden Formeln sind aus der dritten Textspalte von Figur 3 ersichtlich, und die in diesen Formeln verwendeten Formelzeichen aus der vier¬ ten Textspalte. Die letzte Textspalte ist für eventuelle Be¬ merkungen hinsichtlich der Meßgenauigkeit einzelner Berech¬ nungsmethoden vorgesehen.
Zusammenfassend sei das erfindungsgemäße System zum Regeln der Fahrstabilität eines Kraftfahrzeugs wie folgt beschrie¬ ben. Signale von den Raddrehzahlsensoren 8-11, von dem Lenk- radwinkelsensor 19, gfs. von dem Giergeschwindigkeitssensor 18 und von weiteren Sensoren werden von dem Steuergerät 12 ausgewertet. Dieses erzeugt Stellsignale, mit denen die auf die einzelnen Räder 4-7 des Kraftfahrzeugs 1 einwirkenden Bremsdrücke so gesteuert werden, daß der Fahrzustand des Kraftfahrzeugs 1 stabil bleibt. Das heißt, daß zum Beispiel die Bremsen nicht blockieren, die Räder nicht durchdrehen, das Kraftfahrzeug nicht ausbricht usw. Das Steuergerät 12 ist mit der Airbagsteuerung 17 verbunden und wertet die Signale des Beschleunigungssensors 16 der Airbagsteuerung aus. Zweck¬ mäßigerweise sind der Giergeschwindigkeitssensor 18, der Be¬ schleunigungssensor 16 und die Airbagsteuerung 17 gemeinsam in dem an zentraler Stelle des Kraftfahrzeugs angeordneten Gehäuse 14 untergebracht. Des weiteren können aktive Stoß- dämpfer und lenkbare Hinterachsen gesteuert und in die Motor¬ steuerung des Kraftfahrzeugs eingegriffen werden, um das Mo¬ tordrehmoment an die Fahrsituation anzupassen, zum Beispiel um es bei durchdrehenden Antriebsrädern vorübergehend zu ver¬ ringern.
Schließlich können der Gierratensensor 18 und dessen in dem Steuergerät 12 ausgewertete Signale auch in einem Fahrzeugna¬ vigationssystem verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. System zum Regeln der Fahrstabilität eines Kraftfahrzeugs (1) , das ein Steuergerät (12) aufweist, durch das die Signale von Raddrehzahlsensoren (8-11) und von einem Giergeschwindig¬ keitssensor (18) ausgewertet und Stellsignale erzeugt werden, mit denen der auf die einzelnen Räder (4-7) des Kraftfahr¬ zeugs einwirkende Bremsdruck gesteuert wird, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das Steuergerät (12) mit einer Airbagsteuerung (17) verbunden ist, daß in ihm die Signale von mindestens ei¬ nem Beschleunigungssensor (16) der Airbagsteuerung ausgewer¬ tet werden, und daß der Beschleunigungssensor (16) und die Airbagsteuerung (17) gemeinsam an zentraler Stelle des Kraft¬ fahrzeugs angeordneten sind.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Giergeschwindigkeitssensor (18) und der Beschleunigungssensor (16) in dem Gehäuse der Airbagsteuerung (17) untergebracht sind.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (12) mit der Airbagsteuerung (17) und den Senso¬ ren über einen Datenbus (13) verbunden ist.
4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Steuergerät (12) eine Rechenschaltung (23) enthält, durch die ein Selbsttest der Signale des Giergeschwindigkeitssensors (18) anhand einer Auswertung der Signale mehrerer anderer Sensoren (8 - 11, 28, 29) durchgeführt wird.
5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Steuergerät (12) Stellsignale erzeugt werden, mit denen aktive Stoßdämpfer gesteuert werden.
6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Steuergerät (12) Stellsignale erzeugt werden, mit denen eine lenkbare Hinterachse gesteuert wird.
7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Steuergerät (12) Stellsignale erzeugt werden, mit denen in die Motorsteuerung des Kraftfahrzeugs eingegriffen wird, um das Motordrehmoment an die Fahrsituation anzupassen.
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