DE10035180B4

DE10035180B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Fahrdynamikregelung

Info

Publication number: DE10035180B4
Application number: DE2000135180
Authority: DE
Inventors: Werner Frie
Original assignee: Individual
Current assignee: Frie Werner Dr 91080 Uttenreuth De
Priority date: 2000-07-20
Filing date: 2000-07-20
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2020-07-21
Also published as: DE10035180A1

Abstract

Verfahren zur Fahrdynamikregelung, wobei aus einem Lenkwinkel und/oder einem Lenkradwinkel und einer Geschwindigkeit ein Sollwert für eine Drehrate eines Fahrzeuges ermittelt wird und mit einem Istwert verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingriff zur Verringerung einer Abweichung eines Istwertes der Drehrate vom Sollwert der Drehrate erfolgt, indem in eine Antriebsleistung eines oder mehrerer Räder derart eingegriffen wird, dass ein vorzeichenrichtiges Drehmoment durch die Antriebsleistungsverteilung bewirkt/erhöht wird.

Description

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Fahrdynamikregelung, mit der die Lenkung durch einen Eingriff in die Bremse unterstützt wird. Auf die Räder eines Fahrzeuges wirken im Allgemeinen Längskräfte zum Beschleunigen und Verzögern und Querkräfte zum Lenken. Die Idee der Erfindung zielt darauf ab Querkräfte der Räder, die zum Lenken erforderlich sind, durch Längskräfte der Räder zu ersetzen durch eine gezielten (getrennten) Eingriff in die Bremse der rechten/linken Räder und/oder das Beschleunigen einzelner angetriebener Räder. Dieses System müsste dann nicht mehr ein passives Sicherheitssystem sein, sondern könnte permanent aktiv sein und die gewünschten Lenkbewegungen des Fahrers unferstützen.
Das elektronische Stabilitätsprogramm ESP ist als passives Sicherheitssystem bekannt, das ein Ausbrechen des Fahrzeughecks und/oder ein Umkippen verhindern soll.

Als nahestliegende Veröffentlichung wird die DE 197 21 299 A1 betrachtet. Aus der DE 197 21 299 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei der in jedem Fall eine Bestimmung der Antnebskraftverteilung (Verteilbetrag) erfolgt und durch den Eingriff dieser Verteilbetrag zwischen rechts und links nur erniedrigt wird. Insbesondere wird in der DE 197 21 299 A1 stets ein Bestimmungsschritt für die tatsächliche Kraftverteilung gefordert im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung. Es soll also niemals ein Ungleichgewicht zwischen rechts und links geschaffen werden. In der DE 197 21 299 A1 wird offensichtlich von einer Antriebseinheit mit einer angetriebenen Achse ausgegangen, wobei nur das Übersteuern korrigiert werden soll.

In der DE 198 12 238 A1 wird ein Verfahren zur Regelung des Gierverhaltens eines Fahrzeugs beschrieben, bei dem nur Eingriffe in den Lenkregler und den unabhängigen Bremsregler genannt werden. Ein Eingriff in eine Motorsteuerung wird in keiner Stelle in der DE 198 12 238 A1 angesprochen – noch das dieser aus der Zeichnung entnommen werden kann.

Aus der DE 197 33 674 A1 ist ein Verfahren zur Erhöhung der Fahrstabilität eines Kraftfahrzeuges bekannt, welches im wesentlichen auf ein Antischlupfregelsystem aufbaut und in die Motorsteuerung und Bremse eingreift Insbesondere wird in der DE 197 33 674 A1 explizit daraufhingewiesen, dass nur Raddrehzahlsensoren verwendet werden "unter Verzicht auf zusätzliche Sensoren"(Spalte 1, Zeile 28). Auf die erhöhte Übersteuertendenz bei Heckantrieb wird hingewiesen, – jedoch wird keine Lösung diskutiert wie das System bei Allradantrieb Über- oder Untersteuertendenz erkennen kann, da keine Rad-unabhängigen Sensoren verwendet werden sollen. Insbesondere wird in der DE 197 33 674 A1 zusätzlich zu den Motoreingriffen immer ein zusätzliches Bremsen vorausgesetzt.

Aus der DE 198 30 561 A1 ist eine Vorrichtung zur Regelung des Fahrverhaltens bekannt, welche nur Eingriffe in die Bremse vorsieht. Ein Eingriff ins Motormanagement wird nicht genannt. Ferner wird das Fahrzeug im wesentlichen als Massenpunkt betrachtet mit einer Drehachse um das gebremste Rad zur Drehmomentermittlung, so dass Kräfte zur Änderung des Drehimpulses um den Fahrzeugschwerpunkt bei schneller Lenkbewegung unberücksichtigt bleiben.

Aus der DE 198 02 041 A1 ist ein Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeuges im Sinne einer Umkippvermeidung bekannt. Allgemein wird jedoch bei Fahrdynamiksystemen zwischen einer Überschlagsvermeidung und einer Giermomentregelung unterschieden. Auf Grund der in der DE 198 02 041 A1 ermittelten Kippgröße soll insbesondere durch ein eingeprägtes Giermoment mittels der Bremsen der Kurvenradius des Fahrzeuges aufgeweitet werden, – somit soll auch keine Untersteuertendenz – wie bei einer Giermomentregelung – korrigiert werden.

Aus der DE 43 25 413 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Fahrverhalten charakterisierenden Größen bekannt, wobei jedoch kein Eingriff in die Motorsteuerung genannt wird.

Aus der DE 198 44 467 A1 ist ein Verfahren bekannt zum Steuern bzw. Regeln des Motors und des Bremssystems. Es handelt sich somit um eine Kombinationsregelung von Motor und Bremse. Die Bremse unterliegt durch das System zweifelsfrei einem Verschleiß.

Aus der DE 198 44 912 A1 ist eine Vorrichtung bekannt zur Beeinflussung des Vortriebes in Abhängigkeit einer Querbeschleunigungsgröße. Auf jeden Fall ist in der DE 198 44 912 A1 nie die Rede von einem Soll-/Ist-Wert-Vergleich für z.B. die Gierrate.

Aus der DE 198 30 190 A1 ist ein Verfahren bekannt zur Begrenzung der Querbeschleunigung im Sinne einer Umkippvermeidung (Spalte 1, Zeile 7- 13). Eine solche „Roll-over-protektion" ist jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Ferner wird darauf verwiesen, dass die Hangabtriebskraft als Störgröße in der Querbeschleunigung für die Zentrifugalkraft eingehen kann. Der Lenkwinkel als Fahrerwunsch bleibt unberücksichtigt bei einer Kippvermeidung.

Aus der DE 197 49 005 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, die mindestens eine Regelungsvorrichtung betrifft mit „Regelungseingriffen in die Lenkung" und aus insgesamt mindestens zwei Regelungsvorrichtungen besteht. Das in der DE 197 49 005 A1 genannte "Überlagerungsgetriebe" fehlt der hier vorliegenden Erfindung als Merkmal vollständig.

Beschreibung
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Fahrdynamikregelung, mit der die Lenkung durch einen Eingriff in die Bremse unterstützt wird. Auf die Räder eines Fahrzeuges wirken im Allgemeinen Längskräfte zum Beschleunigen und Verzögern und Querkräfte zum Lenken. Die Idee der Erfindung zielt darauf ab Querkräfte der Räder, die zum Lenken erforderlich sind, durch Längskräfte der Räder zu ersetzen durch einen gezielten (getrennten) Eingriff in die Bremse der rechten/linken Räder und/oder das Beschleunigen einzelner angetriebener Räder. Dieses System müsste dann nicht mehr ein passives Sicherheitssystem sein, sondern könnte permanent aktiv sein und die gewünschten Lenkbewegungen des Fahrers unterstützen.
Ein solcher Effekt wir schon genutzt von einem Motorradfahrer mit Beiwagen, der vor einer Linkskurve bremst und beim Ausfahren aus der Kurve wieder Gas gibt (umgekehrt bei Rechtskurven), oder im Falle eines Segelbootes beim Bau eines Notruders, oder beim Motorbootfahren mit zwei getrennten Motoren/Schrauben oder bei einem Kettenfahrzeug (Panzer), dass durch getrenntes Gasgeben gesteuert wird.
Im Fall eines normalen Kfzs mit vier Reifen besteht das Problem, dass durch zu schnelles Einlenken vor altem auf glatter Fahrbahn es passieren kann, dass das Fahrzeug über die Lenkung schiebt, da die Querkräfte nicht ausreichen so schnell den Drehimpuls aufzubauen, wie die Lenkung den Lenkwinkel verändert. In diesem Falle könnte durch einen Eingriff in die Bremse auf einer Seite des Fahrzeugs die Veränderung des Drehimpulses unterstützt werden.
Zu jedem Wertepaar von Lenkwinkel und Geschwindigkeit gehört eine bestimmte Drehrate bei einem Fahrzeug. Stimmt die Soll-Drehrate und die Ist-Drehrate nicht in einem gewissen Rahmen überein, so hat das Fahrzeug einen großen Schräglaufwinkel an mindestens einem Rad und das Fahrzeug unter-/übersteuert. Das System kann nun getrennt in die Bremse einzelner Räder rechts/links des Fahrzeugs eingreifen, um die Drehrate (→Drehimpuls) dem Lenkwinkel und der Geschwindigkeit anzupassen. Zu geringe Querkräfte an den Reifen können so durch Längskräfte ersetzt werden. Der Fahrer gibt somit – mit der gewählten Geschwindigkeit und dem gewählten Lenkradeinschlag – eine gewünschte Drehrate des Fahrzeuges vor, das System versucht nun permanent eine Abweichung (SoII/Ist) ab einem bestimmten Wert zu korrigieren.
Eine schnelle Bewegung am Lenkrad – gerade im Grenzbereich eines Fahrzeuges – kann ein Schleudern zur Folge haben, da die Querkräfte (aufgrund der Zentripetalkraft) nicht mehr ausreichen um den Drehimpuls des Fahrzeuges so schnell zu ändern. In diesem Fall greift das System gleichzeitig zur Lenkung in die Bremse ein um die Kräfte für die Drehimpulsänderung durch Längskräfte aufzubringen.
Von dem System kann als zusätzliche Information noch die Aufstandskraft (z.B. durch die Eintauchtiefe der Stoßdämpfer) der Räder sowie die Querbeschleunigung des Fahrzeuges benutzt werden. Durch eine geeignete Auswertung kann so ermittelt werden, welches Rad noch größere Längskräfte aufnehmen könnte. Bei geeigneter Regelung kann so sichergestellt werden, dass wenn das Fahrzeug aus der Kurve fliegt, auch wirklich alle Räder gleichzeitig die Bodenhaftung verloren haben und man definitiv den Grenzbereich überschritten hat.

Aufgabe der Erfindung ist es jedes Über-/Untersteuern des Fahrzeuges durch einen großen Schräglaufwinkel an den Rädern zu beseitigen. Vor allem bei schneeglatter Fahrbahn gibt der Fahrer mit dem Lenkrad (beim Schleudern) eine gewünschte Drehrate vor und das Fahrzeug stabilisiert sich wieder selber um diesen Wert, wodurch dem ungeübten Fahrer auch ein Gegenlenken erspart bleiben kann.

Vorteilhafte Ausführungsvarianten sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Unter einer hydraulischen Kupplung ist eine nass(laufend)e Kupplung zu verstehen.

Claims

Verfahren zur Fahrdynamikregelung, wobei aus einem Lenkwinkel und/oder einem Lenkradwinkel und einer Geschwindigkeit ein Sollwert für eine Drehrate eines Fahrzeuges ermittelt wird und mit einem Istwert verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingriff zur Verringerung einer Abweichung eines Istwertes der Drehrate vom Sollwert der Drehrate erfolgt, indem in eine Antriebsleistung eines oder mehrerer Räder derart eingegriffen wird, dass ein vorzeichenrichtiges Drehmoment durch die Antriebsleistungsverteilung bewirkt/erhöht wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass eine Abweichung der Soll-Drehrate von der Ist-Drehrate des Fahrzeuges ab einem bestimmten Schwellwert durch einen zusätzlichen Eingriff in die Bremse korrigiert wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1. und/oder 2., dadurch gekennzeichnet, dass bei schneller Lenkbewegung in der Nähe des Grenzbereiches der Drehimpuls durch einen Eingriff in die Bremse verändert wird und somit die Querkräfte der Räder zum Verändern des Drehimpulses nicht weiter ansteigen lässt.
Verfahren nach Patentanspruch 1. und/oder 2. und/oder 3., dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der möglichen Kraftaufnahme eines Rades (Längs-/Querkraft) die Aufstandskraft benützt wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1. und/oder 2. und/oder 3., dadurch gekennzeichnet, dass eine Querbeschleunigung gemessen wird um zu ermitteln, ob alle Räder einen erhöhten Schräglaufwinkel haben.
Verfahren nach Patentanspruch 4., dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufstandskraft der Räder durch die Eintauchtiefe der Stoßdämpfer gemessen wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass die Motorleistung durch eine hydraulische Kupplung auf die einzelnen Räder verteilt wird.
Vorrichtung gemäß dem Verfahren der Patentansprüche 1-7 zur Ausführung des Verfahrens.