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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität.
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Heftige
Lenk- und Gegenlenkaktionen bei z. B. Ausweichmanövern, Spurwechseln,
Freestyle u. dgl. können
bei hohem Reibwert zu Fahrzeuginstabilitäten führen. Bei Fahrzeugen mit hohem
Schwerpunkt besteht dabei vermehrt die Gefahr des Umkippens.
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Um
diesen Fahrzeuginstabilitäten
selbsttätig
entgegenzuwirken sind eine Vielzahl von Fahrstabilitätsregelungen
bekannt geworden. Unter dem Begriff Fahrstabilitätsregelung vereinigen sich
fünf Prinzipien
zur Beeinflussung des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs mittels vorgebbarer
Drücke
bzw. Bremskräfte
in oder an einzelnen Radbremsen und mittels Eingriff in das Motormanagement
des Antriebsmotors. Dabei handelt es sich um Bremsschlupfregelung
(ABS), welche während
eines Bremsvorgangs das Blockieren einzelner Räder verhindern soll, um Antriebsschlupfregelung
(ASR), welche das Durchdrehen der angetriebenen Räder verhindert,
um elektronische Bremskraftverteilung (EBV), welche das Verhältnis der
Bremskräfte
zwischen Vorder- und Hinterachse des Fahrzeugs regelt, um eine Kippregelung
(ARB), die ein Kippen des Fahrzeugs um seine Längsachse verhindert, sowie
um eine Giermomentregelung (ESP), welche für stabile Fahrzustände beim
Gieren des Fahrzeugs um die Hochachse sorgt.
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Mit
Fahrzeug ist also in diesem Zusammenhang ein Kraftfahrzeug mit vier
Rädern
gemeint, welches mit einer hydraulischen, elektro-hydraulischen
oder elektro-mechanischen Bremsanlage ausgerüstet ist. In der hydraulischen
Bremsanlage kann mittels eines pedalbetätigten Hauptzylinders vom Fahrer
ein Bremsdruck aufgebaut werden, während die elektro-hydraulischen
und elektro-mechanischen Bremsanlagen eine vom sensierten Fahrerbremswunsch
abhängige
Bremskraft aufbauen. Im Folgenden wird auf eine hydraulische Bremsanlage
bezug genommen. Jedes Rad besitzt eine Bremse, welcher jeweils ein
Einlassventil und ein Auslassventil zugeordnet sind. Über die
Einlassventile stehen die Radbremsen mit dem Hauptzylinder in Verbindung,
während
die Auslassventile zu einem drucklosen Behälter bzw. Niederdruckspeicher
führen.
Schliesslich ist noch eine Hilfsdruckquelle vorhanden, welche auch
unabhängig
von der Stellung des Bremspedals einen Druck in den Radbremsen aufzubauen
vermag. Die Einlass- und Auslassentile sind zur Druckregelung in
den Radbremsen elektromagnetisch betätigbar.
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Zur
Erfassung von fahrdynamischen Zuständen sind vier Drehzahlsensoren,
pro Rad einer, ein Giergeschwindigkeitsmesser, ein Querbeschleunigungsmesser
und mindest ein Drucksensor für
den vom Bremspedal erzeugten Bremsdruck vorhanden. Dabei kann der
Drucksensor auch ersetzt sein durch einen Pedalweg- oder Pedalkraftmesser,
falls die Hilfsdruckquelle derart angeordnet ist, daß ein vom
Fahrer aufgebauter Bremsdruck von dem der Hilfsdruckquelle nicht
unterscheidbar ist.
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Bei
einer Fahrstabilitätsregelung
wird das Fahrverhalten eines Fahrzeugs derart beeinflusst, dass
es für
den Fahrer in kritischen Situationen besser beherrschbar wird. Eine
kritische Situation ist hierbei ein instabiler Fahrzustand, in welchem
im Extremfall das Fahrzeug den Vorgaben des Fahrers nicht folgt.
Die Funktion der Fahrstabilitätsregelung
besteht also darin, innerhalb der physikalischen Grenzen in derartigen
Situationen dem Fahrzeug das vom Fahrer gewünschte Fahrzeugverhalten zu
verleihen.
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Während für die Bremsschlupfregelung,
die Antriebsschlupfregelung und die elektronische Bremskraftverteilung
in erster Linie der Längsschlupf
der Reifen auf der Fahrbahn von Bedeutung ist, fließen in die Giermomentregelung
(GMR) weitere Größen ein,
beispielsweise die Gierwinkelgeschwindigkeit und die Schwimmwinkelgeschwindigkeit.
Kippregelungen werten in der Regel Querbeschleunigungs- oder Wankgrößen aus
(
DE 196 32 943 A1 ).
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Wünschenswert
wäre es,
instabile Fahrsituationen, die vom Fahrer oftmals nicht beherrscht
werden, von vornherein zu vermeiden, so daß kritische Fahrsituationen
erst gar nicht entstehen können.
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Aus
der
DE 42 01 146 A1 ist
ein System für
die Vorhersage des Verhaltens eines Kraftfahrzeugs und für eine hierauf
basierende Steuerung bekannt, das über eine Vielzahl von Beschleunigungssensoren
verfügt, deren
Daten mittels komplexer Berechnungen ausgewertet werden.
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Weiterhin
ist in der älteren
DE 100 54 647 A1 ein
Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs vorgesehen,
bei dem in Abhängigkeit
von mehreren Eingangsgrößen Drücke für einzelne
Bremsen des Fahrzeugs ermittelt werden, so dass durch radindividuelle
Bremseingriffe die Fahrstabilität
erhöht
wird. Dabei wird bei einem stabilen Fahrverhalten ermittelt, ob anhand
eines hochdynamischen Anlenkens eine Tendenz zu einem nachfolgenden
instabilen Fahrverhalten vorliegt. Wird auf ein nachfolgendes instabiles
Fahrverhalten geschlossen, dann erfolgt in diesem Fall ein Bremsen-Voreingriff
bereits bei einem stabilen Fahrverhalten. Hierdurch wird eine kritische
Fahrsituation bereits beim Entstehen entweder vermieden oder auf
ein Maß reduziert,
daß sie
vom Fahrer beherrscht werden kann. Anhand der bei einem ESP-Regelungssystem
vorhandenen Bremsanlage und Sensorik, mit den Ausstattungselementen
vier Raddrehzahlsensoren
Drucksensor (P)
Querbeschleunigungssensor
(LA)
Gierratensensor (YR)
Lenkradwinkelsensor (SWA)
individuell
ansteuerbare Radbremsen
Hydraulikeinheit (HCU)
Elektronik-Steuereinheit
(ECU)
lässt
sich eine Vorhersage einer kritischen Fahrsituation und vorzugsweise
deren Vermeidung ohne zusätzliche
Sensoren realisieren. Dabei wird die kritische Fahrsituation anhand
eines hochdynamischen Anlenkens, bei dem der Lenkradwinkel als einzige
Messgröße erfasst
werden muß,
vorhergesagt. Eine Ermittlung der Lenkradwinkelgeschwindigkeit erfordert
dann nur geringe Zeit. Daher wird genau diese gemessene oder berechnete
Lenkradwinkelgeschwindigkeit zur Vorhersage eines instabilen Fahrverhaltens
herangezogen, um frühzeitig,
und zwar bevor andere Messgrößen eine
Vorhersage erlauben, korrigierende Schritte vornehmen zu können.
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Zur
frühzeitigen
Vorhersage von instabilen Fahrzuständen wird das hochdynamische
Anlenken in Abhängigkeit
von dem zeitlichen Verlauf der Lenradkwinkelgeschwindigkeit erkannt.
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Dabei
können
bei extremem Gegenlenken während
einer Kurvenfahrt mit hoher Querbeschleunigung durch die hohe Querdynamik
der Karosserie Wankbewegungen (aus- und einfedern) erzeugt werden.
Das Fahrzeug wird destabilisiert, mit der Gefahr des Kippens um
die Längsachse.
Die
DE 100 54 647 sieht
daher vor, das Verfahren so weiterzubilden, daß bei einer stabilen Kurvenfahrt
ermittelt wird, ob anhand der Lenkradwinkelgeschwindigkeit und der
Querbeschleunigung eine Tendenz zu einem nachfolgenden instabilen
Fahrverhalten vorliegt, und daß in
diesem Fall ein Bremsen-Voreingriff bereits bei einem stabilen Fahrverhalten
erfolgt. Dieses gattungsgemäße Verfahren
sieht eine Aktivierung des Bremsen-Voreingriffs beim Wechsel der Lenkrichtung
(Nulldurchgang des Lenkradwinkels = SWA(T
4)
vor, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
SWAP < Schwellenwert 5
und
LA > Schwellenwert
6
oder
SWAP > Schwellenwert
5 und
LA < Schwellenwert
6
mit SWAP = Lenkradwinkelgeschwindigkeit, LA = Querbeschleunigung.
Dabei kann der Richtungssinn (Definition des Vorzeichens), ob es
sich um eine Rechts- oder Linkskurve handelt, frei gewählt werden.
So kann beispielsweise die Bedingung SWAP < Schwellenwert 5 einem Wechsel von
einer Linkskurve nach einer Rechtskurve entsprechen. Während des
Eingriffs wird die übertragbare
Seitenkraft am Eingriffsrad stark reduziert und somit das Querbeschleunigungsniveau
abgesenkt.
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Der
Bremsen-Voreingriff wird beendet, wenn wenigstens eine der folgenden
Bedingungen erfüllt
ist:
- a.) |C1·SWAP + SWA| < Schwellenqwert9
und/oder
- b.) nach einem Gierratenmaximum wird ein Richtungswechsel (Nulldurchgang)
der Gierrate festgestellt
und/oder
- c.) eine maximale Eingriffszeitdauer ist überschritten.
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In
der Bedingung a.) wird zunächst
ein PD-Kriterium zur kombinierten Bewertung des Lenkradwinkelausschlags
(proportionaler Anteil P) und der Lenkradwinkelgeschwindigkeit (differenzierender
Anteil D) gebildet und dies mit dem Schwellenwert S9 verglichen.
Liegt das Kriterium oberhalb des Schwellenwertes, ist die Bedingung
also nicht erfüllt,
liegt die hochdynamische Gegenlenkbewegung zum betrachteten Zeitpunkt
weiterhin vor. Der Bremsen-Voreingriff kann daher fortgesetzt werden.
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Mit
der Bedingung b.) wird geprüft,
ob der Bremsen-Voreingriff
eventuell zu heftig war. Das ist dann der Fall, wenn das Fahrzeug
der vom Fahrer vorgegebenen Lenkbewegung überhaupt nicht mehr folgt,
d. h. die Gierrate einen Richtungswechsel (Nulldurchgang) vollzieht.
Eine Fortsetzung des Bremsen-Voreingriffs ist unter diesen Umständen nicht
sinnvoll.
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Bedingung
c.) sorgt für
eine zeitliche Begrenzung des Bremsen-Voreingriffs. Es ist zweckmäßig, die maximale
Eingriffszeitdauer in Abhängigkeit
von der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder von der gemessenen Querbeschleunigung
zum Beginn des Bremsen-Voreingriffs zu gestalten. Die maximale Eingriffszeitdauer
ist um so größer, je
größer die
Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. die Querbeschleunigung zum Eingriffsbeginn
ist.
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Die
bei dem extremen Gegenlenken (Gegenschwung) vorgesehenen Abbruchbedingungen
des Eingriffs der Fahrstabilitätsregelung
(ESP) während
eines Spurwechsels bei den Bedingungen b.) und c.) sehen vor, den
Eingriff bei einem detektierten Gierratenmaximum im wesentlichen
nach Ablauf eines Zeitraum gesteuert abzubrechen. Liegt nach Ablauf
der Eingriffszeit weiterhin eine querdynamisch kritische Situation
vor, d. h. lässt
der Fahrer einen Lenkradeinschlag nach Ende des Eingriffs bestehen,
den das Fahrzeug nicht umsetzen kann, so baut sich sehr schnell
die Querbeschleunigung wieder auf. Da ein erneuter Eingriff im Rahmen der
Fahrstabilitätsregelung
(Spurwechsellogik) nicht folgt, ist damit die Kippgefahr nicht vollständig gebannt. Meist
erfolgt nach Ende des Eingriffs sogar ein Untersteuereingriff, der
dann die Kippgefahr noch weiter steigern kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zur Regelung
der Fahrstabilität
derart weiterzubilden, daß eine
Kippgefahr des Fahrzeugs sicher ausgeschlossen werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe dadurch gelöst
dass ein Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs so durchgeführt wird,
dass bei einer stabilen Kurvenfahrt ermittelt wird, ob anhand der Lenkradwinkelgeschwindigkeit
und der Querbeschleunigung eine Tendenz zu einem nachfolgenden instabilen Fahrverhalten
vorliegt, und daß in
diesem Fall ein Bremsen-Voreingriff bereits bei einem stabilen Fahrverhalten erfolgt,
wobei der Bremsen-Voreingriff beendet wird, wenn wenigstens ein
Richtungswechsel (Nulldurchgang) der Gierrate nach einem Gierratenmaximum
festgestellt wird und eine modellbasierte Querbeschleunigung gleich
oder kleiner einem Grenzwert ist.
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Durch
das Verfahren wird der Bremsen-Voreingriff der erweiterten Fahrdynamikregelung
(Spurwechsellogik) erst dann beendet, wenn der Fahrer mit dem Lenkwinkel
ein Querbeschleunigungsniveau vorgibt, das unterhalb des aktuell
von der Fahrstabilitätsregelung
(ESP) eingestellten, d. h. vorzugsweise real gemessenen Querbeschleunigungsniveaus
liegt. Hierdurch wird vorteilhaft ein sofortiger erneuter Aufbau
einer kritischen Querbeschleunigung verhindert. Eine Kippgefahr
des Fahrzeugs um die Längsachse
wird sicher verhindert.
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Vorteilhaft
ist, dass der Grenzwert aus der gemessenen Querbeschleunigung des
Fahrzeugs ermittelt wird.
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Es
ist zweckmäßig, dass
die modellbasierte Querbeschleunigung durch den Fahrer über den
Lenkradwinkel vorgegeben wird.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, dass die modellbasierte Querbeschleunigung nach
der Beziehung
ermittelt wird, mit l = Abstand
der Fahrzeugzeugachsen (Radstand), a
q =
Fahrzeugquerbeschleunigung, v = Fahrzeuggeschwindigkeit, EG = Eigenlenkgradient
des Fahrzeugs, δ =
Lenkwinkel am Rad.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der
Bremseingriff erfolgt vorzugsweise an beiden Vorderrädern. Zum
einen kann dadurch ein größeres Gesamtbremsmoment
abgesetzt und damit das Fahrzeug stärker verzögert werden. Zum anderen müßte der Eingriff
am kurvenäußeren Vorderrad
so heftig ausfallen, daß das
dadurch erzeugte Giermoment zu groß werden würde. Mit dem Bremseingriff
am kurveninneren Vorderrad kann diesem zu großen Giermoment entgegengewirkt
werden.
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Bei
den beschriebenen Gegenlenkbewegungen folgt der Nulldurchgang der
Gierrate (T5) kurze Zeit nach dem Nulldurchgang
des Lenradkwinkels (T4), dem Beginn des
Eingriffs an beiden Vorderrädern.
Beim Nulldurchgang der Gierrate erfolgt ein Seitenwechsel des kurvenäußeren Vorderrades,
das durch den vorhergehenden Druckaufbau an beiden Vorderrädern bereits
Vorgefüllt
wurde, was die Druckdynamik erheblich erhöht und die Verzugszeit zwischen
Eingriffsbeginn und dem Erreichen des maximalen Bremsmoments drastisch
reduziert.
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Um
eine dem vorhergesagten instabilen Fahrverhalten angepaßte Korrekturmaßnahme während des stabilen
Fahrverhaltens zu aktivieren, erfolgt das mit dem Bremsen-Voreingriff
aufgebrachte Bremsmoment in Abhängigkeit
von der Fahrzeuggeschwindigkeit vRef und/oder
der Querbeschleunigung und/oder dem Lenkradwinkelgradienten. Dabei
erfolgt die Zeitdauer des Bremsen-Voreingriffs vorteilhaft in Abhängigkeit
von der Fahrzeuggeschwindigkeit VRef und/oder
der Querbeschleunigung und/oder dem Lenkradwinkelgradienten.
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Wesentliches
Element des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist die Bestimmung des Querbeschleunigungsniveaus, das durch den
vom Fahrer aktuell vorgegebenen Lenkwinkel ohne Eingriff der Fahrstabilitätsregelung
entstehen würde.
Dieser Wert könnte
z. B. aus dem Einspurmodell der ESP-Regelung abgeleitet werden.
Eine weitere, hier bevorzugte Ausführungsform ist die Bestimmung über die
stationären
querdynamischen Zustandsgleichungen. Hier ergibt sich aus der stationären, querdynamischen Übertragungsfunktion:
wobei
- ψ.
- – Gierrate des Fahrzeugs
- δ
- – Lenkwinkel am Rad
- l
- – Abstand der Fahrzeugzeugachsen
(Radstand)
- v
- – Fahrzeuggeschwindigkeit
- EG
- – Eigenlenkgradient des Fahrzeugs
und aus dem Kraftgleichgewicht in Fahrzeugquerrichtung ψ .
v = a9 (2) mit der Fahrzeugquerbeschleunigung
aq der gesuchte Zusammenhang zu:
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Sinkt
nun die nach Gleichung (3) bestimmte Querbeschleunigung unter die
real im Fahrzeug gemessene ab, so kann der Eingriff der erweiterten
Fahrstabilitätsregelung
(Spurwechsellogik) abgebrochen werden. Damit wird vermieden, dass
sich nach Beendigung des Eingriffs der erweiterten Spurwechsellogik
wieder ein kritisches Querbeschleunigungsniveau einstellt. Diese
Bedingung kann noch geeignet mit den folgenden weiteren Abbruchbedingungen
- a.) |C1·SWAP
+ SWA| < Schwellenwert
9 und/oder
- b.) die maximale Eingriffszeitdauer ist überschritten korreliert werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden
näher beschrieben.
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Es
zeigen
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1 ein
Beispiel eines doppelten Spurwechsels
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2 erfindungsgemäß ausgewertete
bzw. erzeugte Signalfolgen
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3 ein
Fahrzeug mit den Komponenten einer Fahrdynamikregelung
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1 zeigt
einen doppelten Spurwechsel, der beispielsweise gewünscht sein
kann, wenn plötzlich
einem Hindernis auszuweichen ist. 10 ist der gewünschte Kurs;
das Fahrzeug bewegt sich längs
der Positionen 11, 12, 13 und 14.
Hier werden verschiedene Situationen nacheinander durchlaufen. Um
den gewünschten Kurs
insbesondere bei höheren
Geschwindigkeiten zu durchfahren, ist zunächst ein hochdynamisches Anlenken
mit vergleichsweise großem
bzw. heftigem Lenkeinschlag der Vorderräder 15, 16 erforderlich
(Position 11). Anschließend erfolgt eine Rücklenkbewegung
mit Lenkradwinkelnulldurchgang (Position 12) und nachfolgender
Gegenlenkaktion zum Ende des ersten Spurwechsels (Position 13)
und weiter zum zweiten Spurwechsel (Position 14). Wird
ein solches Manöver
auf hohem Reibwert ungebremst durchfahren, wird das Fahrzeug typischerweise
zwischen Position 13 und Position 14 ab einer
bestimmten Kombination aus Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkdynamik
und Lenkamplitude zwangsweise instabil, d. h. es baut größere Schwimmwinkel
auf (> 2 Grad), die
für den
Fahrer nicht mehr beherrschbar sind. Insbesondere Fahrzeuge mit
hohem Fahrzeugschwerpunkt können
durch die auftretende Querdynamik zu Nick- und Wankbewegungen angeregt
werden, die im ungünstigsten
Fall zum Kippen des Fahrzeugs um die Längsachse führen können. Ein ESP-Regler kann das instabile
Fahrverhalten erkennen und korrigierend eingreifen, er kann jedoch
das Entstehen des instabilen Zustands nicht verhindern. Um diese
Gefahrensituation zu vermeiden, ist es notwendig, die Fahrzeuggeschwindigkeit
wie auch die Lenkdynamik erfindungsgemäß durch einen frühzeitigen
heftigen Bremseingriff zu reduzieren.
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2 zeigt
den Signalverlauf beim ersten Spurwechsel (Positionen 11 bis 13).
Befindet sich das Fahrzeug in der Position 17, weist es
ein stabiles Fahrverhalten auf, d. h. das Fahrzeug folgt der Fahrervorgabe ohne
merkliche Differenz, der Schwimmwinkel liegt bei 0 Grad. Die von
dem Regelungssystem der Bremsanlage zur Verfügung gestellten Signale |SWAP|
(Lenkradwinkelgeschwindigkeit), SWA (Lenkradwinkel), LA (Querbeschleunigung),
YR (Gierrate) und (Gierwinkelgeschwindigkeit) befinden sich bei
diesem stabilen Fahrzustand in einem Ruheband 18, das z.
B. durch eine Lenkradwinkelgeschwindigkeit kleiner 40 bis 200 Grad/s gekennzeichnet
ist. Wie 2 zeigt, kann die bezugnehmend
auf 1 geschilderte Situation (hochdynamisches Anlenken)
auftreten. Das hochdynamische Anlenken wird aus dem Verlauf der
Lenkradwinkelgeschwindigkeit |SWAP| zwischen dem Verlassen (Zeitpunkt
T1) und dem Eintritt (Zeitpunkt T3) in das Ruheband 18 ermittelt.
Ein eindeutiger Impuls des Lenkradwinkelgradienten SWAP charakterisiert
dabei ein hochdynamisches Anlenken, das anhand der folgenden Bedingungen
festgestellt wird:
- a.) |SWAPMAX|/(T2 – T1) > Schwellenwert
1
- b.) |SWAPMAX|/(T3 – T2) > Schwellenwert
2
- c.) |SWAPMAX| > Schwellenwert 3
mit |SWAP| =
Lenkradwinkelgeschwindigkeit, |SWAPMAX|
= Maximum der Lenkradwinkelgeschwindigkeit, T1 = Zeitpunkt
des Austritts der Lenkradwinkelgeschwindigkeit aus dem Ruheband 18,
T2 = Zeitpunkt des Maximums der Lenkradwinkelgeschwindigkeit,
T3 = Zeitpunkt des Eintritts der Lenkradwinkelgeschwindigkeit
in das Ruheband 18. Es wird also die durchschnittliche
Lenkradwinkelbeschleunigung bis zum Erreichen der maximalen Lenkradwinkelgeschwindigkeit
und die durchschnittliche Lenkradwinkelverzögerung bis zum Eintritt in das
Ruheband ermittelt. Liegt die Lenkradwinkelbeschleunigung oberhalb
eines Wertes im Bereich von 600 bis 2000 Grad/s2 (Schwellenwert
S1), die Lenkradwinkelverzögerung
oberhalb eines Wertes im Bereich von 800 und 2500 Grad/s2 (Schwellenwert S2) und der Absolutwert
des Maximums SWAPMAX oberhalb eines Wertes
im Bereich von 250 bis 600 Grad/s2 (Schwellenwert
S3), kann ein Anlenken als hochdynamisch eingeschätzt werden.
Die Lenkamplitude ist oberhalb S3 so groß, dass eine Tendenz zu einem
nachfolgenden instabilen Fahrverhalten (Fahrzustand) vorausgesagt
werden kann.
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Sind
die Bedingungen a.), b.) und c.) erfüllt und liegt zum Zeitpunkt
T3 des Eintritts der Lenkradwinkelgeschwindigkeit
der Absolutwert der Gierrate YR oberhalb eines Wertes im Bereich
von z. B. 20 bis 40 Grad/s (Schwellenwert 7) und die Querbeschleunigung
LA oberhalb eines Wertes im Bereich von z. B. 4,5 bis 8 m/s2 (Schwellenwert 8) wird der Bremseingriff
am kurvenäußeren Vorderrad 16 gestartet.
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3 zeigt
schematisch ein Fahrzeug mit einem Bremsregelungssystem. In 3 sind
vier Räder 15, 16, 20, 21 gezeigt.
An jedem der Räder 15, 16, 20, 21 ist
je ein Radsensor 22 bis 25 vorgesehen. Die Signale werden
einer elektronischen Komponente 28 zugeführt, die
anhand vorgegebener Kriterien aus den Raddrehzahlen die Fahrzeuggeschwindigkeit
vRef ermittelt. Weiterhin sind ein Gierratensensor 26,
ein Querbeschleunigungssensor 27 und ein Lenkradwinkelsensor 29 mit
der Komponente 28 verbunden. Jedes Rad weist außerdem eine
Radbremse 30 bis 33 auf. Diese Bremsen werden
hydraulisch betrieben und empfangen unter Druck stehendes Hydraulikfluid über Hydraulikleitungen 34 bis 37.
Der Bremsdruck wird über
einen Ventilblock 38 eingestellt, wobei der Ventilblock
von elektrischen Signalen fahrerunabhängig angesteuert wird, die
in der elektronischen Regelung 28 erzeugt werden. Über ein
von einem Bremspedal betätigten
Hauptzylinder kann von dem Fahrer Bremsdruck in die Hydraulikleitungen
eingesteuert werden. In dem Hauptzylinder bzw. den Hydraulikleitungen
sind Drucksensoren vorgesehen, mittels denen der Fahrerbremswunsch
erfaßt
werden kann.
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Durch
die Regelung 28 wird in dem Rad 16 der Bremsdruck
individuell eingestellt. Beobachtet wird die Fahrzeuggeschwindigkeit
vRef und die maximale Lenkradwinkelgeschwindigkeit
|SWAPMAX| anhand der vom Lenkradwinkelsensor 29 und
von den Radsensoren 22–25 abgegebenen
Signalen. Nach Maßgabe
der empfangenen Signale werden Ansteuersignale für die Ventile im Ventilblock 38 erzeugt.
Dadurch wird ein Bremsmoment erzeugt, das geschwindigkeits- und
SWAPMAX-abhängig ist. Je größer die
Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder SWAPMAX ist,
um so größer ist
das Bremsmoment. Durch das eingesteuerte Bremsmoment wird die Längskraft
am kurvenäußeren Vorderrad
erhöht,
die Seitenkraft jedoch nicht reduziert. Das Vorderrad 16 wird also
mit geringen Schlupfwerten betrieben. Dadurch wird das Fahrzeug
verzögert,
ohne die Lenkfähigkeit
zu stark einzuschränken.
Parallel zu dem eingesteuerten Bremsmoment werden auch alle Schwellenwerte
in Abhängigkeit
von der Fahrzeuggeschwindigkeit vRef und
der maximalen Lenkradwinkelgeschwindigkeit |SWAPMAX|
berechnet. Die Schwellenwerte S1–S9 werden bei zunehmender
vRef kleiner und bei zunehmendem Maximum
SWAP größer (Ausnahme
S3). Der Bremsen-Voreingriff
bleibt solange aktiv, solange nach einem hochdynamischen Anlenken
eine ebenfalls hochdynamische Rücklenkbewegung
vorliegt. Wenn die Bedingung (SWAPt – SWAPMAX|/(t – T2) > Schwellenwert
4 (z. B. ein Wert im Bereich von 800 bis 3000 Grad/s2)
erfüllt
ist, wird auf eine solche Rücklenkbewegung
geschlossen und der Bremsen-Voreingriff wird fortgesetzt. Er wird
beendet, sobald obige Bedingung nicht mehr erfüllt ist.
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Bei
extremem Gegenlenken während
einer Kurvenfahrt mit hoher Querbeschleunigung wird der Bremsen-Voreingriff
beim Wechsel der Lenkrichtung, also zum Zeitpunkt T4 des Nulldurchganges
des Lenkradwinkels, von der Regelung 28 aktiviert. Dabei
wird nach Maßgabe
der Bedingung
|SWAP| < 400
bis 1000 Grad/s2 (Schwellenwert 5) und
LA > 5 bis 10 m/s2 (Schwellenwert 6)
oder
|SWAP| > Schwellenwert 5 und
LA < Schwellenwert 6
durch
die Regelung 28 Bremsdruck vorzugsweise in den Vorderrädern 15, 16 individuell
eingestellt. Die beiden Bedingungen erfassen dabei den Übergang
von einer Links- zu einer Rechtskurve oder von einer Rechts- zu einer
Linkskurve, der vom Vorzeichen abhängig ist. Durch den Bremsen-Voreingriff an den
beiden Vorderrädern 15, 16 kann
eine Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit vRef bei
gleichzeitiger Verringerung der Seitenkraft des kurvenäußeren Rades 16 bei
dem noch stabilen Fahrverhalten eingeleitet werden. Das in den Bremsen
erzeugte Bremsmoment erfolgt wie vorstehend beschrieben in Abhängigkeit
von vRef. Beobachtet wird bei dem hochdynamischen
Gegenlenken in der Kurve zusätzlich
die Querbeschleunigung LA und der Lenkradwinkelgradient SWAP. Die
Querbeschleunigung zum Zeitpunkt T4 ist ein Maß dafür, wie stark das Fahrzeug auf
der kurvenäußeren Seite
eingefedert ist, d. h. wie viel Energie im Federsystem gespeichert
ist, die nach einem Kurvenwechsel beim Ausfedern Wankbeschleunigungsarbeit
verrichten kann. Der Lenkradwinkelgradient zum Zeitpunkt T4 gibt
an, wie schnell der Kurvenwechsel und damit der Richtungswechsel
der Zentrifugalkraft erfolgt. Die Überlagerung der Wankbeschleunigungen,
verursacht durch die Ausfederarbeit und den Richtungswechsel der
Zentrifugalkraft, kann zu den beschriebenen Fahrzeuginstabilitäten und
zum Kippen des Fahrzeugs um die Längsachse führen. Liegen Querbeschleunigung
und Lenkwinkelgradient im Zeitpunkt T4 betragsmäßig über den Schwellwerten S5 bzw.
S6 und liegen sie im Richtungssinn entgegengesetzt, ist ein Bremsen-Voreingriff
erforderlich.
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Der
Bremsen-Voreingriff wird nach Maßgabe der folgenden Bedingungen
beendet:
- a.) |C1·SWAP + SWA| < 40 bis 200 Grad
(Schwellenwert 9) mit C1 = 0,05 bis 0,4 s
- b.) nach einem Gierratenmaximum wird ein Richtungswechsel (Nulldurchgang)
der Gierrate festgestellt und eine modellbasierte Querbeschleunigung
gleich oder kleiner einem Grenzwert ist
- c.) die maximale Eingriffszeitdauer ist überschritten.
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In
a.) werden der Lenkradwinkelausschlag (proportionaler Anteil) und
die Lenkradwinkelgeschwindigkeit (differenzierender Anteil) mittels
eines PD-Kriteriums bewertet. Liegt das Bewertungsergebnis oberhalb
eines Wertes im Bereich von z. B. 40 bis 200/s (Schwellenwert 9),
liegt die hochdynamische Gegenlenkbewegung weiter hin vor, unterhalb
wird der Bremsen-Voreingriff
beendet.
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Weiterhin
wird der Bremsen-Voreingriff beendet, wenn das am kurvenäußeren Vorderrad 16 eingesteuerte
Bremsmoment zu hoch war. Dies wird dann angenommen, wenn nach einem
Bremsen-Voreingriff
die Gierrate einen Richtungswechsel (Nulldurchgang) vollzieht. Darüber hinaus
muß zum
Beenden des Bremsen-Voreingriffs
die Bestimmung des modellbasierten Querbeschleunigungsniveaus, das
durch den vom Fahrer aktuell vorgegebenen Lenkradwinkel ohne Eingriff
der Fahrstabilitätsregelung
entstehen würde,
kleiner/gleich einem Grenzwert sein. Sinkt nun die modellbasierte
Fahrzeugquerbeschleunigung unter die real im Fahrzeug gemessene
ab, so kann der Eingriff der erweiterten Fahrstabilitätsregelung
(Spurwechsellogik) abgebrochen werden. Damit wird vermieden, dass
sich nach Beendigung des Eingriffs der erweiterten Spurwechsellogik
wieder ein kritisches Querbeschleunigungsniveau einstellt.
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Der
modellbasierte Wert der Querbeschleunigung könnte z. B. aus dem Einspurmodell
der ESP-Regelung abgeleitet werden. Eine weitere, hier bevorzugte
Ausführungsform
ist die Bestimmung über
die stationären
querdynamischen Zustandsgleichungen. Hier ergibt sich aus der stationären, querdynamischen Übertragungsfunktion:
wobei
- ψ.
- – Gierrate des Fahrzeugs
- δ
- – Lenkwinkel am Rad
- l
- – Abstand der Fahrzeugzeugachsen
(Radstand)
- v
- – Fahrzeuggeschwindigkeit
- EG
- – Eigenlenkgradient des Fahrzeugs
und aus dem Kraftgleichgewicht in Fahrzeugquerrichtung ψ .
v = aq (2) mit der Fahrzeugquerbeschleunigung
aq der gesuchte Zusammenhang zu:
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Ferner
wird die Fahrzeuggeschwindigkeit vRef und
die Querbeschleunigung LA beobachtet und nach Maßgabe dieser Größen die
Eingriffszeitdauer des Bremsen-Voreingriff begrenzt. Die maximale
Eingriffszeitdauer ist um so größer, je
größer die
Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. die Querbeschleunigung zum Eingriffsbeginn
(T4) ist.
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Wie 2 zeigt,
folgt der Nulldurchgang der Gierrate YR zum Zeitpunkt T5 nach
dem Zeitpunkt T4 des Nulldurchgangs des
Lenkradwinkels SWA. Beim Nulldurchgang der Gierrate YR erfolgt in
Position 13 ein Seitenwechsel des kurvenäußeren Vorderrades
von 16 auf 15. Das Vorderrad 15 ist durch
den vorhergehenden Druckaufbau an beiden Vorderrädern 15 und 16 bereits
mit Hydraulikmittel vorbefüllt.
Dadurch wird die Druckdynamik erheblich erhöht. Das maximale Bremsmoment
wird unmittelbar in den Radbremsen 30–33 umgesetzt.
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Wurden
die beschriebenen Bremsen-Voreingriffe durchgeführt, so ist in Position 14 die
Fahrzeuggeschwindigkeit und damit die erforderliche Querdynamik
zum Durchfahren des Wunschkurses 10 soweit reduziert, daß nicht
mit einer erneuten Tendenz zu einer Fahrzeuginstabilität gerechnet
werden muß.
Der Verlauf der betrachteten Signale ähnelt um Position 14 dem
Verlauf in den Positionen 11 bis 13, jedoch werden
die Schwellwerte nicht erreicht. Somit erfolgt in Position 14 kein
Bremsen-Voreingriff.