DE102006012783A1

DE102006012783A1 - Warnsystem für ein radgetriebenes Fahrzeug

Info

Publication number: DE102006012783A1
Application number: DE200610012783
Authority: DE
Inventors: Bertin Dufaux; Thomas Dufaux
Original assignee: Dufaux Bertin Prof Dr med
Current assignee: Dufaux Bertin Prof Dr med
Priority date: 2006-03-21
Filing date: 2006-03-21
Publication date: 2007-09-27
Also published as: WO2007107430A1

Abstract

Ein Fahrzeug ist mit einem Schlupferkennungssystem ausgestattet. Dieses misst die Geschwindigkeit eines angetriebenen Rades (22) und die Absolutgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Anhand der Differenz wird der Schlupf berechnet. Für die Auswertung des Schlupfwertes gibt es verschiedene Möglichkeiten. Vorzugsweise wird der Schlupf in Beziehung gesetzt zu einem idealen Radschlupf, der bei einem neuen Fahrzeug mit neuen Reifen und einer definierten Fahrbahnoberfläche auftritt. Der Fahrer wird frühzeitig über einen zu hohen Schlupf, wie er insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten auftreten kann, informiert. Der Fahrer kann ebenfalls eine Einstellung wählen, bei der ein Überschreiten eines kritischen (zu hohen) Radschlupfes eine Verringerung der Fahrgeschwindigkeit verursacht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Warnsystem für ein radgetriebenes Fahrzeug.

Bei dem Komfort moderner Limousinen gibt es kaum noch Warnungen bei sich verändernder Straßenlage oder bei nicht angepasster Geschwindigkeit. Bei früheren Fahrzeuggenerationen konnte der Fahrer anhand des Fahrverhaltens des Fahrzeugs beurteilen, ob die Reifenhaftung auf der Fahrbahn ausreichend war, um eine sichere Fahrweise zu ermöglichen. Der steigende Fahrkomfort und die zunehmende Autotechnik haben den Fahrer gewissermaßen entmündigt. Stabilisationssysteme wie ESP sollen zwar eine Anpassung der Fahrzeugeigenschaften an die jeweilige Fahrsituation ermöglichen, jedoch wird der Fahrer in Wirklichkeit dazu angeregt, das Fahrzeug über dessen Grenzen hinweg zu fahren, indem er glaubt, dass die Fahrzeugautomatik ihm genügend Sicherheit verschafft.

Ein wesentlicher Aspekt für die Fahrzeugsicherung ist der Radschlupf. Dieser entsteht zwischen dem Gummireifen und der Fahrbahnoberfläche auf der die gummibereiften Räder des Fahrzeuges abrollen. Der Radschlupf wird durch eine Reihe von Faktoren beeinflusst, wie Adhäsion, Hysterese, Kohäsion und Viskose-Reibung. Die klassischen Reibungsgesetze der Physik können bei Gummireifen nicht angewendet werden, da Gummi ein viskoelastisches Verhalten hat. Es ist von vielen Komponenten der Gummimischung abhängig. Der Radschlupf, der unter anderem beim Beschleunigen und Bremsen auftritt, entsteht bei der Relativgeschwindigkeit zwischen der Umfangsfläche des Reifens und der Fahrzeuggeschwindigkeit. Diese Differenz wird in Prozenten der Fahrzeuggeschwindigkeit angegeben. Beispielsweise beträgt bei einem blockierenden Rad der Radschlupf 100%.

Radschlupf tritt nicht nur beim Beschleunigen und Bremsen auf sondern auch bei normalem Fahrbetrieb. Eine deutliche Zunahme ergibt sich im allgemeinen ab einer Geschwindigkeit von etwa 100 km/Std. Bei höheren Geschwindigkeiten kann der Schlupf stark ansteigen. Der Radschlupf verschlechtert die Straßenhaftung des Fahrzeugs, ohne dass der Fahrer dies überhaupt bemerkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Informations- oder Frühwarnsystem zu schaffen, welches dem Fahrer frühzeitig Informationen über das Erreichen eines kritischen Fahrzeugzustandes vermittelt.

Das erfindungsgemäße Warnsystem ist durch den Patentanspruch 1 definiert. Hiernach weist das radgetriebene Fahrzeug eine Einrichtung zur Ermittlung des Radschlupfes zwischen mindestens einem angetriebenen Rad und der Fahrbahn auf und es ist ein Gerät vorgesehen, das bei Überschreiten eines kritischen Schlupfes ein Warnsignal und/oder eine Verlangsamung des Fahrzuges hervorruft.

Grundlage der Erfindung ist die Erfassung des Radschlupfes mindestens eines angetriebenen Rades, wobei der Radschlupf anhand der Umfangsgeschwindigkeit des Fahrzeugs und der absoluten Fahrzeuggeschwindigkeit (in Bezug auf die Fahrbahn) ermittelt wird. Die Absolutgeschwindigkeit kann auf verschiedene Weise gefunden werden, nämlich durch Messung der Umfangsgeschwindigkeit eines nicht-angetriebenen Rades, durch einen Sensor, der die Straße oder die Umgebung abtastet oder durch Positionsermittlung mit einem Navigationssystem. Der Radschlupf entspricht der Differenz zwischen dem gefahrenen Weg und der aufgrund der Radumdrehungen rechnerisch ermittelten Strecke.

Die Haftung der Reifen auf der Fahrbahn kann verändert werden durch

– Wettersituation,
– Straßenqualität,
– Reifenverschleiß, Profiltiefe und – aufbau der Reifen,
– Auswuchtung der Räder (ungleiche Massenverteilung).

Im einfachsten Fall besteht der kritische Schlupf in einem Grenzwert des Schlupfes, dessen Überschreiten ein Warnsignal verursacht. Andererseits besteht auch die Möglichkeit, den kritischen Schlupf unter Berücksichtigung der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit zu definieren, also keinen festen Grenzwert anzunehmen, sondern einen Grenzwert, der entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit variiert. Im Allgemeinen wird nämlich der Schlupf umso höher sein, je größer die Fahrzeuggeschwindigkeit ist.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, den (kritischen) Schlupf anhand einer Referenzkurve zu bestimmen, die einem idealen Radschlupf entspricht. Dies ist eine Kurve, die in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit den Schlupf bei einem neuen Fahrzeug mit neuen Reifen und idealen Bedingungen angibt. Zu diesem geschwindigkeitsabhängigen Radschlupf kann der gemessene Radschlupf in eine Beziehung gesetzt werden, die dann auch den kritischen Schlupf definiert. Beispielsweise liegt der kritische Schlupf um einen vorbestimmten Betrag oder um einen vorbestimmten Prozentsatz höher als der ideale Radschlupf.

Im Allgemeinen hilft es dem Fahrer eines Fahrzeugs nicht, wenn jeder nur kurzzeitig auftretende Radschlupf zu einer Auslösung des Warngerätes führt. Wenn das Fahrzeug auf einer Öllache ausrutscht, bemerkt dies der Fahrer von selbst. Durch das zusätzliche Ansprechen des Warngerätes wird er eher irritiert, so dass seine Reaktion zur Stabilisierung des Fahrzeugs beeinträchtigt wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der gemessene Radschlupf oder ein davon abgeleiteter Parameter über eine Fahrstrecke oder eine Fahrzeit integriert wird, wobei der Integrationswert als Messgröße zum Vergleich mit dem kritischen Schlupf ausgewertet wird. Hierbei werden die Schlupfgrößen über längere Strecken, z. B. 2, 5, 10 oder 20 km, integriert und in einen "Index" verwandelt, der dem Fahrer eine Vorstellung der Haftung der Reifen vermittelt.

Es besteht auch die Möglichkeit, die Warnfunktion bzw. die Schlupfmessfunktion nur ab einer vorgegebenen Geschwindigkeit in Betrieb zu setzen. Hierbei erfolgen entsprechende Warnungen erst ab einer Geschwindigkeit von z. B. 100 km/Std. Auf diese Weise ist das Warngerät bei unkritischen Situationen inaktiv.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
1 Eine graphische Darstellung des Radschlupfes über der Fahrzeuggeschwindigkeit,
2 die Situation bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 170 km/Std. bei unterschiedlichen Radschlupfbedingungen und
3 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das mit dem Warnsystem ausgestattet ist.
1 zeigt die Abhängigkeit des Radschlupfes von der Geschwindigkeit. Generell steigt der Radschlupf mit zunehmender Geschwindigkeit etwa exponentiell an. Die Kurve 10 gibt den "idealen Radschlupf" an. Die Kurve stellt eine Referenzkurve dar, die beispielsweise für den Fall neuer Reifen und Fahrens auf trockener Straße mit einem idealen Belag gilt. Anhand dieser Referenzkurve werden dann die gemessenen Werte des Schlupfes bewertet.
Der Punkt 12 bezeichnet einen Punkt in dem Diagramm, der bei einer Geschwindigkeit von 170 km/Std. den gemessenen Radschlupf angibt. Der Punkt 12 liegt über der Kurve 10, woraus ersichtlich ist, dass keine Idealbedingungen vorliegen.
Die Kurven 14 beziehen sich auf jeweils einen "kritischen Schlupf". Jeweils eine dieser Geraden ist auswählbar, um den Grenzwert des Schlupfes zu bezeichnen, bei dem das Warngerät anspricht.
2 zeigt die Verhältnisse von 1 bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 170 km/Std. Erkennbar ist der gemessene Radschlupf 12, der Wert der Referenzkurve 10 und der jeweilige kritische Schlupf 14. Bei der dargestellten Schlupfsituation erfolgt kein Ansprechen des Warngerätes.
In 3 ist ein Fahrzeug 20 dargestellt, welches zwei angetriebene Räder 22, z. B. die Hinterräder, aufweist und zwei nicht-angetriebene Räder 24. Ein angetriebenes Rad 22 ist mit einem Drehsensor 26 versehen, der auf Umdrehungen des Rades oder auf Markierungen, die an dem Rad angebracht sind, reagiert. Ein weiterer Sensor 28 ermittelt die Rotationsgeschwindigkeit des nicht-angetriebenen Rades 24. Aus den bekannten Reifendurchmessern der Räder 22, 24 berechnet ein Warngerät 30 die Radgeschwindigkeit des angetriebenen Rades 22 und die absolute Fahrzeuggeschwindigkeit. Das Warngerät 30 berechnet den Radschlupf. Außerdem verarbeitet das Warngerät die folgenden Variablen:

– Geschwindigkeit, so dass erst ab einer gewissen Geschwindigkeit die Warnfunktion in Betrieb gesetzt wird,
– Beschleunigung, wobei unterhalb einer bevor bestimmten Beschleunigung keine Warnfunktion erfolgt,
– Betätigung der Bremsen,
– Durchdrehen der Reifen, wobei im Falle des Durchdrehens der Radschlupf nicht berechnet wird,
– Radumfang (Felgendurchmesser = Zoll-Code),
– Reifentyp (Sommer- oder Winterreifen),
– Reifenluftdruck,
– Reifentemperatur,
– Radlast,
– Zahl und Ausprägung der Kurven,
– ggf. Luftwiderstand des Fahrzeugs.

Mit Hilfe dieser Parameter und der gemessenen Werte kann die Warnfunktion ausgeübt werden. Das Warngerät 30 verfügt beispielsweise über einen Bildschirm, bei dem es sich um den allgemeinen Informationsbildschirm des Fahrzeugs handeln kann. Es kann auch kontinuierlich den Schlupf als prozentuale Größe der Fahrzeuggeschwindigkeit oder als Abweichung von der Referenzkurve angeben. Generell umfasst das Warngerät 30 entweder einen Bildschirm oder eine numerische Schlupfanzeige oder eine einfache Warnleuchte und/oder ein akustisches Warngerät.
Bei Schnee oder Schneeregen kann der Fahrer eine Einstellung wählen, bei der ein Überschreiten eines kritischen Schlupfwertes eine Verlangsamung des Fahrzeugs, z. B. durch Drosselung der Kraftstoffzufuhr, bewirkt.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Fahrer unterschiedliche Straßenverhältnisse einstellen kann, wozu eine Position "Trockene Straße/Regen" und eine weitere Position "Schnee/Schneeregen" gehören. In jeder dieser Positionen wird der Radschlupf über eine bestimmte Entfernung hinweg, z. B. über 10 km, integriert. Wenn das Integral einen Schwellenwert erreicht, wird ein Signal erzeugt und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit begrenzt oder verlangsamt. Der Integrationsweg oder auch die Integrationszeit richtet sich nach der jeweiligen Position. Je kritischer die Straßenverhältnisse sind, umso kürzer ist der Integrationsweg bzw. die Integrationszeit. Bei einer solchen Integralbildung würde auch berücksichtigt, dass häufig in kurzen Abständen die Straßenverhältnisse wesentlichen Änderungen unterliegen können, beispielsweise wenn nasse und durch Schneematsch bedeckte Strecken in Abwechslung aufeinander folgen. In solchen Fällen ist ein aktives System vorzuziehen, das die Geschwindigkeit reduziert bzw. begrenzt, im Gegensatz zu einem bloßen Informationssystem.

Claims

Warnsystem für ein radgetriebenes Fahrzeug, mit einer Einrichtung zur Ermittlung des Radschlupfes zwischen mindestens einem angetriebenen Rad (22) und der Fahrbahn, und einem Gerät (30), das bei Überschreiten eines kritischen Schlupfes ein Warnsignal und/oder eine Verlangsamung erzeugt.
Warnsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radschlupf durch Vergleich der Umfangsgeschwindigkeit eines angetriebenen Rades (22) mit der Absolutgeschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt wird.
Warnsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absolutgeschwindigkeit des Fahrzeugs anhand der Drehgeschwindigkeit eines nicht-angetriebenen Rades (24) ermittelt wird.
Warnsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absolutgeschwindigkeit durch Abtasten der Fahrbahn ermittelt wird.
Warnsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absolutgeschwindigkeit mit einem satellitengestützten Navigationssystem ermittelt wird.
Warnsystem nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der gemessene Radschlupf in Beziehung gesetzt wird zu einem idealen Radschlupf und der kritische Schlupf anhand dieser Beziehung definiert wird.
Warnsystem nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass der gemessene Radschlupf oder ein davon abgeleiteter Parameter über eine Fahrstrecke oder eine Fahrzeit integriert wird, wobei der Integrationswert als Messgröße zum Vergleich mit dem kritischen Schlupf ausgewertet wird.
Warnsystem nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Warnfunktion nur ab einer vorgegebenen Geschwindigkeit in Betrieb gesetzt wird.