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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur fahrdynamischen Regelung eines
Fahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung
zur fahrdynamischen Regelung eines Fahrzeugs.
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Normale
fahrdynamische Regelsysteme, wie z. B. Antiblockiersysteme (ABS),
sind für den Straßenbetrieb optimiert und ermöglichen
hier einen minimalen Bremsweg bei ausreichender Seitenführungskraft.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass derartige Antiblockiersysteme bei
speziellen, selten vorkommenden Straßenoberflächen,
wie losem Kies, Schotter, Geröll, loser Erde, Matsch oder
hohem Schnee einen längeren Bremsweg benötigen
können, als dies mit ständig blockierten Rädern
möglich wäre (”Blockierbremsung”).
Ursache hierfür ist, dass sich bei derartigen Oberflächen,
die häufig auch im Gelände anzutreffen sind, ein ”Keil” aus
dem Oberflächenmaterial vor den blockierten Rädern
bildet, der eine erhebliche Abbremsung verursacht. Nachteilig ist
bei einer solchen Blockierbremsung, dass das Fahrzeug nicht mehr
lenkbar ist.
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Aus
dem Dokument
EP 0 475
010 B1 ist eine Regelung für eine blockiergeschützte
Fahrzeugbremsanlage bekannt, bei welcher eine spezielle Regellogik
(”Gelände-Modus”) vom Fahrer mittels
eines Gelände-Schalters einschaltbar ist. Hierdurch wird während
des Auftretens eines Radverzögerungssignals Bremsdruck
in die Radbremszylinder eingesteuert, und zwar so lange, bis das
betreffende Rad blockiert. Anschließend wird der dann erreichte
Bremsdruck für eine festgelegte Druckhaltephase konstant gehalten.
Hierdurch ergeben sich Blockierphasen der Räder, die eine
konstante Dauer aufweisen, und etwa 240 Millisekunden lang sind.
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Des
Weiteren ist aus dem Dokument
DE 102 53 536 A1 eine Weiterentwicklung der
in
EP 0 475 010 B1 vorgestellten
Regelung bekannt, bei der nur an den Vorderrädern eine
ABS-Bremsung mit einem speziellen Gelände-Modus erfolgt,
bei welchem sich die Vorderräder infolge kurzer Blockierphasen
in den Untergrund eingraben können und hierdurch eine hohe
Abbremsung erzeugen. Dagegen wird diese Regelung an der Hinterachse
nicht angewendet. Stattdessen werden die Räder der Hinterachse
von der normalen Individualregelung (IR) auf eine Select-Low-Regelung
(SLR) oder auf eine modifizierte Achsregelung (MAR) umgeschaltet.
Auch bei der in
DE
102 53 536 A1 gezeigten Regelung ist der Gelände-Modus
vom Fahrer mittels eines Gelände-Schalters einschaltbar.
Versäumt der Fahrer die Aktivierung des Gelände-Schalters,
wird im Gelände eine nicht optimale fahrdynamische Regelung
des Fahrzeugs durchgeführt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Verfügung zu stellen, welche auch ohne eine Fahrereingriff
eine optimale Regelung des Fahrzeugs gewährleisten.
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Die
Erfindung löst diese Aufgabe durch die in dem Anspruch
1 und Anspruch 7 angegebenen Merkmale.
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Die
Erfindung sieht die automatische Anpassung mindestens einer Regelfunktion
anhand des Signals eines optischen Sensors an die Beschaffenheit einer
Fahrbahn vor. Hierzu wird das Signal des optischen Sensors erfasst
und anhand des Signals die Beschaffenheit der Fahrbahn ermittelt.
(z. B. befestigte Fahrbahn oder Gelände). Die Regelfunktion wird
dann automatisch an die Beschaffenheit der Fahrbahn angepasst. Unter
Regelfunktion ist z. B. eine ABS-Regelung (Antiblockierregelung),
wie z. B. in den Dokumenten
DE 102 53 536 A1 und
EP 0 475 010 B1 offenbart,
eine ESC-Regelung oder eine ESP-Regelung (Electronic Stability Control
oder Electronic Stability Program), eine ASR (Antriebsschlupfregelung),
eine SMR (Schleppmomentenregelung), die den Verlust der Seitenführungskräfte durch
hohen Radschlupf beim Herunterschalten verhindert, oder ein Reifenabgleich,
der die Umfangsverhältnisse aller Reifen zueinander exakt
nachbildet so dass der Radschlupf prozentgenau von den Regelsystemen
eingestellt werden kann, zu verstehen. Unter einer Vorrichtung gemäß Anspruch
7 ist z. B. ein Steuergerät, wie es zur ABS- oder ESC-Regelung verwendet
wird, zu verstehen. Die Vorrichtung kann aber auch auf mehrere im
Fahrzeug vorhandene Steuergeräte aufgeteilt sein. Die Vorrichtung
kann zur Durchführung der in den Ansprüchen 1
bis 6 beschriebenen Verfahren verwendet werden.
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Gegenüber
dem Stand der Technik unterscheidet sich die Erfindung dadurch,
dass die Anpassung der Regelfunktion an die Beschaffenheit der Fahrbahn
automatisch anhand des Signals eines optischen Sensors erfolgt.
Hierdurch ist ein Fahrereingriff zur Anpassung der Regelfunktion
an die Beschaffenheit der Fahrbahn nicht mehr erforderlich und es
wird automatisch die für die jeweilige Fahrbahnbeschaffenheit
optimale Regelung verwendet, wodurch die Sicherheit des Fahrzeugs
gegenüber kritischen/instabilen Fahrzuständen
erhöht wird.
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Die
Erfindung umfasst weiterhin ein Fahrzeugsystem zur Durchführung
eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche
1 bis 6, ein Fahrzeugsystem mit einer Einrichtung gemäß einem
der Ansprüche 7 bis 12 und ein Fahrzeug mit einer Einrichtung gemäß einem
der Ansprüche 7 bis 12. Das Fahrzeugsystem kann z. B. eine
Bremsanlage des Fahrzeugs sein.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und aus den anhand der beigefügten Zeichnung näher
erläuterten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugs, welches einen optischen
Sensor zur Ermittlung der Beschaffenheit der Fahrbahn aufweist,
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2 ein
Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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3 ein
Flussdiagramm einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens
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4 ein
schematisches Blockschaltbild eines Antiblockiersystems für
ein Rad mit elektronischem und pneumatischen Teil,
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5 Diagramme
der Radgeschwindigkeit, der Regelsignale der ABS-Regelfunktion und
des Bremsdruckes über der Zeit für den Gelände-Betrieb.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges, welches einen optischen
Sensor 20 zur Erfassung der Beschaffenheit einer Fahrbahn 30 aufweist.
Der optische Sensor 20 ist vorne am Fahrzeug angebracht.
Das Signal des optischen Sensors 20 wird von einem elektrisch
mit dem optischen Sensor 20 verbundenen Steuergerät 2 erfasst und
anhand des Signals wird die Beschaffenheit der Fahrbahn 30 ermittelt.
Weiterhin wird mindestens eine Regelfunktion, wie z. B. eine ABS-Regelfunktion,
an die Beschaffenheit der Fahrbahn 30 angepasst. Hierzu
weist das Steuergerät Mittel 21 zur Erfassung
des Signals des optischen Sensors 20, Mittel 22 zur
Ermittlung der Beschaffenheit der Fahrbahn 30 und Mittel 23 zur
Anpassung der mindestens einen Regelfunktion an die Beschaffenheit
der Fahrbahn 30 auf. Diese Mittel 21, 22, 23 können
z. B. als Teil eines Computerprogrammproduktes realisiert sein.
Es ist auch denkbar, dass diese Mittel 21, 22, 23 oder
ein Teil dieser Mittel ein Bestandteil des optischen Sensors 20 sind.
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Das
Steuergerät 2 ist mit nicht in 1 eingezeichneten
Magnetventilen zur Beaufschlagung von Bremsaktoren sowie weiteren
im Fahrzeug vorhandenen Steuergeräten elektrisch verbunden.
Die Anpassung der mindestens einen Regelfunktion an die Beschaffenheit
der Fahrbahn 30 kann so die Ansteuerung der Bremsaktoren
beeinflussen.
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Vorteilhafter
wird als optischer Sensor
20 die in dem Dokument
EP 1 606 784 B1 vorgestellte
Sensor-Vorrichtung verwendet. Diese Sensor-Vorrichtung umfasst eine
Lichtquelle zum Emittieren von Licht zur Oberfläche, also
in diesem Anwendungsfall die Fahrbahn
30, sowie einen ersten
und einen zweiten Detektor zum Empfang des von der Oberfläche reflektierten
Lichts und Steuermittel zum Empfangen und Auswerten des von den
Detektoren empfangenen Lichts auf. Des Weiteren weist die Sensor-Vorrichtung
einen ersten Linearpolarisationsfilter zwischen der Lichtquelle
und der Oberfläche und einen zweiten Linearpolarisationsfilter
zwischen der Oberfläche und dem ersten Detektor oder dem
zweiten Detektor auf.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung arbeitet der optische Sensor 20 im
infraroten Bereich.
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In 2 ist
ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt. In einem Schritt S1 wird das Signal des optischen Sensors 20 erfasst.
In dem folgenden Schritt S2 wird die Beschaffenheit der Fahrbahn 30 ermittelt.
Anschließend wird in dem Schritt S3 mindestens eine Regelfunktion an
die Beschaffenheit der Fahrbahn 30 angepasst. Danach wird
auf S1 zurück verzweigt und das Verfahren wird erneut durchlaufen.
Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren
ist ein Fahrereingriff durch die automatische Anpassung der Regelfunktion
an die Beschaffenheit der Fahrbahn 30 nicht mehr erforderlich
und es wird automatisch die für die jeweilige Fahrbahnbeschaffenheit
optimale Regelung verwendet. Hierdurch wird die Sicherheit des Fahrzeugs
gegenüber kritischen/instabilen Fahrzuständen
erhöht.
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3 zeigt
eine spezielle Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens, bei der mit Gelände-Betrieb oder Betrieb des
Fahrzeugs auf einer befestigten Fahrbahn
30 zwei Fälle
unterschieden werden. In einem Schritt S1 wird das Signal des optischen
Sensors
20 erfasst. In dem folgenden Schritt S2 wird die Beschaffenheit
der Fahrbahn
30 ermittelt. Anschließend wird in
dem Schritt S3 geprüft, ob ein Gelände-Betrieb
vorliegt. Falls ein Gelände-Betrieb erkannt wird, wird
in dem Schritt S4 mindestens eine Regelfunktion an den Gelände-Betrieb
angepasst. So können z. B. eine ABS-Regelfunktion oder
einer ESC-Regelfunktion bei erkanntem Gelände-Betrieb automatisch
abgeschaltet werden. Es ist aber auch denkbar, dass gemäß der
in
EP 0 475 010 B1 vorgestellten
Regelung bei erkanntem Gelände-Betrieb unterhalb einer
ersten vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit und oberhalb einer zweiten
vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit kurzzeitige Blockierphasen
der Räder
12 erzeugt werden. Von dem Schritt S4
wird auf den Schritt S1 zum erneuten Durchlauf des Verfahrens zurück
verwiesen.
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Falls
kein Gelände-Betrieb vorliegt, wird ein Betrieb auf einer
befestigten Fahrbahn 30 erkannt und in dem Schritt S5 mindestens
eine Regelfunktion an den Betrieb auf einer befestigten Fahrbahn 30 angepasst.
So können z. B. eine ABS-Regelfunktion oder einer ESC-Regelfunktion
automatisch eingeschaltet werden. Von dem Schritt S5 wird auf den Schritt
S1 zum erneuten Durchlauf des Verfahrens zurück verwiesen.
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Anhand
der 4 und 5 wird folgend detailliert die
Anpassung einer ABS-Regelfunktion an den Gelände-Betrieb
beschrieben. In der 4 ist schematisch als Blockschaltbild
ein Kanal für ein Rad 12 eines bekannten Antiblockiersystems
(ABS) für ein Fahrzeug dargestellt. Der elektronische Teil
des ABS besteht aus einem Radgeschwindigkeitssensor 1,
welcher das Drehverhalten des Fahrzeugrades 12 abtastet.
Die Signale des Sensors 1 werden dem Steuergerät 2 zugeführt
und dort in einer Signalaufbereitungsstufe digitalisiert. In einer
nachfolgenden Elektronikstufe werden aus den Radgeschwindigkeitssignalen
Beschleunigungssignale +b, Verzögerungssignale –b
und Schlupfsignale λ gebildet.
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Zur
Erzeugung der Schlupfsignale λ ist eine Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit
VRef nötig, die mit Hilfe der Geschwindigkeiten
der übrigen Räder nachgebildet wird. Es schließt
sich eine Logikstufe an, in der aus den erwähnten Regelsigna len
Ansteuersignale für ein Magnetventil 3 gebildet
werden. Eine Sicherheitsschaltung überwacht die Ansteuersignale auf
Fehler-Freiheit.
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Weiterhin
umfasst das Steuergerät einen Endverstärker, der
zur Verstärkung der Magnetventilansteuerungs-Signale dient.
Die o. g. Stufen und der Endverstärker sind in dem Steuergerät
integriert. Sie werden nicht in 4 dargestellt.
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Des
Weiteren umfasst das Steuergerät das Steuergerät
Mittel 21 zur Erfassung des Signals des optischen Sensors 20,
Mittel 22 zur Ermittlung der Beschaffenheit der Fahrbahn 30,
Mittel 23 zur Anpassung der mindestens einen Regelfunktion
an die Beschaffenheit der Fahrbahn 30, Mittel 24 zur
automatischen Ausschaltung einer ABS-Regelfunktion und/oder einer
ESC-Regelfunktion bei erkanntem Gelände-Betrieb, Mittel 25 zur
automatischen Einschaltung einer ABS-Regelfunktion und/oder einer ESC-Regelfunktion
bei einer Rückkehr des Fahrzeugs auf eine befestigte Fahrbahn
und ein Mittel 26, welches bei erkanntem Gelände-Betrieb
unterhalb einer ersten vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit und
oberhalb einer zweiten vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit kurzzeitige
Blockierphasen der Räder erzeugt. Diese Mittel 21, 22, 23, 24, 25, 26 können
z. B. als Teil eines Computerprogrammproduktes realisiert sein.
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Ein
erkannter Gelände-Betrieb wird durch eine ABS-Signallampe 7,
die mit dem Steuergerät verbunden ist, angezeigt. Diese
wird bei Geländebetrieb vorzugsweise alternierend angesteuert
(Blinkbetrieb).
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Der
pneumatische bzw. hydraulische Teil der blockiergeschützten
Bremsanlage besteht aus einem Druckmittelvorratsbehälter 4,
einem Fahrer-Bremsventil 5, dem ABS-Regel-Magnetventil 3 und
einem Bremszylinder 6. Durch das von dem Steuergerät 2 angesteuerte
Magnetventil 3 kann unabhängig von der Betätigung
des Bremsventils 5 durch den Fahrer Druckmittel in den
Bremszylinder 6 eingesteuert werden oder bei drohendem
Blockieren über das Magnetventil 3 entlüftet
und hierdurch eine Drucksenkung verursacht werden. Das Magnetven til 3 weist üblicherweise
drei Stellungen auf, in welchen der Druck entweder gesteigert, gehalten
oder abgesenkt werden kann.
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Anhand
des in der 5 dargestellten Diagramms wird
im Folgenden die Funktionsweise der bekannten Regellogik für
Gelände-Betrieb näher erläutert.
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In
der 5 ist im oberen Teil der Verlauf einer Radgeschwindigkeit
VR des Fahrzeugs bei einer geregelten Bremsung
während eines Gelände-Betriebes bzw. im Gelände-Modus über
der Zeit t aufgetragen.
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Im
mittleren Teil der 5 sind die Regelsignale Radbeschleunigung
+b, Radverzögerung –b und Radschlupf λ über
der Zeit t aufgetragen.
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Im
unteren Teil der 5 ist der Bremsdruck pB des
gebremsten Rades über der Zeit t aufgetragen. Das Fahrzeug
befindet sich in einem ABS-geregelten Bremsvorgang im Gelände.
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Zum
Zeitpunkt t0 wird durch das erfindungsgemäße Verfahren
automatisch der Gelände-Betrieb erkannt. Hierdurch erfolgt
innerhalb des Steuergerätes 2 des Antiblockiersystems
die automatische Anpassung der ABS-Regelfunktion an den Gelände-Betrieb.
Im Zeitpunkt t1 verzögert sich das gebremste Rad so sehr,
dass ein –b-Signal auftritt. Hierauf wird im Zeitraum t1
bis t2 der Bremsdruck schnell erhöht. Dies geschieht im
Gegensatz zu normalen ABS-Bremsungen auf einer befestigten Fahrbahn 30, wo
bei Auftreten eines –b-Signals der Bremsdruck schnell abgebaut
wird. Die schnelle Bremsdruckerhöhung bringt das Fahrzeugrad 12 zum
Blockieren (Zeitpunkt t2). In diesem Moment fällt naturgemäß das –b-Signal
ab. Der zum Zeitpunkt t2 erreichte Bremsdruck wird nun über
eine konstante Zeit von etwa 120 ms bis zum Zeitpunkt t3 auf der
erreichten Höhe gehalten. Anschließend wird der
Bremsdruck im Zeitraum t3 bis t4 schnell abgebaut. Das Blockieren
des Fahrzeugrades 12 dauert bis zum Zeitpunkt t4 (insgesamt
240 ms). Durch den schnellen Abbau des Bremsdruckes läuft
das Rad 12 bei Vorlage eines λ-Signals anschließend wieder
an. Hierdurch entsteht ein +b-Signal. Im Zeitraum t4 bis t5 ist
das Fahrzeugrad 12 bis zur vollen Geschwindigkeit (Fahrzeuggeschwindigkeit)
wieder angelaufen. Das +b-Signal fällt daher wieder ab.
Spätestens ab diesem Zeitpunkt t5 wird der Bremsdruck zunächst
in Stufen (gepulst) langsam wieder erhöht.
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Zum
Zeitpunkt t6 reicht der so erhöhte Bremsdruck aus, um das
Rad 12 wieder so stark zu verzögern, dass ein –b-Signal
auftritt. Ab diesem Zeitpunkt t6 wird dann wieder der volle Bremsdruck eingesteuert,
was schnell zum Blockieren des Rades 12 im Zeitpunkt t7
führt. Der Bremsdruck wird anschließend wieder
für die schon erwähnte Zeit von ca. 120 ms konstant
gehalten. Anschließend wiederholen sich die bereits beschriebenen
Regelvorgänge (Zeitpunkt t8 bis t11). Das Schlupfsignal λ tritt
auf, sobald sich die Radgeschwindigkeit um einen vorgegebenen Betrag
unter die Fahrzeuggeschwindigkeit abgesenkt hat.
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Wie
man aus der 5 erkennt, ergeben sich für
die Radgeschwindigkeit vR Phasen mit einer konstanten
Dauer, in denen das Rad voll blockiert ist. Diese Phasen sind etwa
240 ms lang. Hierdurch tritt die oben erwähnte Keilwirkung
des losen Untergrundes auf, welche das Fahrzeug besonders stark
verzögert. Durch die zwischengeschalteten Abschnitte, in
denen das Rad 12 frei laufen kann, wird wiederum eine ausreichende
Seitenführungskraft des Rades 12 ermöglicht.
Die Regelfrequenz während des Gelände-Betriebs
ist gegenüber der Regelfrequenz bei normalem ABS-Betrieb
auf einer befestigten Fahrbahn 30 verringert und beträgt
etwa eine Regelperiode pro Sekunde.
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Aus
Sicherheitsgründen wird die oben beschriebene Anpassung
der ABS-Regelfunktion an den Gelände-Betrieb nur unterhalb
einer Fahrzeuggeschwindigkeit von ca. 40 km/h zugelassen. Wird der
Gelände-Betrieb schon bei höherer Geschwindigkeit
erkannt, so passt das Steuergerät 2 bei der Grenzgeschwindigkeit
von ca. 40 km/h die ABS-Regelfunktion selbständig an den
Gelände-Betrieb an.
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Vorteilhaft
wird eine eingelegte Differential-Längssperre zwischen
Vorderachse und Hinterachse des Fahrzeugs während des Gelände-Betriebes
nicht aufgetrennt. Dies liefert speziell beim Bremsen während
einer Talfahrt Vorteile. Hier kann es nämlich vorkommen,
dass die durch einen ALB-Regler (lastabhängige Bremsung)
an der Hinterachse reduzierte Bremskraft nicht zum kurzzeitigen
Blockieren der Hinterräder ausreicht, wodurch die erwünschte
Keilbildung vor den Hinterrädern ausbleiben würde.
Aus diesem Grund ist hier eine Bremskraftkopplung von der Vorderachse
zur Hinterachse im Gegensatz zu einer normalen Straßen-ABS-Bremsung
erwünscht.
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Um
dem Fahrer anzuzeigen, dass der Gelände-Betrieb erkannt
ist und eine entsprechende Anpassung der Regelfunktion erfolgt ist,
wird eine ABS-Warnleuchte 7 in Intervallen, d. h. im Blinkbetrieb
angesteuert. Hierdurch wird der Fahrer darauf aufmerksam gemacht,
dass die Fahrzeugräder 12 kurzzeitig in einen
blockierten Zustand gelangen können, so dass er seinen
Fahrstil darauf einrichten kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0475010
B1 [0003, 0004, 0007, 0021]
- - DE 10253536 A1 [0004, 0004, 0007]
- - EP 1606784 B1 [0018]