DE102012222490A1 - Verfahren zur Erhöhung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs, welches mit Raddrehzahlsensoren an allen Rädern und einem Bremssystem ausgestattet ist, das zumindest eine radindividuelle Verringerung der Bremskraft gestattet. Erfindungsgemäß erfolgt bei Erkennung eines plötzlichen Reifendruckverlusts, insbesondere einem Platzen eines Reifens, eine Giermomentenabschwächung während einer Bremsung durch den Fahrer und/oder eine Giermomentenkompensation durch einen fahrerunabhängigen Aufbau von Bremskraft. Weiterhin betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät für ein Bremssystem.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, dessen Verwendung in einem Kraftfahrzeug sowie ein elektronisches Steuergerät gemäß Anspruch 11.
  • Wenn während der Fahrt mit einem Fahrzeug ein plötzlicher Druckverlust an einem Reifen insbesondere der Vorderachse auftritt, wird der Abrollwiderstand des betroffenen Rades schlagartig erhöht, wodurch ein unerwünschtes und unerwartetes Drehmoment um die Hochachse des Fahrzeugs entsteht, das zu einem Schiefziehen oder im schlimmsten Fall zu einer völligen Unbeherrschbarkeit des Fahrzeugs führen kann.
  • Aus der US 5 934 768 ist ein Bremsensteuergerät bekannt, mit einer Steuervorrichtung zur Ansteuerung von Bremsaktuatoren an jedem Rad des Fahrzeugs, sowie einer Vorrichtung zur Erkennung eines Druckverlusts in jedem beliebigen Reifen des Fahrzeugs. Wenn der Luftdruck in einem Reifen unter ein vorbestimmtes Niveau fällt, so wird der Bremsaktuator an dem seitlich gegenüber von dem Reifen mit Druckverlust liegenden Rad betätigt. Ein zu geringer Luftdruck wird über einen Vergleich einer gemessenen Querdynamikgröße mit einer berechneten ermittelt. Beispielsweise wird eine Soll-Raddrehzahldifferenz zwischen rechtem und linkem Vorderrad anhand des Lenkradwinkels berechnet und mit der gemessenen Ist-Raddrehzahldifferenz verglichen. Wenn die Abweichung außerhalb eines Toleranzbands liegt, wird ein Reifendruckverlust erkannt.
  • Die US 5 696 681 offenbart ein Verfahren zur Regelung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein Steuergerät Bremseingriffe an ausgewählten Rädern auslöst, wenn ein plötzliches Reifenplatzen erkannt wird. Die Erkennung eines geplatzten Reifens erfolgt beispielsweise anhand von Drucksensoren. Daraufhin wird eine Soll-Trajektorie basierend auf einer Soll-Gierrate berechnet und durch Bremseingriffe an Vorder- und Hinterrad auf der linken oder rechten Seite die Differenz zwischen Ist-Trajektorie und Soll-Trajektorie geregelt.
  • Ferner sind unter dem Begriff „Electronic Stability Control“ (ESC) Fahrdynamikregelsysteme bekannt, bei denen aus einem gemessenen Lenkwinkel und weiteren Fahrzeugdaten eine Soll-Gierrate des Fahrzeugs berechnet und mit einer von einem Sensor gemessenen Ist-Gierrate verglichen wird. Durch einen fahrerunabhängigen Aufbau von Bremsmoment an einem oder mehreren Fahrzeugrädern, bei hydraulischen Bremssystemen insbesondere durch Aktivierung einer Hydraulikpumpe und betätigen von Magnetventilen, wird gezielt ein Giermoment aufgebracht, welches die Differenz zwischen Soll- und Ist-Gierrate verringert. Ein derartiges System zur Fahrstabilitätsregelung ist beispielsweise aus der EP 0 792 229 B1 bekannt.
  • Zur Vermeidung von Fehlregelungen ist es bei der Erkennung eines Reifenplatzens aus den Fahrdynamikgrößen des Fahrzeugs erforderlich, einen Bremseingriff erst dann auszulösen, wenn eine deutliche Abweichung vom Sollverhalten für mindestens eine vorgegebene Zeitspanne aufgetreten ist. Somit kann es auch bei erfolgreicher Regelung zu einem Versatz des Fahrzeugs bzw. einer potentiell gefährlichen Kursabweichung kommen. Daneben kann der Fahrer erschrecken und reflexartig heftige Lenk- oder Bremseingriffe vornehmen, welche die Fahrsicherheit weiter gefährden.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine durch plötzlichen Druckverlust bzw. Reifendefekt verursachte Destabilisierung des betroffenen Fahrzeugs zu vermeiden bzw. möglichst schnell zu korrigieren. Ferner ist es wünschenswert, durch eine heftige Reaktion des Fahrers verursachte Instabilitäten zu vermeiden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Es wird also ein Verfahren zur Erhöhung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs bereitgestellt, welches mit Raddrehzahlsensoren an allen Rädern und einem Bremssystem ausgestattet ist, das zumindest eine radindividuelle Verringerung der Bremskraft gestattet. Erfindungsgemäß erfolgt bei Erkennung eines plötzlichen Reifendruckverlusts, insbesondere einem Platzen eines Reifens, eine Giermomentenabschwächung während einer Bremsung durch den Fahrer und/oder eine Giermomentenkompensation durch einen fahrerunabhängigen Aufbau von Bremskraft. Indem sofort bei erkanntem Reifendruckverlust ein korrigierender Bremseingriff stattfindet, wird ein durch den geplatzten Reifen verursachtes Giermoment unverzüglich abgeschwächt oder aktiv kompensiert, wodurch eine deutliche Kursabweichung des Fahrzeugs und/oder eine schädliche Irritation des Fahrers, die zur Überreaktion beim Gegenlenken führen könnte, weitgehend vermieden werden.
  • Bevorzugt erfolgt bei Erkennung eines plötzlichen Reifendruckverlusts während einer Bremsung durch den Fahrer eine Giermomentenabschwächung, indem die vom Fahrer angeforderte oder aufgebrachte Bremskraft an dem defekten Rad begrenzt oder reduziert wird. Da der geplatzte Reifen stärker bremst und somit ein störendes Giermoment erzeugen würde, wird der vom Fahrer aufgebrachte Bremsdruck an dem Rad reduziert, an welchem sich der geplatzte Reifen befindet; das störende Giermoment wird abgeschwächt bzw. begrenzt. Somit können auch lediglich mit einem Antiblockiersystem ausgestattete Fahrzeuge im Falle eines Reifenplatzens für den Fahrer beherrschbar gehalten werden.
  • In einem Fahrzeug mit einem Bremssystem, welches einen fahrerunabhängigen radindividuellen Aufbau von Bremskraft gestattet und insbesondere eine Fahrdynamikregelung umfasst, erfolgt vorzugsweise bei Erkennung eines plötzlichen Reifendruckverlusts zur Giermomentenkompensation ein fahrerunabhängiger Aufbau von Bremskraft an dem Rad, welches dem defekten Rad auf derselben Achse gegenüberliegt. Somit kann auch dann, wenn der Fahrer nicht bremst, ein durch den geplatzten Reifen verursachtes Giermoment kompensiert und eine Gefährdung der Fahrsicherheit vermieden werden. Die Giermomentenkompensation kann insbesondere unabhängig von einer Bremsung durch den Fahrer vorgenommen werden, d.h. auch ergänzend zu einer Giermomentenabschwächung erfolgen.
  • Besonders bevorzugt wird bei erkanntem Reifendruckverlust ein erster Anteil der Bremskraft als Steueranteil aufgebaut, wobei insbesondere der Betrag des ersten Anteils in Abhängigkeit von der bei Erkennung des plötzlichen Reifendruckverlusts vorliegenden Gierbeschleunigung und/oder Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder einem geschätzten Reibwert und/oder von einer Bremsbetätigung durch den Fahrer gewählt wird. Diese Vorsteuerung ermöglicht eine unverzügliche Kompensation des durch das Reifenplatzen verursachten Giermoments, da kein vorher erforderliches Überschreiten von Regelschwellen und somit eine durch die Fahrzeugträgheit bedingte verzögerte Reaktion den Bremseingriff verzögert. Durch die Berücksichtigung geeigneter Parameter kann eine passende Dimensionierung des Bremseingriffs erfolgen.
  • Es ist besonders vorteilhaft, wenn zumindest ein weiterer Anteil der aufgebauten Bremskraft (oder auch die gesamte Bremskraft) als Regelanteil nach Maßgabe einer Abweichung zwischen einer Referenzgierrate und einer gemessenen Gierrate ermittelt wird, wobei insbesondere nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne nur der Regelanteil der Bremskraft aufgebaut wird. Eine Regelung der Gierratendifferenz ermöglicht eine langfristige und komfortable Minimierung auftretender Störgiermomente. Der Abbau des Vorsteueranteils führt auch dazu, dass der Fahrer langsam veranlasst wird, einen kompensierenden Lenkwinkel aufzubringen, um auf dem gewünschten Kurs zu bleiben. Das hat den Vorteil, dass der Fahrer das Problem des Fahrzeugschiefziehens mitgeteilt bekommt und damit auf die fahrdynamische Problematik aufmerksam gemacht wird.
  • Zweckmäßigerweise wird bei Erkennung eines plötzlichen Reifendruckverlusts eine vorgegebene Bremskraftdifferenz zwischen dem defekten Rad und dem auf derselben Achse gegenüberliegenden Rad eingestellt, welche vorzugsweise einen vorgegebenen festen Betrag hat. Anhand von zum Zeitpunkt des plötzlichen Reifendruckverlusts ermittelten Parametern kann ein auftretendes Störgiermoment auch ohne Gierratensensor zumindest näherungsweise ermittelt und durch eine passende Bremskraftdifferenz kompensiert oder zumindest abgeschwächt werden.
  • Nach erkanntem Reifendruckverlust wird vorzugsweise der Gradient einer Bremsbetätigung durch den Fahrer begrenzt, wobei insbesondere der Druckaufbau in dem dem defekten Rad gegenüberliegenden Rad auf derselben Achse nach Maßgabe einer Bremsschlupfregelung des defekten Rades erfolgt. Der geplatzte Reifen verursacht ein Fahrzeugverhalten, welches einer Bremsung auf seitenweise unterschiedlichem Reibwert (µ-Split-Situation) ähnelt, d.h. durch unterschiedliche übertragbare Bremskräfte wird im Verlauf einer Bremsung ein immer stärkeres Giermoment verursacht. Dieses wird abgeschwächt bzw. verzögert aufgebaut, wodurch dem Fahrer genügend Zeit für ein dosiertes Gegenlenken bleibt.
  • Es ist zweckmäßig, wenn zur zumindest teilweisen Giermomentenkompensation ein Lenkmoment in den Lenkstrang eingebracht wird, welches vorzugsweise einen vorgegebenen festen Betrag hat, der insbesondere in Abhängigkeit von der bei Erkennung des Reifenplatzens vorliegenden Gierbeschleunigung und/oder Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder einem geschätzten Reibwert gewählt wird. Da auch preisgünstige Fahrzeuge in zunehmendem Maße eine elektrische Servolenkung aufweisen, kann diese zum Aufbau eines Giermoments genutzt werden, welches dem Fahrer die geeignete Gegenlenkrichtung andeuten und ihn beim Gegenlenken unterstützen kann.
  • Bevorzugt wird eine Reifendruckverlusterkennung dann aktiviert, wenn das Fahrzeug schneller fährt als eine Mindestgeschwindigkeit und/oder die Lenkradgeschwindigkeit einen vorgegebenen Lenkschwellenwert unterschreitet und/oder das Motormoment in einem vorgegebenen Motortoleranzband liegt und/oder die Radgeschwindigkeit aller Räder für eine zweite vorgegebene Zeitspanne in einem vorgegebenen Radgeschwindigkeitstoleranzband liegt. Insbesondere bei Fahrt auf einer Autobahn kann ein geplatzter Reifen wegen der hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten schwere Unfälle verursachen. Gleichzeitig liegen hierbei häufig wohldefinierte Fahrbedingungen vor, die eine sichere Erkennung eines plötzlichen Reifendruckverlusts bzw. eines Reifenplatzens auch aus Raddrehzahlinformationen ermöglichen.
  • Besonders bevorzugt wird ein plötzlicher Reifendruckverlust dann erkannt, wenn die Raddrehzahl eines Hinterrads sprunghaft absinkt oder die Raddrehzahl eines Vorderrads sprunghaft absinkt, ohne dass das korrespondierende Hinterrad ein entsprechendes Verhalten zeigt und/oder der plötzliche Reifendruckverlust wird dann erkannt, wenn ein dem Rad zugeordneter Drucksensor einen sprunghaft verringerten Druck zeigt. Falls Drucksensoren vorhanden sind, die eine hinreichend Druckmessung erlauben, kann ein plötzlicher Sprung im gemessenen Druck oder eine Fehlermeldung des Drucksensors als alleinige Bedingung oder zusätzlich bei der Erkennung eines Reifenplatzens berücksichtigt werden. Unter einem sprunghaften Absinken der Raddrehzahl wird hierbei eine einen vorgegebenen Sprungschwellenwert überschreitende Abnahme der gemessenen Raddrehzahl zwischen zwei direkt aufeinander folgenden Messungen verstanden. Ergänzend kann es vorgesehen sein, als Zusatzbedingung eine vor dem Sprung näherungsweise konstante Radgeschwindigkeit zu überprüfen. Entsprechend kann ein sprunghaft verringerter Druck dann erkannt werden, wenn nach mehreren nahezu konstanten Druckmesswerten eine einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigende Änderung des Drucks erkannt wird. Zur Vermeidung von Fehlerkennung kann bei hinreichender Messfrequenz des jeweiligen Sensors auch noch ein folgender Druck- bzw. Raddrehzahlmesswert berücksichtigt werden. Aus Raddrehzahlinformationen lässt sich ein plötzlicher Reifendruckverlust also dann erkennen, wenn ein Rad eine sprunghafte Änderung des Drehverhaltens zeigt, die nicht durch einen geänderten Reibwert verursacht wurde (da das jeweils korrespondierende Vorder- bzw. Hinterrad keine Änderung des Drehverhaltens zeigt).
  • Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Kraftfahrzeug, welches von einer Verbrennungskraftmaschine und/oder einem oder mehreren Elektromotoren angetrieben wird.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät für ein Bremssystem, mit einer Schnittstelle für mindestens zwei Raddrehzahlsensoren, umfassend oder verbunden mit einer Hydraulikeinheit mit mindestens einem Magnetventil, welches eine Recheneinheit aufweist, die ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt. Beispielsweise kann es sich um einen kernredundanten Mikrocontroller handeln.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand von Figuren.
  • Es zeigen
  • 1a eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs,
  • 1b einen schematischen Aufbau eines hydraulischen Bremssystems,
  • 2 ein Ausführungsbeispiel zur Giermomentenabschwächung, und
  • 3 ein Ausführungsbeispiel zur Giermomentenkompensation.
  • 1a zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 1, welches zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit sowohl einer Giermomentenabschwächung als auch einer Giermomentenkompensation geeignet ist. Es weist einen Antriebsmotor 2, der zumindest einen Teil der Räder des Fahrzeugs antreibt, insbesondere die Vorderräder, ein Lenkrad 3, ein Bremspedal 4, welches mit einem Tandemhauptzylinder (THZ) 13 verbunden ist, und vier individuell ansteuerbare Radbremsen 10a–10d auf. Neben hydraulischen Reibbremsen können auch an einem, mehreren oder allen Rädern elektromechanisch betätigte Reibbremsen als Radbremsen eingesetzt werden. Das Fahrzeug kann auch einen elektrischen Antrieb aufweisen, wobei insbesondere das Bremsmoment an einem Rad zumindest teilweise von einer als Generator betriebenen elektrischen Maschine erzeugt werden kann, die nur diesem Rad zugeordnet ist.
  • Zur Erfassung von fahrdynamischen Zuständen sind in einem mit einer Fahrdynamikregelung ausgestatteten Fahrzeug ein Lenkwinkelsensor 12, vier Raddrehzahlsensoren 9a–9d, ein Querbeschleunigungssensor 5, ein Gierratensensor 6 und mindestens ein Drucksensor 14 für den vom Bremspedal erzeugten Bremsdruck vorhanden. Dabei kann der Drucksensor 14 auch ersetzt sein durch einen Pedalweg- oder Pedalkraftsensor, falls die Hilfsdruckquelle derart angeordnet ist, dass ein vom Fahrer aufgebauter Bremsdruck von dem der Hilfsdruckquelle nicht unterscheidbar ist oder ein elektromechanischer Bremsaktuator mit bekanntem Zusammenhang zwischen Pedalstellung und Bremsmoment verwendet wird. Wenn Fahrzeug 1 lediglich eine Antiblockier- bzw. Bremsschlupfregelung aufweist, kann auf Lenkwinkelsensor 12, Querbeschleunigungssensor 5, Gierratensensor 6 und ggfs. Drucksensor 14 auch verzichtet werden, da für eine Bremsschlupfregelung nur Raddrehzahlsensoren 9a, 9b, 9c, 9d erforderlich sind.
  • Das elektronische Steuergerät (ECU) 7 empfängt die Daten der verschiedenen Sensoren und steuert die Hydraulikeinheit (HCU) 8. Zusätzlich werden das aktuell von Antriebsmotor 2 erzeugte Antriebsmoment und das vom Fahrer gewünschte Moment bestimmt. Dabei kann es sich auch um indirekt ermittelte Größen handeln, die beispielsweise aus einem Motorkennfeld abgeleitet werden und dem elektronischen Steuergerät 7 über eine Schnittstelle 11 eines Fahrzeugdatenbusses wie z.B. CAN vom nicht gezeigten Motorsteuergerät übertragen werden.
  • Das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs 1 wird wesentlich durch die Fahrwerksauslegung beeinflusst, wobei unter anderem Radlastverteilung, Elastizität der Radaufhängungen und Reifeneigenschaften das Eigenlenkverhalten bestimmen. In bestimmten Fahrsituationen, welche durch einen vorgegebenen, gewünschten Kurvenradius und dem Reibwert zwischen Reifen und Fahrbahn gekennzeichnet sind, kann es zu einem Verlust der Fahrstabilität kommen, wobei das vom Fahrer gewünschte Lenkverhalten mit der gegebenen Fahrwerksauslegung nicht erreicht werden kann. Mit den bei einer Fahrdynamikregelung vorhandenen Sensoren kann der Fahrerwunsch erkannt und die Realisierung durch das Fahrzeug überprüft werden.
  • 1b zeigt einen schematischen Aufbau eines hydraulischen Bremssystems, bei dem das vom Fahrer betätigte Bremspedal 4 mit oder ohne Hilfskraft auf einen Tandemhauptbremszylinder 13 wirkt, der einen Druckaufbau in einem ersten Bremskreis I und einem zweiten Bremskreis II bewirkt. Jeweils zwei Radbremsen 10 sind in einem Bremskreis angeordnet; neben der hier gezeigten Schwarz-Weiß-Aufteilung, bei der die Radbremsen 10a, 10b der Vorderachse dem ersten Bremskreis I und die Radbremsen 10c, 10d der Hinterachse dem zweiten Bremskreis II zugeordnet sind, ist auch eine Diagonalaufteilung möglich, bei der jeweils eine Radbremse der Vorderachse und eine Radbremse der Hinterachse einem Bremskreis zugeordnet sind. Der im Hauptbremszylinder 13 aufgebaute Druck wird mittels Drucksensor 14 gemessen.
  • Über Magnetventile, die von dem nicht gezeigten elektronischen Steuergerät 7 angesteuert werden, können die Bremsdrücke in den Radbremsen moduliert werden. Jeder Radbremse 10 ist hierbei ein stromlos geöffnetes Einlassventil 24 und ein stromlos geschlossenes Auslassventil 25 zugeordnet. Während einer Bremsschlupfregelung kann beispielsweise der Druck in Radbremse 10a verringert werden, indem Einlassventil 24a geschlossen wird, um eine weitere Erhöhung des Drucks durch eine Pedalbetätigung des Fahrers zu vermeiden, und Auslassventil 25a geöffnet wird, um Bremsflüssigkeit in einen Niederdruckspeicher 22 abzuleiten. Wenn der Niederdruckspeicher 22 gefüllt ist, wird die von einem Elektromotor 19 angetriebene Rückförderpumpe 20 aktiviert, deren Saugseite mit dem Niederdruckspeicher 22 und deren Auslassseite mit dem Hauptbremszylinder 13 verbunden ist. Entsprechend zu dem hier beschriebenen Vorgehen in Bremskreis I kann auch in dem prinzipiell gleich aufgebauten Bremskreis II der Druck in einer oder beiden Radbremsen 10c, 10d verringert werden, wenn das oder die Einlassventile 24c, 24d geschlossen und über das oder die geöffneten Auslassventile 25c, 25d Bremsflüssigkeit in den Niederspeicher 23 abzuleiten. Rückförderpumpe 21, die zweckmäßigerweise ebenfalls von Elektromotor 19 angetrieben wird, kann aktiviert werden, um Niederdruckspeicher 23 zu entleeren.
  • Fahrzeuge, die mit einer Fahrdynamikregelung ausgestattet sind, weisen ferner in jedem Bremskreis I/II ein stromlos geöffnetes Trennventil 16/18 auf, welches zwischen Auslass der Rückförderpumpe und Hauptbremszylinder angeordnet ist, sowie ein stromlos geschlossenes Umschaltventil 15/17, welches zwischen Einlass der Rückförderpumpe und Hauptbremszylinder angeordnet ist. Dies ermöglicht einen fahrerunabhängigen Druckaufbau in einer oder beiden Radbremsen eines Bremskreises. Soll beispielsweise in Radbremse 10a eine Bremskraft aufgebaut werden, so wird Trennventil 16 geschlossen, Umschaltventil 15 geöffnet und Rückförderpumpe 20 aktiviert. Um zu verhindern, dass in Radbremse 10b ebenfalls Druck aufgebaut wird, kann vor Aktivierung der Pumpe Einlassventil 25b geschlossen werden.
  • 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Giermomentenabschwächung, wobei im oberen Diagramm der zeitliche Verlauf der Radgeschwindigkeit v, d.h. die Radgeschwindigkeiten vfront,left des linken Vorderrads und vfront,right des rechten Vorderrads über der Zeit t dargestellt sind. Das untere Diagramm zeigt zeitliche Verläufe des Bremsdrucks p, wobei also der Druck pdriver im Hauptbremszylinder sowie die Drücke pfront,left in der Radbremse des linken Vorderrads und pfront,right in der Radbremse des rechten Vorderrads dargestellt sind. Zum Zeitpunkt t0 tritt ein Reifenschaden am linken Vorderrad auf, woraufhin der Fahrer zum Zeitpunkt t1 bremst. Anschließend werden folgende Maßnahmen ergriffen:
    Mittels eine Drucksensors oder über ein Druckmodell wird der Druck ermittelt, den der Fahrer im Hauptbremszylinder als Vordruck einstellt. Beispielsweise kann der Druck gemäß pdriver = f (Fahrzeugverzögerung) berechnet werden, wobei die Fahrzeugverzögerung zweckmäßigerweise anhand der Raddrehzahlen der nicht vom Reifenschaden betroffenen Räder ermittelt wird.
  • Sobald der Fahrervordruck pdriver einen ersten vorgegebenen Schwellenwert erreicht hat, also zum Zeitpunkt t2, wird Einlassventil 24a am linken Vorderrad (mit dem Reifenschaden) geschlossen. Erreicht der Fahrervordruck einen zweiten vorgegebenen Schwellenwert, d.h. zum Zeitpunkt t3, der um eine vorgegebene Druckdifferenz ΔP höher liegt als der erste Schwellenwert, wird auch Einlassventil 24b des rechten Vorderrads (mit intaktem Reifen) geschlossen. Durch die Druckdifferenz wird ein störendes Giermoment kompensiert, welches dadurch entsteht, dass das defekte Rad aufgrund des erhöhten Abrollwiderstands bei gleichem Bremsdruck eine stärkere Bremskraft erzeugt. Ein weiterer Druckaufbau in den Radbremsen der Vorderachse erfolgt nur noch gepulst.
  • Aufgrund eines verringerten Kraftschlusses zwischen dem defekten Reifen und der Fahrbahnoberfläche neigt das defekte Rad bereits nach einem geringen Druckaufbau zum Blockieren. Es ist daher vorteilhaft, an dem betroffenen Rad eine Bremsschlupfregelung mit einer sensitiv geschalteten Regelschwelle bzw. einem verringerten Sollschlupf durchzuführen. Zum Zeitpunkt t4 wird an dem linken Vorderrad die Regelschwelle überschritten und eine an sich bekannte ABS-Regelung gestartet.
  • Prinzipiell könnte das intakte rechte Vorderrad deutlich stärker bremsen als das defekte, wenn sein eigener Blockierdruck eingestellt würde. Dies würde allerdings starke Gierrmomente hervorrufen, die ein Schleudern des Fahrzeugs verursachen könnten. Um durch die asymmetrische Bremskraftverteilung zwischen linkem und rechtem Vorderrad verursachte Giermomente gering zu halten, wird der Druckaufbaugradient des rechten Vorderrads begrenzt. D.h. eine Druckerhöhung bis zum eigenen Blockierdruckniveau wird am rechten Vorderrad nur sehr moderat ausgeführt:
    • – Erfolgt ein Druckabbau am defekten Rad, so erfolgt auch ein vorzugsweise um einen vorgegebenen Faktor bzw. eine vorgegebene Differenz verringerter Druckabbau am intakten Rad, wie im Diagramm kurz nach t4 dargestellt ist.
    • – Ein Druckaufbau am intakten Rad wird nur dann vorgenommem, wenn zeitgleich auch am defekten Rad Druck aufgebaut werden kann bzw. eine vorgegebene Wartezeit verstrichen ist.
    • – Wenn das defekte Rad gerade instabil ist, sich also in einer Druckabbauphase mit anschließendem Druckhalten befindet, wird ein Druckaufbau am intakten Rad unterlassen.
  • Eine vorhandene Antiblockierregelung wird demnach alternativ oder ergänzend zu einem aktiven Druckaufbau modifiziert, indem vorzugsweise eine Giermomentenabschwächung durchgeführt wird, wenn der Fahrer vor, während oder nach einem Reifendruckverlust die Bremse betätigt. Somit können auch lediglich mit einem Antiblockiersystem bzw. einer Bremsschlupfregelung ausgestattete Fahrzeuge (ABS only) im Falle eines Reifenplatzens optimal konditioniert und für den Fahrer beherrschbar gehalten werden.
  • Sofern das Bremssystem des Fahrzeugs einen fahrerunabhängigen Aufbau von Bremskraft gestattet, ist vorzugsweise auch eine aktive Giermomentenkompensation vorgesehen. Zur Vermeidung einer Fahrzeug-Instabilität aufgrund eines Reifenplatzers ist es vorteilhaft, unmittelbar nach Erkennung der Situation einen aktiven Druckaufbau am anderen Rad derselben Achse durchzuführen, wobei das durch den Druckaufbau aufgebrachte Moment um die Fahrzeughochachse das Moment des geplatzten Reifens möglichst exakt kompensieren sollte.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird hier vorgeschlagen, die Höhe des Druckaufbaus abhängig von einem oder mehreren der folgenden Parameter auszuführen. Ein erster Parameter ist die Fahrzeuggeschwindigkeit, da das durch den Reifendruckverlust auftretende Bremsmoment von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt. Ein zweiter Parameter ist der unmittelbar nach dem Reifenplatzer auftretende Gierruck bzw. die auftretende Gierbeschleunigung. Vorzugsweise wird als dritter Parameter ein geschätzter Kraftschlussbeiwert zwischen Fahrbahn und Reifen berücksichtigt.
  • Da heutige ESC-Systemen erst bei relativ hohen Abweichungen zwischen der gemessenen Gierrate und der weitgehend auf dem Lenkwinkel basierenden Soll-Gierrate aktiviert werden, welche insbesondere über ein längeres Zeitintervall auftreten, würde ein Fahrzeug nach dem Stand der Technik bereits eine deutlich von der Fahrervorgabe abweichende Gierreaktion zeigen, bevor es zu einer Giermomentenregelung kommt.
  • Zweckmäßigerweise erfolgt der aktive bzw. fahrerunabhängige Druckaufbau zumindest anfangs in Form einer Vorsteuerung, wobei also ein konstantes oder ein anhand der oben genannten Parameter angepasstes Bremsmoment in einem Zeitintervall aufgebaut wird, zu dem eine Fahrdynamikregelung nach dem Stand der Technik mangels Regelabweichung noch nicht eingreifen würde.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dieser Vorsteueranteil im Laufe einer definierten Zeit von beispielsweise 2 Sekunden langsam gegen null abgebaut, sodass die weitere Regelung vom ESC übernommen wird. Damit geht die Vorsteuerung in eine auf bewährter Sensorik (Gierratensensor, Lenkradwinkelsensor, Querbeschleunigungssensor, Raddrehzahlsensoren) basierende ESC-Regelung über. Um diesen Übergang möglichst homogen zu gestalten, ist es ganz besonders bevorzugt, die Regelschwellen (z.B. für die Differenz zwischen Soll- und Istgierrate) im ESC herabzusetzen, wenn das Ereignis des Reifenplatzens erkannt wurde.
  • Im Folgenden wird von einem Fahrzeug mit einem hydraulischen Bremssystem wie in 1 ausgegangen, bei dem ein fahrerunabhängiger Druckaufbau an einem oder mehreren einzelnen Rädern möglich ist, indem eine Hydraulikpumpe aktiviert wird und Magnetventile geeignet angesteuert werden. Prinzipiell ist das erfindungsgemäße Verfahren aber auch mit einem elektromechanischen Bremssystem durchführbar.
  • 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Giermomentenkompensation, wobei das obere Diagramm zeitliche Verläufe der gemessenen Gierrate Ψ .act, der in einem Fahrzeugmodell berechneten Referenzgierrate Ψ .ref und des vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkels δdriver zeigt. Im unteren Diagramm ist ein Verstärkungsfaktor K sowie der zur Bremskraft proportionale Bremsdruck Pfront,right über der Zeit t dagestellt.
  • Zum Zeitpunkt t0 erfolgt ein Platzen des linken Vorderreifens und wird sicher erkannt. Durch das Reifenplatzen baut sich eine unerwünschte Fahrzeuggierrate Ψ .act in Linksdrehrichtung auf. Eine Fahrdynamikregelung nach dem Stand der Technik würde erst dann ein kompensierendes Giermoment durch den Aufbau von Bremsmoment anfordern, wenn die Gierratenabweichung eine vorgegebene Aktivierungsschwelle ∆Ψ .thr überschreitet, d.h. das Verhalten des Fahrzeugs sich deutlich von dem gewünschten unterscheidet. In einem erfindungsgemäßen Verfahren wird per Vorsteuerung ein aktiver Druckaufbau in der Radbremse bzw. ein Aufbau von Bremskraft durch den jeweiligen Bremsaktuator gestartet, wodurch die Bremsbeläge an die Reibfläche angelegt werden. Diese Überwindung des Lüftspiels ist zum Zeitpunkt t1 abgeschlossen.
  • Damit eine Fahrdynamikregelung ESC möglichst früh mit einem stabilisierenden radindividuellen Druckaufbau startet, werden eintrittsverzögernde Zeitfilter bei erkanntem Reifenplatzen deaktiviert und die Aktivierungsschwelle ΔΨ .thr des ESC auf einen sehr kleinen Wert von insbesondere 1°/s reduziert. Im gezeigten Beispiel reagiert der Fahrer auf das leichte Wegdrehen des Fahrzeugs nach links (positive Gierrate) mit einer Lenkwinkelvorgabe δdriver nach rechts (negative Werte), woraus sich auch eine negative Referenzgierrate Ψ .ref ergibt.
  • Aufgrund der Regelabweichung zwischen gemessener Ist-Gierrate und berechneter Referenzgierrate ermittelt der ESC-Regler, beispielsweise ein reiner Proportionalregler (P-Regler) eine Bremsanforderung bzw. einen in der Radbremse des rechten Vorderrads aufzubauenden Bremsdruck Pfront,right,req: Pfront,right,req = K·(Ψ .act – Ψ .ref)
  • Zweckmäßigerweise wird der Verstärkungsfaktor K bei Eintritt in die Regelung auf einen hohen Startwert Kmax gesetzt. Somit erfolgt ein frühzeitiger starker Bremseingriff, bevor die Regelabweichung zu einem deutlichen Versatz des Fahrzeugs geführt hat. Es ist vorteilhaft, wenn der Betrag von K ab einem Zeitpunkt t2 auf einen Normalwert Knormal reduziert wird, der insbesondere dem Verstärkungsfaktor einer Giermomentenregelung (bzw. des P-Anteils der Regelung) nach dem Stand der Technik entspricht.
  • Vorzugsweise wird der Zeitpunkt t2 derart gewählt, dass der Verstärkungsfaktor reduziert wird, wenn die durch den Reifenplatzer verursachte störende Gierrate erstmals Null wird (bei ursprünglich geradeaus fahrendem Fahrzeug also am Schnittpunkt von Ψ .act mit der Nulllinie). Durch die insbesondere kontinuierliche Reduzierung des Verstärkungsfaktors ergibt sich somit zum Zeitpunkt t3 wieder der übliche Wert Knormal. Der zeitliche Abstand von t3 und t2 sollte einige Sekunden betragen, insbesondere etwa 2s, damit sich der Fahrer durch einen bleibend eingestellten und nur noch leicht zu variierenden Lenkwinkel δdriver auf die Situation einstellen kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der ESC-Regler neben dem P-Anteil auch einen D-Anteil (Differentialanteil), der vorteilhafterweise deutlich früher eingreift als der reine P-Regler. Während der P-Regler seinen Bremseingriff erst mit wachsender Regelabweichung aufbaut, reagiert der D-Regler schon beim Entstehen einer Regelabweichung, wenn sich ein nicht erwünschter Gradient der Gierrate, also eine Gierbeschleunigung aufbaut. Im Beispiel der 3 hätte ein D-Regler seine maximale Stellgröße schon fast zum Zeitpunkt t1 erreicht. Ganz besonders bevorzugt wird anstelle oder zusätzlich zur Modifikation des P-Reglers also auch der Verstärkungsfaktor KD für den D-Anteil der Giermomentenregelung dynamisch angehoben. Der zeitliche Verlauf von KD wird dabei bevorzugt entsprechend zu dem oben diskutierten Verlauf von K gewählt, wobei auch eine schnellere Verringerung von KD vorgesehen sein kann.
  • Während das oben gezeigte Ausführungsbeispiel eine Geradeausfahrt des Fahrzeugs zeigt, werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die beschriebenen Maßnahmen auch in beliebigen Kurvensituationen aktiviert. Die Schwelle zur Ermittlung des Umschaltzeitpunkts wird dann anhand der zum Zeitpunkt der Erkennung des Reifenplatzens vorliegenden Gierrate gewählt. Es erfolgt also eine Erkennung eines Nulldurchgangs der um den ursprünglich vorliegenden Wert korrigierten gemessenen Gierrate.
  • Eine alternative bevorzugte Ausführungsform sieht vor, in Verbindung mit den ESC/ABS-Maßnahmen oder unabhängig davon über ein aufgebrachtes, begrenztes Lenkmoment (kurzer Lenkimpuls oder Lenkmoment, das sich zeitlich abbaut) kompensatorisch den Lenkeffekt des geplatzten Reifens zu beeinflussen. Dies erfolgt vorzugsweise aufgrund der Information des Reifenluftdrucks wie die vorhergehenden Maßnahmen. Der zweckmäßigerweise graduelle Abbau des kompensatorischen Lenkmoments hat den Vorteil, dass auch eine Fahrerübernahme/Fahrerinformation bewirkt wird.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die ESC- und/oder Lenkungsmaßnahmen auch beim Gasgeben des Fahrers in dieser Fahrsituation erfolgen, insbesondere für eine begrenzte Zeitdauer.
  • Indem bei einem erkannten Reifenplatzen ein frühzeitiges und starkes Engreifen einer ESC-Regelung und/oder im Bremsfall einer ABS-Regelung erfolgt, verhält sich das Fahrzeug während des gesamten Regelvorgangs unkritisch und bleibt auch durch einen ungeübten Fahrer leicht beherrschbar, womit Folgeschäden vermieden werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • US 5696681 [0004]
    • EP 0792229 B1 [0005]

Claims (11)

  1. Verfahren zur Erhöhung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs, welches mit Raddrehzahlsensoren an allen Rädern und einem Bremssystem ausgestattet ist, das zumindest eine radindividuelle Verringerung der Bremskraft gestattet, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennung eines plötzlichen Reifendruckverlusts, insbesondere einem Platzen eines Reifens, eine Giermomentenabschwächung während einer Bremsung durch den Fahrer und/oder eine Giermomentenkompensation durch einen fahrerunabhängigen Aufbau von Bremskraft erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennung eines plötzlichen Reifendruckverlusts während einer Bremsung durch den Fahrer eine Giermomentenabschwächung erfolgt, indem die vom Fahrer angeforderte oder mit oder ohne Hilfskraft aufgebrachte Bremskraft an dem defekten Rad begrenzt oder reduziert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Fahrzeug mit einem Bremssystem, welches einen fahrerunabhängigen radindividuellen Aufbau von Bremskraft gestattet und insbesondere eine Fahrdynamikregelung umfasst, bei Erkennung eines plötzlichen Reifendruckverlusts zur Giermomentenkompensation ein fahrerunabhängiger Aufbau von Bremskraft an dem Rad erfolgt, welches dem defekten Rad auf derselben Achse gegenüberliegt, wobei die Giermomentenkompensation insbesondere unabhängig von einer Bremsung durch den Fahrer vorgenommen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei erkanntem Reifendruckverlust ein erster Anteil der Bremskraft als Steueranteil aufgebaut wird, wobei insbesondere der Betrag des ersten Anteils in Abhängigkeit von der bei Erkennung des plötzlichen Reifendruckverlusts vorliegenden Gierbeschleunigung und/oder Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder einem geschätzten Reibwert und/oder von einer Bremsbetätigung durch den Fahrer gewählt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anteil der aufgebauten Bremskraft als Regelanteil nach Maßgabe einer Abweichung zwischen einer Referenzgierrate und einer gemessenen Gierrate ermittelt wird, wobei insbesondere nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne nur der Regelanteil der Bremskraft aufgebaut wird.
  6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennung eines plötzlichen Reifendruckverlusts eine vorgegebene Bremskraftdifferenz zwischen dem defekten Rad und dem auf der selben Achse gegenüberliegenden Rad eingestellt wird, welche vorzugsweise einen vorgegebenen festen Betrag hat, der insbesondere in Abhängigkeit von der bei Erkennung des plötzlichen Reifendruckverlusts vorliegenden Gierbeschleunigung und/oder Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder einem geschätzten Reibwert gewählt wird.
  7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach erkanntem Reifendruckverlust der Gradient einer Bremsbetätigung durch den Fahrer begrenzt wird, wobei insbesondere der Druckaufbau in dem Rad, welches dem defekten Rad auf derselben Achse gegenüberliegt, nach Maßgabe einer Bremsschlupfregelung des defekten Rades erfolgt.
  8. Verfahren mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur zumindest teilweisen Giermomentenkompensation ein Lenkmoment in den Lenkstrang eingebracht wird, welches vorzugsweise einen vorgegebenen festen Betrag hat, der insbesondere in Abhängigkeit von der bei Erkennung des Reifenplatzens vorliegenden Gierbeschleunigung und/oder Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder einem geschätzten Reibwert gewählt wird.
  9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reifendruckverlusterkennung dann aktiviert wird, wenn das Fahrzeug schneller fährt als eine Mindestgeschwindigkeit und/oder die Lenkradgeschwindigkeit einen vorgegebenen Lenkschwellenwert unterschreitet und/oder das Motormoment in einem vorgegebenen Motortoleranzband liegt und/oder die Radgeschwindigkeit aller Räder für eine zweite vorgegebene Zeitspanne in einem vorgegebenen Radgeschwindigkeitstoleranzband liegt und dass ein plötzlicher Reifendruckverlust dann erkannt wird, wenn die Raddrehzahl eines Hinterrads sprunghaft absinkt oder die Raddrehzahl eines Vorderrads sprunghaft absinkt, ohne dass das korrespondierende Hinterrad ein entsprechendes Verhalten zeigt und/oder ein dem Rad zugeordneter Drucksensor einen sprunghaft verringerten Druck zeigt.
  10. Verwendung eines Verfahrens nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Kraftfahrzeug, welches von einer Verbrennungskraftmaschine und/oder einem oder mehreren Elektromotoren angetrieben wird.
  11. Elektronisches Steuergerät für ein Bremssystem, mit einer Schnittstelle für mindestens zwei Raddrehzahlsensoren, umfassend oder verbunden mit einer Hydraulikeinheit mit mindestens einem Magnetventil, gekennzeichnet durch eine Recheneinheit, die ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausführt.
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