DE10303154A1

DE10303154A1 - Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität

Info

Publication number: DE10303154A1
Application number: DE10303154A
Authority: DE
Inventors: Ralph Gronau; Torsten Herrmann; Artur Kost
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2003-09-04
Also published as: DE50313666D1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs, bei dem bei einem stabilen oder instabilen Fahrverhalten ermittelt wird, ob anhand eines hochdynamischen Einlenkens eine Tendenz zu einem nachfolgenden instabilen Fahrverhalten vorliegt. DOLLAR A Um ein Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität zu schaffen, welches eine Reaktion auf vorhergesagte instabile Fahrsituationen mittels eines kritische Fahrsituationen abschwächenden oder vermeidenden Eingriffs erlaubt, wird in diesem Fall die Lenkkraft und/oder der Lenkwinkel einer Lenkhandhabe derart korrigiert, dass bei deren Betätigung der Fahrer in Richtung eines untersteuernden Fahrzeugkurses unterstützt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Heftige Lenk- und Gegenlenkaktionen bei z. B. Ausweichmanövern, Spurwechseln u. dgl. können bei hohem Reibwert zu Fahrzeuginstabilitäten führen. Bei Fahrzeugen mit hohem Schwerpunkt besteht dabei vermehrt die Gefahr des Umkippens.
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.
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 Auslassventile sind zur Druckregelung in den Radbremsen elektromagnetisch betätigbar.
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.
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.
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).
Wünschenswert wäre es, instabile Fahrsituationen, die vom Fahrer oftmals nicht beherrscht werden, von vornherein zu vermeiden, so dass kritischen Fahrsituationen erst gar nicht entstehen können.
Aus der WO 02/36401 A1 ist ein Verfahren für die Vorhersage des Verhaltens eines Kraftfahrzeugs bekannt, das in Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf der Lenkradwinkelgeschwindigkeit bei einem stabilen Fahrverhalten ermittelt, ob eine Tendenz zu einem nachfolgenden instabilen Fahrverhalten vorliegt, wobei in diesem Fall ein Bremsen-Voreingriff bereits bei dem stabilen Fahrverhalten erfolgt. Beschrieben wird weiterhin ein Verfahren, das bei extremem Gegenlenken während einer Kurvenfahrt mit hoher Querbeschleunigung stattfindet und bei dem neben dem zeitlichen Verlauf der Lenkradwinkelgeschwindigkeit auch die Querbeschleunigung berücksichtigt wird. Bei extremem Gegenlenken während einer Kurvenfahrt mit hoher Querbeschleunigung werden durch die hohe Querdynamik der Karosserie Wankbewegungen (aus- und einfedern) erzeugt. Das Fahrzeug wird destabilisiert, mit der Gefahr des Kippens um die Längsachse.
Wechseldynamische Fahrmanöver, wie z. B. ein Spurwechsel, stellen fahrdynamisch eine besondere Herausforderung dar, weil zum einen verschiedene Kräfte abzufangen sind (Trägheitskraft des schiebenden Fahrzeugs, Zentrifugalkraft des sich auf einer Kreisbahn befindenden Fahrzeugs) und weil zum anderen die Radbedingungen (Kraftschluss zwischen Reifen und Fahrbahn, Bremsvorgang, Reaktionszeit des Fahrers), unter denen das Fahrmanöver stattfinden kann, zeitlich veränderlich sind. Ausgelöst oder unterstützt werden kann das instabile Fahrverhalten des Fahrzeugs bei den wechseldynamischen Fahrmanövern durch schnelle Lenkbewegungen, die der Fahrer in Reaktionen auf erwartetes oder tatsächliches instabiles Fahrverhalten ausführt. Es wäre daher wünschenswert, dem Fahrer alle denkbaren Hilfen zur Verfügung zu stellen, die ihn im Hinblick auf kritische Fahrsituationen unterstützen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität zu schaffen, welches eine Reaktion auf vorhergesagte instabile Fahrsituationen mittels eines kritische Fahrsituationen abschwächenden oder vermeidenden Eingriffs erlaubt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in diesem Fall die Lenkkraft und/oder der Lenkwinkel einer Lenkhandhabe derart korrigiert wird, dass bei deren Betätigung der Fahrer in Richtung eines untersteuernden Fahrzeugkurses unterstützt wird.
Die Vorhersage der instabilen Fahrsituation kann aus einer stabilen oder instabilen Fahrsituation heraus erfolgen. Das Verfahren nutzt die Korrektur der Lenkkraft und/oder des Lenkwinkels eines Fahrzeugs mit einer Lenkhandhabe, wie einem Lenkrad, dessen durch den Fahrzeugfahrer erzeugte Drehbewegung durch einen Lenkmechanismus in eine Schwenkbewegung der lenkbaren Räder des Fahrzeugs gewandelt wird. Es findet dabei eine Regelung statt, in der der durch den Fahrer erzeugte Lenkwinkel dahingehend überwacht wird, ob durch die Lenkbewegung der Lenkhandhabe ein instabiles Fahrverhalten erzeugt wird. Falls ein instabiles Fahrverhalten durch die Lenkbewegung erzeugt wird oder entstehen kann, wird dem Fahrer durch die Veränderung bzw. Modifikation der Lenkkraft nahegelegt, richtig zu lenken. Dabei kann der Betrag der Servounterstützung gesenkt werden, wenn der Fahrer Lenkbewegungen ausführt, die zu einer instabilen Fahrsituation führen oder eine instabile Fahrsituation verstärken, wenn das Fahrzeug mit einer Servolenkung ausgestattet ist. Bei einem Fahrzeug, das mit einer Hilfskraft- oder Fremdkraftlenkung, z. B. einem elektrisch betätigbaren Lenksystem, ausgestattet ist, kann die Lenkkraft mittels elektrischer Ansteuersignale so verändert werden, dass der Betrag der Hilfskraft zum Beispiel erhöht oder gesenkt wird. Auch kann zusätzlich der Lenkwinkel verändert werden, um eine instabile Fahrsituation zu verhindern.
Vorteilhaft ist, dass beim Anlenken bzw. Einlenken anhand der Amplitude und der Frequenz und gegebenenfalls einem Nulldurchgang des Lenkwinkels mit im wesentlichen unverminderter Lenkwinkelgeschwindigkeit ein Muster ermittelt wird, mittels dem ein instabiles Fahrverhalten vorhersagt wird.
Wird ein zu erwartendes instabiles Fahrzeugverhalten oder ein erwarteter Zustand aus dem gegenwärtigen Fahrzustand vorhergesagt, wird mittels vorwärts gerichteter Steuerung die Lenkkraft und/oder der Lenkwinkel der Lenkhandhabe modifiziert, z. B. erhöht oder erniedrigt bzw. vergrößert oder verkleinert.
Vorteilhaft ist, dass die Lenkkraft und/oder der Lenkwinkel in Abhängigkeit von einem Kennfeld einer Lenkkraftunterstützung (Lenkübersetzung), das die Geschwindigkeit des Fahrzeugs berücksichtigt, modifiziert wird.
Dabei ist vorteilhaft vorgesehen, dass das Kennfeld in Richtung einer höheren Geschwindigkeit als die tatsächliche Geschwindigkeit des Fahrzeugs eingestellt wird.
Darüber hinaus kann es zweckmäßig sein, dass die Modifikation der Lenkkraft und/oder des Lenkwinkels in Abhängigkeit von der Zeit, bis das instabile Fahrverhalten eintritt, eingestellt wird.
Weiterhin kann es zweckmäßig sein, dass die Modifikation der Lenkkraft und/oder des Lenkwinkels in Abhängigkeit von einer Kennlinie eingestellt wird.
Um die Fahrsituationen zu ermitteln, ist es vorteilhaft, dass die Größe der Lenkkraft und/oder des Lenkwinkels in Abhängigkeit von einem Fahrspurmodell eingestellt wird.
Vorteilhaft wird in dem Fahrspurmodell eine maximale Spurabweichung von der vom Fahrer gewünschten Fahrzeugspur vorgegeben, die gewünschte Fahrspur mit der maximalen Spurabweichung verglichen und beim Unterschreiten der maximalen Spurabweichung die Größe der Lenkkraft und/oder des Lenkwinkels dahingehend reduziert, dass die Korrektur der Lenkkraft bzw. des Lenkwinkels zurückgenommen wird.
Bei wechseldynamischen Fahrmanövern können Fahrzeuge schnell um ihre Längsachse kippen. Diese kippkritischen Situationen bei wechseldynamischen Fahrmanövern können durch entsprechend schnelle Lenkbewegungen erzeugt werden, die der Fahrer in Fahrsituationen ausführt, die in der Regel eine schnelle Reaktion auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs erfordern. Zur Verringerung der dabei erzeugten Wankanregung bzw. Wankfrequenz des Fahrzeugs, die zum Kippen führt, ist eine Mustererkennung des kippkritischen Lenkwinkel- bzw. Lenkwinkelgeschwindigkeitssignals vorgesehen.
Wird bei einem Spurwechsel beim ersten Einlenken eine kritisches Muster in Bezug auf Frequenz und Amplitude detektiert und darüber hinaus gegebenenfalls ein Nulldurchgang des Lenkwinkels mit entsprechend unverminderter Lenkwinkelgeschwindigkeit ermittelt, und läßt dieses Muster auf eine Fortführung des Manövers schließen, wird die Charakteristik der Lenkung (Lenkkraft und/oder Lenkwinkel) verändert. Die Veränderung erfolgt bevorzugt in Richtung schwergängig, da einer Vergrößerung des Lenkwinkels (durch eine leichtgängigere Lenkung; höhere Lenkunterstützung) in dieser Situation nicht von so großem Einfluß auf die Fahrsituation ist, da sich das Fahrzeug schon am fahrdynamischen Limit befindet.
Die Beeinflussung der Lenkcharakteristik kann durch eine Umschaltung des Geschwindigkeitskennfeldes (es wird eine höhere Geschwindigkeit angenommen, wie das Fahrzeug tatsächlich fährt) erfolgen. Diese Umschaltung kann in Abhängigkeit von der Nähe der kritischen Situation gesetzt oder nach einer Kennlinie angefahren. Bei dem Maß der Veränderung kann nach Vorgabe eines Fahrspurmodells eine maximal Spurabweichung von der vom Fahrer eigentlich gewählten Spur vorgegeben werden, bei der die Beeinflussung ggf. wieder reduziert wird. Diese Beeinflussung kann sowohl bei Servolenkungen (Parameterlenkungen) als auch bei Steer-by-wire Systemen Verwendung finden.

Claims

1. Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs, bei dem bei einem stabilen oder instabilen Fahrverhalten ermittelt wird, ob anhand eines hochdynamischen Einlenkens eine Tendenz zu einem nachfolgenden instabilen Fahrverhalten vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass in diesem Fall die Lenkkraft und/oder der Lenkwinkel einer Lenkhandhabe derart korrigiert wird, dass bei deren Betätigung der Fahrer in Richtung eines untersteuernden Fahrzeugkurses unterstützt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anlenken bzw. Einlenken anhand der Amplitude und der Frequenz und gegebenenfalls einem Nulldurchgang des Lenkwinkels mit im wesentlichen unverminderter Lenkwinkelgeschwindigkeit ein Muster ermittelt wird, mittels dem ein instabiles Fahrverhalten vorhersagt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkkraft der Lenkhandhabe und/oder der Lenkwinkel modifiziert, z. B. erhöht oder erniedrigt bzw. vergrößert oder verkleinert, wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkkraft und/oder der Lenkwinkel in Abhängigkeit von einem Kennfeld einer Lenkkraftunterstützung (Lenkübersetzung), das die Geschwindigkeit des Fahrzeugs berücksichtigt, modifiziert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennfeld in Richtung einer höheren Geschwindigkeit als die tatsächliche Geschwindigkeit des Fahrzeugs eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Modifikation der Lenkkraft und/oder des Lenkwinkels in Abhängigkeit von der Zeit, bis das instabile Fahrverhalten eintritt, eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Modifikation der Lenkkraft und/oder des Lenkwinkels in Abhängigkeit von einer Kennlinie eingestellt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Lenkkraft und/oder des Lenkwinkels in Abhängigkeit von einem Fahrspurmodell eingestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fahrspurmodell eine maximale Spurabweichung von der vom Fahrer gewünschten Fahrzeugspur vorgegeben wird, dass die gewünschte Fahrspur mit der maximalen Spurabweichung verglichen wird und dass beim Unterschreiten der maximalen Spurabweichung die Größe der Lenkkraft und/oder des Lenkwinkels dahingehend reduziert wird, dass die Korrektur der Lenkkraft und/oder Lenkwinkels zurückgenommen wird.

10. Elektrisch betätigbares Lenksystem gekennzeichnet durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9.

11. Servolenkung gekennzeichnet durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9.