DE4308128C2 - Verfahren zur Bestimmung der Fahrbahn-Längsneigung während der ungebremsten Fahrt eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung der Fahrbahn-Längsneigung während der ungebremsten Fahrt eines Kraftfahrzeugs

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Ver­ fahren ist aus der DE-OS 39 33 652 bekannt Die Kenntnis darüber, ob sich ein Kraftfahrzeug mo­ mentan auf ebener oder schiefer Fahrbahn befindet (Steigung/Bergfahrt bzw. Gefälle/Talfahrt), ist oftmals für die Beurteilung des Fahrverhaltens des Kraftfahr­ zeugs von großem Interesse. Beispielsweise sollte die jeweilige Fahrbahn-Längsneigung bei der Steuerung von Bremsprozessen berücksichtigt werden, da sich eine Steigung bzw. ein Gefälle wie eine Abbremsung bzw. eine Beschleunigung des Fahrzeugs auswirkt.
Bei bestimmten Geländewagen ist zur Erkennung der Fahrbahn-Längsneigung ein Quecksilberschalter vorge­ sehen, der ab einem vorgegebenen Neigungs-/Stei­ gungsschwellwert geschlossen wird und dadurch einen Kontakt zur Steuerung des Antiblockiersystems und des Differentials betätigt. Bei dieser mechanischen Lö­ sung ist jedoch aufgrund von Bauteiletoleranzen und den damit verbundenen Fehlern eine große Unsicher­ heit vorhanden, zudem ist der Schwellwert nicht verän­ derbar.
Bei der eingangs erwähnten gattungsbildenden Druckschrift erfolgt die Auswertung der Fahrbahn-Längs­ neigung über den Vergleich der mittels eines se­ paraten Fahrzeugverzögerungsgebers gemessenen und der aus der Raddrehzahl berechneten Verzögerung des Fahrzeugs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs an­ zugeben, mit dem die Fahrbahn-Längsneigung auf ein­ fache Weise festgestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei einer ungebremsten Fortbewegung des Kraft­ fahrzeugs kann durch die Bestimmung der Schlupfdiffe­ renz des Fahrzeugs (durch Ermittlung des Schlupfs an den Rädern der angetriebenen Achse und einer frei-mit­ laufenden Achse) und durch die Bestimmung der Ge­ schwindigkeitsänderung bzw. der Verzögerung des Fahrzeugs auf die Fahrbahn-Längsneigung geschlossen und zwischen ebener Fahrbahn (ebener Fahrt), Steigung (Bergfahrt) und Gefälle (Talfahrt) unterschieden wer­ den:
  • - Eine Steigung (Bergfahrt) liegt vor, wenn einer­ seits die Schlupfdifferenz negativ ist bzw. ein An­ trieb durch den Motor erfolgt (die angetriebene Achse dreht schneller als die frei-mitlaufende Ach­ se) und wenn andererseits die zeitliche Geschwin­ digkeitsänderung negativ ist. d. h. das Fahrzeug langsamer wird.
  • - Ein Gefälle (Talfahrt) liegt vor, wenn einerseits die Schlupfdifferenz positiv ist bzw. ein Abbremsen durch den Motor erfolgt (die angetriebene Achse dreht langsamer als die frei-mitlaufende Achse) und wenn andererseits die zeitliche Geschwindigkeits­ änderung positiv ist, d. h. das Fahrzeug schneller wird.
  • - Eine ebene Fahrbahn (ebene Fahrt) liegt in allen anderen Fällen vor, insbesondere wenn weder eine Schlupfdifferenz noch eine Geschwindigkeitsände­ rung auftritt, d. h. die Vortriebskräfte des Kraft­ fahrzeugs stationär sind.
Durch die Messung der Raddrehzahlen mittels Rad­ drehzahlsensoren kann die momentane Drehgeschwin­ digkeit der einzelnen Räder oder ein Mittelwert der Raddrehgeschwindigkeit der beiden Räder einer Achse ermittelt und daraus die Schlupfdifferenz und die Ge­ schwindigkeitsänderung bzw. Verzögerung des Fahr­ zeugs bestimmt werden. Die aus den Raddrehzahlmes­ sungen gewonnenen Meßsignale - die Messungen werden während der Fahrt kontinuierlich durchgeführt - kön­ nen zur Auswertung über einen bestimmten Zeit­ raum gemittelt und somit Meßvorgänge bestimmter Dauer gebildet werden, damit kurzfristige Meßsignal-"Aus­ reißer" eliminiert werden; durch Auswertung der Meßvorgänge wird dann die jeweilige Fahrbahn-Längs­ neigung erkannt.
Das erfindungsgemäße Verfahren vereinigt mehrere Vorteile in sich:
  • - es ist kostengünstig und einfach; Sensoren zur Raddrehzahlmessung sind beim Kraftfahrzeug oft­ mals bereits vorhanden,
  • - es ist variabel, da kein fester Neigungs-/Stei­ gungsschwellwert vorgegeben werden muß,
  • - die Meßergebnisse können auf einfache Weise ausgewertet und weiterverarbeitet werden, bei­ spielsweise für Korrekturberechnungen bei Brems­ prozessen,
  • - bei Kenntnis der Fahrbahn-Längsneigung wird die Fahrsicherheit erhöht, was speziell bei Brem­ sungen, insbesondere beim Dauerbremsen zum Tragen kommt.
Im folgenden wird anhand der Figur ein Ausführungs­ beispiel zur Erläuterung der Erfindung beschrieben - hier­ bei soll die Bestimmung der Fahrbahn-Längsnei­ gung (die Unterscheidung zwischen Talfahrt, Bergfahrt und ebener Fahrt) bei einem Fahrzeug mit elektropneu­ matischer Bremsanlage und Raddrehzahlsensoren an den Rädern einer angetriebenen Achse und einer frei­ mitlaufenden Achse vorgestellt werden.
Während der Fahrt werden die Raddrehzahlen der einzelnen Räder kontinuierlich gemessen und bei Kenntnis der dynamischen Radien der Räder daraus die jeweilige Radgeschwindigkeit ermittelt; sind die Radge­ schwindigkeiten bekannt, lassen sich Vorzeichen und Absolutwert der Schlupfdifferenz und der zeitlichen Geschwindigkeitsänderung bzw. Verzögerung des Fahrzeugs bestimmen.
Die Schlupfdifferenz SD ist definiert durch:
wobei vRf der Mittelwert der Radgeschwindigkeit der beiden Räder an der frei-mitlaufenden Vorderachse und vRa der Mittelwert der Radgeschwindigkeit der beiden Räder an der angetriebenen Achse ist - die Geschwin­ digkeit vRf entspricht der Fahrzeuggeschwindigkeit, da die frei-mitlaufende Achse nicht gebremst wird.
Die Verzögerung z ist als negative zeitliche Ge­ schwindigkeitsänderung definiert:
die Verzögerung z wird über die Änderung der Rad­ drehzahl bzw. der Radgeschwindigkeit an einer Achse (meist der Vorderachse) bestimmt.
Folgende Fälle können - wie in der Figur dargestellt - durch Ermittlung des Vorzeichens von SD und z unterschieden werden:
  • - bei negativem Wert der Schlupfdifferenz (SD < 0) ist vRf < vRa) d. h. es erfolgt ein Antrieb durch den Motor, so daß eine negative Verzögerung z (Beschleunigung) zu erwarten ist; wird jedoch ein positiver Wert der Verzögerung z gemessen (z < 0, d. h. dv < 0), kann darauf geschlossen werden, daß sich das Fahrzeug am Hang befindet und aufwärts fährt,
  • - bei positivem Wert der Schlupfdifferenz (SD < 0) ist vRf < VRa, d. h. es erfolgt eine Abbremsung durch den Motor, so daß eine positive Verzögerung z (Abbremsung) zu erwarten ist; wird jedoch ein negativer Wert der Verzögerung z gemessen (z < 0, d. h. dv < 0), kann darauf geschlossen werden, daß sich das Fahrzeug am Hang befindet und ab­ wärts fährt,
  • - für alle anderen Vorzeichenkombinationen von Schlupfdifferenz SD und Verzögerung z kann auf eine ebene Fahrt geschlossen werden.
Zur Auswertung können (variable) Schwellwerte für Schlupfdifferenz SD und Verzögerung z definiert wer­ den, wobei beim überschreiten bzw. Unterschreiten die­ ser Schwellwerte ein positiver Wert bzw. negativer Wert der entsprechenden Größe angesetzt wird - ge­ mäß der Figur sind beispielsweise die Schwellwerte SDS1 (positiver Bereich) bzw. SDS2 (negativer Bereich) für die Schlupfdifferenz SD und zS1 (positiver Bereich) bzw. zS2 (negativer Bereich) für die Verzögerung z vor­ gesehen. Denkbar ist auch, eine beliebige Anzahl von Schwellwerten für den Absolutwert der Schlupfdiffe­ renz und Verzögerung anzugeben, deren Überschreiten oder Unterschreiten detailliertere Aussagen über die Fahrbahn-Längsneigung (Grad der Steigung/Grad des Gefälles) ermöglichen. Die von den Raddrehzahlsenso­ ren beispielsweise alle 10-20 ms gelieferten Raddreh­ zahlsignale werden zu Meßvorgängen mit beispielswei­ se jeweils 10 bis 100 Signalen zusammengefaßt. Zu Be­ ginn der Messungen (Fahrtbeginn) werden die Raddreh­ zahlsignale der einzelnen Räder abgeglichen und diese Korrekturwerte während der späteren Messungen be­ rücksichtigt.
Als Anwendungsfall kann beispielsweise das Brems­ druckverhältnis pv/pH von Vorderachse zu Hinterachse in Abhängigkeit der Fahrbahn-Längsneigung verändert werden: bei einer Bergfahrt wird das Bremsdruckver­ hältnis erhöht, bei einer Talfahrt gesenkt. Das Brems­ druckverhältnis wird kontinuierlich an die entsprechen­ den Fahrbahn-Begebenheiten angepaßt, so daß bei ei­ nem Bremsvorgang bereits der jeweils angemessene Wert voreingestellt ist - dies ist insbesondere bei Dau­ erbremsungen von großem Interesse.

Claims (6)

1. Verfahren zur Bestimmung der Fahrbahn-Längsneigung während der Fahrt eines Kraftfahrzeugs, das an mindestens einem Rad jeder Achse Rad­ drehzahlsensoren aufweist, wobei:
  • a) die Raddrehzahlen kontinuierlich gemessen und daraus die Radge­ schwindigkeiten bestimmt werden,
  • b) aus den Radgeschwindigkeiten der Absolutwert und die zeitliche Ge­ schwindigkeitsänderung (dv/dt) bzw. Verzögerung (z) des Kraftfahr­ zeugs ermittelt wird,
    gekennzeichnet dadurch:
  • c) während der ungebremsten Fahrt des Kraftfahrzeugs wird aus den Radgeschwindigkeiten das Vorzeichen der Schlupfdifferenz (SD) zwi­ schen verschiedenen Achsen des Kraftfahrzeugs ermittelt,
  • d) in Abhängigkeit des Vorzeichens der beiden Größen Schlupfdifferenz (SD) und Verzögerung (z) wird zwischen ebener Fahrbahn, Steigung und Gefälle unterschieden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einem negativen Vorzeichen der Schlupfdifferenz (SD) und positivem Vorzeichen der Verzögerung (z) des Kraftfahrzeugs eine Stei­ gung erkannt wird, daß bei einem positiven Vorzei­ chen der Schlupfdifferenz (SD) und negativem Vor­ zeichen der Verzögerung (z) des Kraftfahrzeugs ein Gefälle erkannt wird, und daß bei allen anderen Vorzeichenkombinationen der Schlupfdifferenz (SD) und der Verzögerung (z) des Kraftfahrzeugs eine ebene Fahrbahn erkannt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein positives bzw. negatives Vor­ zeichen der Schlupfdifferenz (SD) und der Verzö­ gerung (z) jeweils beim Überschreiten eines Schwellwerts (SDS1, ZS1) bzw. Unterschreiten eines Schwellwerts (SDS2, ZS2) angesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Absolutwert der Schlupfdifferenz (SD) und der Verzögerung (z) mehrere Schwellwerte vorgesehen sind, durch die der Grad der Steigung bzw. des Gefälles ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Auswertung mehrere aufeinanderfolgende Messungen der Rad­ drehzahlen zur Mittelwertbildung zusammenge­ faßt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Raddrehzahl­ werten der beiden Räder einer Achse der Mittel­ wert gebildet wird.
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