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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Fahrzeugtechnik und
betrifft ein Verfahren zum Abbremsen eines Kraftfahrzeugs, sowie
ein zur Durchführung
des Verfahrens geeignet eingerichtetes Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik
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Moderne
Kraftfahrzeuge sind in der Regel mit einem als ”Antiblockiersystem (ABS)” bezeichneten
Bremsassistenzsystem ausgerüstet,
durch das einem Blockieren der Räder
bei einer Vollbremsung über
eine automatische Reduzierung des Bremsdrucks entgegen gewirkt wird.
Die ABS-Regelung macht sich hierbei die Tatsache zu Nutze, dass
eine maximale Verzögerung
nicht bei blockierenden Rädern
entsprechend einem Bremsschlupf von 100%, sondern bei einem Bremsschlupf
im Bereich von einigen zehn Prozent erzielt werden kann. Erreicht
wird dies durch eine Erfassung von momentanen Drehzahlen der Räder mittels
Drehzahlsensoren und einer den gewünschten Bremsschlupf bewirkenden Beaufschlagung
der Radbremszylinder mit Bremsflüssigkeit.
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Nun
hängt die
während
einer Kurvenfahrt beim Bremsen erreichbare maximale Verzögerung nicht
nur vom Bremsschlupf sondern auch von den durch die Räder auf
die Fahrbahn übertragenen
Seitenführungskräften ab.
Dieser Zusammenhang kann durch ein Längs-/Seitenkraft-Diagramm,
den so genannten Kammschen Kreis anschaulich dargestellt werden.
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In 2 ist
ein Kammscher Kreis (K) beispielhaft gezeigt. Demnach ergibt sich
die an einem Rad übertragbare
Gesamtkraft (Fges) als Vektorsumme aus einer
in Abrollrichtung des Rads maximal übertragbaren Längskraft
(Fl) und einer quer zur Abrollrichtung maximal übertragbaren
Seitenkraft (Fs). Die den Radius des Kammschen
Kreises bestimmende Gesamtkraft gibt die maximale Haft- bzw. Haltekraft
des Rads an. Deren Größe hängt von
der Haftreibung des Rads ab, die sich ihrerseits aus dem Anpressdruck
des Rads auf die Fahrbahn (Normalkraft) und den Materialeigenschaften
der Materialpaarung Reifen/Fahrbahn, beschrieben durch eine Haftreibungszahl
(Haftreibungskoeffizient), ergibt. Gemäß dem Kammschen Kreis nimmt
bei einer gleichen Gesamtkraft die maximal übertragbare Längskraft
mit zunehmender Seitenführungskraft
ab und umgekehrt. Bei voller Ausnutzung der maximal übertragbaren
Längskraft
beim Beschleunigen oder Bremsen reduziert sich demnach die Seitenführungskraft
auf Null. Umgekehrt kann ohne einwirkende Längskraft die volle Seitenführungskraft
auf die Fahrbahn übertragen
werden.
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Bei
einer ABS-Regelung erfolgt eine Variation der Bremskraft lediglich
mit dem Ziel, einen für
die Bremswirkung in Abrollrichtung optimalen Bremsschlupf bereit
zu stellen. Die bei einer Kurvenfahrt zu übertragenden Seitenführungskräfte werden
hierbei nicht berücksichtigt,
so dass bei einer Vollbremsung in Kurvenfahrt der Fall eintreten
kann, dass die für
die Kurvenfahrt erforderlichen Seitenführungskräfte nicht auf die Fahrbahn übertragen
werden können,
mit der Folge, dass die Räder
seitlich rutschen, das Fahrzeug über-
oder untersteuert und gegebenenfalls ins Schleudern gerät.
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Bei
einem als ”elektronische
Stabilitätskontrolle
(ESC)” bezeichneten
Fahrerassistenzsystem kann durch gezieltes Bremsen einzelner Räder und gegebenenfalls
einer Drosselung der Motorleistung einem Über- und Untersteuern bzw.
Schleudern des Fahrzeugs entgegengewirkt werden. Erreicht wird dies
durch die sensorgestützte
Ermittlung einer Reihe von Kenngrößen zur Beschreibung des momentanen
Fahrzeugzustands, wie Räderdrehzahl,
Gierrate und Beschleunigung, und einem Vergleich der ermittelten
Kenngrößen mit
Sollwerten entsprechend einem auf einem Fahrerwunsch basierenden
Sollzustand für
das Fahrzeug, welcher beispielsweise über den momentanen Lenkeinschlag
ermittelt wird. Bislang erfolgt durch eine solche ESC-Regelung lediglich
eine Erhöhung
des Bremsdrucks einzelner Räder,
um die Beherrschbarkeit des Fahrzeugs sicherzustellen, so dass bei
einer Vollbremsung eine Reduzierung der Bremskraft nicht möglich ist.
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Aufgabenstellung
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Demgegenüber besteht
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum
Abbremsen eines Kraftfahrzeugs anzugeben, durch das während einer
Vollbremsung in Kurvenfahrt maximale Seitenführungskräfte von den gebremsten Rädern auf
die Fahrbahn übertragen
werden können.
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Lösung der Aufgabe
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Diese
und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch
ein Verfahren zum Abbremsen eines Kraftfahrzeugs in Kurvenfahrt sowie
durch ein zur Durchführung
des Verfahrens geeignet eingerichtetes Kraftfahrzeug mit den Merkmalen
der unabhängigen
Patentansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale
der Unteransprüche
angegeben.
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Erfindungsgemäß ist ein
Verfahren zum Abbremsen eines Kraftfahrzeugs auf einer Fahrbahn
in Kurvenfahrt gezeigt. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein momentaner
Lenkwinkel (Lenkeinschlag) eines Lenkrads zur Lenkung des Fahrzeugs mittels
eines Lenkwinkelsensors erfasst. Bei einer Bremsung, insbesondere
bei Vollbremsung, wird für zumindest
ein Rad, insbesondere für
alle gebremsten bzw. bremsbaren Räder, des Kraftfahrzeugs eine auf
das Rad einwirkende Bremskraft so eingestellt, dass für eine vom
Rad auf die Fahrbahn übertragbare
maximale Gesamtkraft eine dem erfassten momentanen Lenkwinkel entsprechende
maximale Seitenführungskraft übertragen
werden kann.
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Als
eine vom Rad auf die Fahrbahn übertragene
Gesamt- bzw. Haftkraft (bei Haftreibung) ist im Sinne der Erfindung,
wie üblich,
die vektorielle Summe aus einer in Abrollrichtung auf die Fahrbahn übertragenen
Längskraft
und einer quer zur Abrollrichtung auf die Fahrbahn übertragenen
Seitenkraft zu verstehen.
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Eine
Regelung der Bremskraft erfolgt erfindungsgemäß somit in der Weise, dass
die Bremskraft für
das gebremste Rad so eingestellt wird, dass höchstens die für einen
momentanen Lenkwinkel und für
die maximal übertragbare
Gesamtkraft maximal übertragbare
Verzögerung
(im Sinne des Kammschen Kreises) bewirkt wird. Vorteilhaft, jedoch
nicht zwingend, wird die Bremskraft so eingestellt, dass die für einen
momentanen Lenkwinkel und für
die maximal übertragbare
Gesamtkraft maximal übertragbare Verzögerung bewirkt
wird.
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Erfindungemäß kann die
Seitenkraft, welche für
die dem momentanen Lenkwinkel entsprechende Kurvenfahrt erforderlich
ist, von dem gebremsten Rad auf die Fahrbahn übertragen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren
verhindert somit in vorteilhafter Weise ein Ausbrechen bzw. Schleudern
des gebremsten Fahrzeugs während
einer Kurvenfahrt.
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Die
Erfindung erstreckt sich weiterhin auf ein Kraftfahrzeug, das mit
einer regelbaren Bremsanlage, die eine Einstellung voneinander verschiedener Bremskräfte an allen
gebremsten Rädern
ermöglicht, einem
Lenkwinkelsensor zur Erfassung eines momentanen Lenkwinkels, sowie
einem mit der Bremsanlage und dem Lenkwinkelsensor datentechnisch verbundenen
Steuergerät
ausgerüstet
ist. Das Steuergerät
ist zur Durchführung
eines wie oben Verfahrens programmtechnisch geeignet eingerichtet.
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Ausführungsbeispiel
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Die
Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei
Bezug auf die beigefügten
Figuren genommen wird. Es zeigen:
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1 ein
Kraftfahrzeug zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 einen
Kammschen Kreis zur Veranschaulichung der von einem Rad während einer
Kurvenfahrt auf die Fahrbahn übertragenen
Kräfte.
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2 wurde
bereits in der Beschreibungseinleitung eingehend erläutert, so
dass sich hier eine weitere Beschreibung erübrigt.
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In 1 ist
zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ein Kraftfahrzeug 1 auf einer gekurvten Fahrbahn 2 gezeigt.
Die Fahrbahn 2 weist eine gleichmäßige Krümmung auf, was durch die beiden
Seitenlinien 3 schematisch dargestellt ist.
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Das
Kraftfahrzeug 1 ist mit einer nicht näher dargestellten, regelbaren,
hydraulischen Bremsanlage ausgerüstet,
die eine Einstellung voneinander verschiedener Bremskräfte an allen
gebremsten Rädern ermöglicht.
Eine Regelung der Bremskräfte
erfolgt hierbei über
eine Änderung
des Bremsdrucks in den Rädern
jeweils zugeordneten Radzylindern, wobei der Bremsdruck über eine
gezielte Zuleitung von Bremsflüssigkeit
zu den Radzylindern eingestellt werden kann. Über einen ebenfalls nicht näher dargestellten
Lenkwinkelsensor kann ein momentaner Lenkwinkel des Lenkrads des
Kraftfahrzeugs 1 erfasst werden. Der Lenkwinkelsensor und
die Bremsanlage sind jeweils mit einem nicht dargestellten Steuergerät datentechnisch
verbunden, wobei durch den Lenkwinkelsensor momentane Lenkwinkel
entsprechende Ein gangssignale dem Steuergerät zugeführt werden und die Bremsanlage über Ausgangssignale
des Steuergeräts
steuerbar ist.
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In 1 wird
das Fahrzeug 1 während
der Kurvenfahrt einer Vollbremsung unterworfen, wobei das Fahrzeug 1 dem
kurvigen Verlauf der Fahrbahn 2 ohne auszubrechen folgt.
Zu diesem Zweck wird von dem Lenkwinkelsensor periodisch, jeweils
nach Ablauf einiger Zehntelsekunden, ein momentaner Lenkwinkel erfasst,
wobei der Lenkwinkel durch den Fahrer hier so eingestellt ist, dass
das Fahrzeug 1 dem Verlauf der Fahrbahn 2 folgt.
Bei der Vollbremsung erfolgt für
alle gebremsten Räder,
hier beispielsweise alle vier Räder
des Fahrzeugs 1, durch das Steuergerät eine Regelung des Bremsdrucks
der Radzylinder der Bremsanlage in der Weise, dass für den eingestellten
Lenkwinkel eine maximal mögliche Verzögerung entsprechend
der von den Rädern
bei Kurvenfahrt auf die Fahrbahn 2 übertragbaren Gesamtkraft erreicht
wird. Die gebremsten Räder
rollen in diesem Fall mit Haftreibung auf der Fahrbahn 2 ab, ein
seitliches Rutschen der Reifen wird vermieden.
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Eine
solche Regelung kann beispielsweise in Form einer Kennfeldsteuerung
auf Basis eines auf empirisch oder theoretisch ermittelten Daten
beruhenden Kennfelds erfolgen. In dem Kennfeld sind für eine maximal übertragbare
Gesamtkraft die bei den jeweiligen Lenkwinkeln von den Rädern auf
die Fahrbahn 2 maximal übertragbaren
Verzögerungen
angegeben. Die von den Rädern
auf die Fahrbahn 2 maximal übertragbare Gesamtkraft basiert
in wesentlicher Weise auf dem Anpressdruck der Räder auf die Fahrbahn sowie
auf Eigenschaften der Materialpaarung Reifen/Fahrbahn. Der Anpressdruck
der Räder hängt vom
Fahrzeuggewicht und der Reifenaufstandsfläche, sowie von gegebenenfalls
eingesetzten luftlenkenden Strukturen (Spoiler) ab. Für eine Materialpaarung
Gummi/Asphalt könnte
ein Reibungskoeffizient beispielsweise einen Wert im Bereich von
0,8 bis 0,9 haben.
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Denkbar
wäre auch,
dass im Kennfeld für verschiedene
maximal übertragbare
Gesamtkräfte die
jeweils bei verschiedenen Lenkwinkeln von den Rädern auf die Fahrbahn 2 maximal übertragbaren Verzögerungen
angegeben sind. Beispielsweise könnte über einen
Regen- bzw. Feuchtigkeitssensor der Zustand der Fahrbahn 2 erfasst
und eine automatische Auswahl einer maximal übertragbaren Gesamtkraft erfolgen,
die dann als Basis für
die Bremskraftregelung dient. Die maximal übertragbare Gesamtkraft bei
nassem Asphalt könnte
für eine
Materialpaarung Gummi/Asphalt beispielsweise auf einem Reibungskoeffizienten
im Bereich von 0,4 bis 0,5 basieren. Ebenso wäre denkbar, dass über entsprechende
Sensoren nicht nur der Zustand der Fahrbahn, sondern auch die Art
und Beschaffenheit der Fahrbahn erfasst wird. So könnten beispielsweise maximal übertragbare
Gesamtkräfte
und deren zugehörige
maximalen Verzögerungen
bei verschiedenen Lenkwinkeln beispielsweise für Asphalt, Beton, Schotter,
Kies, Sand und dergleichen im Kennfeld enthalten sein.
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Das
Kraftfahrzeug 1 ist weiterhin mit einem nicht dargestellten
Bremsanforderungssensor ausgerüstet,
durch den eine vom Fahrer gestellte Bremsanforderung erfasst werden
kann. Ein solcher Bremsanforderungssensor kann beispielsweise in Form
eines Bremspedalsensors zur Erfassung einer momentanen Stellung
des Bremspedals ausgebildet sein. Falls anstelle einer Vollbremsung
des Kraftfahrzeugs 1 eine Bremsung mit einer die Räder im Zustand
der Haftreibung belassenden Bremskraft erfolgt, kann erfindungsgemäß eine Regelung
der Bremskraft in der Weise erfolgen, dass die Bremskraft höher oder
niedriger als die durch die Bremsanforderung vorgegebene Bremskraft
ist, solange sichergestellt ist, dass die dem momentanen Lenkeinschlag
entsprechenden maximalen Seitenkräfte an den gebremsten Rädern auf
die Fahrbahn übertragen
werden können.
Vorteilhaft erfolgt in diesem Fall jedoch eine Regelung der Bremskraft
in der Weise, dass höchstens
eine der Bremsanforderung entsprechende Bremswirkung erzielt wird.
Die durch die Bremsanforderung geforderte Bremswirkung stellt somit
einen Grenzwert für
die durch das Steuergerät eingestellte
Bremskraft dar.
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Als
Variante wäre
auch denkbar, dass nicht alle gebremsten Räder so geregelt werden, dass
für den
eingestellten Lenkwinkel eine maximal mögliche Verzögerung entsprechend der von
Rädern
bei Kurvenfahrt auf die Fahrbahn 2 übertragbaren Gesamtkraft erreicht
wird. Vielmehr wäre
auch möglich,
dass einzelne Räder
gezielt blockiert werden, um ein Schleudern in der durch den Lenkeinschlag
vorgegebenen Richtung aktiv auszulösen. Falls, wie in 1 angegeben,
das Kraftfahrzeug 1 in einer Linkskurve an einem beispielsweise
stehenden Objekt vorbeifahren soll, könnte beispielsweise das rechte
hintere Rad zum Blockieren gebracht werden, währenddessen die Bremskraft
der anderen gebremsten Räder
in der oben angegebenen Weise geregelt wird. Anschließend könnte das
Kraftfahrzeug 1 durch gezieltes stärkeres Bremsen an dem links
vorne befindlichen Rad abgefangen werden. Insbesondere könnte zu
diesem Zweck auch ein Blockieren des links vorne befindlichen Rads
erfolgen und die anderen gebremsten Räder in der oben angegebenen
Weise geregelt werden, um ein Gegenschleudern auszulösen. Das
Kraftfahrzeug 1 würde
in diesem Fall zuerst nach links schleudern, anschließend nach
rechts schleudern, um auf diese Weise an dem Objekt vorbei zu gelangen.
Durch einen am Kraftfahrzeug 1 angebrachten Objekterkennungssensor
könnte
ein in Fahrtrichtung voraus befindliches Objekt und insbesondere
dessen Relativabstand bzw. Relativgeschwindigkeit zum Kraftfahrzeug 1 erfasst
werden, um ein solches aktives Schleudern des Kraftfahrzeugs 1 auf
Basis der von dem Objekterkennungssensor gelieferten Daten auszulösen.
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Gleichermaßen wäre es auch
möglich,
dass ein durch den Fahrer vorgegebener Lenkwinkel durch einen Aktuator,
durch den ein momentaner Lenkwinkel verstellt werden kann, vergrößert wird, um
hierdurch das aktive Schleudern des Kraftfahrzeugs 1 zu
unterstützen.
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Ebenso
wäre denkbar,
dass durch einen Sensor zum Erfassen einer möglichen Ausweichstrecke zum
Passieren eines in Fahrtrichtung voraus befindlichen Objekts eine
Ausweichstrecke erfasst und dem Fahrer über eine durch einen Aktuator
bewirkte Ruckbewegung am Lenkrad angezeigt wird. Der Fahrer könnte dann
den Lenkeinschlag in entsprechender Weise vornehmen, um dem Objekt
auszuweichen.
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Zum
Vergleich ist in 1 das Fahrzeug 1 in verschiedenen
mit einem Strich gekennzeichneten Stellungen gezeigt, bei denen
keine Regelung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt wird.
Während
der Vollbremsung, die durch eine entsprechende Bremsanforderung
durch den Fahrer ausgelöst
wird, tritt wie üblich
ein Blockieren der gebremsten Räder
ein, was zur Folge hat, dass die Räder vom Zustand der Haftreibung
in den Zustand der Gleitreibung übergehen,
in dem die übertragbaren Seitenführungskräfte stark
vermindert sind, so dass das Fahrzeug 1' in der Kurvenfahrt untersteuert
und dem Kurvenverlauf nicht mehr folgen kann.
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Erfindungsgemäß ist ein
Verfahren zum Abbremsen eines Kraftfahrzeugs auf einer Fahrbahn
in Kurvenfahrt angegeben, das in vorteilhafter Weise ein Ausbrechen
des Fahrzeugs verhindert, indem sichergestellt wird, dass die für die Kurvenfahrt
erforderlichen Seitenführungskräfte an den
Rädern übertragen
werden können.
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- 1,
1'
- Kraftfahrzeug
- 2
- Fahrbahn
- 3
- Seitenlinie