WO2002046008A1

WO2002046008A1 - Vorrichtung zur erkennung einer während des fahrbetriebes eines fahrzeuges auftretenden aquaplaninggefahr

Info

Publication number: WO2002046008A1
Application number: PCT/EP2001/013295
Authority: WO
Inventors: Markus Raab
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2001-11-17
Publication date: 2002-06-13
Anticipated expiration: 2003-06-04
Also published as: US6856882B2; DE10060333A1; EP1355812A1; US20030101805A1; JP2004515402A

Abstract

Die erfindungsgemässe Vorrichtung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennugn einer während des Fahrbetriebes eines Fahrzeuges auftretenden Aquaplaninggefahr. Hierzu enthält die Vrorichtung erste Mittel, mit denen eine erste Vortriebsgrösse ermittelt wird, die den Vortrieb des Fahrzeuges beschreibt, der aufgrund des Betriebszustandes des Motors und/or des Antriebsstranges zu erwarten ist. Ferner enthält die Vorrichtung zweite Mittel, mit denen eine zweite Vortriebsgrösse ermittelt wird, die den im Fahrbetrieb des Fahrzeuges vorliegenden Vortrieb beschreibt, der sich aufgrund der auf das Fahrzeug wirkenden Längsbeschleunigung einstellt. In Abhängigkeit einer zwischen der ersten und der zweiten Vortriebsgrösse vorliegenden Abweichung wird auf das Vorhandensein der Aquaplaninggefahr geschlossen.

Description

Vorrichtung zur Erkennung einer während des Fahrbetriebes eines Fahrzeuges auftretenden Aquaplaninggefahr

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung einer während des Fahrbetriebes eines Fahrzeuges auftretenden Aquaplaninggefahr. Solche Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik in vielerlei Modifikationen bekannt.

Aus der DE 43 17 030 C2 ist ein Verfahren zur Erkennung eines Fahrzustandes an einem Fahrzeug bei nasser Fahrbahn bekannt. Hierzu werden einem Rechner die Raddrehzahlen, die Fahrzeuggeschwindigkeit', das mit Hilfe eines Nässesensors ermittelte Signal und die Außentemperatur zugeführt. Aus den Raddrehzahlen und der Fahrzeuggeschwindigkeit werden die Radgeschwindigkeiten berechnet. Unter Verwendung der Radgeschwindigkeiten und der Fahrzeuggeschwindigkeit werden die Schlupfwerte für die einzelnen Räder ermittelt. Das Signal des Nässesensors wird zusammen mit den Schlupfwerten und der Fahrzeuggeschwindigkeit einem Kennfeldrechner zugeführt. Der Kennfeldrechner vergleicht die eingehenden Signale mit einem Nässekennfeld. Aus dem Nässekennfeld und einem Reibbeiwert- Kennfeld, welches auf die Wasserhöhe bezogen ist, wird eine Fahrzustandsbewertung errechnet. Die Fahrzustandsbewertung wird ergänzt durch die Signale des Temperatursensors . Bei Fahren in Nässe kann somit die Fahrzustandsbewertung errechnet und damit der Aquaplaning-Gefährdungsgrad durch eine Wasserhöhe- und Aquaplaning-Anzeige, eine ^'eventuelle Schlupf- und Reibbeiwert-Anzeige und durch eine Temperaturanzeige dem Fahrer mitgeteilt werden. Weiterhin stehen die Werte aus der Fahrzustandsbewertung zur Veranlassung von Gegenmaßnahmen gegen Aquaplaning zur Verfügung. Bei diesem Verfahren ist es von Nachteil, daß das Vorhandensein einer Aquaplaninggefahr unter Verwendung eines Kennfeldrechners ermittelt wird. Die Verwendung eines Kennfeldrechners erfordert einen hohen Aufwand in der Applikation, denn es müssen zahlreiche Fahrversuche durchgeführt werden, mit denen die einzelnen im Kennfeldrechner abgelegten Kennfelder ermittelt werden.

Aus der DE 196 08 064 C2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Bodenhaftung von Laufrädern bei Kraftfahrzeugen bei nicht trockener Fahrbahnoberfläche bekannt. Hierzu wird eine auf wenigstens ein Rad wirkende Kraft permanent gemessen. Aus dieser gemessenen Kraft wird ein die Bodenhaftung beschreibendes Signal erzeugt. Bei der Kraftmeßgröße handelt es sich um eine bei nicht trockener Fahrbahn auf ein Rad in Fahrzeuglängsrichtung wirkende Schwallkraft. Aus dieser Schwallkraft und der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit wird ein Signal erzeugt, welches derjenigen Geschwindigkeit entspricht, bei welcher das Fahrzeug bei der momentan vorliegenden Wasserfilmdicke aufschwimmen wird. Die Schwallkraft wird aus im Fahrwerk auftretenden Verformungen erfaßt. Hierzu sind entweder Wegsensoren in elastischen Lagern, in denen der Querlenker gelagert ist, vorgesehen, da die Schwallkraft über den Querlenker in diesen Lagern Verformungen verursacht. Oder es werden Sensoren eingesetzt, die die Beschleunigungen des Radträgers erfassen.

Nachteilig an diesem Verfahren ist der Einsatz von zusätzlichen Sensoren, die erforderlich sind, um die im Fahrwerk auftretenden Verformungen zu erfassen.

Vor diesem Hintergrund ergibt sich folgende Aufgabe: Es soll eine Vorrichtung zur Erkennung einer während des Fahrbetriebes eines Fahrzeuges auftretenden Aquaplaninggefahr geschaffen werden, bei der der für die Applikation erforderliche Aufwand gering ist und welche ohne Sensoren zur Erfassung von im Fahrwerk auftretenden Verformungen auskommt. Entsprechendes soll für das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführte Verfahren gelten.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 oder durch die des Anspruches 14 gelöst.

Der erfindungsgemäßen Erkennung einer während des Fahrbetriebes eines Fahrzeuges auftretenden Aquaplaninggefahr, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren abläuft, liegt als Ansatz der Impulssatz des Fahrzeuges in Längsrichtung zugrunde. Aus dem Impulssatz ergibt sich die Gleichung

FSW = FA ~ FLW - FRW - mfzg - (ax - g - θ) (1)

Gemäß dieser Gleichung werden folgende Kräfte berücksichtigt:

- Die Antriebskräfte FA an den angetriebenen Rädern.

- Die Luftwiderstandskraft FLW.

- Die Rollwiderstandskraft FRW, die sich aufgrund der Formänderungsarbeit an Rad und Fahrbahn ergibt.

- Die sich aufgrund der auf das Fahrzeug wirkenden Längsbeschleunigung ax-g-θ ergebende Kraft mfzg- (ax-g-θ) . Die auf das Fahrzeug wirkende Längsbeschleunigung wird beispielsweise mit Hilfe eines Längsbeschleunigungssensors ermittelt. Somit gehen in die Längsbeschleunigung zwei Anteile ein: Ein erster Anteil ax, der auf das vom Motor erzeugte Motormoment zurückgeht. Ein zweiter Anteil g-θ, in den die Neigung θ der Fahrbahn eingeht, auf der sich das Fahrzeug befindet.

- Die Schwallwiderstandskraft FSW, die dadurch entsteht, daß auf einer nassen Fahrbahn der Wasserfilm zwischen dem Reifen und der Fahrbahn verdrängt werden muß. Die Schwallwiderstandskraft ist für gewöhnlich eine parallel zur Fahrzeuglängsachse gerichtete Kraft, die um so größer ist, je größer die FahrZeuggeschwindigkeit und je größer die Wasserfilmdicke ist. Gleichung (1) kann wie folgt interpretiert werden: Die ersten drei Terme der rechten Seite stellen eine erste Vortriebsgröße dar, die den Vortrieb des Fahrzeuges beschreibt, der aufgrund des Betriebszustandes des Motors und/oder des Antriebsstranges zu erwarten ist. Das vom Motor abgegebene Moment, wird über den Triebstrang, der sich im wesentlichen aus der Kupplung, dem Getriebe, welches als Schaltgetriebe oder als Automatikgetriebe ausgeführt sein kann, und dem Differentialgetriebe zusammensetzt, auf die angetriebenen Räder übertragen. Unter Berücksichtigung der Motordrehzahl, der Raddrehzahlen und der jeweils eingestellten Getriebestufe ergeben sich die Antriebskräfte FA an den angetriebenen Rädern. Aufgrund des Betriebszustandes des Motors und/oder des Triebstranges stellt sich ein bestimmter Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit ein. Von diesem Wert hängt zum einen die Luftwiderstandskraft FLW und zum anderen die Rollwiderstandskraft FRW über die Abhängigkeit des Rollwiderstandsbeiwertes von der Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Dabei ist es anschaulich, daß mit Blick auf den Vortrieb des Fahrzeuges die Antriebskräfte an den Rädern um die Luftwiderstandskraft und um die Rollwiderstandskraft verringert werden. Zusammengefaßt kann festgehalten werden: Durch den Betriebszustand des Motors und/oder des Antriebsstranges, der durch das Motormoment, die Übersetzung des Getriebes, die Motordrehzahl und die Raddrehzahlen definiert ist, läßt sich der zu erwartende Vortrieb des Fahrzeuges ermitteln, da durch diesen Betriebszustand zum einen die Antriebskräfte an den angetriebenen Rädern vorgegeben sind, und zum anderen die Luftwiderstandskraft und die Rollwiderstandskraft von diesem Betriebszustand abhängen. Weitere Faktoren, die den zu erwartenden Vortrieb beeinflussen, werden nicht berücksichtigt, da sie im Vergleich zu den vorstehend aufgeführten zu vernachlässigen sind.

Der vierte Term mfzg- (ax-g-θ) auf der rechten Seite stellt eine zweite Vortriebsgröße dar. Diese beschreibt den im Fahrbetrieb des Fahrzeuges vorliegenden Vortrieb, der sich aufgrund der auf das Fahrzeug wirkenden Längsbeschleunigung ax-g-θ einstellt. Die hierfür benötigte Längsbeschleunigung wird mit Hilfe eines geeigneten Sensormittels erfaßt

Im Idealfall, d.h. bei trockener Fahrbahn, wenn sich kein Wasserfilm zwischen den Reifen und der Fahrbahn ausbildet, sind die erste und die zweite Vortriebsgröße wertmäßig gleich groß. Der linke Term der obigen Gleichung, der als Schwallwiderstandskraft bezeichnet wird, hat in diesem Fall den Wert Null. Ist dagegen die Fahrbahn naß und bildet sich dadurch ein Wasserfilm zwischen Reifen und Fahrbahn aus, dann ist die erste Vortriebsgröße wertmäßig größer als die zweite Vortriebsgröße, denn in diesem Fall muß der Wasserfilm verdrängt werden und es liegt eine von Null verschiedene Schwallwiderstandskraft vor. Folglich stellt der Wert der Schwallwiderstandskraft ein Maß für einen vorhandenen Wasserfilm und somit für eine eventuell vorhandene Aquaplaninggefahr dar und kann somit diesbezüglich ausgewertet werden.

Liegt also zwischen dem zu erwartenden Vortrieb und dem sich einstellenden Vortrieb eine Abweichung vor, so ist der Grund hierfür eine Schwallwiderstandskraft, die aufgrund des Wasserfilmes, der sich zwischen dem Reifen und der Fahrbahn ausbildet, entsteht. Unter Zugrundelegung dieses Sachverhalts ergibt sich folgende erfindungsgemäße Vorrichtung für die Erkennung einer während des Fahrbetriebes eines Fahrzeuges auftretenden Aquaplaninggefahr:

Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält erste Mittel, mit denen eine erste Vortriebsgröße ermittelt wird, die den Vortrieb des Fahrzeuges beschreibt, der aufgrund des Betriebszustandes des Motors und/oder des Antriebsstranges zu erwarten ist. Ferner enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung zweite Mittel, mit denen eine zweite Vortriebsgröße ermittelt wird. Diese beschreibt den im Fahrbetrieb des Fahrzeuges vorliegenden Vortrieb, der sich aufgrund der auf das Fahrzeug wirkenden Längsbeschleunigung einstellt. In Abhängigkeit einer zwi- schen der ersten und der zweiten Vortriebsgröße vorliegenden Abweichung wird auf das Vorhandensein der Aquaplaninggefahr geschlossen. Diese Abweichung stellt die oben beschriebene Schwallwiderstandskraft dar.

Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß eine eventuell vorhandene Aquaplaninggefahr in einfacher Art und Weise erkannt werden kann. Zum einen stehen bei heutigen Fahrzeugen die Größen, mit denen der Betriebszustand des Motors und/oder des Antriebsstranges beschrieben werden, über ein im Fahrzeug enthaltenes Bussystem (CAN-Bus) zur Verfügung. Zum anderen kann die für die Ermittlung der zweiten Vortriebsgröße erforderliche Längsbeschleunigung in einfacher Weise mit Hilfe eines geeigneten Sensormittels bereitgestellt werden. Es kann demzufolge auf den aus dem Stand der Technik bekannten aufwendigen Kennfeldrechner verzichtet werden. Außerdem sind keine Sensoren zur Erfassung von im Fahrwerk auftretenden Verformungen erforderlich.

Vorteilhafterweise sind dritte Mittel vorgesehen, mit denen eine Abweichungsgröße ermittelt wird, die die zwischen der ersten und der zweiten Vortriebsgröße vorliegende Abweichung beschreibt. Wie oben beschrieben, entspricht die Abweichungsgröße der Schwallwiderstandskraft. Die Aquaplaninggefahr liegt dann vor, wenn die Abweichungsgröße größer als ein vorgegebener oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist.

Vorteilhafterweise wird der Schwellenwert in Abhängigkeit der Abweichungsgröße und einer die Fahrzeuggeschwindigkeit beschreibenden Größe ermittelt.

Wie bereits ausgeführt, setzt sich die erste Vortriebsgröße aus drei Anteilen zusammen. Im einzelnen handelt es sich um folgende Anteile:

- Ein erster Anteil, der die Antriebskräfte beschreibt, die an den angetriebenen Rädern aufgrund des Betriebszustandes des Motors und/oder des Antriebsstranges vorliegen. Dieser erste Anteil wird in Abhängigkeit von einer das Motormoment beschreibenden Größe, einer die Übersetzung des Getriebes beschreibenden Größe, einer die Drehzahl des Motors beschreibenden Größe und die Drehzahlen der Räder beschreibenden Größen ermittelt. Durch die Berücksichtigung der Drehzahl des Motors und der Drehzahlen der Räder ist eine dynamische Ermittlung der Antriebskräfte möglich. Die Übersetzung ig soll dabei alle im Triebstrang vorhandenen Getriebe umfassen. Die Ermittlung der Antriebskräfte erfolgt unter Auswertung des für den Motor und des für die Antriebsräder jeweils aufgestellten Drallsatzes.

Ein zweiter Anteil, der den im Fahrbetrieb des Fahrzeuges vorliegenden Luftwiderstand beschreibt. Der zweite Anteil wird in Abhängigkeit von den Aufbau und/oder die Geometrie des Fahrzeuges beschreibenden Größen und einer die Fahrzeuggeschwindigkeit beschreibenden Größe ermittelt. Im konkreten Fall entspricht der zweite Anteil der Luftwiderstandskraft, die gemäß der Gleichung

cLW - p - A - vf² FLW = - ^ ^J— (2)

ermittelt wird. Die in dieser Gleichung verwendeten Variablen haben folgende Bedeutung:

- cLW ist der Luftwiderstandsbeiwert des Fahrzeuges,

- A ist die Stirnfläche des Fahrzeuges,

- p ist die Luftdichte, und

- vf ist die Fahrzeuggeschwindigkeit.

Die Werte für die Größen cLW und A, die die den Aufbau und/oder die Geometrie des Fahrzeuges beschreibenden Größen darstellen und somit fahrzeugspezifische sind, werden im Vorfeld im Rahmen der Applikation bestimmt. Für die Größe p kann eine Konstante eingesetzt werden. - Ein dritter Anteil, der den im Fahrbetrieb des Fahrzeuges vorliegenden Rollwiderstand beschreibt. Der dritte Anteil wird in Abhängigkeit von einer den Reifenzustand beschreibenden Größe und einer die Fahrzeugmasse beschreibenden Größe ermittelt. Im konkreten Fall entspricht der dritte Anteil der Rollwiderstandskraft, die gemäß der Gleichung

FRW = kRW(vf) - mfzg - g ( 3 ]

- kRW(vf) ist die den Reifenzustand beschreibende Größe. Bei dieser reifenspezifischen Größe handelt es sich um den Rollwiderstandsbeiwert der Reifen. Der Rollwiderstandsbeiwert hängt von der die Fahrzeuggeschwindigkeit beschreibenden Größe ab, und nimmt mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit zu. Während des Fahrbetriebes des Fahrzeuges kann der Rollwiderstandsbeiwert in Abhängigkeit des Wertes der Fahrzeuggeschwindigkeit beispielsweise aus einer Kennlinie ausgelesen werden.

- mfzg ist die Masse des Fahrzeuges.

- g ist die Erdbeschleunigung.

Die Ermittlung des dritten Anteils wird genauer, wenn anstatt der Fahrzeugmasse die Summe der einzelnen Radlasten verwendet wird. Die einzelnen Radlasten werden beispielsweise aus den für die einzelnen Räder ermittelten Einfederwegen bestimmt. Die Einfederwege wiederum liegen als Information vor, wenn das Fahrzeug beispielsweise über ein aktives Fahrwerk oder eine Luftfederung verfügt.

Die zweite Vortriebsgröße wird in Abhängigkeit einer die Fahrzeugmasse beschreibenden Größe und einer Beschleunigungsgröße, die die auf das Fahrzeug wirkende Längsbeschleunigung beschreibt, ermittelt. Die Längsbeschleunigung wird unter Verwendung eines geeigneten Sensormittels ermittelt. Vorteil- hafterweise wird hierzu ein Längsbeschleunigungssensor eingesetzt, durch den die Längsbeschleunigung fahrzeugfest gemessen wird.

Alternativ zur Verwendung eines Längsbeschleunigungssensor bietet sich für die Ermittlung der auf das Fahrzeug wirkenden Längsbeschleunigung folgende Vorgehensweise an: Wie bereits oben dargestellt, setzt sich die auf das Fahrzeug wirkende Längsbeschleunigung aus zwei Anteilen zusammen. Der erste Anteil ax kann aus den Raddrehzahlen oder der Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt werden. Der zweite Anteil g-θ kann mit Hilfe eines Navigationssystems ermittelt werden. Das Navigationssystem kennt die Position des Fahrzeuges und kann mit Hilfe einer in digitaler Form vorliegenden Karte, die u.a. Angaben über die Fahrbahnneigung enthält, die an der jeweiligen Position vorliegende Neigung der Fahrbahn bereitstellen. Die Neigung der Fahrbahn kann auch mit Hilfe einer Bildverarbeitung, mit der der Verlauf der Fahrtstrecke ausgewertet wird, bereitgestellt werden.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Schwallwiderstandskraft direkt aus den Antriebskräften an den angetriebenen Rädern, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Längsbeschleunigung des Fahrzeuges ermittelt werden.

Vorteilhafterweise werden bei der Erkennung einer Aquaplaninggefahr weitere Einflußfaktoren berücksichtigt. Hierzu sind verschiedene Mittel vorgesehen:

- Vierte Mittel, mit denen der Straßenzustand erfaßt wird. Bei diesen Mitteln handelt es sich um Mittel zur Erfassung des Reibbeiwertes zwischen Reifen und Fahrbahnoberfläche. Da der Rollwiderstandsbeiwert von der Paarung Reifen - Fahrbahn abhängt, kann bei Kenntnis des Reibbeiwertes ein den jeweiligen Fahrbetrieb exakter beschreibender Rollwiderstandsbeiwert bereitgestellt werden. Fünfte Mittel, mit denen vom Fahrbetrieb des Fahrzeuges unabhängige Luftbewegungen erfaßt werden. Bei diesen Luftbewegungen soll es sich beispielsweise um Gegen- oder Rückenwind handeln. Da diese Luftbewegungen zu Bewegungen der Karosserie führen, sind zu deren Erfassung Mittel vorgesehen, mit denen die einzelnen Radeinfederwege des Fahrzeuges ausgewertet werden. Durch die Berücksichtigung der vom Fahrbetrieb unabhängigen Luftbewegungen ist eine genauere Ermittlung der Luftwiderstandskraft und somit letztlich der Abweichungsgröße möglich.

Sechste Mittel, mit denen die Anzahl und/oder die Art von während des Fahrbetriebes des Fahrzeuges aktivierten Verbrauchern erfaßt wird. Bei diesen Verbrauchern handelt es sich beispielsweise um einen in einem Lenksystem (z.B. Pumpe einer Hilfskraftlenkanlage) und/oder um einen in einer Bremsanlage (z.B. Rückförderpumpe) und/oder um einen in einer Lichtanlage und/oder um einen im Innenraum des Fahrzeuges (z.B. Klimaanlage) angeordneten Verbraucher. Die Anzahl und/oder die Art von während des Fahrbetriebes des Fahrzeuges aktivierten Verbrauchern wird aus folgendem Grund berücksichtigt: Die vorstehend aufgeführten Verbraucher werden für gewöhnlich elektrisch über die Lichtmaschine gespeist oder durch den Motor direkt angetrieben. Sind nun während des Fahrbetriebes viele Verbraucher aktiv, so muß im ersten Fall die Lichtmaschine eine hohe Leistung abgeben, was dazu führt, daß nicht mehr die gesamte vom Motor erzeugte Leistung an den angetriebenen Rädern für den Vortrieb zur Verfügung steht. Entsprechendes gilt auch im zweiten Fall. Somit kann bei Kenntnis der Anzahl und/oder der Art der aktivierten Verbraucher abgeschätzt werden, welcher Anteil der vom Motor erzeugten Leistung nicht für den Vortrieb zur Verfügung steht. Somit können Fehler bei der Ermittlung der Antriebskräfte reduziert werden. Die Berücksichtigung des durch die aktivierten Verbraucher entstehenden Leistungsabfalles erfolgt mit Hilfe von Modellbetrachtungen. Der Straßenzustand und/oder die vom Fahrbetrieb des Fahrzeuges unabhängigen Luftbewegungen und/oder die Anzahl und/oder die Art der während des Fahrbetriebes des Fahrzeuges aktivierten Verbrauchern wird bei der Erkennung der Aquaplaninggefahr berücksichtigt. Aufgrund dieser Berücksichtigung ist eine genauere Ermittlung der Abweichungsgröße, d.h. der Schwallwiderstandskraft möglich, wodurch die Erkennung einer Aquaplaninggefahr zuverlässiger wird.

Vorteilhafterweise wird der Fahrer bei einer vorliegenden A- quaplaninggefahr gewarnt. Da allerdings nicht sichergestellt ist, daß der Fahrer überhaupt auf diese Warnung reagiert, o- der wenn er reagiert, daß er richtig bzw. rechtzeitig reagiert, wird vorteilhafterweise die Information über eine vorliegende Aquaplaninggefahr wenigstens einer Vorrichtung zur Beeinflussung einer die Fahrzeugbewegung beschreibenden Größe bereitgestellt und dort verarbeitet. Bei der bereitgestellten Information kann es sich um ein relatives Maß für den Kraftschlußverlust handeln, der aufgrund des Wasserfilms, der sich zwischen Reifen und Fahrbahn befindet, eintritt. Vorteilhafterweise wird die Information Vorrichtungen zugeführt, die durch Motor- und/oder Bremseneingriffe die Geschwindigkeit des Fahrzeuges reduzieren können. Bei diesen Vorrichtungen kann es sich beispielsweise um eine Antriebsschlupfrege- lung oder um eine Vorrichtung zur Regelung der Gierrate des Fahrzeuges, die weitläufig als Fahrdynamikregelung (vehicle dyna ic control) oder ESP (electronic stability program) bekannt ist, handeln.

Es bietet sich auch eine zweistufige Vorgehensweise an: Hierzu wird die Abweichungsgröße mit einem ersten Schwellenwert und einem zweiten Schwellenwert, der größer als der erste ist, verglichen. Wird der erste Schwellenwert überschritten so wird der Fahrer zunächst gewarnt. Wird der zweite Schwellenwert überschritten, so werden die Fahrzeuggeschwindigkeit reduzierende Maßnahmen durchgeführt. Als vorteilhaft hat sich erwiesen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Erkennungsmitteln ausgestattet ist, mit denen festgestellt werden kann, ob eine nasse Fahrbahn vorliegt o- der nicht. Diese Information kann folgendermaßen verarbeitet werden: Zum einen ist es möglich, die Erkennung der Aquaplaninggefahr nur dann durchzuführen, wenn eine nasse Fahrbahn vorliegt. Da nur bei einer nassen Fahrbahn eine Aquaplaninggefahr auftreten kann, ist auch nur bei einer nassen Fahrbahn die Durchführung der erfindungsgemäßen Erkennung erforderlich. Diese situationsabhängige Durchführung trägt dazu bei, daß bei trockener Fahrbahn nicht unnötig Rechenkapazität für eine in dieser Situation unnötige Erkennung einer Aquaplaninggefahr gebunden wird.

Zum anderen wird die Erkennung der Aquaplaninggefahr auch dann durchgeführt, wenn festgestellt wird, daß keine nasse Fahrbahn vorliegt. D.h. die Erkennung der Aquaplaninggefahr wird permanent durchgeführt, unabhängig davon, ob die Fahrbahn naß ist oder nicht. Somit können bei trockener Fahrbahn Größen ermittelt und/oder überprüft werden, die bei der Erkennung der Aquaplaninggefahr berücksichtigt werden. Diese Ermittlung und/oder Überprüfung wird deshalb bei trockener Fahrbahn durchgeführt, da in dieser Situation keine Schwallwiderstandskraft vorliegt. Wie bereits oben dargestellt, wären bei einer trockenen Fahrbahn die erste und die zweite Vortriebsgröße im Idealfall wertmäßig gleich groß. Liegt nun aber eine Abweichung zwischen diesen beiden Vortriebsgrößen vor, so kann dies zweierlei Gründe haben: Zum einen kann bei der unter Verwendung der sechsten Mittel stattfindenden Abschätzung des Anteils der vom Motor erzeugten Leistung, der nicht für den Vortrieb zur Verfügung steht, eine Abweichung zum tatsächlich vorliegenden Fall eintreten. In diesem Fall werden beispielsweise die der Abschätzung zugrundeliegenden Modelle während der Fahrt auf der trockenen Fahrbahn so adaptiert, daß sich die erste und die zweite Vortriebsgröße wertmäßig annähern. Zum anderen kann der dritte Anteil, der den im Fahrbetrieb des Fahrzeuges vorliegenden Rollwiderstand beschreibt, von dem tatsächlich vorliegenden Rollwiderstand abweichen. Ein Grund hierfür kann sein, daß sich der Reifenzustand während der Nutzungsdauer des Reifens verändert hat, und dieser nicht mehr in ausreichender Weise durch die den Reifenzustand beschreibenden Größe beschrieben wird. In diesem Fall wird während der Fahrt auf einer trockenen Fahrbahn die den Reifenzustand beschreibende Größe so adaptiert, daß sich die erste und die zweite Vortriebsgröße wertmäßig annähern.

Mit Blick auf den dritten Anteil ist es auch denkbar, daß sich der Reifendruck während der Nutzungsdauer eines Reifens ändert. Eine Änderung des Reifendruckes führt auch zu einer Änderung des Rollwiderstandes. Somit bietet es sich auch an, insbesondere während der Fahrt auf einer trockenen Fahrbahn, den Reifendruck zu überprüfen und gegebenenfalls den Wert des dritten Anteils zu adaptieren. Die Überprüfung des Reifendruckes kann mit aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen, die in Fahrzeugen zur Überprüfung des Reifendruckes angeordnet sind, durchgeführt werden.

Die bei einer trockenen Fahrbahn ermittelten und/oder überprüften Werte werden in einem in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorhandenen Speicher abgelegt und stehen somit zur Verfügung, wenn bei einer nassen Fahrbahn die Erkennung einer Aquaplaninggefahr durchzuführen ist. Dadurch wird die Sicherheit bei der erfindungsgemäßen Erkennung einer Aquaplaninggefahr erhöht.

Vorteilhafterweise handelt es sich bei den Erkennungsmitteln um einen im Bereich der Fahrzeugräder angebrachten Nässesensor. Alternativ oder ergänzend kann auch die Betätigung des Scheibenwischers und/oder das Signal eines Regensensors, der dazu dient, daß sich die Wischgeschwindigkeit des Scheibenwischers selbsttätig an die Stärke des Regens anpaßt, ausgewertet werden. An dieser Stelle sei nochmals ausgeführt, aus welchem Grund die Schwallwiderstandskraft zur Erkennung einer Aquaplaninggefahr ausgewertet wird: Die Auswertung der Schwallwiderstandskraft hat eine Preview-Funktion. Rechtzeitig vor einem kritischen Kraftschlußverlust, wie er bei Aquaplaning eintritt, treten signifikante Änderungen in der Schwallwiderstandskraft auf. Somit kann eine Aquaplaninggefahr frühzeitig erkannt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen können der Beschreibung und der Zeichnung entnommen werden. Es sollen auch die vorteilhaften Ausgestaltungen einbezogen sein, die sich aus einer beliebigen Kombination der Unteransprüche ergeben.

Das Ausführungsbeispiel wird nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines Blockschaltbildes,

Fig. 2 ein Ablaufschema welches in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erkennung einer während des Fahrbetriebes eines Fahrzeuges auftretenden Aquaplaninggefahr abläuft,

In Figur 1 sind mit einem Block 101 erste Mittel dargestellt, mit denen die erste Vortriebsgröße vgl ermittelt wird. Hierzu werden dem Block 101 ausgehend von einem Block 107 verschiedene Signale und/oder Größen S2 zugeführt. Diese Signale und/oder Größen umfassen eine das Motormoment beschreibende Größe Mmot, eine die Übersetzung des Getriebes beschreibende Größe ig, eine die Drehzahl des Motors beschreibende Größe nmot, die Drehzahlen der Räder beschreibende Größen nij , eine die Fahrzeuggeschwindigkeit beschreibende Größe vf und eine die Masse des Fahrzeuges beschreibende Größe mfzg. Die die Fahrzeuggeschwindigkeit beschreibende Größe vf wird in bekannter Weise aus den Radgeschwindigkeiten vij ermittelt, die sich wiederum aus den Raddrehzahlen nij ergeben. Ausgehend von Gleichung (1) wird die erste Vortriebsgröße vgl beispielsweise gemäß der Gleichung vgl = FA - FLW - FRW ermittelt. Die erste Vortriebsgröße vgl wird einem Block 103 zugeführt .

Mit 102 sind zweite Mittel bezeichnet, mit denen die zweite Vortriebsgröße vg2 ermittelt wird. Hierzu wird dem Block 102 zum einen ausgehend vom Block 107 eine die Masse des Fahrzeuges beschreibende Größe mfzg zugeführt. Zum anderen wird dem Block 102 eine die Längsbeschleunigung des Fahrzeuges beschreibende Größe ax-g-θ, die mit Hilfe eines Beschleunigungssensors 104 ermittelt wird, zugeführt. Die zweite Vortriebsgröße, die ausgehend von Gleichung (1) gemäß der Beziehung vg2 = mfzg- (ax-g-θ) ermittelt wird, wird ebenfalls dem Block 103 zugeführt.

Bei der die Masse des Fahrzeuges beschreibenden Größe handelt es sich entweder um eine fest vorgegebene Größe, die im Vorfeld appliziert wurde und die abgespeichert ist, und somit lediglich eine Schätzgröße darstellen kann. Oder es handelt sich um eine Größe, die während des Fahrbetriebes des Fahrzeuges ermittelt wird. Diese Ermittlung muß nicht zwangsläufig im Block 107 stattfinden. Hierfür kann auch ein eigenständiges Mittel vorgesehen sein.

Im Block 103, der dritte Mittel darstellt, wird die Abweichungsgröße FSW ermittelt, die die zwischen der ersten und der zweiten Vortriebsgröße vorliegende Abweichung beschreibt. Dies geschieht beispielsweise gemäß obiger Gleichung (1) . Wie bereits ausgeführt, handelt es sich bei der Abweichungsgröße um die Schwallwiderstandskraft FSW. Die Abweichungsgröße FSW wird mit einem zugehörigen Schwellenwert verglichen. Ist die Abweichungsgröße FSW größer als dieser Schwellenwert, oder gleich diesem Schwellenwert, dann liegt eine Aquaplaninggefahr vor und es wird eine Größe aquaplgef an einen Block 106 und an den Block 107 ausgegeben. 3 U r co C 3 öd Φ φ μ- co ? tQ σ o α Λ O O TI S ?o SD tr S INI SD 3 α ö μ- μ- μ- o Φ μ- φ μ- μ- 3 φ Φ Φ 3 o μ- ti μ- SD μ- SD er Φ Φ μ- O 3 IV μ- μ- Φ φ r+ KΩ. l-i l-i rr μ- 3 P 3 3 Hi hi 3 Φ φ Φ 3^J rt - 3 μ- rt Cn 3 φ rt hj μ-

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trag ist, desto großer ist der Wert des von ihm abgegebenen Signals. Alternativ oder ergänzend zur Verwendung eines Nässesensors ist es denkbar, in den Ermittlungsmitteln 110 die Betätigung des Scheibenwischers oder das Signal, welches von einem Regensensor erzeugt wird, auszuwerten.

Das mit den Ermittlungsmitteln 110 erzeugte Signal nasserk wird den Blocken 103 und 107 zugeführt. Liegt im Block 103 die Information vor, daß die Straße trocken ist, so wird beispielsweise die Abweichungsgröße nicht ermittelt oder nicht ausgegeben. Liegt im Block 107 die Information vor, daß die Straße trocken ist, werden beispielsweise die Signale bzw. Größen S2 nicht ausgegeben. Alternativ kann bei einer trockenen Fahrbahn die erfmdungsgemaße Erkennung der Aquaplaninggefahr fortgeführt werden, und zur Überprüfung bzw. Ermittlung von Großen eingesetzt werden, die in diese Erkennung eingehen.

Ferner ist für den Fall, daß die die Masse des Fahrzeuges beschreibende Große wahrend des Fahrbetriebes des Fahrzeuges ermittelt wird, folgende Vorgehensweise denkbar: Solange die Fahrbahn trocken wird, wird die Masse des Fahrzeuges regelmäßig in bestimmten zeitlichen Abstanden ermittelt. Sobald die Fahrbahn naß ist, wird der zuletzt ermittelte Wert für die Masse des Fahrzeuges eingefroren. Es wird kein neuer Wert mehr ermittelt.

Bei dem Block 107 handelt es sich um ein Reglermittel, welches zusammen mit der zugehörigen Aktuatorik 108 und Sensorik 109 eine Vorrichtung zur Beeinflussung einer die Fahrzeugbewegung beschreibenden Große bildet.

Dieser Vorrichtung - genauer gesagt dem Reglermittel 107 - wird von der erfindungsgemaßen Vorrichtung mit Hilfe des Signals aquaplgef die Information über eine vorliegende Aquaplaninggefahr bereitgestellt. Im Reglermittel 107 wird diese Information dahingehend verarbeitet, daß bei einer vorliegenden TI N CL TI CΛ CL 3 co ι-i 03 N i 3 3 h-¹ co CO tr« H CL μ- > K TI CL 3 <! H¹ S co er Ti >

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gibt sich das hierfür geltende Maximum der Schwallwiderstandskraft als Schnittpunkt der linearen Funktion mit der Grenzkurve. Dieses Maximum der Schwallwiderstandskraft wird als Schwellenwert verwendet.

Bei dem Vergleich der Abweichungsgröße mit dem Schwellenwert kann der Wert der Abweichungsgröße mit dem Schwellenwert verglichen werden. Zur Erkennung, ob eine Aquaplaninggefahr vorliegt, kann somit überprüft werden, ob die Schwallwiderstandskraft wertmäßig größer als der oder gleich dem Schwellenwert ist. Um eine Sicherheitsreserve zu haben, kann der Vergleich mit einem reduzierten Schwellenwert, der ausgehend von dem Maximum um einen vorgegebenen Wert reduziert ist, durchgeführt werden.

Es bietet sich auch an, zu überprüfen, ob die Abweichungsgröße einen vorgegebenen Prozentsatz des Schwellenwertes überschreitet .

Auch während eines Bremsvorganges kann die erfindungsgemäße Erkennung einer Aquaplaninggefahr durchgeführt werden. Hierzu müssen die an den Rädern vorliegenden Bremskräfte berücksichtigt werden. Die einzelnen Bremskräfte lassen sich beispielsweise aus den an den Rädern vorliegenden einzelnen Bremsdrücken ermitteln. Ist das Fahrzeug beispielsweise mit einer e- lektrohydraulischen Bremsanlage ausgestattet, so lassen sich die Bremsdrücke mit Hilfe von den einzelnen Radbremsen zugeordneten Drucksensoren ermitteln.

Abschließend sei erwähnt, daß die in der Beschreibung oder die in der Zeichnung gewählte Darstellung keine einschränkende Wirkung auf die erfindungswesentliche Idee haben soll.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Erkennung einer während des Fahrbetriebes eines Fahrzeuges auftretenden Aquaplaninggefahr, wobei die Vorrichtung hierzu erste Mittel (101) enthält, mit denen eine erste Vortriebsgröße (vgl) ermittelt wird, die den Vortrieb des Fahrzeuges beschreibt, der aufgrund des Betriebszustandes des Motors und/oder des Antriebsstranges zu erwarten ist, und zweite Mittel (102) enthält, mit denen eine zweite Vortriebsgröße (vg2) ermittelt wird, die den im Fahrbetrieb des Fahrzeuges vorliegenden Vortrieb beschreibt, der sich aufgrund der auf das Fahrzeug wirkenden Längsbeschleunigung (ax-g-θ) einstellt, wobei in Abhängigkeit einer zwischen der ersten (vgl) und der zweiten (vg2) Vortriebsgröße vorliegenden Abweichung auf das Vorhandensein der Aquaplaninggefahr geschlossen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dritte Mittel (103) vorgesehen sind, mit denen eine Abweichungsgröße (FSW) ermittelt wird, die die zwischen der ersten (vgl) und der zweiten (vg2) Vortriebsgröße vorliegende Abweichung beschreibt, wobei die Aquaplaninggefahr dann vorliegt, wenn die Abweichungsgröße größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schwellenwert in Abhängigkeit der Abweichungsgröße und einer die Fahrzeuggeschwindigkeit beschreibenden Größe (vf) ermittelt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sich die erste Vortriebsgröße (vgl) aus folgenden Anteilen zusammensetzt: einem ersten Anteil (FA) , der die Antriebskräfte beschreibt, die an den angetriebenen Rädern aufgrund des Betriebszustandes des Motors und/oder des Antriebsstranges vorliegen, und einem zweiten Anteil (FLW) , der den im Fahrbetrieb des Fahrzeuges vorliegenden Luftwiderstand beschreibt, und/oder einem dritten Anteil (FRW) , der den im Fahrbetrieb des Fahrzeuges vorliegenden Rollwiderstand beschreibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Anteil in Abhängigkeit von einer das Motormoment beschreibenden Größe (Mmot) , einer die Übersetzung des Getriebes beschreibenden Größe (ig) , einer die Drehzahl des Motors beschreibenden Größe (nmot) und die Drehzahlen der Räder beschreibenden Größen (nij) ermittelt wird, und/oder daß der zweite Anteil in Abhängigkeit von den Aufbau und/oder die Geometrie des Fahrzeuges beschreibender Größen (cLW, A) und einer die Fahrzeuggeschwindigkeit beschreibenden Größe (vf) ermittelt wird, und/oder daß der dritte Anteil in Abhängigkeit von einer den Reifenzustand beschreibenden Größe (kRW(vf)) und einer die Fahrzeugmasse beschreibenden Größe (mfzg) ermittelt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß es sich bei der den Reifenzustand beschreibenden Grö- ße, um den Rollwiderstandsbeiwert (kRW(vf)) der Reifen handelt, insbesondere wird dieser in Abhängigkeit der die Fahrzeuggeschwindigkeit beschreibenden Größe ermittelt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die zweite Vortriebsgröße (vg2) in Abhängigkeit einer die Fahrzeugmasse beschreibenden Größe (mfzg) und einer Beschleunigungsgröße (ax-g-θ) , die die auf das Fahrzeug wirkende Längsbeschleunigung beschreibt, ermittelt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Beschleunigungsgröße mit Hilfe eines Sensormittels (104), insbesondere eines Längsbeschleunigungssensors, erfaßt wird, oder daß die Beschleunigungsgröße in Abhängigkeit von die Raddrehzahlen der einzelnen Räder beschreibenden Größen (nij) oder einer die Fahrzeuggeschwindigkeit beschreibenden Größe (vf) , und in Abhängigkeit einer die Neigung (θ) der Fahrbahn beschreibenden Größe, die insbesondere von einem Navigationssystem bereitgestellt wird, ermittelt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß vierte Mittel (105a), mit denen der Straßenzustand erfaßt wird, und/oder fünfte Mittel (105b), mit denen vom Fahrbetrieb des Fahrzeuges unabhängige Luftbewegungen erfaßt werden, und/oder sechste Mittel (105c), mit denen die Anzahl und/oder die Art von während des Fahrbetriebes des Fahrzeuges aktivierten Verbrauchern erfaßt wird, vorgesehen sind, und daß der Straßenzustand und/oder die vom Fahrbetrieb des Fahrzeuges unabhängigen Luftbewegungen und/oder die Anzahl und/oder die Art der während des Fahrbetriebes des Fahrzeuges aktivierten Verbrauchern bei der Erkennung der A- quaplaninggefahr berücksichtigt wird.

10.Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß es sich bei den vierten Mitteln (105a) um Mittel zur Erfassung des Reibbeiwertes zwischen Reifen und Fahrbahnoberfläche handelt, und/oder daß es sich bei den fünften Mitteln (105b) um Mittel handelt, mit denen die einzelnen Radeinfederwege des Fahrzeuges ausgewertet werden, und/oder daß es sich bei den während des Fahrbetriebes aktivierten Verbrauchern um einen in einem Lenksystem und/oder um einen in einer Bremsanlage und/oder um einen in einer Lichtanlage und/oder um einen im Innenraum des Fahrzeuges angeordneten Verbraucher handelt .

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,, daß der Fahrer bei einer vorliegenden Aquaplaninggefahr gewarnt wird (aquaplgef, 106) und/oder daß die Information (aquaplgef) über eine vorliegende A- quaplaninggefahr wenigstens einer Vorrichtung (107, 108, 109) zur Beeinflussung einer die Fahrzeugbewegung beschreibenden Größe bereitgestellt und dort verarbeitet wird, insbesondere werden bei einer vorliegenden Aquaplaninggefahr Motoreingriffe und/oder Bremseneingriffe zur Reduzierung der Fahrzeuggeschwindigkeit durchgeführt.

12.Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Erkennungsmittel (110) vorgesehen sind, mit denen festgestellt wird, ob eine nasse Fahrbahn vorliegt, und daß die Erkennung der Aquaplaninggefahr dann durchgeführt wird, wenn festgestellt wird, daß eine nasse Fahrbahn vorliegt, oder daß die Erkennung der Aquaplaninggefahr auch dann durchgeführt wird, wenn festgestellt wird, daß keine nasse Fahrbahn vorliegt, wobei in diesem Fall Größen ermittelt und/oder überprüft werden, die bei der Erkennung der Aquaplaninggefahr berücksichtigt werden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß es sich bei den Erkennungsmitteln um einen im Bereich der Fahrzeugräder angebrachten Nässesensor handelt, und/oder daß in den Erkennungsmitteln die Betätigung des Scheibenwischers und/oder das Signal eines in einer Scheibenwischeranlage angeordneten Regensensors ausgewertet wird.

14. Verfahren zur Erkennung einer während des Fahrbetriebes eines Fahrzeuges auftretenden Aquaplaninggefahr, bei dem eine erste Vortriebsgröße (vgl) ermittelt wird, die den Vortrieb des Fahrzeuges beschreibt, der aufgrund des Εetriebszustandes des Motors und/oder des Antriebsstranges zu erwarten ist, und bei dem eine zweite Vortriebsgröße (vg2) ermittelt wird, die den im Fahrbetrieb des Fahrzeuges vorliegenden Vortrieb beschreibt, der sich aufgrund der auf das Fahrzeug wirkenden Längsbeschleunigung einstellt, wobei in Abhängigkeit einer zwischen der ersten (vgl) und der zweiten (vg2) Vortriebsgröße vorliegenden Abweichung auf das Vorhandensein der Aquaplaninggefahr geschlossen wird.