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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Überwachung
des Fahrverhaltens eines Kraftfahrzeugs mit wenigstens zwei Rädern gemäß dem Oberbegriff
der Patentansprüche
1 bzw. 11.
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Eine
den Fahrzustand eines Kraftfahrzeugs beschreibende Größe ist das
sogenannte Gieren, das heißt
eine Drehung des Fahrzeugs um seine Hochachse, das heißt um eine
zur Fahrzeuglängs- und
zur Fahrzeugquerrichtung orthogonale Achse.
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Bei
Kurvenfahrten ist eine Drehung eines Fahrzeugs um seine Gierachse
erwünscht,
da durch die Kurvenfahrt gerade die Orientierung des Fahrzeugs in
der Fahrebene geändert
werden soll. Es gibt jedoch zahlreiche weitere Einflüsse, die
auf ein Fahrzeug einwirken und dadurch ein unerwünschtes Gieren des Fahrzeugs
verursachen können.
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Als
eine solche Einflussmöglichkeit
sei beispielhaft das Fahren und insbesondere das Verzögern oder
Beschleunigen auf einem sogenannten μ-Split-Untergrund genannt. Bei
einem μ-Split-Untergrund
können
die Räder
einer Wagenseite, etwa der linken oder der rechten, einen erheblich
höheren oder
niedrigeren Reibwert bei der Kraftübertragung zwischen Rad und
Fahruntergrund ausnutzen als die Räder der jeweils anderen Fahrzeugseite.
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In
einem solchen Fall und in weiteren Fällen unerwünschten Gierens ist es beispielsweise
bekannt, durch eine ESP-Regelung stabilisierend in den Betriebszustand
des Fahrzeugs derart einzugreifen, dass die Giertendenz des Fahrzeugs
verschwindet oder auf ein erwünschtes
Maß reduziert
wird. Dabei ist es zum Beispiel aus der
DE 198 46 352 A1 bekannt,
Giergeschwindigkeiten zu erfassen und Abweichungen einer erfassten
Ist-Giergeschwindigkeit von einer gewünschten Soll-Giergeschwindigkeit auszuregeln,
das heißt
den Ist-Zustand an den Soll-Zustand heranzuführen. Alternativ oder zusätzlich zur
Giergeschwindigkeitsregelung wird auch eine Schwimmwinkelregelung
eingesetzt. Nachteilig an den bekannten Regelungen ist, dass eine
möglichst genaue
Erfassung der Giergeschwindigkeit – dies gilt noch stärker für den Schwimmwinkel – den Einsatz komplizierter
Messtechnik mit einer Mehrzahl von unterschiedlichen Sensoren erfordert.
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Weiterhin
ist es bekannt, bei Antiblockiersystemen eine sogenannte Giermomentabschwächung oder
Giermomentaufbauverzögerung
vorzusehen, um zu verhindern, dass das Fahrzeug aufgrund der vom
ABS-Regler für
die einzelnen Räder
vorgegebenen Sollbremskräfte
eine unerwünschte
Gierneigung erfährt.
Herkömmliche
Systemmodule zur Giermomentabschwächung oder Giermomentaufbauverzögerung (GMA)
redu zieren einfach die vom ABS-Regler vorgegebenen Sollbremskräfte beziehungsweise begrenzen
diese und reduzieren dadurch die beim Bremsen unter Umständen auftretende
Gierneigung des Fahrzeugs.
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Obwohl
mit derartigen GMA-Systemmodulen die Gierneigung des Fahrzeugs in
vielen Fällen
verringert werden kann, wird durch eine Begrenzung vorgegebener
Soll-Bremskräfte
gemäß vorgegebenen
Algorithmen keine optimale Anpassung der Bremskräfte an die herrschenden äußeren Bedingungen
erreicht. Einflüsse,
die von außen
hinzutreten, wie zum Beispiel unterschiedliche Reibwerte an den
Bremsbelägen
der einzelnen Räder,
können
bei einer derartigen Soll-Bremskraftbegrenzung
nicht berücksichtigt
werden.
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Im
Zusammenhang mit den gattungsgemäß vorgesehenen
Sensoren ist es weiterhin bekannt, dass verschiedene Reifenhersteller
den zukünftigen Einsatz
von sogenannten intelligenten Reifen planen. Dabei können neue
Sensoren und Auswertungsschaltungen direkt am Reifen angebracht
sein, wie beispielsweise in der
DE 196 20 581 A1 offenbart. Der Einsatz derartiger
Reifen erlaubt zusätzliche Funktionen,
wie zum Beispiel die Messung des am Reifen quer und längs zur
Fahrtrichtung auftretenden Moments, des Reifendrucks oder der Reifentemperatur.
In diesem Zusammenhang können
beispielsweise Reifen vorgesehen sein, bei denen in jedem Reifen
magnetisierte Flächen
beziehungsweise Streifen mit vorzugsweise in Umfangsrichtung verlaufenden Feldlinien
eingearbeitet sind. Die Magnetisierung erfolgt beispielsweise abschnittsweise
immer in gleicher Richtung, aber mit entgegengesetzter Orientierung,
das heißt
mit abwechselnder Polarität.
Die magnetisierten Streifen verlaufen vorzugsweise in Felgenhornnähe und in
Latschnähe.
Die Messwertgeber rotieren daher mit Radgeschwindigkeit. Entsprechende
Messwertaufnehmer sind vorzugsweise karosseriefest an zwei oder
mehreren in Drehrichtung unterschiedlichen Punkten angebracht und
haben zudem noch einen von der Drehachse unterschiedlichen radialen
Abstand. Dadurch können
ein inneres Messsignal und ein äußeres Messsignal
erhalten werden. Eine Rotation des Reifens kann dann über die
sich ändernde
Polarität
des Messsignals beziehungsweise der Messsignale in Umfangsrichtung
erkannt werden. Aus dem Abrollumfang und der zeitlichen Änderung
des inneren Messsignals und des äußeren Messsignals
kann beispielsweise die Radgeschwindigkeit berechnet werden.
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Zum
Beispiel in der
DE
196 12 825 A1 wurde ebenfalls bereits vorgeschlagen, Sensoren
im Radlager anzuordnen, wobei diese Anordnung sowohl im rotierenden
als auch im statischen Teil des Radlagers erfolgen kann. Beispielsweise
können
die Sensoren als Mikrosensoren in Form von Mikroschalter-Arrays realisiert
sein. Von den am beweglichen Teil des Radlagers angeordneten Sensoren
werden beispielsweise Kräfte
und Beschleunigungen sowie die Drehzahl eines Rades gemessen. Diese
Daten werden mit elektronisch abgespeicherten Grundmustern oder mit
Daten eines gleichartigen oder ähnlichen
Mikrosensors verglichen, der am festen Teil des Radlagers angebracht
ist.
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Aus
der
DE 196 24 795
A1 ist bereits ein System und ein Verfahren der eingangs
genannten Art bekannt, bei dem auf nicht näher beschriebene Weise ein
Soll-Giermoment berechnet und dieses Soll-Giermoment in einem Momentende kompositor in
Sollkräfte
zerlegt wird. Diese Sollkräfte
bilden eine Regelvorgabe mit der die gemessenen Radkräfte als Regelgröße verglichen
werden, um eine evtl. Kraftdifferenz zu ermitteln.
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Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein System und
ein Verfahren der gattungsgemäßen Art
dahingehend zu verbessern, dass es eine Bestimmung des tatsächlichen
Giermoments des Fahrzeugs und damit eine Feststellung der Ursache
des Gierens gestattet.
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Vorteile der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung löst
diese Aufgabe dadurch, dass die Beurteilungseinrichtung nach Maßgabe des
Ergebnisses der Verarbeitung ein Ist-Giermoment des Fahrzeugs ermittelt,
das ermittelte Ist-Giermoment
mit einem Soll-Giermoment vergleicht, und ein Stellsignal ausgibt,
wenn die Differenz zwischen dem Ist-Giermoment und dem Soll-Giermoment einen
Schwellenwert übersteigt.
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Vorteilhaft
ist dabei, dass mit der Erfassung des Giermoments unmittelbar die
Ursache des Gierens erfasst wird, während im Stand der Technik
mit der Giergeschwindigkeit lediglich eine Wirkung dieser Ursache
erfasst wurde. Bereits dadurch ist eine genauere Überwachung
des Fahrverhaltens des Fahrzeugs als bisher möglich. Darüber hinaus ist die messtechnische
Erfassung wenigstens einer zwischen Reibaufstandsfläche und
Fahruntergrund wirkenden Radkraftkomponente erheblich weniger aufwendig
als die Erfassung der Giergeschwindigkeit nach dem Stand der Technik.
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Grundsätzlich ist
es möglich,
bereits aus einer an einem einzigen Rad erfassten Radkraftkomponente
auf das Ist-Giermoment
zu schließen,
das auf das Fahrzeug wirkt. Die Genauigkeit dieses Ansatzes hängt allerdings
stark von der Konstruktion des Fahrzeugs und dem momentan auftretenden
Beladungszustand ab.
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Hinsichtlich
der Genauigkeit des erfassten Ist-Giermoments ist es daher vorteilhaft,
wenn mehreren, insbesondere wenn jedem Rad des Fahrzeugs je eine
Radkraftsensoreinrichtung zugeordnet ist.
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Das
am Fahrzeug wirkende Ist-Giermoment kann bereits sehr gut aus einer
erfassten Radumfangskraftkomponente ermittelt werden. Die Radumfangskraft
ist dabei eine in Radumfangsrichtung wirkende Kraft. Ebenso kann
das Ist-Giermoment
jedoch aus erfassten Radseitenkräften
ermittelt werden. Die Radseitenkraft ist dabei eine im Wesentlichen
in der Radaufstandsebene orthogonal zur Radumfangskraft wirkende
Kraft. Vorzugsweise werden beide Kraftkomponenten, das heißt Radumfangskraft und
Radseitenkraft erfasst, da so alle zum Ist-Giermoment beitragenden
Kraftkomponenten berücksichtigt
werden, was für
die Genauigkeit des Ermittlungsergebnisses vorteilhaft ist.
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Besonders
bevorzugt wird auch die Radaufstandskraft gemessen, das ist die
Radkraftkomponente, die orthogonal zur Radaufstandsebene wirkt. Aus
der Kenntnis der Radauf standskräfte
eines jeden Rades lässt
sich nämlich
der Ort des Schwerpunktes des Fahrzeugs ermitteln, dessen genaue Kenntnis
wiederum die Genauigkeit des ermittelten Ist-Giermoments erhöht. Erfindungsgemäß kann aber
ebenso statt einer Berechnung der Schwerpunktlage aus den Radaufstandskräften ein
aus der Fahrzeugkonstruktion und -massenverteilung vorbestimmter
Ort des Schwerpunktes herangezogen werden.
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Nach
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nämlich zunächst für das wenigstens eine Rad,
bevorzugt für
mehrere Räder,
besonders bevorzugt für
jedes Rad das Moment der an dem Rad angreifenden Radkraftkomponenten
um eine durch den Schwerpunkt des Fahrzeugs gehende Gierachse berechnet.
Aus der Summe aller Einzelmomente wird dann das Ist-Giermoment des Fahrzeugs
berechnet. In dem Fall, dass Radkraftkomponenten nur an einem Teil
der Fahrzeugräder erfasst
sind, kann aus den erfassten Radkraftkomponenten auf die an den
anderen Rädern
wirkenden nicht erfassten Komponenten geschlossen werden, etwa durch
ein entsprechendes Kennfeld.
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Wenn
das System weiterhin eine Speichereinrichtung umfasst, kann das
ermittelte Ist-Giermoment dort gespeichert sein, sodass es für eine nachfolgende
Steuerung und/oder Regelung des Fahrverhaltens oder der Fahrdynamik
des Fahrzeugs zur Verfügung
steht.
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Wenn
die Beurteilungseinrichtung die Differenz des ermittelten Ist-Giermoments
mit einem vorbestimmten oder zuvor berechneten Soll-Giermoment ermittelt
und in Abhängigkeit
vom Differenzbetrag eine Beeinflussung des Betriebszu stands des Fahrzeugs
veranlasst, kann der Differenzbetrag nach einem Aspekt der Erfindung
zur Vermeidung geringfügiger
Stelleingriffe wiederum mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen
werden, unterhalb dessen keine Betriebszustandsbeeinflussung vorgenommen
wird.
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Die
Stelleinrichtung kann dann in Abhängigkeit des ausgegebenen Stellsignals
in einfacher Weise durch Ändern
der Stellung einer Motordrosselklappe und/oder durch Verstellen
des Zündzeitpunkts und/oder
durch Ändern
der Kraftstoff-Einspritzmenge und/oder durch Ändern des Radbremsdruckes in
wenigstens einem der Räder
des Kraftfahrzeugs stabilisierend auf das Fahrverhalten oder den
Fahrzustand des Fahrzeugs einwirken.
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Das
System lässt
sich mit einer geringen Anzahl an Bauteilen realisieren, wenn die
Stelleinrichtung und/oder die Beurteilungseinrichtung einer Vorrichtung
zur Steuerung und/oder Regelung des Fahrverhaltens eines Kraftfahrzeugs,
wie zum Beispiel einem Antiblockier-, einem Antriebsschlupfregel (ASR)-
oder einem Elektronisches-Stabilitäts-Programm (ESP)-System, zugeordnet
ist beziehungsweise sind. "Zugeordnet
sein" schließt den bevorzugten
Fall ein, dass die genannten Einrichtungen Teil der Vorrichtung
sind.
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Der
Vorteil der vorliegenden Erfindung wird besonders darin deutlich,
dass es möglich
ist, anhand des ermittelten Ist-Giermoments einen Giermoment-Regelkreis
aufzubauen, vorzugsweise in einer Vorrichtung zur Steuerung und/oder
Regelung des Fahrverhaltens eines Kraftfahrzeugs, insbesondere in
einem Antiblockier-, ASR- oder ESP-System. Der Giermoment-Regelkreis
kann dabei das ermittelte Giermoment mit einem Soll-Giermoment vergleichen und
in Abhängigkeit
von dem Vergleich Soll-Radkräfte
bestimmen, die durch die Stelleinrichtung auf wenigstens ein Rad
auszuüben
sind. Mit einem derartigen Giermoment-Regelkreis können auch weitere Einflüsse, wie
beispielsweise unterschiedliche Bremsenreibwerte an den einzelnen
Rädern
aufgrund von unterschiedlich abgefahrenen oder verglasten Bremsbelägen ausgeregelt
werden.
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Besonders
vorteilhaft kann ein solcher Giermoment-Regelkreis in einem eingangs
beschriebenen Giermomentabschwächungs-
oder Giermomentaufbauverzögerungs-Regelkreis
eingesetzt sein.
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Für eine möglichst
genaue Ermittlung des Ist-Giermoments ist eine möglichst genaue Erfassung der
wenigstens einen Radkraftkomponente nötig. Dabei sind sehr gute Ergebnisse
mit einer Reifen-Sensoreinrichtung zu erzielen, da hier der Ort
der Erfassung und der Wirkort der erfassten Kraftkomponenten sehr
nahe beieinander liegt, was Störeinflüsse reduziert.
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Alternativ,
oder zur Absicherung des Systems durch Redundanzen auch zusätzlich dazu, kann
eine Radlager-Sensoreinrichtung verwendet werden, wie sie eingangs
beschrieben wurde. Auch hier sind die Erfassungsergebnisse aufgrund
der räumlichen
Nähe von
Wirkort und Erfassungsort sehr gut.
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Die
Erfindung wird mit anderen Worten verwirklicht durch ein System
zur Steuerung und/oder Regelung des Fahrverhaltens eines Kraftfahrzeugs mit
wenigstens einem Reifen und/oder einem Rad, wobei in dem Reifen
und/oder am Rad, insbesondere am Radlager, ein Kraftsensor angebracht
ist und abhängig
von den Ausgangssignalen des Kraftsensors eine das momentane Ist-Giermoment
repräsentierende
Giermomentengröße ermittelt
wird und diese Giermomentengröße zur Steuerung
und/oder Regelung des Fahrverhaltens herangezogen wird.
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Die
Erfindung ist gegenüber
dem gattungsgemäßen Verfahren
dadurch weitergebildet, dass das Verfahren weiterhin die Schritte
eines Ermittelns eines Ist-Giermoments des Fahrzeugs nach Maßgabe des
Ergebnisses der Verarbeitung, eines Vergleichens des ermittelten
Ist-Giermoments mit einem Soll-Giermoment, und einer Ausgabe des
Stellsignals umfass, wenn die Differenz zwischen dem Ist-Giermoment
und dem Soll-Giermoment einen Schwellenwert übersteigt. Das erfindungsgemäße Verfahren
eignet sich besonders zur Ausführung durch
das zuvor beschriebene erfindungsgemäße System. Die im Zusammenhang
mit dem erfindungsgemäßen System
beschriebenen Vorteile und vorteilhaften Wirkungen werden auch durch
das erfindungsgemäße Verfahren
erzielt, sodass ausdrücklich auf
die Beschreibung des erfindungsgemäßen Systems verwiesen wird.
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Durch
eine Ermittlung des Giermoments unmittelbar aus erfassten Radkraftkomponenten
wird der messtechnische Aufwand zur Ermittlung dieser Größe an einem
Fahrzeug erheblich reduziert.
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Wie
bereits beschrieben wurde, ist es für die Genauigkeit des ermittelten
Ist-Giermoments von großem
Vorteil, wenn an mehreren Rädern,
insbesondere wenn an jedem Rad des Fahrzeugs je wenigstens eine
zwischen Fahruntergrund und Radaufstandsfläche wirkende Radkraftkomponente
erfasst wird. Es reicht grundsätzlich
aus, eine Radumfangskraft oder eine Radseitenkraft zu ermitteln,
jedoch wird die Genauigkeit des ermittelten Ist-Giermoments erheblich
verbessert, wenn beide genannten Radkraftkomponenten erfasst werden.
Dann sind alle Radkraftkomponenten bekannt, die einen Beitrag zum
Giermoment des Fahrzeugs leisten können.
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Aus
den oben genannten Gründen
wird bevorzugt auch die Radaufstandskraft erfasst. Zur Vorgehensweise
bei der Ermittlung des Giermoments wird auf die im Zusammenhang
mit dem erfindungsgemäßen System
gegebene Beschreibung verwiesen.
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Um
das ermittelte Ist-Giermoment für
eine nachfolgende Fahrdynamikregelung bereitstellen zu können, kann
es in einer Speichereinrichtung gespeichert werden.
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Eine
Verringerung der Bauteilanzahl und damit auch eine Verringerung
von Herstell- und Montagekosten kann dadurch realisiert werden,
dass die Beeinflussung des Betriebszustands des Kraftfahrzeugs von
einer Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Fahrverhaltens
eines Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel einem Antiblockier-, einem
ASR- oder einem ESP-System, durchgeführt wird.
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Die
Beeinflussung kann nach einem Gesichtspunkt der Erfindung etwa derart
sein, dass zunächst
das ermittelte Ist-Giermoment mit einem Soll-Giermoment verglichen
wird und dann anhand des Vergleichsergebnisses, beispielsweise wie
oben beschrieben, Soll-Radkräfte
bestimmt werden, die auf wenigstens ein Rad auszuüben sind.
Näheres
zu bevorzugten Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird in der Figurenbeschreibung ausgeführt.
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Vorteilhafterweise
wird die wenigstens eine Radkraftkomponente möglichst nahe am Ort ihres Wirkens
erfasst, hierzu kommen vor allem das Rad selbst in Frage, das heißt eine
Erfassung an einem Reifen oder an einem Lager des Rades.
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Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen noch näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems;
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2 ein
Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
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3 einen
Teil eines mit einem Reifen-Seitenwandsensor ausgestatteten Reifens;
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4 beispielhafte
Signalverläufe
des in 3 dargestellten Reifen-Seitenwandsensors;
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5 ein
Systemdiagramm eines ESP-Systems des Standes der Technik;
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6 ein
Systemdiagramm eines ESP-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung;
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7 ein
Systemdiagramm eines Antiblockier-Systems des Standes der Technik;
und
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8 ein
Systemdiagramm eines Antiblockier-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Systems. Eine Sensoreinrichtung 10 ist
einem Rad 12 zugeordnet, wobei das dargestellte Rad 12 stellvertretend
für die
Räder eines
Fahrzeugs gezeigt ist. Die Sensoreinrichtung 10 steht mit
einer Beurteilungseinrichtung 14 zum Verarbeiten von Signalen
der Sensoreinrichtung 10 in Verbindung. Die Beurteilungseinrichtung 14 umfasst
eine Speichereinrichtung 15 zur Speicherung erfasster Werte.
Die Beurteilungseinrichtung 14 ist darüber hinaus mit einer Stelleinrichtung 16 verbunden.
Diese Stelleinrichtung 16 ist wiederum dem Rad 12 zugeordnet.
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Die
Sensoreinrichtung 10 erfasst im hier gezeigten Beispiel
die Radaufstandskraft, die Radseitenkraft und die Radumfangskraft
des Rades 12. Die hieraus resultierenden Erfassungsergebnisse
werden der Beurteilungseinrichtung 14 zur weiteren Verarbeitung übermittelt.
Beispielsweise werden in der Beurteilungseinrichtung 14 die
genannten Radkräfte aus
einer erfassten Deformation des Reifens ermittelt. Dies kann durch
Verwendung von in einer Speichereinheit gespeicherten Kennlinien
erfolgen.
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In
der Beurteilungseinrichtung 14 kann aus den Radaufstandskräften der
einzelnen Räder
die Lage des Schwerpunktes des Kraftfahrzeugs bestimmt werden. Somit
kann aus den Radumfangs- und Radseitenkräften eines jeden Rades das
jeweilige Moment der Radkräfte
um den Fahrzeugschwerpunkt und aus der Summe dieser Momente schließlich das
augenblicklich auftretende Ist-Giermoment des Fahrzeugs bestimmt
werden.
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Das
so bestimmte Ist-Giermoment wird in der Beurteilungseinrichtung 14 mit
einem Soll-Giermoment verglichen. Ergibt der Vergleich, dass eine
Differenz zwischen Soll- und Ist-Giermoment größer als ein gerade noch tolerierbarer
Schwellenwert ist, so ermittelt die Beurteilungseinrichtung 14 Soll-Radkräfte, die
beispielsweise durch Bremseneingriff auf einzelne Räder ausgeübt werden
sollen und erzeugt ein entsprechendes Stellsignal.
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Dieses
Signal kann dann an eine Stelleinrichtung 16 übertragen
werden, so dass in Abhängigkeit
des Signals Einfluss auf das den Betriebszustand des Fahrzeugs,
insbesondere auf das Rad 12, genommen werden kann. Ein
sol cher Einfluss kann zusätzlich
oder alternativ zu einem Bremseneingriff beispielsweise über einen
Motoreingriff erfolgen.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm einer Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wobei ein stabilisierender
Eingriff in den Fahrzeugbetrieb durch das erfindungsgemäße System
dargestellt ist. Zunächst wird
die Bedeutung der einzelnen Schritte angegeben:
S01: Erfassen
einer Deformation eines Reifens.
S02: Ermitteln einer Umfangs-,
Seiten- und Aufstandskraft des Reifens auf dem Fahruntergrund aus der
erfassten Deformation.
S03: Bestimmen des Ortes des Fahrzeugschwerpunktes
aus der Radaufstandskraft eines jeden Rades, bevorzugt in einem
fahrzeugfesten Koordinatensystem.
S04: Bestimmen des Momentes
der Radseitenkraft und der Radumfangskraft eines jeden Rades um
eine durch den Fahrzeugschwerpunkt gehende Gierachse.
S05:
Bestimmen des tatsächlich
auftretenden Ist-Giermomentes des Fahrzeugs aus den einzelnen Momenten
der Radkräfte
aus Schritt S04.
S06: Vergleichen des in Schritt S05 bestimmten Ist-Giermomentes mit
einem Soll-Giermoment.
S07: Ermitteln der für einen Betriebseingriff zur
Heranführung
des Ist- an das Soll-Giermoment geeigneten Maßnahmen und der Räder, an
denen diese durchzuführen
sind.
S08: Durchführen
der Maßnahmen
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Der
in 2 gezeigte Verfahrensablauf kann so oder in ähnlicher
Weise bei einem heck- oder auch einem frontgetriebenen Fahrzeug
erfolgen. In Schritt S01 wird beispielsweise eine Deformation eines
Reifens gemessen.
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Aus
dieser Deformation wird in Schritt S02 eine Radaufstandskraft, eine
Radumfangskraft und eine Radseitenkraft für jedes Rad ermittelt. Dies
geschieht durch in einer Speichereinrichtung abgelegte Kennlinien,
die den Zusammenhang zwischen Deformationen des Reifens und den
genannten Radkräften
angibt.
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In
Schritt S03 wird aus der ermittelten Radaufstandskraft eines jeden
Rades der Ort des Massenschwerpunkts des Fahrzeugs bestimmt.
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In
Schritt S04 wird für
jedes Rad des Fahrzeugs aus der Radseitenkraft und der Radumfangskraft
ein aus diesen Kräften
resultierendes Moment um eine durch den Fahrzeugschwerpunkt gehende Gierachse
mit großer
Genauigkeit ermittelt.
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Im
anschließenden
Schritt S05 wird aus den an jedem Rad wirkenden Momenten um die
durch den Fahrzeugschwerpunkt gehende Gierachse durch Summenbildung
ein Fahrzeug-Giermoment berechnet.
Es handelt sich dabei um das momentan tatsächlich auftretende Ist-Giermoment
des Fahrzeugs.
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Danach
wird in Schritt S06 ein Vergleich zwischen einem Soll-Giermoment
und einem Ist-Giermoment durchgeführt. Das Soll-Giermoment kann dabei
beispielsweise durch eine ESP-Regelvorrichtung aus erfassten Fahrzeugbetriebsdaten
und einem verwendeten Fahrzeugmodell erhalten werden. Der Vergleich
kann dabei so ablaufen, dass beispielsweise die Differenz zwischen
Soll- und Ist-Giermoment berechnet wird und diese Differenz mit
einem Schwellenwert verglichen wird. Übersteigt die Differenz den
Schwellenwert nicht, so kehrt das Verfahren zu Schritt S05 zurück und es
findet kein Eingriff in den Betriebszustand des Fahrzeugs statt. Übersteigt
die Differenz dagegen den Schwellenwert, so findet in den anschließenden Verfahrensschritten ein
stabilisierender Eingriff in den Fahrzeug-Betriebszustand statt.
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In
Schritt S07 werden geeignete Maßnahmen
ermittelt, um das Ist-Giermoment an das Soll-Giermoment heranzuführen. Dies
kann beispielsweise zweistufig derart erfolgen, dass zunächst die
Räder ausgewählt werden,
die durch eine Bremskraft zusätzlich
beaufschlagt werden sollen, beziehungsweise die hinsichtlich einer
gerade ausgeübten Bremskraft
entlastet werden sollen. In der nächsten Stufe wird dann der
Betrag der Beaufschlagung/Entlastung berechnet.
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In
Schritt S08 werden die in Schritt S07 ermittelten Maßnahmen
schließlich
durch entsprechende Stelleingriffe, beispielsweise an Hydraulikventilen, durchgeführt.
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In 3 ist
ein Ausschnitt aus einem an dem Rad 12 montierten Reifen 32 mit
einer sogenannten Reifen-/Side-Wall-Sensoreinrichtung 20, 22, 24, 26, 28, 30 bei
Betrachtung in Richtung der Drehachse D des Reifens 32 dargestellt.
Die Reifen-/Side-Wall-Sensoreinrichtung 20 umfasst zwei
Sensorvorrichtungen 20, 22, die karosseriefest
an zwei in Drehrichtung unterschiedlichen Punkten angebracht sind.
Ferner weisen die Sensorvorrichtungen 20, 22 jeweils
unterschiedliche radiale Abstände
von der Drehachse des Rades 32 auf. Die Seitenwand des Reifens 32 ist
mit einer Vielzahl von bezüglich
der Raddrehachse im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufenden
magnetisierten Flächen
als Messwertgeber 24, 26, 28, 30 (Streifen)
mit vorzugsweise in Umfangsrichtung verlaufenden Feldlinien versehen. Die
magnetisierten Flächen
weisen abwechselnde magnetische Polarität auf.
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4 zeigt
die Verläufe
des Signals Si der innen, das heißt näher an der Drehachse D des
Rades 12, angeordneten Sensorvorrichtung 20 von 3 und
des Signals Sa der außen,
das heißt
weiter der Drehachse des Rades 12 entfernt, angeordneten
Sensorvorrichtung 22 von 3. Eine
Rotation des Reifens 32 wird über die sich ändernde
Polarität der
Messsignale Si und Sa erkannt. Aus dem Abrollumfang und der zeitlichen Änderung
der Signale Si und Sa kann beispielsweise die Radgeschwindigkeit berechnet
werden. Durch Phasenverschiebungen zwischen den Signalen können Torsionen
des Reifens 32 ermittelt werden und somit beispielsweise
direkt Radkräfte
gemessen werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es von
besonderem Vorteil, wenn die Aufstandskraft des Reifens 32 auf
der Straße 34 gemäß 3 ermittelt
werden kann, da sich aus dieser Aufstandskraft unmittelbar auf die
Abhebeneigung von Rädern
des Kraftfahrzeugs in erfindungsgemäßer Weise rückschließen lässt. Eine Aufstandskraft lässt sich
schon bei stillstehendem Reifen aus der Reifendeformation ermitteln.
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5 zeigt
eine Systemdarstellung einer herkömmlichen ESP-Regelung. Eine
ESP-Regelvorrichtung 40 erhält von Fahrzustandssensoren 42 Fahrzustandssignale
(zum Beispiel aq, DRS, δ, usw.),
die den Fahrzustand des Fahrzeugs beschreiben. Aus diesen Fahrzustandssignalen
bestimmt die ESP-Regelvorrichtung 40 ein Soll-Giermoment,
das sie an ein erstes Modellmodul 44 weitergibt. In dem ersten
Modellmodul sind ein Fahrzeugmodell und ein Reifenmodell hinterlegt,
anhand welcher aus dem Soll-Giermoment
Soll-Reifenkräfte
errechnet und an ein nachfolgendes zweites Modellmodul 46 ausgegeben
werden. In dem zweiten Modellmodul 46 ist ein Hydraulikmodell
hinterlegt, welches ermittelt, wie die Bremshydraulik des Fahrzeugs
angesteuert werden muss, um die Soll-Reifenkräfte zu erhalten. Das zweite
Modellmodul 46 gibt dann die ermittelte Hydraulikansteuerung
und die ermittelten Ventilsteuersignale an ein Hydroaggregat 48 aus,
welches die Hydraulik entsprechend den Signalen ansteuert. Diese
Ansteuerung bewirkt Bremskräfte
an den Rädern beziehungsweise
Reifen 50, was wiederum dazu führt, dass Reifenkräfte auf
das Fahrzeug 52 wirken. Die Reifenkräfte sind Ursache einer Änderung
der Fahrzeugbewegung, was schließlich wiederum von den Fahrzustandssensoren 42 erfasst
wird. Der ESP-Regelkreis ist somit geschlossen.
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Ein
derartiger Regelkreis hat jedoch den Nachteil, dass ungenaue Berechnungen
aufgrund unzureichender Informationen über Parameteränderungen
zwischen Hydraulikmodell und Reifen erst über den gesamten ESP-Regelkreis
ausgeregelt werden können.
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In 6 ist
daher ein modifizierter ESP-Regelkreis abgebildet, der ein erfindungsgemäßes System
darstellt. Der ESP-Regelkreis der 6 entspricht
in vielen Elementen dem der 5, jedoch
ist kein erstes Modellmodul 44 vorhanden, das anhand eines
hinterlegten Fahrzeug- und eines Reifenmodells aus einem Soll-Giermoment
Soll-Reifenkräfte ermittelt.
Statt dessen ist eine Giermoment-Regelvorrichtung 60 und
ein Berechnungsmodul 62 in dem Regelkreis enthalten.
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Da
die ESP-Regelkreise der 5 und 6 ansonsten übereinstimmen,
werden im Folgenden lediglich die Unterschiede näher erläutert.
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Ausgangsgröße der ESP-Regelvorrichtung 40 ist,
wie bisher, ein aus Fahrzustandssignalen ermitteltes Soll-Giermoment.
Dieses Soll-Giermoment wird in eine Giermoment-Regelvorrichtung 60 eingegeben.
Im Gegensatz zu dem ESP-Regelkreis
der 5 werden nun Reifenkräfte der Räder beziehungsweise Reifen 50 durch
ein Berechnungsmodul 62 erfasst und ausgewertet. Das Berechnungsmodul 62 kann
beispielsweise eine Radkraft-Sensoreinrichtung und eine Beurteilungseinrichtung
umfassen. In dem Berechnungsmodul 62 können wahlweise die Schwerpunktabstände der
einzelnen Räder
vom Fahrzeugschwerpunkt beziehungsweise von einer durch den Fahrzeugschwerpunkt
gehenden Gierachse hinterlegt sein oder anhand von erfassten Radaufstandskräften berechnet
werden. Weiterhin wird im Berechnungsmodul 62 anhand der
erfassten Radumfangskräfte
und Radseitenkräfte
das Ist-Giermoment berechnet, welches augenblicklich auf das Fahrzeug wirkt.
Dieses Ist-Giermo ment wird in die Giermoment-Regeleinrichtung 60 eingegeben.
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Die
Giermoment-Regeleinrichtung 60 verarbeitet Soll- und Ist-Giermoment
und ermittelt daraus Soll-Reifenkräfte für einzelne oder für alle Räder beziehungsweise
Reifen des Fahrzeugs und gibt die ermittelten Soll-Reifenkräfte an das
Berechnungsmodul 46 aus. Die weitere Verarbeitung im ESP-Regelkreis
entspricht dann der zu 5 beschriebenen.
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Die
Verarbeitung von Soll- und Ist-Giermoment zu einer Soll-Reifenkraft
für ein
oder mehrere Räder
des Fahrzeugs kann nach einem Gesichtspunkt der Erfindung beispielsweise
wie folgt ablaufen:
Die Giermoment-Regeleinrichtung bildet
eine Differenz zwischen Soll- und Ist-Giermoment und vergleicht
die so erhaltene Differenz mit einem Toleranz-Schwellenwert. Im
Falle eines Unterschreitens des Schwellenwerts wird der Gierzustand
des Fahrzeugs nicht korrigiert, überschreitet
die Differenz jedoch den Toleranz-Schwellenwert, so wird in Abhängigkeit
vom Differenzbetrag der Radbremsdruck an einer Reifenseite derart
erhöht,
dass dem aktuellen Ist-Giermoment ein entgegenwirkendes Giermoment erzeugt
wird.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen ESP-Regelung
gegenüber
derjenigen des Standes der Technik liegt darin, dass Ungenauigkeiten
in der Radkrafteinstellung, die durch Störeinflüsse im Hydraulikmodell (beispielsweise
aufgrund einer ungenauen Modellierung), im Hydroaggregat (beispielsweise
durch temperaturbedingte Fehler und Verfälschungen), an Rädern beziehungsweise
Reifen (beispielsweise durch verglaste Bremsbeläge und abgefahrene Reifen)
nicht erst durch die ESP-Regelung über die Fahrzeugbewegung, sondern
unmittelbar durch den unterlagerten Giermoment-Regelkreis ausgeregelt werden
können.
Dies hat eine erhöhte
Fahrstabilität zur
Folge.
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In 7 ist
eine Systemdarstellung einer ABS-Regeleinrichtung nach dem Stand
der Technik gezeigt. Eine ABS-Regelvorrichtung 70 erhält Raddrehzahlen
beziehungsweise Radgeschwindigkeiten als Eingangsgrößen von
Raddrehzahlfühlern 72 und berechnet
daraus als Ausgangsgröße Soll-Bremskräfte, die
an ein Modul zur Giermomentabschwächung beziehungsweise Giermomentaufbauverzögerung (GMA) 74 ausgegeben
werden. Die GMA 74 prüft,
ob die geforderten Soll-Bremskräfte
zu einem unerwünscht
hohen Giermoment führen
und falls das durch die Soll-Bremskräfte erwartete Giermoment einen
Schwellenwert überschreitet,
wird durch die GMA 74 eine oder mehrere Soll-Bremskräfte reduziert.
Die GMA 74 errechnet dazu aus den Soll-Bremskräften unter
Berücksichtigung
von in einer Speichereinrichtung hinterlegten Abständen der einzelnen
Räder vom
Fahrzeugschwerpunkt beziehungsweise von einer durch den Fahrzeugschwerpunkt
gehenden Gierachse das bewirkte Giermoment.
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Die
von der GMA 74 unter Umständen reduzierten Soll-Bremskräfte werden
an ein Modellmodul 76 ausgegeben, in dem ein Hydraulikmodell
hinterlegt ist. Das Modellmodul 76 ermittelt die zur Realisierung
der Soll-Bremskräfte
benötigten
Ventilsteuersignale sowie die ansonsten benö tigte Hydraulikansteuerung
und gibt diese an ein Hydroaggregat 78 aus, welches die
Hydraulikansteuerung ausführt,
sodass Bremskräfte
an Rädern
beziehungsweise Reifen 80 erzeugt werden. Die Bremskräfte an den
Rädern/Reifen 80 bewirken
Reifenkräfte,
die auf das Fahrzeug 82 wirken und dadurch eine Änderung
der Fahrzeugbewegung verursachen, welche wiederum von Raddrehzahlfühlern 72 erfasst
wird. Der ABS-Regelkreis ist somit geschlossen.
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Die
Regelstrecke 76 – 78 – 80 – 82 entspricht dabei
der Regelstrecke 46 – 48 – 50 – 52 der 5 und 6,
auf deren Beschreibung hiermit ausdrücklich verwiesen sei.
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Nachteilig
an dem ABS-Regelkreis des Standes der Technik ist, dass die GMA 74 lediglich
ein zu erwartendes Giermoment aus den von der ABS-Regelvorrichtung 70 berechneten
Soll-Bremskräften
ermittelt. Ein Abgleich mit einem tatsächlich auftretenden Ist-Giermoment
findet nicht statt, sodass Ungenauigkeiten bei der Reduktion von
Soll-Bremskräften unvermeidlich
ist.
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In 8 ist
daher eine Systemdarstellung eines ABS-Regelkreises unter Verwendung einer
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems
gezeigt. Da der in 8 gezeigte ABS-Regelkreis in seinen
Elementen 70, 72, 76, 78, 80 und 82 dem ABS-Regelkreis
der 7 entspricht, wird hinsichtlich dieser Elemente
auf die in Bezug auf 7 gegebene Beschreibung verwiesen.
Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede zwischen dem ABS-Regelkreis der 7 und 8 erläutert werden.
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Anstelle
der GMA 74 enthält
der ABS-Regelkreis der 8 eine GMA 90, die
auf einer Giermomentenregelung basiert. Die GMA 90 erhält als Eingangsgröße ein Ist-Giermoment
von einem Berechnungsmodul 92. Das Berechnungsmodul 92 kann beispielsweise
Radkraft-Sensoreinrichtungen und eine Beurteilungseinrichtung umfassen.
Es werden daher die auf die Räder/Reifen 80 wirkenden
Reifenkräfte
erfasst und daraus das tatsächlich
auftretende Ist-Giermoment des Fahrzeugs berechnet. Dabei werden
entweder in einer Speichereinrichtung hinterlegte Abstände der
Reifen zum Fahrzeugschwerpunkt beziehungsweise zu einer Gierachse
durch den Fahrzeugschwerpunkt verwendet oder diese Abstände nach
Maßgabe
erfasster Radaufstandskräfte berechnet.
Vorteilhafterweise werden sowohl Radumfangs- als auch Radseitenkräfte erfasst,
da dies die genaueste Berechnung des Ist-Giermoments ermöglicht.
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Neben
dem Ist-Giermoment erhält
die GMA 90 als Eingangsgröße ein maximales Soll-Giermoment,
das von einem zweiten Berechnungsmodul 94 berechnet wird.
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Das
Berechnungsmodul 94 gibt das maximale Soll-Giermoment aus
bestimmten Eingangssignalen (nicht dargestellt) vor. Diese Vorgabe
kann unter Umständen
zeitabhängig
sein, beispielsweise um einen Fahrer auf μ-Splitt-Fahrbahnen nicht zu überfordern
und trotzdem für
einen möglichst
kurzen Bremsweg zu sorgen.
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Die
GMA 90 kann dann durch Vergleich des Ist-Giermoments mit
dem maximalen Soll-Giermoment die geforderten Soll-Bremskräfte im Sinne
einer Heranführung
des Ist-Giermoments an das Soll-Giermoment begrenzen.
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Gemäß einer
weiteren Alternative kann die GMA 90 zunächst wie
die herkömmliche
GMA 74 arbeiten, das heisst aus den von der ABS-Regelvorrichtung 70 ausgegebenen
Soll-Bremskräften
ein zu erwartendes Giermoment berechnen und dieses mit einem Schwellenwert
vergleichen. Bei einem Überschreiten
eines zulässigen
Giermoments durch das durch die Soll-Bremskräfte hervorgerufene Giermoment
setzt dann die oben beschriebene Giermomentenregelung ein, in der
das Ist-Giermoment und das berechnete Soll-Giermoment verglichen werden und zu
einer entsprechenden Begrenzung der Soll-Bremskräfte führen.
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Vorteil
der in 8 gezeigten ABS-Regeleinrichtung ist, dass zunächst die
Giermoment-Sollwertberechnung einfacher gehalten werden kann als
die gesteuerte Giermomentbegrenzung durch Begrenzung der Radbremskräfte. Darüber hinaus
kann mit Hilfe eines derart unterlagerten Giermoment-Regelkreises
ein der jeweils herrschenden Fahrsituation angepasster Eingriff
durchgeführt
werden, da das tatsächlich
wirkende Ist-Giermoment ermittelt wird und nicht wie beim Ansatz
des Standes der Technik ein Kompromiss zugrundegelegt wird, der
möglichst
vielen Fahrsituationen gerecht werden soll. Es handelt sich dabei
um die zu erwartenden Vorteile einer Regelung gegenüber einer
Steuerung.
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Als
weiterer Vorteil ist mit der Giermoment-Sollwertvorgabe direkt eine
Einstellung der Anforderung an den Fahrer möglich, unabhängig von störenden Einflüssen, wie
unterschiedliche Reibwerte der Bremsbeläge, wechselnde Reibwerte der Fahrbahn,
unterschiedliche Temperaturen der Reifen und/oder der Fahrbahn,
Lenkwinkel usw., da diese Einflüsse
durch die Regelung des Giermoments ausgeregelt werden.
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Die
vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden
Erfindung dient zu illustrativen Zwecken. Im Rahmen des durch die
Ansprüche
definierten Schutzbereichs sind verschiedene Änderungen und Modifikationen
möglich.