DE3878674T2 - System in einem kraftfahrzeug, um auf dynamische weise die strassenadhaesion zu bestimmen. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugsystem zur dynamischen Bestimmung der zwischen einem Reifen und einer Fahrbahn bestehenden Bodenhaftung - d.h. wenn ein mit diesem System ausgerüstetes Fahrzeug auf einer Strafe betrieben wird.
• In der am 26. Juni 1987 eingetragenen US-Patentanmeldung 066,690, welche dem Anmelder der vorliegenden Erfindung zugeschrieben ist, wird ein System offengelegt, welches dazu verwendet werden kann, die Betriebsbedingungen des Fahrzeuges zu erkennen, unter welchen eines der Straßenlaufräder des Fahrzeuges auf einer rutschigen Oberfläche läuft, z.B. auf Eis, während eines oder mehrere der übrigen Straßenlaufräder des Fahrzeuges auf einer Oberfläche mit höherem Reibwert laufen. Ein solches System liefert jedoch nur ein relatives Maß für die von den Reifen entwickelte Bodenhaftung und kann kein quantitatives Maß für die Bodenhaftung liefern. Für den Zweck dieser Schrift bezeichnet der Ausdruck "Bodenhaftung" die zwischen einem Fahrzeugreifen und einer Straßenoberfläche, auf welcher der Reifen betrieben wird, bestehende Reibung. Bodenhaftung wird im allgemeinen in Form von Zugkraft gemessen.
• Bestimmte Antiblockier-Bremssysteme verwenden eine Anzahl von Raddrehzahlfühlern, welche ein Blockieren des Rades erkennen. Zu einem solchen Blockieren kann es aufgrund einer Straßenoberfläche mit niedrigem Reibwert (z.B. Glatteis) kommen. Allerdings messen solche Systeme nicht direkt die Bodenhaftung. Diese Systeme messen vielmehr die Wirkung des Mangels an Bodenhaftung, oder besser, unzureichender Bodenhaftung.
• EP-A-0,201,843 offenbart eine Art der Messung des Reibwertes durch Messung der Drehgeschwindigkeit eines gebremsten Rades gegenüber derjenigen eines ungebremsten Rades. EP-A-0,201,843 lehrt die Anwendung dieser Messung sowie des Bremsmomentes und der Achslast zur Bestimmung des Reibwertes. Sie lehrt jedoch nicht die Anwendung von Fahrzeuggeschwindig keit, Lenkkraft und Lenkwinkel zur Bestimmung des Reibwertes.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zur dynamischen Bestimmung der Bodenhaftung zu stellen.
• Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß die Fähigkeit zur Bestimmung der Bodenhaftung nicht durch Reifenverschleiß oder die Art der eingesetzten Reifen beeinflußt wird.
• Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß das erfindungsgemäße System zum Messen der Bodenhaftung in Verbindung mit einem Warnsystem für den Fahrer, einem System zur Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit, einem System zur Steuerung der Lenkhilfsanlage oder anderen Fahrzeugsystemen verwendet werden kann.
• Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß das System dazu verwendet werden kann, den Fahrer bei unsicherem Straßenzustand zu warnen.
• Ein System zur Bestimmung der Bodenhaftung eines auf ein Straßenlaufrad montierten Reifens eines auf einer Fahrbahn betriebenen Kraftfahrzeuges beinhaltet Mittel zur Messung des Lenkwinkels des Straßenlaufrades, welche Mittel zur Erzeugung eines ersten Signals enthalten, welches den Lenkwinkel darstellt, mit welchem das Lenksystem des Fahrzeuges betrieben wird, und Mittel zur Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit, welche Mittel zur Erzeugung eines zweiten Signals enthalten, welches die Geschwindigkeit darstellt, mit welcher das Fahrzeug betrieben wird. Ein System nach dieser Erfindung beinhaltet außerdem Mittel zur Messung der Lenkkraft, welche Mittel zur Erzeugung eines dritten Signals enthalten, welches die Lenkkraft darstellt, die nötig ist, das Lenksystem des Fahrzeuges mit einem gemessenen Lenkwinkel der Straßenlaufräder und einer gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit zu betreiben, sowie eine Prozessoreinrichtung zur Bestimmung der Bodenhaftung des Reifens, wobei die Prozessoreinrichtung Mittel zum Empfang des vorstehend beschriebenen ersten, zweiten und dritten Signals enthält und Mittel zur Ableitung eines vierten Signals aus diesen Signalen, welches die Höhe der Bodenhaftung darstellt. Die Prozessoreinrichtung könnte die Bodenhaftung dadurch bestimmen, daß sie die gemessenen Werte für Lenkwinkel, Fahrzeuggeschwindigkeit und Lenkkraft mit einer Reihe von Bezugstriaden vergleicht, welche Werte für Lenkwinkel, Fahrzeuggeschwindigkeit und Lenkkraft enthalten, wobei jede dieser Bezugstriaden einem bestimmten Bodenhaftungswert entspräche. Jeder Triade wäre ein entsprechender Wert für ein viertes, der Bodenhaftung entsprechendes Signal zugeordnet, wobei dieses Signal nach dem Vergleichsvorgang abgelesen würde. Dementsprechend könnte die Prozessoreinrichtung einen Festwertspeicher umfassen, der die Bezugstriaden und vierten Signalwerte enthält. Gemäß einer Alternative könnte die Prozessoreinrichtung die Bodenhaftung dadurch bestimmen, daß sie das erste, zweite und dritte Signal in einer mathematischen Funktion verarbeitet, um so jenes vierte Signal abzuleiten.
• Die Mittel zur Messung des Lenkwinkels der Straßenlaufräder, die einen Teil des erfindungsgemäßen Systems umfassen, können eine optisch-elektrische Vorrichtung zur Winkelmessung enthalten, welche funktionsmäßig mit einem Lenksystem zur Steuerung der Straßenlaufräder verbunden ist und auf die Bewegung eines Lenkrades reagiert. Die in dem erfindungsgemäßen System enthaltenen Mittel zur Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit können einen von dem Antriebsstrang des Fahrzeuges angetriebenen Signalgenerator umfassen. Die Mittel zur Messung der Lenkkraft können einen zwischen ein Lenkgetriebe zur Steuerung des besagten Straßenlaufrades und eine Hydraulikpumpe zur Leistungsversorgung des Lenkgetriebes zwischengeschalteten Druckfühler umfassen. Gemäß einer Alternative können die Mittel zur Messung der Lenkkraft einen Drehmomentfühler zur Abtastung des an der Antriebswelle des Lenkgetriebes aufgebrachten Drehmoments enthalten.
• In einer weiteren Ausführung der Erfindung kann ein Notbetriebssystem zur Bestimmung der Bodenhaftung eines auf ein Straßenlaufrad montierten Reifens eines auf einer Fahrbahn betriebenen Kraftfahrzeuges nicht nur Mittel zur Messung des Lenkwinkels, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Lenkkraft sowie die vorstehend beschriebene Prozessoreinrichtung enthalten, sondern auch eine Notsteuervorrichtung, welche auf ein Signal reagiert, welches von dem Prozessor im Falle einer unter einem Schwellenwert liegenden Bodenhaftung erzeugt wird, wobei die Notsteuervorrichtung Mittel zum Betreiben eines Notsteuersystems beinhalten. Ein solches Notsteuersystem kann Mittel zur Regelung des Betriebs eines in dem Fahrzeug integrierten Bremssystems enthalten, oder Mittel, welche den Fahrer des Fahrzeuges warnen, wenn die Bodenhaftung unter einem Schwellenwert liegt oder Mittel zur Begrenzung der maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit oder Vorwärtsbeschleunigung des Fahrzeuges. Ein erfindungsgemäßes Notsteuersystem kann außerdem Mittel zum Betreiben eines regelbaren Federungssystems enthalten, welches variable Dämpfungs- und Federeigenschaften bietet. Schließlich kann ein Notsteuersystem nach der vorliegenden Erfindung Mittel zur Steuerung der Leistungsabgabe einer dem Lenksystem des Fahrzeuges zugeordneten Servovorrichtung enthalten. Solche Mittel zur Steuerung der Leistungsabgabe einer dem Lenksystem zugeordneten Kraftquelle können das Regelventil zur Modulation der von der Servovorrichtung abgegebenen Hilfskraft enthalten.
• Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielartig näher erläutert. Dabei ist:
• Figur 1 eine Perspektivische Ansicht eines mit der vorliegenden Erfindung versehenen Kraftfahrzeuges. Diese Figur zeigt einige der verschiedenen Bestandteile eines die vorliegende Erfindung verkörpernden Systems.
• Figur 2 ist ein allgemeines Blockdiagramm gemäß einer Ausführung dieser Erfindung.
• Figur 3 ist ein Blockdiagramm, welches einen Teil eines Mikroporzessors zeigt, der in ein erfindungsgemäßes System eingebaut werden kann, sowie damit verbundene Meßfühler und gesteuerte Vorrichtungen.
• Figur 4 ist ein logisches Ablauf-Blockdiagramm gemäß einer Ausführung dieser Erfindung.
• Die Figuren 5 und 6 stellen einen für den Einsatz in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung geeigneten Lenkwinkel-Meßfühler dar.
• Die Figur 7 ist ein freies Körperdiagramm, welches mehrere Kräfte darstellt, die während einer Kurvenfahrt auf die aus Straßenlaufrad und Reifen bestehende Einheit wirken.
• Der Betrieb eines Fahrzeuges kann verbessert werden, wenn die Bodenhaftung dynamisch für jeden einzelnen Straßenzustand bestimmt werden kann. Die vorliegende Erfindung lehrt, daß dies möglich ist, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit, der Lenkwinkel und die Lenkkraft bekannt sind, da bei einer gegebenen Geschwindigkeit und einem gegebenen Lenkwinkel, die Höhe der Lenkkraft zur zwischen Reifen und Straßenoberfläche bestehenden Reibung bzw. Bodenhaftung proportional ist. Werden diese drei Parameter z.B. Vergleichstafeln zugeführt, die in einem Festwertspeicher (ROM) eines Mikroprozessors enthalten sind, kann der Reibwert Straßenoberfläche/Reifen bestimmt werden.
• Figur 7 verdeutlicht die verschiedenen Parameter, mit welchen ein erfindungsgemäßes System arbeitet. Der Lenkwinkel α ist ein Maß für den Lenkwinkel, in welchem die Lenkräder eingestellt werden. Die Geschwindigkeit V ist ein Mab für die Vorwärtsgeschwindigkeit des Fahrzeuges. Die Normalkraft FN ist die Kraft, die gewöhnlich dem über Straßenlaufrad und Reifen nach unten wirkenden Fahrzeuggewicht zugeordnet ist. Die Lenkkraft FS ist ein Maß für die Kraft die erforderlich ist, um die Lenkräder in einer beliebigen Winkelstellung α zu halten. Die Bodenhaftung FRA schließlich ist ein Maß für die von dem Reifen in bezug auf die Fahrbahn aufgebrachte Zug- bzw. Reibungskraft.
• Die von einem System gemäß der vorliegenden Erfindung gelieferten Informationen können dazu herangezogen werden, verschiedene Fahrzeugfunktionen zu steuern. So kann z.B. ein Fahrer gewarnt werden, wenn die Bodenhaftung unter einem Schwellenwert liegt. In anderen Worten kann der Fahrer gewarnt werden, wenn die Zugkraft zwischen Straßenoberfläche und Reifen geringer ist als der gewünschte Wert. Ein System gemäß der vorliegenden Erfindung kann außerdem dafür genutzt werden, durch Begrenzung der maximalen Geschwindigkeit bzw. Vorwärtsbeschleunigung des Fahrzeuges direkt in den Betrieb des Fahrzeuges einzugreifen. Hat ein mit diesem System ausgestattetes Fahrzeug ein regelbares Federungssystem mit einstellbarem Dämpfungsvermögen zum Beispiel, oder mit einstellbarer Federkennlinie, oder beidem, kann es wünschenswert sein, bei niedriger Bodenhaftung die Regelbarkeit des Federungssystems zu begrenzen. Dies könnte mit einschließen, daß ein Federungssystem z.B. nur mit normaler Dämpfung betrieben wird, im Gegensatz zu harter oder weicher Dämpfung. Hat ein mit diesem System ausgerüstetes Fahrzeug ein Antiblockier-Bremssystem, so kann ein Bodenhaftungs-Warnsignal von dem vorliegenden System dazu verwendet werden, den Betrieb des Antiblockiersystems auszulösen. Schließlich kann das System zur Ermittlung der Bodenhaftung gemäß der vorliegenden Erfindung auch dazu eingesetzt werden, die Höhe der von einem Lenkhilfssystem abgegebenen Hilfskraft zu regeln. Diese Eigenschaft kann dazu genutzt werden, dem Fahrer in Perioden schlechten Wetters verstärkten Informationsrücklauf über den Straßenzustand zu vermitteln. In einer entsprechenden Variante kann ein System nach der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit bekannten Zugkraft-Verstärkungs-Systemen, die selektiv ein rutschendes, durch einen der Raddrehzahlfühler 14 (Figur 1) überwachtes Rad abbremsen, dazu herangezogen werden, die Übertragung des Motordrehmomentes auf ein nicht rutschendes Rad zu ermöglichen.
• Wie in Figur 1 dargestellt, umfaßt ein mit einem System zur dynamischen Bestimmung der Bodenhaftung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgerüstetes Fahrzeug mehrere Strafenlaufräder 12, in diesem Falle vier. Ein Steuermodul 16 empfängt Signale von verschiedenen Meßfühlern in dem Fahrzeug und steuert verschiedene Vorrichtungen. Die drei Hauptmeßfühler, von welchen das Steuermodul 16 Informationen empfängt, sind der Drehzahlfühler 22, der Lenkwinkelfühler 24 und der Lenkkraftfühler 26 (siehe auch Figur 2). Wenn auch zahlreiche Arten von Drehzahlfühlern für Kraftfahrzeuge bekannt sind, so beinhaltet eine für den Einsatz in einem erfindungsgemäßen System geeignete Art einen Signalgenerator, der von dem Antriebsstrang des Fahrzeuges angetrieben wird. Ein solcher Signalgenerator, welcher gegenwärtig in Fahrzeugen der Ford Motor Company zum Einsatz kommt, beinhaltet einen Wechselstromgenerator mit veränderbarer Reluktanz.
• Ein Beispiel eines für einen Einsatz gemäß der vorliegenden Erfindung geeigneten Lenkwinkelfühler ist in den Figuren 5 und 6 dargestellt. Die Anwendung des dargestellten Lenkwinkelfühlers gemäß zweier verschiedener Algorithmen ist in der US-PS 4,621,833 und der am 4. Mai 1987 eingetragenen US- Patentanmeldung 046,005 erläutert, welche beide dem Anmelder der vorliegenden Erfindung zugeschrieben sind, und auf welche hiermit Bezug genommen wird. Im allgemeinen wirkt der in den Figuren 5 und 6 dargestellte Fühler mit dem Steuermodul 16 derart zusammen, daß er ein erstes Signal erzeugt, welches den Lenkwinkel α darstellt, in welchem das Lenksystem des Fahrzeuges (und daher dessen Lenkräder) gerade betrieben wird. Der Lenkwinkelfühler 24 enthält Mittel zur Messung des Lenkwinkels α von einer von dem Lenkwinkelfühler in Verbindung mit dem Steuermodul 16 bestimmten Mittellage aus. Wie in den Figuren 5 und 6 dargestellt, umfaßt der Lenkwinkelfühler 24 eine an der Lenkwelle 30 befestigte Blendenscheibe 90, die synchron mit dem Lenkrad umläuft, wenn dieses von dem Fahrer des Fahrzeuges gedreht wird. Die Blendenscheibe 90 enthält eine Reihe von Fenstern 92, 20 in diesem Falle, welche jeweils dazu dienen, die Arbeit der Fühler A und B auszulösen, wenn die Blendenscheibe zusammen mit dem Lenksystem des Fahrzeugs gedreht wird. Da in der Blendenscheibe 90 20 Fenster enthalten sind, gibt der Lenkwinkelfühler bei einer vollen Umdrehung des Lenkrades 80mal ein Signal ab, demzufolge stellt jedes der 80 Signale eine Drehung um 4.5º des Lenksystems dar.
• Wie die Figuren 5 und 6 zeigen, beinhaltet jeder der Fühler A und B eine lichtemittierende Diode (LED) 94 und eine photoelektrische Diode 96. Die Verbindung von LED und photoelektrischer Diode wird dazu genutzt, Bewegungen der Blendenscheibe 90 und daher des Lenksystems zu erkennen. Dies ist deshalb möglich, weil die photoelektrischen Dioden zwei Zustände haben können - d.h. sie sind bistabil. Ein leitender Zustand tritt immer dann ein, wenn Licht von der zugehörigen LED durch ein Fenster 92 in der Blendenscheibe tritt und auf die photoelektrische Diode auftrifft. Dann steigt die Ausgangsspannung des Fühlers auf etwa 5 Volt. Ein nichtleitender Zustand besteht immer dann, wenn die Blendenscheibe die Lichtübertragung zwischen LED und photoelektrischer Diode blockiert. Die beiden Fühler A und B sind so zueinander beabstandet, daß eine Drehung der Blendenscheibe 90 im Uhrzeigersinn ein Wellenmuster für die Fühler erzeugt, in dem der Fühler A seinen Zustand vor dem Fühler B ändert. In anderen Worten eilt Fühler A dem Fühler B vor. Eine Drehung des Lenkfühlers entgegen dem Uhrzeigersinn dagegen erzeugt ein Wellenmuster für die beiden Fühler, in dem der Fühler A nach dem Fühler B seinen Zustand ändert und Fühler A somit hinter Fühler B nacheilt. Die Ausgangssignale der Fühler A und B werden in das Steuermodul 16 eingegeben, so daß das Steuermodul auf diese Weise die Drehung des Lenksystems verfolgen kann, indem es die Anzahl der von dem System ausgeführten Drehschritte von 4.5º, ausgehend von einer vorbestimmten Mittelstellung, zählt. Der Fachmann wird angesichts dieser Beschreibung erkennen, daß der dargestellte Lenkwinkelfühler beispielhaft für eine Klasse von Vorrichtungen steht, die zum Zwecke der Bestimmung des Lenkwinkels und zur Erzeugung eines den Lenkwinkel darstellenden Signals für das Steuermodul eingesetzt werden können. So wäre es z.B. möglich, ein Drehpotentiometer oder eine andere bekannte Vorrichtung für diesen Zweck zu benutzen.
• Der Lenkdruckfühler 26, in Verbindung mit dem Steuermodul 16, umfaßt Mittel zur Erzeugung eines dritten Signals, welches die Lenkkraft Fs darstellt, die erforderlich ist, um das Lenksystem des Fahrzeuges in einem bestimmten Lenkwinkel α der Straßenlaufräder und bei einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit V zu betreiben. Wie in Figur 1 dargestellt, ist der Lenkdruckfühler 26 auf das Lenkgetriebe montiert, wenigstens aber in direkter Nähe dazu. Der Zweck des Lenkdruckfühlers 26 ist es, den von einer hydraulischen Lenkhilfspumpe 20 und in hydraulischen Druckschläuchen 25 aufrecht erhalten Druck zu messen. Dieser Druck läßt sich direkt der Lenkkraft Fs zuordnen, die erforderlich ist, die Straßenlaufräder in einer beliebigen Lenkwinkelstellung α zu halten. Der Lenkdruckfühler ist funktionsmäßig so mit dem Steuermodul 16 verbunden, daß Informationen über den Lenkdruck auf Anfrage von dem Druckfühler an das Steuermodul 16 geleitet werden können. Der Aufbau des vorliegenden Fühlers könnte eine beliebige von verschiedenen bekannten Strukturen beinhalten, die nach einer Anzahl von Prinzipien arbeiten, wie z.B. ein piezoelektrischer Fühler, in welchem ein Kristall eine zu dem auf den Kristall ausgeübten Druck proportionale elektrische Spannung erzeugt wobei der Kristall in typischer Weise ein Quarz ist. Der Fachmann wird angesichts dieser Beschreibung erkennen, daß auch andere Arten von Druckfühlern eingesetzt werden können, wie z.B. Druckfühler mit Dehnungsmeßstreifen oder solche, die nach elektromagnetischen Prinzipien arbeiten, oder Membranvorrichtungen mit veränderlicher Kapazitanz. Eine Besprechung derartiger Fühler findet sich in dem Werk Internal Combustion Engines, International Textbook Company, 1968, auf den Seiten 147 - 153, auf welche hiermit Bezug genommen wird.
• Der Fachmann wird angesichts dieser Beschreibung erkennen, daß zusätzlich zu dem oben angedeuteten Drucksystem auch andere Mittel zur Bestimmung der Lenkkraft verfügbar sind. Dementsprechend kann Fs, oder die Lenkkraft, auch mit Hilfe eines Drehmomentfühlers zur Erfassung des an der Antriebswelle des Lenkgetriebes aufgebrachten Drehmoments gemessen werden. Ein solcher Drehmomentfühler kann eine beliebige einer Reihe von bekannten Vorrichtungen enthalten, in welchen Dehnungsmeßstreifen, Lastzellen, piezoelektrische Kristalle oder andere Vorrichtungen zum Einsatz kommen. Schließlich kann die Lenkkraft auch über Strom- und Spannungsdaten des Antriebspotentials zum Antrieb einer elektrischen Servolenkung gemessen werden.
• Eine Prozessorvorrichtung in dem Steuermodul 16 verarbeitet die von dem Lenkwinkelfühler 24, vom Lenkkraftfühler 26 und vom Drehzahlfühler 22 gelieferten Daten wie folgt. Wie in Figur 3 gezeigt, werden die von den Drehzahl-, Lenkkraftund Lenkwinkelfühlern gelieferten Daten in eine Zentraleinheit 56 mittels Eingabe/Ausgabekreisen 54 eingegeben. Der Fachmann wird angesichts dieser Beschreibung erkennen, daß der zentrale Prozessor und seine zugehörigen Peripheriegeräte nach mehreren bekannten Architekturen aufgebaut sein können. In einer bevorzugten Ausführungsform jedoch ist der Prozessor so ausgelegt, daß ein Steuerprogramm sequentiell für jeden Steuerbefehl für eine Einheit in einem Festdatenspeicher (ROM) 60 gelesen wird, in welchem fest definierte Programme gespeichert sind. Die Steuerbefehle an die Einheiten werden von dem Zentralprozessor ausgeführt. Wie bereits angemerkt, dient die Eingabe/Ausgabevorrichtung ''E/A" dazu, die Balance des Mikroprozessors mit den anderen Bestandteilen des Systems zu verbinden, wie z.B. mit den Meßfühlern oder den Steuervorrichtungen. Die E/A-Vorrichtung kann dabei signalverarbeitende Schaltkreise und Vorrichtungen wie z.B. Filter zum Ausscheiden von Störsignalen enthalten. Ein Schreib- Lese-Speicher (RAM) 58 speichert Daten für deren Gebrauch in der Zentraleinheit. Mehrere verschiedene Mikroprozessoren können benutzt werden, um die vorliegende Erfindung in die Praxis umzusetzen, so z.B. das von der Intel Corporation hergestellte Modell 8096, oder andere, in der Technik bekannte Mikroprozessoren.
• Die Zentraleinheit setzt die von den Drehzahl-, Lenkwinkel- und Lenkkraftfühlern gelieferten Daten gemäß des in Figur 4 gezeigten Algorithmus ein, um daraus den gegenwärtigen Bodenhaftungswert zu ermitteln. Ausgehend von Block 72 gibt das Steuermodul 16 den Befehl, den Lenkwinkel α, die Fahrzeuggeschwindigkeit V und die Lenkkraft Fs zu messen. Im Block 74 werden diese Werte in den KAM-Speicher eingegeben. Im Block 76 vergleicht der Prozessor die gemessenen Werte für α, V und FS mit einer Triade einer Reihe von im ROM-Speicher geführten Bezugstriaden, welche vorgegebene Werte für α, V und Fs enthalten. Jede dieser Bezugstriaden entspricht einem bestimmten Bodenhaftungswert FRA. Ist eine angemessene Bezugstriade ermittelt worden, in welcher jeder der Werte für α, V und Fs paßt, liest der Computer in Block 78 einen Bodenhaftungswert im ROM-Speicher ab (siehe auch Figur 3). Dieser Bodenhaftungswert entspricht dann den Bezugswerten in der Triade. Nach dem Ablesen des Bodenhaftungswertes in Block 78 schreitet der Computer zu Block 80, wo er eine Frage stellt: - Liegt die Bodenhaftung unter einem Schwellenwert ? Wenn die Antwort darauf "nein" lautet, geht der Computer über zum Ausgangsblock 70 und wiederholt den Ablauf. Ist dagegen die Antwort auf die Frage in Block 80 "ja", weil der Computer, daß die Bodenhaftung unter einem vorbestimmten Wert liegt und eine entsprechende Handlung einzuleiten ist. Dementsprechend wird in Block 82 ein Ausgangs- Steuerbefehl an eine oder mehrere gesteuerte Vorrichtungen abgegeben. Die in Figur 3 mit 62 bezeichneten gesteuerten Vorrichtungen erhalten anschließend Befehle von der Eingabe-/Ausgabevorrichtung 54. Nach der Abgabe eines Steuerbefehls in Block 82 fährt der Computer mit dem Durchlaufen des in Figur 4 dargestellten Programms fort. Wenn daraufhin die Antwort auf die Frage in Block 80 "nein" wird, löscht der Prozessor alle vorher ausgegebenen Steuerbefehle.
• Angesichts dieser Beschreibung wird der Fachmann erkennen, daß zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Bezugstafel-Verfahren zur Bestimmung der Bodenhaftung durch den Einsatz von BezugstriadEN, der Prozessor auch Mittel zur Verarbeitung des von den Gebern gelieferten ersten, zweiten und dritten Signals gemäß einer in dem Prozessor gespeicherten mathematischen Funktion umfassen kann, um so das vierte Signal zu ermitteln. Es kann jedoch vorgezogen werden, die Bezugstafel- Methode anzuwenden, um ein System wie das hierin beschriebene zu betreiben, da der Träger der Bezugstafeln erlaubt, das System den individuellen Eigenschaften eines bestimmten Fahrzeuges "anzupassen", ohne daß dazu eine Überarbeitung der in der Zentraleinheit gespeicherten Gleichungen nötig wäre. Außerdem ist es bei dem Einsatz eines erfindungsgemäßen Systems in Verbindung mit einer Servolenkung mit einstellbarer Lenkhilfskraft wahrscheinlich erforderlich, gesonderte Bezugstafeln für die den verschiedenen Lenkhilfskraft-Werten entsprechenden Lenkkraftwerte vorzusehen.
• Der Fachmann wird angesichts dieser Beschreibung erkennen, daß ein System gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem oder mehreren lenkbaren Rädern des Fahrzeuges eingesetzt werden kann. In dem Falle, daß das System auf zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeuges angeordnete lenkbare Räder angewandt wird, kann die Gewichtsverlagerung, die gewöhnlich in Kurvenfahrten stattfindet, die für jedes der beiden gegenüberliegenden Räder berechnete Bodenhaftung dahingehend beeinflussen, daß sie eine Erhöhung der gemessenen Bodenhaftung am kurvenäußeren Rad und eine Verringerung der gemessenen Bodenhaftung am kurveninneren Rad bewirkt. Diese Erscheinung kann dadurch ausgeglichen werden, daß der Durchschnitt der beiden berechneten Bodenhaftungswerte ermittelt wird. Dieses Verfahren der Durchschnittsberechnung ist auch nützlich für die Berücksichtigung von Lenksystemen, die einzelne Räder um jeweils verschiedene Werte einlenken.
• Der Fachmann wird angesichts dieser Beschreibung außerdem erkennen, daß verschiedene Schwellenwerte für die Bodenhaftung verwendet werden können, wobei jeder Schwellenwert einem bestimmten Bezugswert der Bodenhaftung entspricht. Eine Reihe verschiedener Bodenhaftungswerte könnte wie folgt eingesetzt werden. Zunächst könnte das Steuermodul bei Erkennen eines sehr niedrigen Bodenhaftungswertes ein Signal abgeben, womit das Antriebsaggregat des Fahrzeuges beim Beschleunigen gedrosselt wird. Dementsprechend wäre das Steuermodul 16, wie in Figur 2 dargestellt, mit einer Beschleunigungs-Steuerung 44 verbunden. Sollte ein äußerst niedriger Bodenhaftungswert, wie z.B. bei Glatteis, erkannt werden, könnte eine Fahrer-Warnvorrichtung 40 aktiviert werden. Diese Fahrer-Warnvorrichtung könnte eine Alarmglocke oder eine Warnlampe oder eine andere passende Vorrichtung umfassen.
• Anhand eines Beispiels soll nun der Betrieb des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung näher erläutert werden. Zunächst sei angenommen, daß ein mit dem vorliegenden System ausgerüstetes Fahrzeug auf Glatteis betrieben wird. Wenn das Fahrzeug eine Kurve durchfährt, messen die Mittel zur Messung des Lenkwinkels den Lenkwinkel des Fahrzeugs. Ebenso messen die Mittel zur Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Lenkkraft diese Variablen. Es sei jedoch angemerkt daß die Lenkkraft FS, die erforderlich ist, die Straßenlaufräder bei gegebener Fahrzeuggeschwindigkeit in eine gegebene Lenkwinkel- Stellung zu bringen, bei Glatteis deutlich geringer ist, als bei trockener Asphaltfahrbahn. Dies ergibt sich daraus, daß die Bodenhaftung zwischen einem Reifen und einer vereisten Fahrbahn erheblich niedriger liegt als in einer Situation, in welcher das Fahrzeug auf einer Straße mit trockenem hartem Belag betrieben wird. In anderen Worten rutscht das Rad, und es ist nur eine geringe Kraft notwendig, um das Rad in die gemessene Lenkwinkelstellung zu bringen. So ist die gemessene Lenkkraft tatsächlich ein Maß für die Querbeschleunigung, die durch die Einwirkung einer durch Rad und Reifen übertragenen Seitenkraft auf das Fahrzeug entsteht, und in dem Falle, daß eine vereiste Fahrbahn Rad und Reifen davon abhält, ein hohes Maß an Seitenkraft zu erzeugen, wird dies von einem System gemäß der vorliegenden Erfindung erkannt, und das System stellt fest, daß der Bodenhaftungswert niedrig liegt. Der Fahrer kann bemerken, daß das Fahrzeug in einem Kurvenradius um die Kurve läuft, der den von ihm normalerweise erwarteten Radius übersteigt. Es sei angemerkt, daß die Funktion des erfindungsgemäßen Systems von der Art der Bereifung oder, in diesem Zusammenhang, von der Tatsache, daß das Reifenprofil noch intakt ist, unabhängig ist. Dies rührt daher, daß dieses System Informationen über Fahrzeuggeschwindigkeit und Lenkkraft sowie über den Lenkwinkel zurückleitet, um so die Bodenhaftung zu bestimmen. Dementsprechend, und in Anbetracht der Tatsache, daß Reifenverschleiß die Höhe der Bodenhaftung beeinflußt, könnte dieses System auch dazu verwendet werden, den Fahrer zu warnen, wenn seine Reifen unsicher werden. Die vorliegende Erfindung stellt ein System, welches allen anderen, nur aufgrund der Messung des Bremsmomentes arbeitenden Systemen überlegen ist, da ein solches System den Verlust an Bremskraft, der auf solche Ursachen zurückzuführen ist wie Belagverschleiß, Bremstrommel- bzw. Rotorverglassung, Bremsdruckschwankungrn und andere Ursachen, nicht berücksichtigen kann.
• In dem Falle, daß ein sehr niedriger Wert der Bodenhaftung festgestellt wird, könnte die Lenkhilfs-Steuervorrichtung 48 von dem Steuermodul 16 ein Signal erhalten, um die Höhe der von einem Servolenksystem abgegebenen Lenkkraftverstärkung zu reduzieren. Dementsprechend böte sich dem Fahrer in Schlechtwetterperioden ein verstärkter Informationsrücklauf über den Straßenzustand. In der Praxis könnten die Mittel zur Regelung des Leistungsabgabe einer Kraftquelle oder Hydraulikpumpe, welche dem Lenksystem zugeordnet ist, ein Ventil zur Modulation der Höhe der von der Servovorrichtung gelieferten Lenkhilfskraft umfassen.
• Je nach der Höhe der erfaßten Bodenhaftung könnte das Steuermodul Befehle an einen Federungsregler 50 abgeben. Wird z.B. eine geringe Bodenhaftung festgestellt, könnte der Federungsregler 50 so gesteuert werden, daß die Höhe der von regelbaren Federungseinheiten gebotenen Dämpfung von einem höheren Niveau auf ein vergleichsweise niedriges Niveau heruntergestellt wird. Ebenso könnte ein Bremsregler 42 derart gesteuert werden, daß der Antiblockiermodus je nach Höhe der von dem erfindungsgemäßen System gemessenen Bodenhaftung zum Einsatz gebracht wird. Schließlich könnte eine Geschwindigkeitsregelung 46 von dem Steuermodul 16 noch ein weiteres Signal erhalten, um die Maximalgeschwindigkeit des Fahrzeuges in Einklang mit den gemessenen Bodenhaftungsverhältnissen zu begrenzen.
• Ein System nach der vorliegenden Erfindung könnte in Verbindung mit einem System zur Erkennung von Bodenwellen verwendet werden. Ein solches System ist in der US-Patentanmeldung 126,068 beschrieben, die den Titel trägt "Control System and Method for Operating Adjustable Vehicular Suspension Unit Over Undulating Road Surfaces", eingetragen am 27. November 1987, welche dem Anmelder der vorliegenden Erfindung zugeschrieben ist und Mittel zur Messung der vertikalen Geschwindigkeit eines Straßenlaufrades in bezug auf das Fahrgestell des Fahrzeuges beschreibt. Wenn ein System eingesetzt wird, welches das Steuermodul 16 verläßlich informiert, wenn die Straßenlaufräder des Fahrzeuges den Kontakt mit der Straßenoberfläche verlieren, kann eine solche Information dazu verwendet werden, die von einem System gemäß der vorliegenden Erfindung gelieferten Informationen zu ändern.
• Der Fachmann in den von dieser Erfindung betroffenen Bereichen der Technik wird ohne Zweifel verschiedene Möglichkeiten zu Änderungen und Variationen erkennen. So kann z.B. der hier beschriebene Aufbau des Computers den individuellen Bedürfnissen des zu konzipierenden Systems entsprechend geändert werden. Dieses System könnte mit analogen Schaltungen anstelle der hier dargestellten digitalen Vorrichtungen konstruiert werden. Ebenso liegt die Entscheidung darüber, welche Systeme als Teil der Notsteuereinrichtung in Reaktion auf ein Signal anzusteuern sind, welches eine unter einem Schwellenwert liegende Bodenhaftung anzeigt, bei dem Anwender eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung.

Claims (17)

1. System zur Bestimmung der Bodenhaftung eines auf ein Straßenlaufrad montierten Reifens eines auf einer Fahrbahn betriebenen Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß das System folgendes umfaßt:

Mittel (24) zur Messung des Lenkwinkels der Strafenlaufräder, welche Mittel zur Erzeugung eines ersten Signals umfassen, welches den Lenkwinkel darstellt, in welchem des Lenksystem des besagten Fahrzeuges betrieben wird;

Mittel (22) zur Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit, welche Mittel zur Erzeugung eines zweiten Signals umfassen, welches die Geschwindigkeit darstellt, mit der das besagte Fahrzeug betrieben wird;

Mittel (26) zur Messung der Lenkkraft, welche Mittel zur Erzeugung eines dritten Signals umfassen, welches die Lenkkraft darstellt, die erforderlich ist, um das Lenksystem des besagten Fahrzeuges in besagtem gemessenem Lenkwinkel und bei besagter gemessener Fahrzeuggeschwindigkeit zu betreiben; und

eine Prozessoreinrichtung (16) zur Bestimmung der Bodenhaftung besagten Reifens, wobei besagter Prozessor Mittel zum Empfang des ersten, zweiten und dritten Signals umfaßt, um von den besagten Signalen ein viertes Signal abzuleiten, welches die Höhe der besagten Bodenhaftung darstellt.

2. System nach Anspruch 1, worin besagte Prozessoreinrichtung (16) die Bodenhaftung dadurch bestimmt, daß der gemessene Lenkwinkel der Straßenlaufräder, die gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit und die gemessene Lenkkraft mit Bezugstriaden verglichen werden, welche Werte für den Lenkwinkel der Straßenlaufräder, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Lenkkraft enthalten, wobei jede dieser Bezugstriaden einem bestimmten Bodenhaftungswert entspricht, und dadurch, daß ein entsprechender Wert für das besagte vierte Signal gemäß dem Ergebnis besagten Vergleichs abgelesen wird.

3. System nach Anspruch 2, worin besagte Prozessoreinrichtung (16) ein die Werte der besagten Bezugstriaden und des besagten vierten Signals enthaltenden Festdatenspeicher (ROM, 60) umfaßt.

4. System nach Anspruch 1, worin die besagten Mittel (24) zur Messung des Lenkwinkels der Straßenlaufräder elektrooptische Mittel zur Winkelmessung umfassen, welche funktionsmäßig mit einem Lenksystem zur Steuerung der besagten Straßenlaufräder in Reaktion auf eine Bewegung eines Lenkrades verbunden sind.

5. System nach Anspruch 1, worin besagte Prozessoreinrichtung (16) die Bodenhaftung dadurch bestimmt, daß besagtes erstes, zweites und drittes Signal in einer in dem besagten Prozessor enthaltenen mathematischen Funktion verarbeitet wird.

6. System nach Anspruch 1, worin besagte Mittel (22) zur Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit einen von dem Antriebsstrang des besagten Fahrzeuges angetriebenen Signalgenerator umfassen.

7. System nach Anspruch 1, worin besagte Mittel (26) zur Messung des Lenkwinkels einen zwischen ein Lenkgetriebe zur Steuerung besagter Straßenlaufräder und eine Hydraulikpumpe zur Leistungsversorgung besagten Lenkgetriebes geschalteten Druckgeber umfassen.

8. System nach Anspruch 1, worin besagte Mittel (26) zur Messung des Lenkwinkels einen Drehmomentfühler zur Messung des Drehmomentes umfassen, welches an der Antriebswelle des Lenkgetriebes zur Steuerung des besagten Strassenlaufradesaufgebracht wird.

9. System nach Anspruch 1, worin besagte Mittel zur Erstellung eines vierten Signals das besagte vierte Signal in dem Falle ableiten, daß die Höhe der besagten Bodenhaftung geringer ist als ein Schwellenwert, und worin das besagte System außerdem Notsteuermittel zum Betreiben eines Notsteuersystems in Reaktion auf das besagte vierte Signal umfaßt.

10. System nach Anspruch 9, worin besagtes Notsteuersystem Mittel zur Regelung des Betriebs des in dem Fahrzeug integrierten Bremssystems umfaßt.

11. System nach Anspruch 9, worin besagtes Notsteuersystem Mittel umfaßt, welche den Fahrer des besagten Fahrzeuges warnen, wenn die Bodenhaftung unter einem solchen Schwellenwert liegen.

12. System nach Anspruch 9, worin besagtes Notsteuersystem Mittel zur Begrenzung der Maximalgeschwindigkeit des Fahrzeuges umfaßt.

13. System nach Anspruch 9, worin besagtes Notsteuer-System Mittel zur Begrenzung des Vorwärtsbeschleunigung des Fahrzeuges umfaßt.

14. System nach Anspruch 9, worin besagtes Notsteuersystem Mittel zur Steuerung eines regelbaren Federungssystems umfaßt.

15. System nach Anspruch 14, worin besagtes Notsteuersystem Mittel zur Regelung der von dem regelbaren Federungssystem gebotenen Dämpfung umfaßt.

16. System nach Anspruch 9, worin besagtes Notsteuersystem Mittel zur Steuerung der Leistungsabgabe einer dem besagten Lenksystem zugeordneten Servovorrichtung umfaßt.

17. System nach Anspruch 16, worin besagte Mittel zur Steuerung der Leistungsabgabe einer dem besagten Lenksystem zugeordneten Kraftguelle ein Ventil zur Begrenzung der Höhe der von der besagten Servovorrichtung abgegebenen Hilfskraft umfassen.