DE3916354A1 - Lenkungsregelsystem fuer ein fahrzeug mit gelenkter vorderachse und hinterachse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenkungsregelsystem für ein Fahrzeug mit gelenkter Vorderachse und einer Hinterachse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist bereits ein gattungsgemäßes Lenkungsregelsystem bekannt (DE-AS 22 12 328). Dabei werden die unterschied­ lichen Kraftschlußbeiwerte auf den beiden Fahrzeugseiten durch die Messung der sich einstellenden Bremsdruckdiffe­ renz aufgrund eines Anti-Blockier-Systems (ABS) festge­ stellt. Ein auftretendes Giermoment des Fahrzeuges wird hierbei teilweise dadurch kompensiert, daß in Abhängigkeit der Bremsdruckdifferenz ein Eingriff in die gelenkte Vorderachse erfolgt, der die Lenkbewegung des Fahrers zur Erzeugung eines Gegenmomentes unterstützt.

Eine weitere bekannte Methode der Giermomentabschwächung beim Bremsen unter µ-Split-Bedingungen ist der zeitlich verzögerte Druckaufbau im Bremszylinder des Rades mit dem größeren Kraftschlußbeiwert (DE-PS 25 18 196). Dadurch wird das durch den Bremsvorgang verursachte Giermoment des Fahrzeugs abgeschwächt, so daß dem Fahrzeugführer genügend Zeit bleibt, das Fahrzeug durch entsprechendes Gegenlenken in der Spur zu halten.

Es ist bekannt (DE 31 24 821 A1), Hinterachslenkungen derart auszubilden, daß in Abhängigkeit des Lenkein­ schlages der Vorderräder und der Fahrzeuggeschwindigkeit die Hinterräder oberhalb einer bestimmten Fahrzeugge­ schwindigkeit in dieselbe Richtung ausgelenkt werden wie die Vorderräder. Da beim Auftreten einer µ-split Bedingung beim Bremsen der Fahrzeugführer in Richtung des nied­ rigeren Reibbeiwertes lenkt, um das auftretende Giermoment des Fahrzeuges auszugleichen, ist der eingestellte Hin­ terachslenkwinkel beim Bremsen unter dieser µ-split Be­ dingung nicht mehr optimal, woraus eine Verstärkung der Instabilität des Fahrverhaltens des Fahrzeuges resultiert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Len­ kungsregelsystem so auszubilden, daß das Spurhalten des Fahrzeugs verbessert wird derart, daß die Seitenführungs­ kraft beeinflußt wird und daß sich in Folge eine Stabilisierung des Brems- und/oder Beschleunigungsverhal­ tens ergibt. Darüber hinaus soll der Eingriff des Len­ kungsregelsystems in einer solchen Zeitspanne erfolgen, daß das Fahrzeug noch nicht in einen instabilen Fahrzu­ stand geraten ist.

Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Lenkungsregel­ system erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Merkmale der Unteran­ sprüche vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen kennzeich­ nen.

Durch die Realisierung des Lenkeingriffes in die Hinter­ achse ist eine einfachere konstruktive Durchführung der Trennung des geregelten Lenkeingriffes von dem Lenkein­ griff des Fahrzeugführers möglich im Gegensatz zu dem be­ kannten Lenkungsregelsystem nach der DE-AS 22 12 328, bei der der Eingriff des Fahrzeugführers und der Regelung an derselben Achse erfolgen. Des weiteren wird durch die Er­ höhung der Seitenführungskraft der Hinterräder schon im Anfangsstadium des kritischen Fahrzustandes eine bessere Stabilisierung des Spurhaltens des Fahrzeughecks erreicht.

Beim Bremsen eines konventionellen Fahrzeuges ohne Hin­ terachslenkung unter µ-Split-Bedingung entsteht ein Gier­ moment in Richtung des höheren Kraftschlußbeiwertes, das durch entsprechend starkes Gegenlenken kompensiert werden muß. Durch dieses Gegenlenken wird die Kräfte- und Dreh­ momentbilanz derart erfüllt, daß das Fahrzeug keine Drehbewegung durchführt und außerdem keine seitliche Ver­ schiebung erfährt. Durch die Lenkung der Hinterräder in Richtung der Fahrzeugseite, auf der das höhere Bremsmoment erzeugt wird, wird das durch die Lenkbewegung des Fahr­ zeugführers erzeugte Gegenmoment unterstützt und somit der insgesamt notwendige Lenkradeinschlagwinkel verringert, der zum Spurhalten des Fahrzeuges notwendig ist. Dasselbe Ergebnis ergibt sich auch für Kurvenfahrten unter Berück­ sichtigung der Fliehkraft in der Kraft- und Drehmoment- Bilanzgleichung. Dabei soll der Einschlagwinkel der Hin­ terräder der Differenz der Kraftschlußbeiwerte proportio­ nal sein. Die Zeit, nach der sich dieser Winkel einstellt, soll ca. 150 ms bei einer schnellen Bremsung nicht über­ schreiten. Allgemein soll diese Zeit die Dauer des Druck­ aufbaus im Hauptbremszylinder um nicht mehr als 150 ms überschreiten.

Die Lenkbewegung der Hinterräder führt zu einer Erhöhung der Seitenführungskraft ohne Drehung des Wagenkastens, so daß bei dem ABS auf das Prinzip der Giermomentabschwächung durch einen verzögerten Bremsdruckaufbau ganz verzichtet oder zumindest die Verzögerung des Bremsdruckaufbaus ver­ ringert werden kann. Als Folge daraus kann der Bremsdruck schneller aufgebaut werden im Vergleich zu ungelenkten Hinterrädern. Somit wird durch diesen Eingriff des Len­ kungsregelsystems der Bremsweg verkürzt.

Die gleichen Verhältnisse ergeben sich, wenn das Fahrzeug mit einer Antriebs-Schlupf-Regelung (ASR) ausgerüstet ist.

Im Falle der µ-split Bedingung entsteht beim Beschleunigen des Fahrzeugs ein Giermoment. Die Lenkbewegung des Fahr­ zeugführers zur Erzeugung des Gegenmomentes wird durch einen Lenkwinkel der Hinterräder in Richtung der Fahr­ zeugseite unterstützt, auf der durch die ASR das höhere Bremsmoment erzeugt wird. Die Größe des Lenkwinkels und die Dynamik des Lenkvorganges sind analog den Verhältnis­ sen, die bei der Beschreibung des Bremsvorganges dargelegt sind. Die Lenkbewegung der Hinterräder führt zu einer Er­ höhung der Seitenführungskraft ohne Drehung des Wagenka­ stens, so daß das Spurhalten des Fahrzeugs stabilisiert wird.

Im folgenden bedeutet der Begriff "ABS/ASR-System", daß ein ABS-System und/oder ein ASR-System in dem Fahrzeug installiert ist, wobei durch das ABS-System die unter­ schiedlichen Kraftschlußbeiwerte beim Bremsvorgang und durch das ASR-System die unterschiedlichen Kraftschluß­ beiwerte beim Beschleunigungsvorgang erkannt werden. Sind beide Systeme installiert (ABS und ASR), so wird eine Stabilisierung des Brems- und Beschleunigungsverhaltens erzielt, ist hingegen nur ein System installiert (ABS oder ASR), so wird eine entsprechende Stabilisierung entweder des Brems- oder des Beschleunigungsverhaltens erzielt.

Das Feststellen der unterschiedlichen Kraftschlußbeiwerte auf beiden Fahrzeugseiten geschieht, indem die Ansteuer­ signale des ABS/ASR-Systems und/oder deren Wirkungen aus­ gewertet werden. Die Ansteuersignale des ABS/ASR-Systems ergeben sich aus der Auswertung der Geschwindigkeitssen­ soren der einzelnen Räder (dabei muß evtl. eine Kurven­ fahrt des Fahrzeugs berücksichtigt werden). Die Ansteuer­ signale des ABS/ASR-Systems führen in den Radbremszylin­ dern zu unterschiedlichen Bremsdrücken, wobei bzgl. der beiden Systeme zu beachten ist:

ABS: Größerer Bremsdruck auf der Seite des größeren Kraftschlußbeiwertes
ASR: Größerer Bremsdruck auf der Seite des niedrigeren Kraftschlußbeiwertes.

Der Einschlag der Hinterräder soll sowohl beim Bremsen als auch beim Beschleunigen in Richtung der Fahrzeugseite er­ folgen, auf der das höhere Bremsmoment erzeugt wird.

Die Wirkungen der Ansteuersignale vom ABS/ASR-System kön­ nen sein:

• 1. Druckdifferenzen in den Radbremszylindern verschiedener Fahrzeugseiten: Diese Druckdifferenzen können mittels bekannter Differenzdruckaufnehmer oder durch absolute Druckmessungen mit anschließender Differenzbildung gemessen werden.
• 2. Differenz der Momente auf den Rädern: Diese Momente können durch Drehmomentmeßnaben oder durch berührungslose Drehmomentmessungen bestimmt werden.
• 3. Differenz der Kräfte auf den Bremssätteln: Der Bremsvorgang führt zu einer Verschiebung der Bremssättel aus der Ruhelage und zu einer Verformung gegenüber der Ruhelage. Die Verschiebung bzw. Verformung kann mittels bekannter Verfahren zur Längenmessung erkannt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Funktionsblockschaltbild des Lenkungsregelsystems,

Fig. 1a zeitlicher Verlauf der Ansteuersignale eines ABS-Systems während eines Bremsvorganges,

Fig. 2 ein Rad mit zugehöriger Achse zur Darstellung der Position der Drehmoment-Meßaufnehmer,

Fig. 3 ein Rad mit zugehörigem ABS/ASR-System und

Fig. 4 eine Bremsscheibe mit zugehörigem Bremssattel.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird in dem Umformer 30.1 der Einrichtung 30 aus der Differenz der Ansteuersignale 50 a, 50 b des ABS/ASR-Systems zu mindestens zwei Rädern ver­ schiedener Fahrzeugseiten die Differenz der Kraftschluß­ beiwerte ermittelt. Dies kann beispielsweise gemäß Fig. 1a dadurch geschehen, daß die bei einem Bremsvorgang von dem ABS-System ausgegebenen Ansteuersignale 50 a, 50 b gemessen werden. Das Ansteuersignal 50 a ist das Ansteuersignal zu einem Rad auf der Fahrzeugseite mit dem niedrigeren µ- Wert; das Ansteuersignal 50 b ist das Ansteuersignal zu einem Rad auf der Fahrzeugseite mit dem größeren µ-Wert. In Abhängigkeit von dem Zeitpunkt t ₁, zu dem das Ansteu­ ersignal 50 a auf "Druck abbauen" übergegangen ist, geht das Ansteuersignal 50 b mit einem Zeitabstand δ t ebenfalls auf "Druck abbauen" über. Dieser Zeitabstand δ t ist ein Maß für die µ-split Bedingung und wird somit zur Bestim­ mung des Einschlagwinkels der Hinterräder verwendet. Er­ satzweise können anstelle des Umformers 30.1 auch die un­ ten beschriebenen Umformer 30.2, 30.3 oder 30.4 mit den zugehörigen Meßgrößen verwendet werden. Nach dem Berechnen der Differenz der Kraftschlußbeiwerte in dem Umformer 30.1 wird in dem Kennfeldspeicher 31 aus dieser Differenz ein Sollwert für den Hinterradeinschlagwinkel ermittelt. Die­ ser Sollwert wird auf den Vergleicher 32 ausgegeben, der aus der Differenz des Sollwertes des Hinterradeinschlag­ winkels zum zugeführten Istwert ein Stellsignal ermittelt und auf die Verstärker 33 ausgibt, die für die beiden Einschlagsrichtungen rechts - Verstärker 33.1 - und links - Verstärker 33.2 - doppelt ausgeführt sind. Das Ausgangssignal eines der Verstärker 33.1, 33.2 wird auf die Stelleinrichtung 34 gegeben, die einen Lenkeinschlag der Hinterachse 38 bewirkt. Durch diesen Lenkeinschlag der Achse stellt sich der Lenkwinkel der Hinterräder 36 ein. Aus der Stellgröße wird durch den Meßumformer 35 ein Istwert des Hinterradeinschlagwinkels ermittelt, der auf den Vergleicher 32 zurückgeführt wird.

Der Umformer 30 kann abhängig von der jeweils verwendeten Meßgröße auf unterschiedliche Arten realisiert werden. Alternativ zu dem Umformer 30.1 können verwendet werden:

• 1. Umformer 30.2: Der Umformer 30.2 ermittelt die Differenz der Kraftschlußbeiwerte aus der Differenz der Drehmomentsignale 51 a, 51 b von mindestens zwei Rädern verschiedener Fahrzeugseiten, wobei deren Erfassung im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 2 noch dargelegt wird.
• 2. Umformer 30.3: Der Umformer 30.3 ermittelt die Differenz der Kraftschlußbeiwerte aus der Differenz der Drücke in den Radbremszylindern von mindestens zwei Rädern verschiedener Fahrzeugseiten. Dies kann durch einen Differenzdruckaufnehmer geschehen oder aber indem die Drücke in den Radbremszylindern absolut gemessen und anschließend entsprechend subtrahiert werden. Aus dieser Differenz der Drücke wird dann die Differenz der Kraftschlußbeiwerte bestimmt. Eine Meßanordnung ist schematisch in Fig. 3 abgebildet. Die Zuleitungen zu dem Umformer 30.3 sind mit 52 a, 52 b bezeichnet.
• 3. Umformer 30.4: Der Umformer 30.4 ermittelt die Differenz der Kraftschlußbeiwerte aus der Differenz der Kräfte auf die Bremssättel von mindestens zwei Rädern verschiedener Fahrzeugseiten. Eine mögliche Meßanordnung zur Bestimmung der Kraft auf einen einzelnen Bremssattel ist in Fig. 4 gegeben.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann das an einem Rad auftre­ tende Drehmoment dadurch gemessen werden, daß durch einen Sensor 1 induktiv die Magnetostriktion einer auf die Achse aufgebrachten Schicht 2 berührungslos erfaßt wird. Die Signalleitungen der Sensoren von mindestens zwei Rädern verschiedener Fahrzeugseiten entsprechen den Zuleitungen 51 a, 51 b zu dem Umformer 30.2.

Die Fig. 3 stellt ein Rad mit zugehörigem ABS/ASR-System dar. Aufgrund der Drehzahlsignale der (nicht gezeichneten) Drehzahlsensoren wird von der Regelelektronik 11 des ABS/ ASR-Systems ggf. ein Ansteuersignal 12 zu einem Magnet­ ventil 10 abgegeben. Dieses Ansteuersignal 12 kann als Meßgröße für den Umformer 30.1 verwendet werden. Das Ma­ gnetventil 10 steuert den Druck in dem Radbremszylinder 14. Der Druck in diesen Radbremszylindern kann als Meß­ größe für den Umformer 30.3 verwendet werden. Die Leitung 16 stellt dabei eine Hydraulikleitung dar, so daß in dem Umformer 30.3 die direkte Verwendung eines Differenz­ druckaufnehmers für die Leitungen von mindestens zwei Rä­ dern unterschiedlicher Fahrzeugseiten möglich ist. Alter­ nativ dazu kann durch den Drucksensor 13 ein Drucksignal für jeden Radbremszylinder ermittelt und über die Signal­ leitung 15 abgeführt werden. Die entsprechenden Leitungen zur Druckmessung sind als Zuleitungen zu dem Umformer 30.3 mit 52 a, 52 b bezeichnet.

In Fig. 4 wird mittels des Dehnungsmeßstreifens 20 eine Verformung und/oder Verschiebung des Bremssattels 22 festgestellt. Durch den Meßumformer 21 wird aus dem Signal des Dehnungsmeßstreifens die auf den Bremssattel wirkende Kraft ermittelt und über die Signalleitungen 53 a, 53 b dem Umformer 30.4 zugeführt.

Es wird nun eine Funktionsbeschreibung der Lenkungsregel­ vorrichtung gegeben unter der Fahrbedingung, daß das Fahrzeug eine Kurve durchfährt, die Bodenhaftung der Räder einer µ-Split-Bedingung unterliegt und der Fahrzeugführer das Fahrzeug abbremst. ohne Beschränkung der Allgemeinheit soll in dem zu erläuternden Beispiel angenommen werden, daß der niedrigere µ-Wert auf der Kurveninnenseite liegt und die Kurve eine Linkskurve ist. Unter den eben angege­ benen Bedingungen wird somit durch eine geeignete zuvor beschriebene Meßanordnung durch die Einrichtung 30 eine Differenz der Kraftschlußbeiwerte auf der linken und der rechten Fahrzeugseite festgestellt. Durch den Kennfeld­ speicher 31 erfolgt eine Sollwertvorgabe der Lenkung der Hinterräder in Richtung der Fahrzeugseite, auf der das höhere Bremsmoment erzeugt wird, d.h. im Falle des Bremsens bei der vorliegenden Situation zur Kurvenaußen­ seite. Mit dem eingangs angeführten Zeitverlauf wird der Istwert der Hinterradlenkung dem Sollwert nachgeführt. Der Winkel dieser Hinterradlenkung aufgrund des Eingriffs der Regelung wird einem evtl. bereits vorhandenen Hinterrad­ lenkwinkel überlagert. Im Falle des Beschleunigens in der Linkskurve erfolgt der Lenkeinschlag der Hinterräder ebenfalls in Richtung des höheren Bremsmomentes, d.h. der Lenkeinschlag geht dann in Richtung Kurveninnenseite.

Die Lenkung erfolgt also immer in Richtung der Fahrzeug­ seite, auf der das höhere Bremsmoment erzeugt wird; dies gilt auch bei Kurvenfahrt unabhängig davon, ob der nied­ rigere µ-Wert in der Kurveninnenseite oder der Kurvenau­ ßenseite liegt und ferner unabhängig davon, ob das Fahr­ zeug gebremst oder beschleunigt wird.

Claims (12)

1. Lenkungsregelsystem für ein Fahrzeug mit gelenkter Vorderachse und einer Hinterachse, mit einem auf alle vier Räder wirkenden Anti-Blockiersystem (ABS), mit einer Ein­ richtung zum Feststellen unterschiedlicher Kraftschluß­ beiwerte von mindestens zwei Rädern verschiedener Fahr­ zeugseiten und einer Vorrichtung zum Eingreifen in die Lenkung des Fahrzeuges in Abhängigkeit des Unterschiedes der Kraftschlußbeiwerte, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (39) in die Lenkung der Hinterachse (38) eingreift derart, daß die Hinterräder (36) in Rich­ tung der Fahrzeugseite ausgelenkt werden, auf welcher das höhere Bremsmoment erzeugt wird.

2. Lenkungsregelsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterräder (36) in Richtung der Fahrzeugseite, auf welcher das höhere Bremsmoment erzeugt wird, um einen solchen Winkel ausgelenkt werden, der der Differenz der festgestellten Kraftschlußbeiwerte proportional ist.

3. Lenkungsregelsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterräder (36) in Richtung der Fahrzeugseite, auf welcher das höhere Bremsmoment erzeugt wird, um einen solchen Winkel ausgelenkt werden, der der festgestellten Bremsmomentdifferenz von mindestens zwei Rädern verschie­ dener Fahrzeugseiten proportional ist.

4. Lenkungsregelsystem nach Anspruch 1, 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, daß der Einschlagwinkel der Hinterräder (36) aufgrund der festgestellten Differenz einem eventuell bereits vorhan­ denen Hinterachslenkwinkel überlagert wird.

5. Lenkungsregelsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellung der unterschiedlichen Kraftschluß­ beiwerte durch Messung der Druckdifferenz der Bremszylin­ der (14) von mindestens zwei Rädern verschiedener Fahr­ zeugseiten erfolgt.

6. Lenkungsregelsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellung der unterschiedlichen Kraftschluß­ beiwerte durch direkte Messung der auf mindestens zwei Räder verschiedener Fahrzeugseiten wirkenden Momente er­ folgt.

7. Lenkungsregelsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellung der unterschiedlichen Kraftschluß­ beiwerte durch Messung der Kräfte erfolgt, die auf die Bremssättel (22) von mindestens zwei Rädern verschiedener Fahrzeugseiten wirken.

8. Lenkungsregelsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellung der unterschiedlichen Kraftschluß­ beiwerte durch Messung und Auswertung der Ansteuersignale (12) des ABS zu mindestens zwei Rädern verschiedener Fahrzeugseiten erfolgt.

9. Lenkungsregelsystem nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuersignale (12) des ABS die Ansteuersignale zu den Magnetventilen (10) der Bremsen von mindestens zwei Rädern verschiedener Fahrzeugseiten sind.

10. Lenkungsregelsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellung der unterschiedlichen Kraftschluß­ beiwerte durch Messung und Auswertung der Ansteuersignale (12) einer Antriebs-Schlupf-Regelung (ASR) zu mindestens zwei Rädern verschiedener Fahrzeugseiten erfolgt.

11. Lenkungsregelsystem nach Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuersignale (12) der ASR die Ansteuersignale zu den Magnetventilen (10) der Bremsen von mindestens zwei Rädern verschiedener Fahrzeugseiten sind.

12. Lenkungsregelsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingriff in die Lenkung der Hinterräder erst oberhalb eines Schwellwertes der Differenz der Kraft­ schlußbeiwerte auf der linken und der rechten Fahrzeug­ seite erfolgt.