DE102010043713A1

DE102010043713A1 - Verfahren zur Reduzierung der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102010043713A1
Application number: DE201010043713
Authority: DE
Inventors: Thomas Raste; Peter Lauer
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2012-05-10

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit einer Karosserie und mindestens drei Rädern, wobei die Räder wenigstens mittelbar über eine Radaufhängung mit der Karosserie in Verbindung stehen. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Während eines Bremsvorganges regelt ein Anti-Blockiersystem den Radschlupf durch radindividuelle Bremskräfte, sodass die Kraftausnutzung (FX) in Fahrtrichtung nahezu optimal ist. Die vorliegende Erfindung sieht nun vor, dass ein Aktuator (1) den Abstand (d) zwischen wenigstens einem Rad (FR, FL) und der Radaufhängung (2) schlagartig vergrößert und damit die auf das Rad (FR, FL, RR, RL) einwirkende Normalkraft (FN) erhöht. Durch diese Maßnahme kann eine höhere Bremskraft eingesteuert werden und damit die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs reduziert werden ohne dass das jeweilige Rad blockiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit einer Karosserie und mindestens drei Rädern, wobei die Räder wenigstens mittelbar über eine Radaufhängung mit der Karosserie in Verbindung stehen. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der DE 10 2008 034 908 A1 ist ein Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeuges bei bestehendem oder bevorstehendem Aquaplaning bekannt. Bei dem vorbekannten Verfahren wird die Radaufstandskraft des abgebremsten Hinterrades durch eine Veränderung der Radlastenverteilung auf die Räder des Kraftfahrzeugs erhöht. Eine Veränderung der Radlastenverteilung und die damit verbundene, lokale Erhöhung der Radaufstandskraft erfolgt dabei dauerhaft. Die Summe aller Radaufstandskräfte an allen vier Rädern ist durch das Kraftfahrzeuggewicht vorgegeben und damit konstant.
Aus der DE 101 33 023 B4 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs in Anfahrsituationen bei ungenügender Bodenhaftung der Räder bekannt. Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, die Kraftfahrzeugmasse in einen Resonanzschwingungszustand zu versetzen, um ein gezieltes Aufschaukeln des Kraftfahrzeugaufbaues über der Antriebsachse in Hochrichtung zu erreichen, sodass die Aufstandskraft abwechselnd erhöht bzw. vermindert wird. Dadurch wird ermöglicht, dass steckengebliebene Kraftfahrzeuge wieder frei kommen. Das Verfahren automatisiert das bei kundigen Fahrern bekannte „Freischaukeln” oder „Freiwippen” eines Kraftfahrzeugs.
Es ist dagegen Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs darzustellen, das einfach durchführbar ist und effektiv ist, sowie mit einer Vernetzung von Chassis Komponenten, Bremssystemen und einer Umfeldsensorik arbeitet.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung nach den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Dabei ist vorgesehen, dass ein Aktuator den Abstand zwischen wenigstens einem Rad und der Radaufhängung schlagartig vergrößert und damit die auf die Räder einwirkende Normalkraft erhöht. Aufgrund der Beschleunigungswirkung und der Trägheit der Masse der Karosserie werden die Räder stärker auf die Fahrbahn gepresst. Dadurch kann stärker gebremst werden und die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs stärker reduziert werden. Durch die Erhöhung der auf die Räder einwirkenden Normalkraft kann mehr Bremsenergie auf die Fahrbahn übertragen werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Aktuator als aktive Luftfederdämpfereinheit, als elektromechanisch betätigbare Dämpfereinheit oder als pyrotechnisch betätigbare Zündeinheit ausgebildet ist und das vordere Ende der Karosserie um eine Strecke nach oben beschleunigt, wodurch die Räder mit einer erhöhten Normalkraft auf die Fahrbahn gedrückt werden.
Es ist vorgesehen, die Betätigung des Aktuators erst dann auszulösen, wenn eine Steuereinrichtung eine unausweichliche Unfallsituation erkennt. Der Grund für diese späte Betätigung des Aktuators ist darin zu sehen, dass durch das schlagartige Anheben der Karosserie zwar eine Erhöhung der Normalkraft realisiert wird, aber dass andererseits die beschleunigte Karosserie wieder abgebremst werden muss, was die Erhöhung der Normalkraft wieder aufhebt. Unmittelbar vor einer unausweichlichen Unfallsituation darf jedoch keinerlei Bremsweg mehr verschenkt werden, sodass der Aktuator erst beim Erkennen einer unausweichlichen Unfallsituation betätigt wird.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Aktuator vor seiner Betätigung vorgeladen wird und für die Betätigung aktiviert wird. Je schneller der Aktuator den Abstand zwischen dem Rad und der Radaufhängung vergrößert umso schneller wird die Karosserie noch oben beschleunigt und die Räder auf die Fahrbahn gedrückt. Es ist also wichtig, dass der Aktuator beispielsweise in der Ausgestaltung als aktive Luftfederdämpfereinheit mit Druckluft aufgeladen wird und für die Betätigung aktiviert wird.
Parallel zur Betätigung des Aktuators wird die auf die Räder von fremdansteuerbaren Radbremsen abgegebene Bremskraft erhöht. Durch die Erhöhung der auf die Räder einwirkende Normalkraft kann mehr Bremsenergie auf die Fahrbahn geleitet werden. Also wird stärker gebremst ohne dass die Räder in den Schlupf geraten und die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs wird reduziert.
Die eben genannte Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung gelöst, bei der ein Aktuator zwischen den Rädern und der Radaufhängung angeordnet ist und den Abstand zwischen wenigstens einem Rad und der Radaufhängung schlagartig zu vergrößern vermag, um dadurch die auf das Rad einwirkende Normalkraft zu erhöhen.
In einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, dass der Aktuator als aktive Luftfederdämpfereinheit, als elektromechanisch betätigbare Dämpfereinheit oder als pyrotechnisch betätigbare Zündeinheit ausgebildet ist.
Zur Erkennung einer unausweichlichen Unfallsituation werden einer Steuereinheit die Ausgangssignale einer Umfeldsensorik zugeführt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine stark vereinfachte Darstellung eines Kraftfahrzeugs.
In 1 ist ein Kraftkraftfahrzeug stark vereinfacht dargestellt. Das Kraftkraftfahrzeug weist eine Karosserie 3 und vier Räder FR, FL, RR, RL auf. Die Bezeichnungen FR, FL, RR, RL stehen dabei als Abkürzung für die englische Übersetzung der örtlichen Angaben vorne rechts, vorne links, hinten rechts und hinten links. Die Räder FR, FL, RR, RL sind über eine Radaufhängung 2 mit der Karosserie 3 verbunden. Zwischen den Rädern FR, FL, RR, RL und der Radaufhängung 2 sind Stoßdämpfer und Stabilisatoren vorgesehen, die lediglich schematisch angedeutet und mit dem Bezugszeichen 4 versehen sind. Wie 1 weiter entnehmbar ist, befinden sich die Räder FR, FL, RR, RL normalerweise im Abstand d zur Radaufhängung 2.
Während eines Bremsvorganges regelt ein Anti-Blockiersystem den Radschlupf durch radindividuelle Bremskräfte, sodass die Kraftausnutzung F_X in Fahrtrichtung nahezu optimal ist. Dabei wird die zur Verfügung stehende Normalkraft F_N am Rad FR, FL, RR, RL, die auch Radaufstandskraft genannt wird, nach der Beziehung F_x = μ·F_N (I) verwendet. Der Reibungskoeffizient μ beschreibt dabei die Reibkräfte zwischen den Rädern FR, FL, RR, RL und der Fahrbahn. Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee kann man wie folgt beschreiben: Ließe sich die Normalkraft F_N steigern, könnte auch der Bremsweg bei gleichem Reibungskoeffizienten μ verkürzt werden.
Die vorliegende Erfindung sieht nun vor, dass ein Aktuator 1 den Abstand d zwischen wenigstens einem Rad FR, FL und der Radaufhängung 2 schlagartig vergrößert und damit die auf das Rad FR, FL, RR, RL einwirkende Normalkraft F_N erhöht. Durch Erhöhung der Normalkraft F_N kann eine höhere Bremskraft eingesteuert werden und damit die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs reduziert werden ohne dass das jeweilige Rad FR, FL, RR, RL blockiert.
Die Erhöhung der Normalkraft F_N beruht dabei im Wesentlichen auf dem physikalischen Effekt der Massenträgheit: Die Normalkraft F_N an den Rädern FR, FL, RR, RL lässt sich erhöhen, indem die Vorderräder FR, FL sehr schnell gegen die Karosserie 3 mit dem schweren Motor gedrückt wird. Dabei lassen sich über die Trägheit der Masse der Karosserie 3 die Räder FR, FL, RR, RL stärker auf die Fahrbahn pressen. Interessant ist dabei, dass sich nicht nur die auf die Vorderräder FR, FL einwirkende Normalkraft F_N erhöht sondern auch die auf die Hinterräder RR, RL einwirkende Normalkraft F_N da sich das Kraftfahrzeug um seinen Schwerpunkt dreht und somit die schlagartige Vergrößerung des Abstands d um den Betrag Δd auch eine Auswirkung auf die Normalkraft F_N an den Hinterrädern RR, RL hat.
Wie bereits erwähnt ist zum schlagartigen und im Wesentlichen einmaligen Vergrößern des Abstands d ein Aktuator 1 vorgesehen, der als aktive Luftfederdämpfereinheit, als elektromechanisch betätigbare Dämpfereinheit oder als pyrotechnisch betätigbare Zündeinheit ausgebildet ist und das vordere Ende der Karosserie 3 um die Strecke Δd nach oben beschleunigt. Die Karosserie 3 wird angehoben und muss dann allerdings auch wieder in ihrer Aufwärtsbewegung abgebremst werden, was zu einem Wirkungsverlust führt. Daher wird die Betätigung des Aktuators 1 in der Regel erst dann ausgelöst, wenn eine Steuereinrichtung eine unausweichliche Unfallsituation erkennt. Wenn das Abbremsen des Kraftfahrzeugs also in einen Crash übergeht, wird keinerlei Bremsweg mehr verschenkt. Der Aufprall würde dann mit einer geringeren Geschwindigkeit passieren.
Das Kraftfahrzeug ist zu diesem Zweck mit einer Umfeldsensorik ausgestattet. Eine derartige Umfeldsensorik besteht beispielsweise aus einer Kamera und/oder einem Radarsensor. Die Ausgangssignale der Umfeldsensorik werden von einer nicht dargestellten Steuereinheit dahingehend ausgewertet, um ein Hindernis früh zu erkennen und die Unvermeidbarkeit des Aufpralls gegen das Hindernis zu ermitteln. Dann kann das System das Kraftfahrzeug vorkonditionieren, indem zum Beispiel die aktiven Luftfederdämpfereinheiten die Karosserie absenken, ein Luft-Reservoir aufladen und kurz vor dem Aufprall gegen das Hindernis die Pressluft aus dem Luft-Reservoir einschießen lassen, sodass die Räder FR, FL, RR, RL mit einer erhöhten Normalkraft F_N auf die Fahrbahn gedrückt werden, wie es eben schon beschrieben wurde. Parallel zur Aufwärtsbewegung der Karosserie 3 muss die auf die Räder FR, FL, RR, RL von fremdansteuerbaren Radbremsen abgegebene Bremskraft erhöht werden, damit mehr Bremsleistung erzielt wird und mehr Bremsenergie auf die Fahrbahn übertragen werden kann.
Falls der Aktuator 1 als Luftfederdämpfereinheit oder als elektromechanisch betätigbare Dämpfereinheit ausgebildet ist, müssen die Dämpfer weich eingestellt werden, um die Karosserie 3 möglichst schnell zu beschleunigen.
Die Erhöhung der Normalkraft F_N kann auch alternativ durch eine pyrotechnisch betätigbare Zündvorrichtung geschehen, die zu einem geeigneten Zeitpunkt beide Vorderräder FR, FL gegen die Karosserie 3 abdrückt, um durch die Erhöhung der Normalkraft F_N eine maximale Radaufstandskraft zu erreichen. Die Erhöhung der Normalkraft F_N der Räder FR, FL, RR, RL ist bekannterweise proportional zu Beschleunigung a der Karosserie 3 multipliziert mit der Masse M der Karosserie, sodass folgende Gleichung gilt: F_N = a·M (II)
Da die Masse M der Karosserie 3 konstant ist bedeutet dies, je stärker der Aktuator 1 die Karosserie 3 um die Wegstrecke Δd nach oben beschleunigt, desto größer wird die auf die Räder FR, FL, RR, RL einwirkende Normalkraft F. Wie bereits erwähnt, wird die Karosserie 3 angehoben und muss dann allerdings auch wieder in der Aufwärtsbewegung abgebremst werden, was zu einem gewissen Wirkungsverlust führt. Wenn das Abbremsen der Aufwärtsbewegung der Karosserie 3 jedoch langsam ausgeführt wird, ist der Verlust an Normalkraft F_N gering. Bei einer ABS-Regelung können auf diese Weise die hohen Kraftspitzen F_X in Fahrtrichtung durch gleichzeitige Normalkrafterhöhung F_N und gesteuerten Bremskraftaufbau in den Rädern FR, FL, RR, RL beim Abbremsen des Kraftfahrzeuges zur Bremswegreduzierung genutzt werden.
Durch das beschriebene Verfahren zur Erhöhung der Normalkraft F_N kann auch der vom Kraftfahrzeug gewählte Kurvenradius im Grenzbereich verringert werden. Durch die Erhöhung der auf die Räder FR, FL, RR, RL einwirkenden Normalkraft F_N können die Räder FR, FL, RR, RL höhere Querkräfte auf die Fahrbahn übertragen. Daher kann zumindest für einen gewissen Zeitraum ein Erhöhen der Querkräfte am Kraftfahrzeug erreicht werden. Wird der Aktuator 1 als aktiver Wankstabilisator oder als aktive Luftfederdämpfereinheit ausgebildet, so ist der Aktuator 1 in der Lage ein Wankmoment zu erzeugen, das die kurvenäußeren Räder FR, RR oder FL, RL mit einer zusätzlichen Normalkraft F_N beaufschlagt, sodass kurzfristig ein kleinerer Kurvenradius gefahren werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008034908 A1 [0002]
DE 10133023 B4 [0003]

Claims

Verfahren zur Reduzierung der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit einer Karosserie (3) und mindestens drei Rädern (FR, FL, RR, RL), wobei die Räder (FR, FL, RR, RL) wenigstens mittelbar über eine Radaufhängung (2) mit der Karosserie (3) in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator (1) den Abstand (d) zwischen wenigstens einem Rad (FR, FL) und der Radaufhängung (2) schlagartig vergrößert und damit die auf die Räder (FR, FL, RR, RL) einwirkende Normalkraft (F_N) erhöht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (1) als aktive Luftfederdämpfereinheit, als elektromechanisch betätigbare Dämpfereinheit oder als pyrotechnisch betätigbare Zündeinheit ausgebildet ist und das vordere Ende der Karosserie (3) um eine Strecke (Δd) nach oben beschleunigt, wodurch die Räder (FR, FL, RR, RL) mit einer erhöhten Normalkraft (F_N) auf die Fahrbahn gedrückt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung des Aktuators (1) erst dann ausgelöst wird, wenn eine Steuereinrichtung eine unausweichliche Unfallsituation erkennt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (1) vor seiner Betätigung vorgeladen wird und für die Betätigung aktiviert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Betätigung des Aktuators (1) die auf die Räder (FR, FL, RR, RL) von fremdansteuerbaren Radbremsen abgegebene Bremskraft erhöht wird.
Vorrichtung zur Reduzierung der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit einer Karosserie (3) und mindestens drei Rädern (FR, FL, RR, RL), wobei die Räder (FR, FL, RR, RL) wenigstens mittelbar über eine Radaufhängung (2) mit der Karosserie (3) in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator (1) zwischen den Rädern (FR, FL, RR, RL) und der Radaufhängung (2) angeordnet ist und den Abstand (d) zwischen wenigstens einem Rad (FR, FL) und der Radaufhängung (2) schlagartig zu vergrößern vermag, um dadurch die auf das Rad (FR, FL, RR, RL) einwirkende Normalkraft (F_N) zu erhöhen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (1) als aktive Luftfederdämpfereinheit, als elektromechanisch betätigbare Dämpfereinheit oder als pyrotechnisch betätigbare Zündeinheit ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass einer Steuereinheit die Ausgangssignale einer Umfeldsensorik zugeführt werden und dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, eine unausweichliche Unfallsituation zu erkennen.