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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum wenigstens teilweisen
Ausgleichen der dynamischen Achslastverlagerung bei einem Kraftfahrzeug,
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des weiteren betrifft die
vorliegende Erfindung einen Mikroprozessor zur Durchführung des
Verfahrens nach Anspruch 15, ein Steuergerät nach Anspruch 16, einen mit
einem solchen Steuergerät
und/oder mit solch einem Mikroprozessor ausgestatteten Verbrennungsmotor,
nach Anspruch 17, sowie eine hierfür geeignete Software nach Anspruch
18, wie auch ein damit ausgerüstetes
Kraftfahrzeug nach Anspruch 19.
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Aus
der Praxis ist bekannt, daß die
dynamische Achslastverlagerung infolge einer Beschleunigung oder
Verzögerung
des Kraftfahrzeuges eine gegensinnige Veränderung der momentanen Normalkraft
an Vorder- und Hinterachse bewirkt. Wegen der Abhängigkeit
der Reifenseitenkraft von der Normalkraft verändert sich die Seitenkraftverteilung
zwischen Vorder- und Hinterachse, woraus beim Verzögern ein
in die Kurve hineindrehendes Moment und beim Beschleunigen ein aus
der Kurve hinausdrehendes Moment entsteht.
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Dementsprechend
ist weiter aus der Praxis bekannt, dass sich ein Kraftfahrzeug in
bestimmten Fahrsituationen entsprechend dem subjektiven Empfinden
des Fahrers nach vorne über
die Vorderräder neigt
beziehungsweise über
diese abtaucht, wobei wenigstens ein Rad häufig nahezu vollständig einfedert,
wie dies beispielsweise bei extremer Kurvenfahrt oder beim starken
Abbremsen der Fall ist.
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Gerade
bei einer Vollbremsung neigt sich das Kraftfahrzeug in Fahrtrichtung
nach vorne sehr stark nach unten, als Folge der dynamischen Achslastverlagerung.
Die Reifen an der Vorderachse werden dabei extrem belastet und kommen
somit eventuell in nicht mehr lineare Betriebspunkte. In diesen Betriebspunkten
sind die übertragbaren
Längs-
und Querkräfte
geringer, als im linearen Bereich. Die Reifen an der Hinterachse
werden zugleich erheblich entlastet und können somit nur noch geringe
Brems- und Seitenführungskräfte übertragen.
Eine vom Fahrer gewollte, kontrollierte Beherrschung des Fahrzeugs
ist dann ohne Fahrdynamikregelsysteme oft nicht mehr möglich.
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Die
Entlastung der Hinterachse kann dabei im Falle einer Kurvenfahrt
mit Vollbremsung oder im Falle einer schnellen bzw. äußerst extremen
Kurvenfahrt soweit gehen, dass das kurveninnere Hinterrad sich von
der Straße
vollständig
abhebt und keinerlei Brems- und/oder Seitenkräfte mehr übertragen kann. Das kurvenäußere Vorderrad
wie auch das kurvenäußere Hinterrad
sind dann häufig
derart belastet, dass diese ins Rutschen gelangen, so dass das Fahrzeug
letztlich ausbricht.
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Im
Rahmen der aus der Praxis bislang bekannten Entwicklungen von integrierten
Fahrwerkskontrollsystemen („in tegrated
chassis control",
kurz: ICC) wird durch Vernetzung der wesentlichen fahrdynamischen
Systeme als Bestandteil eines interaktiven dynamischen Fahrsystems
(„interactiv
driving system",
kurz: IDS) versucht das Kraftfahrzeug in allen erdenklichen Fahrsituationen
zu stabilisieren. Dabei kommunizieren sogenannte fahrdynamische
Regelsysteme und/oder auch elektronische Stabilitätsprogramme
(„electronic
stability program",
kurz: ESP) mit weiteren Steuergeräten, wie beispielsweise dem
Bremsassistenten, wobei hierfür
die jeweiligen Daten über
ein Datenbussystem („controler
area network", kurz:
CAN-bus) übertragen
werden. Hierbei können
die Daten je nach Wichtigkeit über
unterschiedlich schnelle Datenbussysteme übertragen werden. So werden
beispielsweise die zeitsensiblen Fahrdynamiksignale über einen „High Speed" Datenbus mit einer Übertragungsrate
von wenigstens 500 KB pro Sekunde übertragen.
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Eine
dynamische Achslastverlagerung, wie beispielsweise ein Eintauchen
des Kraftfahrzeugs über
die vorderen Räder,
kann somit mehr oder weniger in Istzeit erfasst werden und es können beispielsweise
elektronische Dämpferregelungen
(„continuous
damping control",
kurz: CDC) aktiviert werden, um der Achslastverlagerung entgegen
zu wirken. Derlei teure elektronische Dämpferregelungssysteme basieren
beispielsweise auf über
Magnetventile gesteuerten Stoßdämpfern,
deren Charakteristik stufenlos und kontinuierlich präzise an
die Straßenverhältnisse,
die Fahrzeugbewegung und die Fahrweise angepasst werden kann, je
nach vorliegenden Daten. Mehrere Beschleunigungssensoren oder dergleichen
können
in Verbindung mit weiteren Signalen vom CAN-Bus die für eine optimale
Dämpfung
erforderlichen Signale an die CDC-Steuereinheit liefern. Diese errechnet
in Echtzeit beispielsweise via Kennfeld oder dergleichen die benötigte Dämpferkraft
für jedes
Rad. Die An passung der Dämpfer
kann dann innerhalb von Millisekunden erfolgen. Damit kann der Fahrzeugaufbau
ruhig gehalten werden; Nick-Bewegungen beim Bremsen und Karosseriebewegungen
in Kurvenfahrten oder beim Überfahren
von Bodenwellen werden merklich reduziert.
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Die
damit erzielbaren Erfolge und Verbesserungen der dynamischen Achslastverlagerung
sind zwar vielversprechend und haben sich in der Praxis auch bewährt, gleichwohl
sind sie noch nicht ausreichend, um ein Kraftfahrzeug in jeder Fahrsituation
sicher und souverän
zu beherrschen.
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Dementsprechend
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen,
mit dem die bei Kraftfahrzeugen durch dynamische Achslastverlagerung
bewirkte gegensinnige Veränderung
der momentanen Normalkraft an Vorder- und/oder Hinterachse kompensiert wird.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist es, entsprechende Vorrichtungen
zur Durchführung
dieses erfindungsgemäßen Verfahrens
anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
jeweils durch die Merkmale des Anspruchs 1 in verfahrenstechnischer Hinsicht,
wie auch in vorrichtungstechnischer Hinsicht durch die Merkmale
jeweils der Ansprüche
15 bis 19.
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Dabei
wird erstmals ein Verfahren zum wenigstens teilweisen Ausgleichen
der dynamischen Achslastverlagerung bei einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen,
bei dem zum Ausgleichen bzw. zum Kompensieren der Achslastverlagerung
ein Antriebsmoment erhöht
oder reduziert wird, ohne dadurch die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges
wesentlich zu ändern.
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Hierbei
wird insbesondere ein Verfahren zum Ausgleichen der dynamischen
Achslastverlagerung, z.B. beim Abtauchen eines Teils einer Kraftfahrzeuglast über wenigstens
ein Vorderrad, vorgeschlagen, bei dem zum Ausgleichen oder zum Kompensieren der
Achslastverlagerung eine Änderung
des Antriebsmoments oder ein Gasstoß appliziert bzw. ein Kick-Down ausgelöst wird.
Insbesondere ist vorgesehen, dass im Falle einer Vollbremsung beim
Beginn der Vollbremsung eine Änderung
des Antriebsmoments bzw. ein Gasstoß appliziert wird. Weiterhin
ist im besonderen Fall einer instabilen Kurvenfahrt oder beim Bremsen
in einer Kurvenfahrt vorgesehen, dass im Zuge der Kurvenfahrt oder
des Kurvenbremsens eine Änderung
des Antriebsmomentes bzw. ein Gasstoß appliziert wird, um ein Abtauchen
zu reduzieren und ein Ausbrechen zu vermeiden.
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Im
Rahmen interner Simulationen der Anmelderin konnte auch für die Fachleute überraschend
nachgewiesen werden, dass durch eine Änderung des Antriebsmomentes
eine Kompensation bzw. ein Ausgleich der dynamischen Achslastverlagerung
realisierbar ist.
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Die Änderung,
insbesondere die kurzzeitige Erhöhung
des Antriebsmomentes kann bei Otto- oder Dieselmotoren z.B. durch
einen entsprechenden Eingriff in das Motormanagement, beispielsweise über die
Applizierung eines Gasstoßes,
das Verändern
der Drosselklappenstellung oder des Durchsatzes der Einspritzpumpe
oder durch eine Veränderung
des Kraftstoffgemisches erfolgen. Bei Kraftfahrzeugen, die z.B.
mit Brennstoffzellen ausgerüstet sind,
mit Elektromotoren angetrieben werden, über einen Gasantrieb verfügen oder
als Hybridfahrzeug ausgestaltet sind, kann beispielsweise durch
eine ent sprechende Erhöhung
der elektrischen Leistung oder dergleichen die gezielte Erhöhung des
Antriebsmoments in gewünschter
Höhe und
Dauer erfolgen.
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Bislang
ist man davon ausgegangen, dass zur Beeinflussung der dynamischen
Achslastverlagerung nur über
das Fahrwerk, speziell die Dämpfer und
die Stabilisatoren, eingegriffen werden kann. Dementsprechend zielen
alle bekannten Fahrstabilitätssysteme
auf eine Steuerung und/oder Regelung der jeweiligen Betriebszustände des
Fahrwerks ab. Die Möglichkeit
einer Einflußnahme
auf die dynamische Achslastverlagerung über eine Änderung des Antriebsmomentes
wird bislang ausgeschlossen.
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Die
vorliegende Erfindung ergänzt
dagegen völlig überraschend
und in vorteilhafter Weise die bisherigen Bemühungen der Anmelderin einer
gezielten Einflußnahme
auf die dynamische Achslastverlagerung bei einem Kraftfahrzeug.
Bei all diesen Bemühungen
wurde von den Fachleuten nicht vorgesehen, das Motorsteuergerät mit einzubeziehen.
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Demgegenüber beschreitet
die vorliegende Erfindung einen neuen Weg. Dies ist der überraschende
Vorteil, der hier diskutierten Erfindung, dass mit einer Änderung,
vorzugsweise einer kurzzeitigen Erhöhung, des Antriebsmomentes,
insbesondere mit einem Gasstoß,
ein Ausgleich der dynamischen Achslastverlagerung erzielt werden
kann.
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Wenn
das Kraftfahrzeug beispielsweise aufgrund einer Vollbremsung einnickt
und damit durch die dynamische Achslastverlagerung nach vorne die Radaufstandskraft
an der Vorderachse zunächst massiv
steigt, führt
dies zugleich zu einer Entlastung der Hinterachse. Dadurch verlieren
die hin teren Reifen an Aufstandskraft und die Seitenführungskraft nimmt
rapide ab. Dieser Nickeffekt ist bei einer extremen Beschleunigung
des Fahrzeugs genau umgekehrt. Das Fahrzeug bäumt sich vorne auf und geht hinten
in die Knie. Die Hinterachse wird dabei stärker belastet und die Vorderachse
entlastet. Dieses an sich bekannte Nickverhalten des Fahrzeuges
beim Vollbremsen oder beim Vollgasgeben zum rasanten Beschleunigen
macht sich die vorliegende Erfindung mit dem erstmals vorgeschlagenen
Verfahren zur gezielten Beeinflussung der dynamischen Achslastverlagerung
positiv zunutze, ohne dabei eine Beschleunigung des Fahrzeugs durchzuführen.
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Vielmehr
wird erstmals vorgeschlagen, dass z.B. im Anbremspunkt im Falle
einer Bremsung oder im kritischen Ausbruchspunkt im Falle einer
extremen Kurvenfahrt eine kurzzeitige Erhöhung des Antriebsmoments appliziert
wird, so dass als Fahrzeugreaktion gerade eine angemessene Aufrichtung
des Kraftfahrzeuges erzielt, ein Ausgleich der dynamischen Achslastverlagerung
erreicht und die an der Vorder- und/oder Hinterachse wirksam übertragbare Normalkraft
und/oder Reifenseitenkraft erhöht
bzw. angepaßt
wird, sowie eine Beschleunigung des Fahrzeugs jedoch zuverlässig ausbleibt.
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Damit
kann ein überraschendes
Ausbrechen bei einer Vollbremsung vermieden werden. Ferner kann
ein überraschendes Übersteuern
reduziert werden. Die Gefahr einer Schlingerfahrt wird verringert und
damit letztlich die Gefahr eines Schleuderns abgebaut.
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Hierbei
macht sich die Erfindung erstmals den Effekt zunutze, dass die Zeitkonstante
zwischen der Antriebsmomenterhöhung
und der Fahrzeugreaktion als solcher groß ist. Denn das Fahrzeug reagiert
aufgrund seiner Trägheit
auf das angeforderte Antriebsmoment nur langsam. Damit kann das
Antriebsmoment zwar über
den Antriebsstrang bis auf die Antriebsräder einwirken, diese werden
jedoch noch nicht beschleunigt. Zudem wird beim Bremsen das Antriebsdrehmoment
dabei gegen die um ein Vielfaches höheren Bremskräfte, so
dass eine Beschleunigung des Fahrzeugs ausgeschlossen ist, jedoch
eine Erhöhung
der Radaufstandskraft an der Hinterachse zuverlässig erzielt werden kann.
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Dabei
werden zunächst
Reaktionskräfte
erzeugt, die zumindest ein geringfügiges Aufrichten des Kraftfahrzeuges
zur Folge haben, eine Beschleunigung des Kraftfahrzeuges ist jedoch
objektiv nicht feststellbar. Durch das wenigstens teilweise Aufrichten
des Kraftfahrzeuges bzw. durch den Ausgleich der dynamischen Achslastverlagerung
von zuvor extrem nach vorn nunmehr zu einer näherungsweise ausgeglichenen
Achslastverteilung kann wiederum dafür Sorge getragen werden, dass
in vorteilhafter Weise bei den Hinterrädern eine ausreichende Aufstandskraft
erzielbar ist, so dass wesentlich höhere Brems- und Seitenkräfte übertragen
werden können, als
in der kritischen Fahrsituation wenige Bruchteile von Sekunden zuvor.
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Das
Feststellen dieser positiven Effekte auf die dynamische Achslastverlagerung
durch das Applizieren eines Gasstoßes in einer kritischen Fahrsituation,
wie beispielsweise bei einer Vollbremsung oder einer extremen Kurvenfahrt
war umso überraschender,
wie an und für
sich die Erhöhung
des Antriebsmomentes beim Bremsen oder in einer extremen Kurvenfahrt
sich für
den Fachmann nach geradezu verbietet.
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Um
so überraschender
ist die Feststellung, dass durch die Erzeugung eines zusätzlichen
Antriebsmomentes im Falle einer Vollbremsung oder einer Kurvenfahrt
die dynamische Achslastverlagerung nach vorn verringert und ein
Ausgleich der Achslastverlagerung erzielt werden kann.
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Dabei
wird durch die Kompensation der dynamischen Achslastverlagerung
der Nickwinkel in vorteilhafter Weise rascher abklingen, ggf. kleiner ausfallen
bzw. einen gedämpfteren
Verlauf zeigen. Dadurch wird weiter in vorteilhafter Weise die Radlastschwankung
kleiner. Es sind damit höhere
Radbremsdrücke
erzielbar. Höhere
Radbremsdrücke
bedeuten größere Verzögerungen.
Damit kann das ABS in vorteilhafter Weise später auslösen, d.h. die Reifen kommen
später
in Schlupf.
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Damit
können
in vorteilhafter Weise ABS-Bremsungen weiter optimiert werden. Beim Kurvenbremsen
kann aufgrund der höheren
Hinterachsenlast mehr Stabilität
und Seitenkraft erreicht werden.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass im ICC-Verbund mit einer zeitlich begrenzten
Antriebsmomentanforderung somit eine neue, stabilisierende Größe zur Verfügung steht,
nämlich
das Antriebsmoment. Es ist in vorteilhafter Weise kein zusätzlicher
Sensor nötig,
Weiter von Vorteil ist, dass gegebenenfalls auch keine zusätzliche
Hardware nötig
ist. Vielmehr kann das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter
Weise auch in Form einer Softwareapplikation abgebildet werden,
die dann auf vorhandenen Mikroprozessoren aufsetzen oder auf vorhandenen
Steuergeräten
ausgeführt
werden kann.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der
Unteransprüche.
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So
wird in einer vorteilhaften Ausführungsform
des Verfahrens vorgesehen, dass sich dieses beispielsweise durch
folgende Schritte auszeichnet: a) Auswertung der zur vorherrschenden
Kraftfahrzeugsituation vorliegenden Daten, wie diese beispielsweise
von Sensoren oder dergleichen über
einen CAN-Bus zu
Mikroprozessoren, Steuergeräten oder
dergleichen übertragen
werden, um Informationen über
die jeweilige situationsabhängige
Fahrwerks-, Brems-, und/oder Lenkeinstellung zu liefern, die im
Rahmen einer integrierten Fahrwerkskontrolle beispielsweise zur
Ansteuerung von Fahrstabilitätssystemen
oder Komponenten davon, wie beispielsweise ESP, EHPS, CDC, Bremsassistent,
IDS, UCL oder dergleichen genutzt werden, b) Feststellung eines
kritischen Kraftfahrzeugzustandes, dessen dynamische Achslastverlagerung
kontrolliert bzw. angepasst werden muss, c) Festlegung der Höhe des anzufordernden
Antriebsmoments, d) Festlegung der Dauer des anzufordernden Antriebsmoments,
und e) Auslösen
des geforderten Antriebsmoments in der vorbestimmten Höhe und Dauer
durch Applizieren einer Antriebsmomentanforderung.
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Das
Applizieren der Antriebsmomentanforderung kann dabei in vorteilhafter
Weise z.B. konstruktiv relativ einfach durch ein entsprechendes
Ansteuern der häufig
ohnehin elektrisch bzw. elektromechanisch angetriebenen Drosselklappe
oder Einspritzpumpe erfolgen, so dass auch dies ohne weiteren zusätzlichen
baulichen Aufwand realisierbar ist.
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In
einer weiter bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Vollbremsung ABS-gestützt ausgeführt wird.
Damit können
die Vorteile einer gezielten Korrektur der dynamischen Achslastverlagerung
durch Steuerung des Antriebsmomentes kombiniert werden mit den Vorteilen einer
ABS-gestützten
Bremsung. Zudem können
die im Fahrzeug auf dem CAN-Bus ohnehin verfügbaren Daten in den jeweiligen
Steuergeräten
ausgewertet und gegenseitig die erforderlichen Reaktionen besser
aufeinander abgestimmt und dementsprechend weiter optimiert werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass das Vorliegen einer Vollbremsung durch Erkennung
eines den Anbremspunkt symbolisierenden ABS-Flags oder durch Auswertung
des Bremspedalgradienten festgestellt wird. Alternativ kann in vorteilhafter
Weise vorgesehen sein, dass das Vorliegen einer Vollbremsung durch
Erkennung des Bremspedal-Anstellwinkels
eines beispielsweise vollständig
durchgetretenen, an einem Endanschlag anliegenden Bremspedals festgestellt
wird. Hier könnte
in vorteilhafter Weise ein Piezokristall, ein Drucksensor, ein Kontaktschalter
oder ein ähnliches Element
an der Rückseite
des Bremspedals vorgesehen sein, welches ein Steuersignal abgibt,
sobald das Bremspedal vollständig
durchgetreten ist. Alternativ könnte
am Bremspedal auch ein Winkelsensor vorgesehen sein, der das Überschreiten
eines vorbestimmten Grenzwinkel signalisieren. Ferner könnte das
Vorliegen einer Vollbremsung durch Auswertung des Bremsdruckanstiegsgradienten
im Hauptbremszylinder festgestellt werden.
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In
Abhängigkeit
von derlei Grenzwertsignalen könnte
dann eine zeitlich begrenzte Veränderung des
Antriebsmomentes ausgelöst
werden.
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In
einer weiter bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass eine kritische Kurvensituation durch Auswertung
der Daten des ESP festgestellt wird. Hiermit wird vorteilhaft durch
Nutzung der ohnehin für
die Fahrdynamikregelsysteme vorliegenden Daten im Zusammenspiel
mit dem Antriebs steuergerät
eine übergeordnete
Regelinstanz geschaffen, mittels der durch Auslösen eines zeitlich begrenzten
Antriebsmomentes eine Ausgleichung oder Kompensation der dynamischen
Achslastverlagerung bei Bedarf erzielt werden kann.
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Entsprechend
einer weiter bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens ist vorgesehen, dass im Anbremspunkt oder bei einer
kritischen Kurvenfahrtsituation, beispielsweise beim ersten Auftreten eines
Schlingerns, eine Antriebsmomenterhöhung, insbesondere ein Kickdown
oder ein Vollgasimpuls, von 250 Millisekunden bis 750 Millisekunden,
vorzugsweise von 300 Millisekunden bis 500 Millisekunden Dauer eingeleitet
wird. Diese Antriebsmomenterhöhungsphase,
insbesondere Vollgasimpulszeit bzw. -dauer, konnte in ersten internen
Simulationen der Anmelderin mit internen Rechenmodellen als besonders
vorteilhaft festgestellt werden.
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In
einer weiter bevorzugten Ausführung
ist vorgesehen, dass die Antriebsmomenterhöhung, insbesondere der Kickdown
oder Vollgasimpuls, in einem Zeitfenster von –0,5 Sekunden bis +1,0 Sekunden,
vorzugsweise von –0,01
Sekunden bis +0,5 Sekunden, besonders bevorzugt von +0,05 Sekunden bis
+0,25 Sekunden bezogen auf den Anbremspunkt als theoretischen Nullzeitpunkt
eingeleitet wird. Damit ist in vorteilhafter Weise sichergestellt,
dass einerseits die Trägheit
des Antriebs bzw. des Verbrennungsmotors, der mit einer wenngleich äußerst geringen
jedoch nicht zu Null tendierenden Verzögerung beispielsweise auf das Öffnen der
Drosselklappe reagiert, wie auch die Trägheit des Antriebsstrangs in
der Weise Berücksichtigung
finden, dass die Reaktionskräfte
durch das Implementieren des Antriebsmoments gerade zum richtigen
Zeitpunkt zu einem zumindest teilweisen Aufrichten des Kraftfahrzeugs
bzw. zu einem Ausgleich der dynamischen Achslastverla gerung vom
zuvor extrem nach vorne wieder zurück in einen näherungsweise
ausgeglichenen Kraftfahrzeugzustand führt, so dass dann vorstehende
Vorteile einer höheren
Radaufstandskraft, einer verbesserten Übertragbarkeit von Brems- und Seitenkräften realisierbar
werden.
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In
einer weiter bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Kickdown oder Vollgasimpuls
gepulst aus einer Mehrzahl von Antriebsmomenterhöhungen, insbesondere Gasstößen oder
Vollgasimpulsen, aufgebaut wird. Dabei können die Vorteile der Modulation
des Bremsdrucks, wie man es vom ABS kennt, nunmehr auch neu auf
eine Art modulierte Antriebsmomenterhöhung, insbesondere einen modulierten
Vollgasstoß, übertragen
werden. Dies verbessert die Regelbarkeit des Systems und die Abstimmung
der Kräfte
und Momente, die durch das Applizieren der gepulsten bzw. modulierten
Antriebsmomenterhöhung
erzeugt werden können.
Darüber
hinaus kann somit ein erhöhtes Antriebsmoment
phasengleich zur Nickschwingung angefordert werden.
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Entsprechend
einer bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens ist vorgesehen, dass die gepulsten Antriebsmomenterhöhungen jeweils
eine zeitliche Dauer von 50 Millisekunden bis 150 Millisekunden,
teilweise bis zu 1 Sekunde, vorzugsweise um 100 Millisekunden aufweisen.
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Entsprechend
einer weiter bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass mit einer kurzzeitigen Erhöhung des Antriebsmoments ein
Antriebsmoment von 100 Newtonmeter bis 500 Newtonmeter, bevorzugt
wenigstens 250 Newtonmeter, besonders bevorzugt von wenigstens 270
Newtonmeter abgerufen werden kann. Mit einem Motordrehmoment in
dieser Größenordnung
oder auch noch etwas größer bis zu
350 Newtonmeter oder gar bis 500 Newtonmeter ist die gewünschte Beeinflussung
der dynamischen Achslastverlagerung möglich. Dabei stehen einem Motordrehmoment
von beispielsweise mehr als 250 Newtonmeter, mehr als 270 Newtonmeter
oder sogar mehr als 300 Newtonmeter immer noch Bremskräfte und
Momente von wenigstens ca. 3000 Newtonmeter oder mehr entgegen,
so dass im praktischen Anwendungsfall üblicherweise wohl ein Verhältnis zwischen Bremsmomenten
und Antriebsmomenten von etwas um 10:1 bis 20:1 bestehen wird. Damit
ist zuverlässig gewährleistet,
dass eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs ausgeschlossen, jedoch
ein Aufrichten und Ausgleichen des Fahrzeuges bzw. eine Optimierung
der dynamischen Achslastverlagerung gewährleistet ist.
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Die
vorstehend diskutierten Vorteile und positiven Aspekte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in
analoger Weise mit dem hierfür
vorgeschlagenen Mikroprozessor wie auch mit dem hierfür vorgeschlagenen
Steuergerät
realisiert werden. Diese Vorteile sind ebenfalls erzielbar mit einem
erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor,
der mit einem entsprechenden Steuergerät und/oder Mikroprozessor zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ausgerüstet
ist. Gleiches gilt für
ein damit ausgerüstetes
Kraftfahrzeug, wie auch eine Software, die zur Durchführung des
Verfahrens auf einem entsprechenden Mikroprozessor oder in einem
entsprechenden Steuergerät
abgelegt und dort ausgeführt
wird.
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Die
vorstehend diskutierte Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen
anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
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1 In
Teilfiguren a) bis d) verschiedene Daten aus Messungen (dicke, kräftig durchgezogene Linie)
bei einer ABS- unterstützten Vollbremsung
aus 100 km/h bei Geradeausfahrt;
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2 Die
zu den in 1 gezeigten, gemessenen Daten
zugehörige
Referenzgeschwindigkeit in Teilfigur a) wie auch das zugehörige Antriebsmoment in
Teilfigur b), ergänzt
um entsprechende Simulationsergebnisse zum Vergleich, wobei die
Simulation als dicke, kräftig
durchgezogene Linie und die Messung als dünne, schwächer durchgezogene Linie ausgeführt ist;
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3 In
Teilfiguren a) bis d) im Vergleich die simulierten Daten (dicke,
kräftig
durchgezogene Linie) relativ zu der Messung (dünne, schwächer durchgezogene Linie) in
Bezug auf die Radgeschwindigkeiten an den vier Rädern des Kraftfahrzeugs entsprechend
der in den 1 und 2 veranschaulichten
Situation;
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4 In
Teilfiguren a) bis d) die an den jeweiligen Rädern vorherrschenden zugehörigen Bremsdrücke zu der
in den 1 bis 3 gezeigten Situation;
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5 In
Teilfigur a) das zugehörige ABS-Flag
und in Teilfigur b) den zugehörigen VSC-Signal-Verlauf, wobei
die Simulation mit einer dicken, kräftig gestrichelten Linie und
die Messung mit einer dünnen,
schwach durchgezogenen Linie wiedergegeben ist;
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6 Eine
Simulation ohne Kickdown (dicke, kräftiger gestrichelte Linie)
und eine Simulation mit Kickdown (dünne, schwächer durchgezogene Linie) einer
ABS-unterstützten Vollbremsung
aus 100 km/h in Geradeausfahrt, wobei Teilfigur a) die Referenzgeschwindigkeit über der
Zeit und Teilfigur b) das Antriebsmoment über der Zeit darstellt, wie
dies in analoger Weise in 2 zum Vergleich
von Simulation und Messung dargestellt worden ist;
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7 Die
zur in 6 veranschaulichten Fahrsituation zugehörigen Radgeschwindigkeiten
an den vier Rädern
in Teilfiguren a) bis d), wobei wiederum die dick bzw. fett, kräftig durchgezogene
Linie die Simulation ohne Kick-Down und die dünn bzw. schwächer durchgezogene
Linie die Simulation mit Kick-Down wiedergibt;
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8 In
Teilfigur a) den zugehörigen
Nickwinkel des Kraftfahrzeugs und in Teilfigur b) die zugehörige Nickrate
zur in 6 und 7 gezeigten Fahrsituation;
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9 Die
zu den in 6 bis 8 gezeigten
Zuständen
zum jeweiligen Rad zugehörigen
Aufstandskräfte
in den Teilfiguren a) bis d);
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10 Den
Bremsdruck am jeweiligen Rad in den Teilfiguren a) bis d) entsprechend
der in 6 bis 9 dargestellten Situation, wobei
wiederum die dick bzw. fett, kräftig
durchgezogene Linie die Simulation ohne Kick-Down und die dünn bzw.
schwächer
durchgezogene Linie die Simulation mit Kick-Down wiedergibt;
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11 In
Teilfigur a) das zugehörige ABS-Flag
und in Teilfigur b) den zugehörigen VSC-Signal-Verlauf, die
Simulation ohne Kick-Down mit
einer dicken, kräftig
gestrichelten Linie und die Simulation mit Kick-Down mit einer dünnen, schwach durchgezogenen
Linie wiedergegeben ist;
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12 Eine
Messung (dicke bzw. kräftig durchgezogene
Linie) verschiedener Daten in Teilfiguren a) bis d) einer Fahrsituation
ausgehend von 108 km/h, ähnlich
wie zuvor in 1 bei Geradeausfahrt gegeben,
nun jedoch mit einem rasch wechselnden Lenkausschlag nach links,
nach rechts und wieder nach links zurück zur Mitte, beim Versuch,
ein Hindernis zu umfahren, wobei die Messung mit einer dicken, kräftig durchgezogenen
Linie wiedergegeben ist;
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13 In
Teilfigur a) die zur in 12 geschilderten
Fahrsituation zugehörige
Referenzgeschwindigkeit in km/h und in Teilfigur b) das zugehörige Antriebsmoment
in Nm, wobei nun die Simulation mit einer dicken, kräftig durchgezogenen
Linie und die Messung in einer dünnen,
schwächer
durchgezogenen Linie dargestellt ist, analog zu der in 2 bis 5 gewählten Darstellungsweise;
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14 In
Teilfiguren a) bis b) die simulierten (dicke bzw. kräftig durchgezogene
Linie) und gemessenen (dünne
bzw. schwächer
durchgezogene Linie) Radgeschwindigkeiten der vier Räder zur
in 12 und 13 gezeigten
Fahrsituation;
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15 In
Teilfiguren a) bis d) die jeweiligen Bremsdrücke an den jeweiligen Rädern;
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16 In
Teilfigur a) den Verlauf des ABS-Flags und in Teilfigur b) den Verlauf
der VSC-Signal-Kennlinie;
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17 In
Teilfigur a) die Gierrate und in Teilfigur b) die Querbeschleunigung
zu der in 12 bis 16 geschilderten
Situation;
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18 Aufbauend
auf den aus 12 bis 17 entnehmbaren
Erkenntnissen nunmehr eine Fahrsituation ausgehend von 108 km/h
wiederum mit dem in 12 geschilderten Lenkausschlag
bei einer Vollbremsung, in einer ersten Simulation ohne Kick-Down
(dicke bzw, kräftig
durchgezogene Linie) und zum Vergleich in einer zweiten Simulation
erfindungsgemäß mit Kickdown
(dün ne
bzw. schwächer durchgezogene
Linie), wobei Teilfigur a) die Referenzgeschwindigkeit und Teilfigur
b) das Antriebsmoment wiedergibt;
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19 In
Teilfigur a) die zugehörige
Abweichung des Fahrzeugs in y-Richtung über die entlang der x-Achse
abgetragenen Fahrstrecke und in Teilfigur b) die über der
y-Achse abgetragene Auslenkung des Fahrzeugs über der entlang der x-Achse
abgetragenen Zeit, wobei wiederum wie auch zuvor in 6 bis 11 die
dickere bzw. kräftiger
durchgezogene Linie die Simulation ohne Kick-Down zeigt und die
dünne bzw.
schwächer
durchgezogene Linie die Simulation mit Kick-Down wiedergibt;
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20 In
Teilfiguren a) bis d) die zu der in 18 und 19 geschilderten
Situation zugehörigen
Radgeschwindigkeiten sowohl in der Simulation ohne Kickdown als
auch in der Simulation mit Kickdown;
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21 In
Teilfigur a) den zu der in 18 bis 20 geschilderten
Situation zugehörigen
Nickwinkel des Fahrzeugs und in Teilfigur d) die zugehörige Nickrate
(dicke bzw. kräftiger
durchgezogene Linie ohne Kick-Down,
dünne bzw.
schwächer
durchgezogene Linie mit Kick-Down);
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22 In
Teilfiguren a) bis d) die zugehörigen Aufstandskräfte an den
jeweiligen Rädern
in der in 18 bis 21 geschilderten
Situation;
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23 Die
zur Fahrsituation gemäß 18 bis 22 an
den jeweiligen Rädern übertragbaren Seitenkräfte entsprechend
der Teilfiguren a) bis d);
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24 Eine
Ausgangssituation bei anfänglich
100 km/h mit einer Vollbremsung mit ABS in einer gefahrenen Rechtskurve,
wobei Teilfigur a) die Referenzgeschwindigkeit und b) das Antriebsmoment
angibt, jeweils wiederum in Simulation ohne Kickdown (dicke bzw.
kräftiger
durchgezogene Linie) und in Simulation mit Kickdown (dünne bzw.
schwächer durchgezogene
Linie);
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25 In
Teilfiguren a) bis d) die zugehörigen
Daten hinsichtlich der Gierrate, der Längsbeschleunigung, der Querbeschleunigung
und des Schwimmwinkels bei der in 24 geschilderten
Situation;
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26 In
Teilfiguren a) bis d) die jeweiligen Radgeschwindigkeiten der vier
Räder gemäß der in 24 und 25 geschilderten
Situation (wie zuvor, dicke bzw. kräftiger durchgezogene Linie
ohne Kick-Down und dünne
bzw. schwächer
durchgezogene Linie mit Kick-Down);
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27 In
Teilfiguren a) bis d) die zugehörigen
Bremsdrücke
an den vier Rädern
zu der in 24 bis 26 geschilderten
Situation;
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28 In
Teilfigur a) den Nickwinkel und in Teilfigur b) die Nickrate zu
der in 24 bis 27 geschilderten
Situation;
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29 In
Teilfiguren a) bis d) die Aufstandskräfte an den jeweiligen Rädern bei
der in 24 bis 28 geschilderten
Situation;
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30 In
Teilfiguren a) bis d) die an den jeweiligen Rädern übertragbaren Seitenkräfte entsprechend
der in 24 bis 29 veranschaulichten Situation;
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31 Den
Verlauf des Nickwinkels des Fahrzeugs über der Zeit einmal ohne Kickdown
(dünne
bzw. schwach durchgezogene Linie „A") bei der Bremsung und im Vergleich
dazu vier beispielhafte Linienverläufe „B" bis „E" der Nickrate bei einer Vollbremsung
mit Kick-Down, wobei der Kick-Down beim ersten Beispiel direkt mit
dem Anbremspunkt ausgeführt
wird (dicke bzw. kräftiger
durchgezogene Linie „B"), das zweite Beispiel
den Kick-Down 0,1 Sekunden nach dem Anbremspunkt zeigt (dünne bzw. schwächere strichpunktierte
Linie „C"), das dritte Beispiel
den Kick-Down 0,2 Sekunden nach dem Anbremspunkt zeigt (dicke bzw.
kräf tig
gestrichelte Linie „D") und das vierte
Beispiel den Kick-Down 0,3 Sekunden nach dem Anbremspunkt zeigt
(mittelstark strichpunktierte Linie „E");
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In 1 bis 5 wird
eine erste beispielhafte Fahrsituation dargestellt, die ausgeht
von einer Geradeausfahrt mit 100 km/h und einer schlagartig einsetzenden
Vollbremsung.
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Bei
einer Vollbremsung tritt die dynamische Achslastverlagerung auf.
Sie ist unter anderem von der Höhe
des Kraftfahrzeugschwerpunkts abhängig. Die dynamische Achslastverlagerung
ruft eine Änderung
der Radaufstandskräfte
hervor. Das Verhältnis zwischen
dem Radbremsmoment und dem Antriebsmoment liegt z.B. bei ca. 10:1
bis 20:1. Erhöht
man nun, während
einer Vollbremsung mit blockierenden Rädern, das Antriebsmoment kurzzeitig,
so kann sich dieses Moment, da die Räder auf Grund der höheren Bremsmomente
nicht beschleunigt werden können, nur über die
Hinterachse abstützen.
Dieser Effekt erhöht
die Radaufstandskraft an der Hinterachse und reduziert die Radaufstandskraft
an der Vorderachse. Da ein Kraftfahrzeug eine relativ große Massenträgheit aufweist,
ist eine Beschleunigung des Fahrzeugs bei kurzer Wirksamkeit des
Antriebsmomentes hinreichend gering bzw. ausgeschlossen.
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Dabei
zeigt 1 a) die Stellung des Gaspedals in Prozent über der
Zeit, wie diese gemessen worden ist. In Teilfigur b) ist die Stellung
des Bremspedals bzw. der Verlauf des Bremskreissignals BLS über der
Zeit in Prozent gezeigt, wie gemessen. Dabei ist erkennbar, dass
ungefähr
zum Zeitpunkt 1,8 Sekunden ab Messung das Bremspedal voll durchgetreten
wird bzw. schlagartig ein BLS-Signal anliegt, das eine Vollbremsung
wiedergibt. In Teilfigur c) ist der Verlauf des Bremszylinderdrucks
in bar über
der Zeit dargestellt. Dabei korreliert der rasche Aufbau des Bremsdruckes
mit Einsetzen der Vollbremsung gemäß Teilfigur b) sehr gut in
der Messung. Weiterhin ist in Teilfigur d) der zugehörige, gemessene
Lenkwinkel gezeigt, der vor der Bremsung bei Null Grad liegt und
der nach der Vollbremsung in einem Bereich von +/– 5° schwach
um die Nullgradlinie schwankt.
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Die
in 1 veranschaulichten Messergebnisse wurden bei
einem Versuch aufgezeichnet, der ausgeführt wurde mit einer Bereifung
der Marke Bridgestone, Typ Turanza, 215/55/R16, mit einem Reifendruck
2,7 bar auf den Vorderreifen und 3,2 bar auf den Hinterreifen und
einem Reibungskoeffizienten von μ =
1,1 zwischen den Reifenaufstandsflächen und der trockenen Straße.
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In 2 ist
die in 1 gezeigte Fahrsituation weiter veranschaulicht.
Die Teilfigur a) zeigt den Verlauf der Referenzgeschwindigkeit in
km/h über der
Zeit in Sekunden. Die Teilfigur b) zeigt den Verlauf des Antriebsmoments
in Nm über
der Zeit in Sekunden. Die gemessenen Werte sind mit der dünnen bzw.
schwächer
durchgezogenen Linie abgetragen. Die simulierten Daten sind in der
dicken bzw. kräftiger durchgezogenen
Linie ausgeführt.
Die Simulation stimmt erstaunlich gut mit den gemessenen Daten überein.
Es ist damit belegbar, dass die gewählte Simulation bzw. das der
Simulation zugrundeliegende komplexe Gleichungssystem geeignet ist,
einen gemessenen Fahrzustand exakt nachzuspielen.
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In 3 ist
in den Teilfiguren a) bis d) die Geschwindigkeit am jeweiligen Rad
(vorne links bis hinten rechts) in km/h über der Zeit in Sekunden dargestellt.
Die gemessenen Daten sind wiederum mit einer dünnen bzw. schwächer durchgezogenen
Linie dargestellt. Die Simulation ist mit einer dicken bzw. kräftiger durchgezogenen
Linie gezeigt. In Teilfigur a) ist das vordere linke Rad dargestellt.
Teilfigur b) zeigt die Werte zum vorderen rechten Rad. Das hintere
linke Rad ist in Teilfigur c) veranschaulicht. In Teilfigur d) ist
das hintere rechte Rad dargestellt. Aus der direkten Gegenüberstellung
von Simulation und Messung geht zudem gut hervor, dass die Simulation
die Messung sauber nachbildet.
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Die
in 3 eingeführte
Aufteilung des Zeichnungsblattes wird auch in den weiteren Figuren verwendet,
so dass eine einheitliche Numerierung bzw. Bezeichnung für die zu
den jeweiligen Rädern von
links vorne bis rechts hinten dargestellten Zustände in den Teilfiguren a) bis
d) Verwendung findet. Folglich steht Teilfigur a) links oben stellvertretend
für das
linke Vorderrad und Teilfigur d) rechts unten stellvertretend für das rechte
Hinterrad.
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In 4 sind
dementsprechend der Bremsdruck in der Teilfigur a) am vorderen linken
Rad, in Teilfigur b) am vorderen rechten Rad, in Teilfigur c) am
hinteren linken Rad und in Teilfigur d) am hinteren rechten Rad
dargestellt, wobei wiederum die dünne bzw. schwächer durchgezogene
Linie die gemessenen Daten und die dicke bzw. kräftiger durchgezogene Linie
die Simulation wiedergibt. Auch hier stimmen Messung und Simulation überraschend
gut miteinander überein.
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In 5 ist
in Teilfigur a) der Verlauf des RBS-Flags über der Zeit gezeigt. Hieraus
geht hervor, dass sowohl bei der Messung wie auch bei der Simulation
das ABS-Flag quasi mit dem Durchtreten des Bremspedals gesetzt wird.
Teilfigur b) zeigt den Verlauf des beispielsweise in einem „vehicle stabilisation
control", kurz:
VSC, verwendbaren VSC-Signals, der für Simulation und Messung sauber übereinstimmt.
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In 6 bis 11 wird
die vorstehend in 1 bis 5 diskutierte
beispielhafte Situation erneut geschildert, die wiederum mit einer
Anfangsgeschwindigkeit von 100 km/h bei Geradeausfahrt beginnt,
wobei kurz darauf eine schlagartig einsetzende Vollbremsung eintritt,
nunmehr jedoch veranschaulicht anhand zweier Simulationen, die miteinander verglichen
werden können,
und zwar einerseits die Simulation ohne Kickdown (dicke bzw. kräftiger gestrichelte
Linie) und andererseits die Simulation mit Kickdown (dünne bzw.
schwächer
durchgezogene Linie).
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Dabei
zeigt Teilfigur a) von 6 die Referenzgeschwindigkeit
in km/h über
der Zeit in Sekunden, die mit einsetzender Vollbremsung linear abnimmt.
Teilfigur b) zeigt das Antriebsmoment in Nm über der Zeit in Sekunden, welches
relativ konstant bzw. gleichbleibend etwas unter 50 Newtonmeter
beträgt
und im Falle der Simulation mit Kickdown im Bereich kurz um 1,9
Sekunden nach Beginn der Simulation schlagartig auf über 250
Newtonmeter hochschnellt und etwa 0,3 Sekunden später wieder schlagartig
abfällt.
Dieses sprungartig in die Höhe
gehende Antriebsmoment des Motors von über 250 Nm resultiert aus dem
mit dem Kickdown provozierten Gasstoß, der zur Kompensation bzw.
zum Ausgleich der dynamischen Achslastverteilung herangezogen werden
soll.
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In 7 ist
wiederum in Teilfiguren a) bis d) die Geschwindigkeit der vier Räder des
Kraftfahrzeuges gezeigt. Die dicke bzw. kräftiger durchgezogene Linie
zeigt die Simulation ohne Kickdown. Die dünne bzw. schwächer durchgezogene
Linie zeigt die Simulation mit Kickdown. Diese Farbaufteilung wird für alle weiteren
Figuren, die Simulationsdaten zeigen, beibehalten.
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Bei
allen vier Rädern
ist in 7 eine Abnahme der Radgeschwindigkeit über der
Zeit nach Einsetzen der Vollbremsung erkennbar, wobei der Kickdown
keinen Einfluss auf die abnehmende Geschwindigkeit erkennen lässt. Die
Radgeschwindigkeiten stimmen sowohl bei der Simulation ohne Kickdown
als auch bei der Simulation mit Kickdown sehr gut miteinander überein und
zeigen deutlich die erzielte Verbesserung im Anbremspunkt an der
Vorderachse (Schlupfeinlauf) aufgrund des Kickdowns. Eine Beschleunigung
des Fahrzeugs findet damit trotz des Kickdowns nicht statt.
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Anders
ist dies bei der in 8 gezeigten Situation. Teilfigur
a) zeigt den Nickwinkel des Fahrzeugs über der Zeit und Teilfigur
b) die Nickrate über der
Zeit. Hier wird sehr gut erkennbar, dass der Nickwinkel bei einer
Vollbremsung mit Kickdown deutlich geringer ausfällt und schwächer nachschwingt
als der Nickwinkel ohne Kickdown. Gleichermaßen fällt die Nickrate geringer aus
und schwingt schwächer nach
bzw. klingt schneller ab. Damit ist bereits belegt, dass das erfindungsgemäße Verfahren
geeignet ist, eine Kompensation bzw. Verbesserung der dynamischen
Achslastverlagerung durch einen Gasstoß beispielsweise bei einer
Vollbremsung zu erzwingen.
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In 9 ist
die zur in 6 bis 11 geschilderten
Situation zugehörige
Aufstandskraft an den jeweiligen Rädern in den Teilfiguren a)
für vorne links
bis d) für
hinten rechts gezeigt. Hierbei ist augenfällig, dass die dünne bzw.
schwächer
durchgezogenen Linien für
die Simulation mit Kickdown bei den vorderen Rädern etwas weniger ausschlagen und
damit geringere Aufstandskräfte
veranschaulichen als ohne Kickdown (dicke bzw. kräftiger durchgezogene
Linie). Das bedeutet, das dort das normalerweise aufgrund der dynamischen
Achslastverlagerung nach vorne beim Abtauchen des Fahrzeugs zu erwartende
Erreichen eines kritischen Zustandes der Aufstandskraft unterbunden
bleibt. Umgekehrt wird anhand der Aufstandskräfte an den hinteren Rädern erkennbar,
dass diese direkt im Anbremspunkt wesentlich höher sind bei einer Situation
mit Kickdown als ohne Kickdown, so dass dort zusätzlich deutlich bessere Bremskräfte übertragen
werden können, was
insgesamt zu einer stabileren Fahrsituation führt.
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Dabei
ist zu 8 weiter anzumerken, dass der zu einem Zeitpunkt
von 1,94 Sekunden nach Beginn der Messung ausgeführte Kickdown zu einer Reduzierung
des Nickwinkels von wenigstens 10 Prozent führt.
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Weiterhin
ist zur 9 anzumerken, dass die beiden
Vorderräder
ohne Kickdown Reifenaufstandskräfte
von über
8000 Newton verkraften müssen,
wobei damit der lineare Übertragungsbereich des
Reifens verlassen und ein kritischer Bereich erreicht ist. Demgegenüber bleibt
die Aufstandskraft mit Kickdown gerade knapp um 8000 Newton, so dass
diese noch im linearen Bereich ist. Damit ist ein verbessertes Fahrverhalten
in dieser Situation erzielbar. Zudem zeigen Teilfiguren c) und d),
dass auf den Hinterrädern
in umgekehrter Weise eine Zunahme von wenigstens 200 Newton an Aufstandskraft
zu verzeichnen ist gegenüber
einer Simulation ohne Kickdown, was dementsprechend eine zusätzliche Übertragung
von Bremskräften
und Seitenführungskräften bedeutet.
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Insgesamt
ergibt sich hieraus, dass durch die Beeinflussung des Antriebsmoments
eine Verlagerung der Achslast zumin dest teilweise kompensiert werden
kann. Da die Radaufstandskraft an der Vorderachse verringert wird,
kommt der Reifen nicht so weit oder gar nicht in den Grenzbereich
seiner übertragbaren
Längskräfte. Im
Grenzbereich kann der Reifen auf Grund der bereits erhöhten Aufstandskraft nicht
mehr bzw. zusätzliche
Längskraft übertragen; viele
Reifen bauen in diesem Punkt sogar Längskraft ab. Diesen Effekt
kann man anhand der in 7 dargestellten Radgeschwindigkeiten
erkennen. Der Schlupfeinlauf an der Vorderachse im Anbremspunkt (bei
ca. 2 Sekunden) ist durch die teilweise Kompensation der dynamischen
Achslastverlagerung nicht so groß. Die Radaufstandskräfte an der
Hinterachse sind durch die Kompensation auch deutlich höher (vgl. 9).
Das ermöglicht
wiederum ein höheres Bremsdruckniveau
an der Hinterachse, was zu einer besseren Verzögerung führt (vgl. 10),
was letztlich verkürzte
Bremswege bedeutet. Das Bremsdruckniveau an der Vorderachse ist
ebenfalls besser, da der Reifen auf Grund der geringeren Radaufstandskraft
nicht überlastet
wird (vgl. 9 und 10). Dabei
läßt sich
aus 8 entnehmen, dass das Nickmoment durch die gezielte
Beeinflussung des Antriebsmoments im Anbremspunkt teilweise kompensiert
werden kann, wobei die Nickschwingung schneller abklingt.
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Lediglich
der Vollständigkeit
halber ist zu dieser Fahrsituation in 11 in
der zugehörigen
Teilfigur a) das ABS-Flag
und in der Teilfigur b) der VSC-Verlauf gezeigt.
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In 12 bis 17 wird
eine andere beispielhafte Fahrsituation entsprechend der erfolgten Messung
dargestellt. Ausgehend von einer Geschwindigkeit von 108 km/h und
einer anfänglichen Geradeausfahrt
wird ein im Regelbetrieb des ABS gebremstes Ausweichmanöver bzw.
das Umfahren von Pylonen in einer Links-Rechts-Kombination simuliert.
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In
analoger Weise zu 1 ist in 12 in der
Teilfigur a) die Stellung des Gaspedals in Prozent über der
Zeit abgebildet. In Teilfigur b) ist die Stellung des Bremspedals über der
Zeit abgebildet. Dort ist erkennbar, dass in etwa zum Zeitpunkt
0,8 Sekunden seit Beginn der Messung das Bremspedal vollständig schlagartig
durchgedrückt
wird. Dementsprechend geht aus Teilfigur c) hervor, dass der Bremszylinderdruck,
der dort in bar abgebildet ist, entsprechend aufbaut. In Teilfigur
d) ist der Lenkwinkel gezeigt. Aus diesem Verlauf geht hervor, dass
das Umfahren der Pylonen mit der Vollbremsung beginnt.
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In 13 ist
in Teilfigur a) die zugehörige Referenzgeschwindigkeit
gezeigt. Die dünne
bzw. schwächer
durchgezogene Linie zeigt wiederum die Messung, so wie dies vorher
bei 2 der Fall war. Die dicke bzw. kräftiger durchgezogene
Linie zeigt die Simulation. Simulation und Messung passen sehr gut überein.
In Teilfigur b) ist das anliegende Antriebsmoment des Motors dargestellt.
Auch hier stimmen Messung (dünne
bzw. schwächer
durchgezogene Linie) und Simulation (dicke bzw. kräftiger durchgezogene
Linie) gut überein.
Erneut ein Beleg für
die Anwendbarkeit des genutzten Rechenmodells.
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In 14 ist
wiederum der Verlauf der jeweiligen Radgeschwindigkeiten über der
Zeit in den Teilfiguren a) für
vorne links bis d) für
hinten rechts gezeigt.
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Dementsprechend
ist in 15 in den Teilfiguren a) bis
d) der am jeweiligen Rad vorne links bis hinten rechts aufbaubare
Bremsdruck einmal in der Messung (dünne bzw. schwächer durchgezogene
Linie) und einmal in der Simulation (dicke bzw. kräftiger durchgezogene
Linie) dargestellt. Auch hier stimmen Messung und Simulation überraschend
gut überein und
können
für weitere
Simulationen herangezogen werden.
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Lediglich
der Vollständigkeit
halber ist in 16 in Teilfigur a) das ABS-Flag über der
Zeit sowohl für
die Simulation wie auch für
die Messung und in Teilfigur b) der VSC-Verlauf dargestellt.
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17 gibt
dann in Teilfigur a) die Gierrate über der Zeit wieder und Teilfigur
b) die Querbeschleunigung, wobei die Messung mit einer dünnen bzw.
schwächer
durchgezogenen Linie und die Simulation in einer dicken bzw. kräftiger durchgezogenen Linie
ausgeführt
ist. Der Verlauf der Querbeschleunigung folgt der zu erwartenden
Bahn entsprechend der gefahrenen Pylonenkombination. Gleiches gilt
für die
dabei auftretende Gierrate, welche die Drehung des Fahrzeugs um
seine Hochachse darstellt.
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Die
in 12 bis 17 geschilderte
Fahrsituation mit einer Ausgangsgeschwindigkeit von 108 km/h und
einer schlagartig erfolgenden Vollbremsung beim Umfahren von Pylonen
bzw. im Zuge eines Ausweichmanövers
wurde mit einer Bereifung der Marke Bridgestone vom Typ Turanza
215/55/R16 mit einem Reifendruck von 2,7 bar auf den Vorderrädern und
3,2 bar auf den Hinterrädern
und einem Reibkoeffizienten μ =
1,1 zwischen der Aufstandsfläche
und der trockenen Straße
gemessen bzw. simuliert.
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Die
zuvor in 12 bis 17 dargestellte Fahrsituation
wird in 18 bis 23 als
Simulation ohne Kickdown (dicke bzw. kräftiger durchgezogene Kurve)
und als Simulation mit Kickdown (dünne bzw. schwächer durchgezogene
Kurve) mit Beginn der Vollbremsung gezeigt, um damit zu verdeutlichen, dass
aufgrund des bei Beginn des Bremsvorgangs angesetzten Kickdown und
des daraus resultierenden schlagartig für kurze Zeit anliegenden Motordrehmoments
eine Verbesserung der Fahrsituation erzielbar ist.
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In 18 ist
in der Teilfigur a) die Referenzgeschwindigkeit über der Zeit dargestellt. Die
dicke bzw. kräftiger
durchgezogene Linie zeigt die Simulation ohne Kickdown, die dünne bzw.
schwächer durchgezogene
Linie zeigt die Simulation mit Kickdown. Dementsprechend ist in
Teilfigur b) das Antriebsmoment in Nm über der Zeit in Sekunden dargestellt.
Der Kickdown erfolgt etwa bei etwas um 0,8 Sekunden nach Beginn
der Simulation gemäß der gezeigten
Zeitdarstellung. Dabei hat der Kickdown mit Aufbau des gesamten
Antriebsmoments bis knapp über
250 Newtonmeter und anschließendem schlagartigem
Abfall desselbigen wieder herunter auf hier im geschilderten Beispiel –50 Newtonmeter
eine zeitliche Ausdehnung von etwas um 0,4 Sekunden.
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Bereits
aus 19 wird in der Teilfigur a) deutlich, dass der
für das
Umfahren eines Hindernisses gewollte bzw. erzielbare Querversatz
des Fahrzeugs in y-Richtung bei der Simulation mit Kickdown stärker ausgeprägt ist,
als bei der Simulation ohne Kickdown. Das bedeutet, dass ein Fahrzeug
aufgrund des Kickdowns besser lenkbar bleibt und damit die Pylonen
besser umfahren bzw. einem Hindernis besser ausgewichen werden kann.
Dieses Bild ergibt sich auch aus der Teil figur b) in welcher der
Querversatz des Fahrzeuges über
der Zeit dargestellt ist. Auch dort zeigt die Simulation mit Kickdown
ein besseres Fahrverhalten und damit eine bessere Beherrschbarkeit
des Fahrzeugs, als die Simulation ohne Kickdown.
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Aus
den 20 gezeigten Teilfiguren a) bis d), welche erneut
die Radgeschwindigkeit über
der Zeit der Räder
von vorne links bis hinten rechts zeigen, ist erkennbar, dass der
Kickdown keinen Einfluss auf den Verlauf der Radgeschwindigkeiten
hat. Eine ungewollte Beschleunigung des Fahrzeugs ist de facto ausgeschlossen.
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In 21 ist
die zu dieser Fahrsituation simulierbare Kurve des Nickwinkels in
der Teilfigur a) über
der Zeit dargestellt. Auch hier ist deutlich, dass der Nickwinkel
bei der Simulation mit Kickdown einen glatteren bzw. ruhigeren Verlauf
zeigt und damit ein besseres Beherrschen des Fahrzeugs in Aussicht stellt.
In analoger Weise ist in Teilfigur b) die Nickrate abgebildet. Auch
diese lässt
ein gutmütigeres
Verhalten des Fahrzeugs bei einer Simulation mit Kickdown vermuten.
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In 22 ist
wiederum wie bereits zuvor in 9 in den
Teilfiguren a) für
vorne links bis d) für hinten
rechts die Aufstandskraft in Newton über der Zeit in Sekunden abgebildet.
Aus dieser Darstellung geht besonders gut hervor, dass bei der Simulation mit
Kickdown (dünne
bzw. schwächer
ausgeführte Kurve)
auf den vorderen Rädern
die extrem hohen Aufstandskräfte
ohne Kickdown (dicke bzw. kräftiger durchgezogene
Kurve) gezielt reduziert werden können, was dazu führt, dass
diese Räder
nicht so weit in einen kritischen Übertragungsbereich abwandern. Damit
können
wesentlich höhere
Bremskräfte übertragen
werden. Zudem ist gerade in Teilfigur b) feststellbar, dass eine
Zunahme der Aufstandskraft im zweiten Maximum um etwa 300 Newton
höher ausfällt als
ohne Kickdown, so dass eine Vergleichmäßigung der übertragbaren Bremskräfte erzielbar
wird. Zudem geht aus Teilfigur c) und d) gut hervor, dass auf der
Hinterachse höhere
Bremskräfte übertragbar werden
und sich die übertragbaren
Bremskräfte
und Aufstandskräfte
vergleichmäßigen, so
dass auf der kurvenäußeren Seite
bessere Bremsreaktionskräfte erzielbar
sind.
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Dieser
Effekt wird in 23 in den Teilansichten a) bis
d) für
das vordere linke Rad bis zum rechten hinteren Rad hinsichtlich
der übertragbaren Seitenkräfte deutlich
bestätigt.
Wie Teilfigur b) entnehmbar ist, kann beim ersten Anstieg der Seitenkraft
etwa 300 Newton Seitenkraft mehr auf dem vorderen rechten Rad übertragen
werden bei einer Simulation mit Kickdown als ohne. Gleiches gilt
für das rechte
hintere Rad wo ebenfalls etwa 300 Newton mehr an Seitenkraft übertragen
werden können.
Dies führt
zu einer stabileren und sichereren Fahrsituation.
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In 24 bis 30 wird
eine weitere beispielhafte Situation dargestellt. Hierbei wird eine Rechtskurve
gefahren mit einer Geschwindigkeit von 100km/h und es setzt schlagartig
eine Vollbremsung mit ABS ein, wobei die in fett bzw. kräftiger durchgezogenen
Linien die Simulationen ohne Kickdown und die in schmal bzw. schwächer durchgezogenen
Linien wiederum die Simulationen mit Kickdown veranschaulichen.
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Dementsprechend
ist in 24 (wie zuvor in 6 und
in 18) in der dortigen Teilfigur a) die Referenzgeschwindigkeit
in km/h über
der Zeit und in Teilfigur b) das Antriebsmoment in Nm über der
Zeit in Sekunden abgetragen. Hier setzt der Kickdown etwa 1,94 Sekunden
ab Beginn der Simulation ein und erhöht schlagartig das Antriebsmoment
des Motors von zuvor knapp unter 50 Newtonmeter auf deutlich über 250
Newtonmeter welches kurz darauf nach etwa 0,3 bis 0,4 Sekunden wieder
von zuvor etwas über
250 Newtonmeter herunter fällt
auf dann wieder etwa 50 Newtonmeter.
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In 25 ist
die Teilfigur a) die Gierrate über der
Zeit abgebildet. Teilfigur b) zeigt die Längsbeschleunigung über der
Zeit. Teilfigur c) zeigt die Querbeschleunigung über der Zeit. Schließlich ist
in Teilfigur d) der Schwimmwinkel über der Zeit abgetragen.
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In 26 ist
wiederum wie in 7 und in 20 zuvor
die Geschwindigkeit der Räder
in Teilfiguren a) für
das vordere linke Rad bis d) für
das hintere rechte Rad abgebildet. Auch hier ist wieder erkennbar,
dass die Radgeschwindigkeiten bei der Simulation ohne Kickdown in
dicker bzw. kräftiger durchgezogener
Linie und bei der Simulation mit Kickdown in dünner bzw. schwächer durchgezogener Linie
nicht wesentlich voneinander abweichen und übereinstimmen. Eine Veränderung
der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist durch den Kickdown also auch
bei Kurvenfahrt und bei den anderen Betriebszuständen grundsätzlich ausgeschlossen.
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In 27 ist
in Teilfigur a) für
das vordere linke Rad bis Teilfigur b) das hintere rechte Rad erneut der
Bremsdruck für
die beiden simulierten Situationen mit und ohne Kickdown abgebildet,
wie dies zuvor bei 10 der Fall war. Dabei ist deutlich
erkennbar, dass auf den hinteren Rädern bei der Simulation mit
Kickdown mit Einsetzen der Vollbremsung und dem Kickdown ein wesentlich
höherer
Bremsdruck erzielbar ist, als ohne Kickdown.
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Dementsprechend
ist aus 28 aus der dortigen Teilfigur
a), die den Nickwinkel über
der Zeit zeigt, erkennbar, dass der Kickdown etwa 1,94 sek. ab Beginn
der Simulation einsetzt und zu einem wesentlich gedämpfteren
Verlauf des Nickwinkels und einer Verflachung dessen Amplitude wie
auch zu einer leichten Beruhigung dessen Frequenz führt. Gleiches
gilt für
die Nickrate, die in Teilfigur b) abgebildet ist. Dabei ähnelt die
Situation in 28 wiederum der in 8 und 21 geschilderten
Situation, jedenfalls was qualitativ die positive Bewertung der
Simulation mit Kickdown und die damit überraschend mögliche Ausgleichung
der dynamischen Achslastverlagerung beim Abtauchen eines Kraftfahrzeuges über die
Vorderräder
beim Bremsen bzw. bei Kurvenfahrt durch den ausgeprägten Gasstoß bzw. Kickdown
angeht.
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In 29 ist
dann in Teilfiguren a) bis d) die Aufstandskraft am linken vorderen
Rad bis zum rechten hinteren Rad gezeigt. Beim linken Vorderrad
ist eine Aufstandskraftzunahme im mittleren Verlauf von 200 Newton
auf der Außenseite
zu verzeichnen. Beim rechten Vorderrad ist eine Abnahme von 300 Newton
im mittleren Verlauf auf der inneren Seite zu verzeichnen. Beim
linken Hinterrad ist im mittleren Verlauf eine Zunahme von 800 Newton
an Aufstandskraft auf dem äußeren Rad
zu verzeichnen und dementsprechend wie in Teilfigur d) erkennbar
auf dem rechten hinteren Rad eine Zunahme von wenigstens 150 Newtonmeter
auf der inneren Seite feststellbar. Das bedeutet, dass selbst in
dieser Situation, wo üblicherweise
ohne Kickdown das rechte Hinterrad abheben würde, dieses nun noch eine gute
Bodenhaftung hat, so dass es ebenfalls Kräfte übertragen kann. Die in 29 geschilderte
Situation ähnelt qualitativ
der in 9 gezeigten Situation wie auch der in 22 veranschaulichten
Situation.
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In 30 ist
dann die Seitenkraft der Räder von
vorne links in Teilfigur a) bis hinten rechts in Teilfigur d) veranschaulicht.
Auch hieraus geht hervor, dass bei der Simulation mit Kickdown am
vorderen linken Rad eine Zunahme von 400 Newton an übertragbarer
Seitenkraft zu verzeichnen ist. Beim vorderen rechten Rad kann eine
Zunahme der übertragbaren
Seitenkraft von 200 Newtonmeter verzeichnet werden. Am hinteren
linken Rad ist eine Zunahme von 400 Newton an übertragbarer Seitenkraft feststellbar
und am rechten hinteren Rad ist eine Zunahme von 200 Newton an übertragbarer
Seitenkraft zu verzeichnen. Dabei gelingt es sogar die bei der Simulation
ohne Kickdown gegen Null gehende übertragbare Seitenkraft wieder
in eine übertragbare
Seitenkraft von wenigsten 200 Newton zu wandeln.
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Auch
aus der in 24 bis 30 geschilderten
Situation einer Kurvenfahrt rechts herum mit einer Geschwindigkeit
von 100km/h und einer schlagartig einsetzenden Vollbremsung ist
entnehmbar, dass beim erfindungsgemäßen Verfahren ein zumindest
teilweiser Ausgleich der dynamischen Achslastverlagerung beim Abtauchen
des Fahrzeugs über dessen
Vorderräder
durch das Applizieren eines Gasstoßes bzw. durch das gezielte
provozieren eines Kickdown mit dem dadurch erzwungenen Abrufen eines
kurzzeitigen, näherungsweise
maximalen Motordrehmoments ermöglicht
wird. Dies führt
zu einer wesentlichen Verbesserung der Fahrsituation. Das Fahrzeug
wird besser beherrschbar. Das Handling wird einfacher. Gefahrensituationen
können
besser überstanden
werden.
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Dabei
haben die Seitenführungskräfte an der Hinterachse
einen wesentlichen Einfluß auf
die Stabilität
des Kraftfahrzeuges. Die Seitenführungskraft über Radaufstandskraft – Kennlinie
weist im Bereich der vorliegenden Radaufstandskräfte an der Hinterachse eine
große
Steigung auf. Das heißt,
dass eine geringe Änderung
der Radaufstandskraft eine große Änderung
der Seitenführungskraft
hervorruft. Dementsprechend kann man durch die Kompensation der dynamischen
Achslastverlagerung beim Bremsen in der Kurve eine höhere Seitenfüh rungskraft
erreichen; das Fahrzeug wird so beim Kurvenbremsen stabiler. Des
weiteren kann man mit der beschriebenen Vorgehensweise die Übersteuerreaktion
(ggf. einen Schlingern oder Schleudern) eines Fahrzeugs verringern.
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Schließlich ist
in 31 der Nickwinkel in Grad über der Zeit in Sekunden abgebildet,
bei einer Situation, wie sie zuvor beispielsweise in 8 diskutiert
worden ist. Die dünn
bzw. schwächer
durchgezogene Linie „A" zeigt den Nickwinkelverlauf
ohne Kickdown. Die dick bzw. kräftig
durchgezogenen Linie „B" zeigt den Nickwinkelverlauf
bei einem Kickdown exakt zum Anbremszeitpunkt. Die dünn bzw. schwächer strichpunktierte
Linie „C" zeigt den Verlauf des
Nickwinkels bei einem Kickdown, der 0,1 Sek. nach dem Anbremspunkt
einsetzt. Die dick bzw. kräftig
gestrichelte Linie „D" zeigt den Nickwinkelverlauf bei
einem Kickdown, der 0,2 Sek. nach dem Anbremspunkt einsetzt. Schließlich veranschaulicht
die mittelstark strichpunktierte Linie „E" den Nickwinkelverlauf bei einem Kickdown
der 0,3 Sek. nach dem Anbremspunkt einsetzt. Insgesamt ist hieraus
qualitativ erkennbar, dass der Kickdown einen positiven Einfluss
auf den Verlauf des Nickwinkels hat. Dieser kann einerseits in der
Amplitude gedämpft
und andererseits im Verlauf geglättet
werden bzw. klingt schneller ab. Zudem ist aus 31 entnehmbar, dass
ein besonders guter Nickwinkelverlauf und damit eine deutliche Verbesserung
gegenüber
einem Bremsvorgang ohne Kickdown dann erzielt werden kann, wenn
der Kickdown in etwa in einem Zeitfenster von 0,05 Sekunden bis
1,5 Sekunden, bevorzugt etwa um 0,1 Sekunden nach dem Anbremspunkt
erfolgt.
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Die
vorliegende Erfindung schafft damit erstmals ein Verfahren zum wenigstens
teilweisen Ausgleichen der dynamischen Achslastverlagerung beim Abtauchen
eines Teils einer Kraft fahrzeuglast über wenigstens ein Vorderrad.
Dabei wird zum Ausgleichen eine Antriebsmomentenanforderung appliziert. Die
Antriebsmomentenanforderung wird im Falle einer Vollbremsung bei
der Vollbremsung und im Falle einer instabilen Kurvenfahrt bei der
Kurvenfahrt ausgelöst.
Darüber
hinaus schlägt
die vorliegende Erfindung erstmals einen Mikroprozessor wie auch
ein Steuergerät
zur Durchführung
dieses erfindungsgemäßen Verfahrens
vor. Ferner wird ein Antriebskonzept angegeben, das mit einem solchen
Steuergerät oder
einem solchen Mikroprozessor ausgerüstet ist. Schließlich wird
eine Software zur Durchführung
des Verfahrens benannt. Nicht zuletzt wird ein Kraftfahrzeug mit
einem solchen Steuergerät
oder einem solchen Mikroprozessor ausgerüstet zur Ausführung der Software
zur Durchführung
des erfindungsgemäßes Verfahrens
angegeben.
-
31
-
- A
- dünne bzw.
schwächer
durchgezogene Kurve
- B
- dicke
bzw. kräftiger
durchgezogene Kurve
- C
- dünne bzw.
schwächer
strichpunktierte Kurve
- D
- dicke
bzw. kräftig
gestrichelte Kurve
- E
- mittelstark
strickpunktierte Kurve