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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines insbesondere schlagartigen Luftdruckabfalls in mindestens einem lenkbaren Fahrzeugreifen sowie ein Erkennungssystem und ein Fahrzeug, die jeweils zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet und ausgebildet sind.
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Stand der Technik
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In 1 ist unter anderem der übliche Aufbau eines elektromechanisch arbeitenden Servo-Lenksystems 16 eines Kraftfahrzeugs dargestellt, welches ein Lenkrad 1 aufweist, das über einen ersten Abschnitt 2 einer Lenksäule 13 mittels eines oder mehrerer Kreuzgelenke 7 mit einem zweiten Abschnitt 3 der Lenksäule 13 verbunden ist. Die Lenksäule 13 überträgt das von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs auf das Lenkrad 1 aufgebrachte Moment auf ein Zahnrad 6, das in eine Zahnstange 8 einer Spurstange 18 eingreift, die horizontal zur Achse des Fahrzeuges zwischen zwei gelenkten Rädern 11, jeweils mit einem Fahrzeugreifen 17, angeordnet ist. Das Zahnrad 6 kann auch durch eine beliebige andere mechanische Übertragungseinheit gebildet sein; so zum Beispiel durch eine Schneckenwelle. Jedes gelenkte Rad 11 bzw. jeder gelenkte Fahrzeugreifen 17 ist in der Lage, sich bei einer linearen Bewegung der Zahnstange 8 bzw. der Spurstange 18 um eine zumindest im Wesentlichen vertikale Drehachse A zu drehen, wobei das gelenkte Rad 11 über die Zahnstange 8 der Spurstange 18 durch einen Servomotor 9 angetrieben wird.
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Für das Servo-Lenksystem 16 weist das Fahrzeug eine Servo-Steuerungsvorrichtung auf, die dazu dient, auf die Zahnstange 8 eine Kraft auszuüben, die in der gleichen Richtung wirkt wie die Kraft des Zahnrads 6, wodurch dem Fahrer des Fahrzeugs das Drehen des Lenkrads 1 erleichtert wird. Die Servo-Steuerungsvorrichtung umfasst eine elektronische Steuereinheit 12 und einen Servomotor 9, dessen Ausgangsmoment von der elektronischen Steuereinheit 12 gesteuert wird, welches ein ein Hilfsmoment repräsentierendes Sollwertsignal S an den Servomotor 9 liefert, der dieses sodann in ein Ausgangsmoment umsetzt. Das Ausgangsmoment des Servomotors 9 wird mittels einer nicht dargestellten Antriebswelle des Servomotors 9 auf die Zahnstange 8 und damit an die Räder 11 übertragen. Aufgrund der erheblichen zu übertragenden Kräfte wirkt die Antriebswelle des Servomotors 9 in der Regel über ein nicht näher dargestelltes Kugelgetriebe 14 auf die Zahnstange 8.
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Die Abtriebswelle des Servomotors 9 ist somit über das Kugelgetriebe 14, die Zahnstange 8 und das Zahnrad 6 mechanisch mit der Lenksäule 13 verbunden. Die mechanische Verbindung zwischen der Abtriebswelle und der Lenksäule 13 kann aber auch direkt erfolgen, indem die Abtriebswelle an der Lenksäule 13 über ein geeignetes Getriebe direkt angreift. In dem Fall würde der Servomotor 9 an der Lenksäule 13 angeordnet sein. Die Abtriebswelle des Servomotors 9 unterstützt dabei den Lenkeinschlag des Lenkrads 1, indem der Servomotor 9 mittels der vorstehend genannten mechanischen Einrichtungen auf die Lenksäule 13 ein Hilfsmoment ausübt, das direkt von dem Ausgangsmoment des Servomotors 9 und folglich von dem entsprechenden Sollwertsignal S abhängt.
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Die Steuereinheit 12 ist in der Regel derart aufgebaut, dass sie aufgrund der ankommenden Eingangsignale, z. B. des mittels eines Drehmomentsensors 4 gemessenen Drehmomentes DM der Lenksäule 13 und/oder des mittels eines Drehwinkelsensors 5 gemessenen Drehwinkels DW der Lenksäule 13 den Wert des durch den Servomotor 9 auszuübenden Hilfsmomentes berechnet und das entsprechende Sollwertsignal S an den Servomotor 9 ausgibt. Mit Hilfe geeigneter, in der Steuereinheit 12 abgelegter Berechnungsalgorithmen wird dabei das Hilfsmoment in der Regel derart bestimmt, dass in Abhängigkeit von dem Drehwinkel DW der Lenksäule 13 und einem von einem Lenkwinkelsensor 15 gemessenen Lenkwinkel LW der Räder 11 bzw. der Fahrzeugreifen 17 ein von dem Servomotor 9 aufzubringendes Hilfsmoment bestimmt wird. Der Wert des Hilfsmoments wird derart bestimmt, dass hinsichtlich des insgesamt zur Lenkbetätigung der Räder aufzubringenden Moments am Lenkrad ein Restmoment übrig bleibt, welches von dem Fahrer gut beherrschbar ist.
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Es sind weitere Ausgestaltungen von elektromechanischer Servo-Lenksysteme 16 bekannt geworden, bei denen die mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad 1 und der Zahnstange 8 aufgetrennt ist. Die Übertragung der Lenkbewegung zwischen der Lenksäule 3 und der Zahnstange 8 bzw. der Spurstange 18 erfolgt dann mittels einer elektrischen Übertragungseinheit. Bei diesen so genannten Steer-By-Wire Lenksystemen müssen die gewöhnlich von dem Lenkrad 1 auf die Zahnstange 8 aufzubringenden Kräfte und Momente durch entsprechende elektrisch arbeitende Geräte nachgebildet werden. Die zuvor erläuterten grundsätzlichen Prinzipien bleiben dabei allerdings erhalten.
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Weitere Unterstützung erhält der Fahrer eines Fahrzeuges beispielsweise durch elektronische Überwachungssysteme des Fahrzeuges. Dazu zählen neben ESP oder ABS auch Verfahren zum Schutz von Fahrzeuginsassen bei einem Luftdruckabfall in mindestens einem Fahrzeugreifen
17. Ein derartiges Verfahren ist aus der
DE 10 2005 022 405 A1 bekannt, welches zur Erkennung eines Luftdruckabfall in mindestens einem Fahrzeugreifen
17, dessen Reifendruck direkt oder indirekt gemessen wird, eingerichtet ist, indem einem bei Unterschreiten eines Druckmindestwertes und/oder bei Überschreiten eines bestimmten Druckgradienten des Reifendrucks das Fahrzeug in einen sicheren Betriebszustand gebracht wird. Die Erfassung der Reifendruckinformation erfolgt dabei basierend auf Raddrehzahlen oder Radgeschwindigkeiten, um im Falle einer kritischen Fahrsituation, z. B. einem schnellen Druckverlust oder einem Reifenplatzer, reversible Systeme und/oder Warneinrichtungen zu aktivieren. Die Raddrehzahlen oder die Radgeschwindigkeit werden mittels geeigneter Sensorik erfasst und einem CAN-Bus oder einem Steuergerät zur Verfügung gestellt. Das Verfahren sieht die Überwachung der Raddrehzahlen vor, welche bei einem geringeren Reifendruck oder einem Reifenplatzer ansteigen, da sodann der Abrollumfang des Rades geringer ist und somit die Drehzahl des Rades erhöht wird. Die Raddrehzahlen werden zueinander in Beziehung gestellt. Ergibt sich eine merklich größere Abweichung der Raddrehzahlen zueinander, lässt dies auf eine kritische Fahrsituation und/oder einen Reifenfülldruckverlust schließen.
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In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass die Erkennung eines Reifenplatzers mittels der Auswertung der Drehzahl der Fahrzeugreifen mit einer nicht zu vernachlässigen Verzögerung behaftet ist. Gerade bei Vorderreifen, die das Lenken des Fahrzeuges übernehmen, kann die Verzögerung der Erkennung und der folglich verzögerten Einleitung von Maßnahmen zur Überführung des Fahrzeuges in einen sicheren Zustand zu spät und deshalb nicht mehr erreichbar sein. Im ungünstigen Fall würde das Fahrzeug einen instabilen Zustand einnehmen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines alternativen Verfahrens, Systems und Fahrzeuges zur möglichst schnellen Erkennung von einem platzenden Fahrzeugreifen, das bzw. die möglichst ohne zusätzliche Sensoren oder mit ohnehin verhandenen Sensoren eines elektromechanischen Servo-Lenksystems auskommen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass es bei einem schlagartigen Luftdruckabfall in mindestens einem lenkbaren Fahrzeugreifen zu einer ebenfalls schlagartigen Veränderung der Kräfte, Momente und Drehwinkel im Lenksystem kommt. Ein Abfall eines Luftdrucks soll im Sinne der Erfindung synonym zu einem Abfall eines komprimierbaren, beliebigen anderen Gases innerhalb eines Fahrzeugreifens verstanden werden. Unter einem Lenksystem eines Fahrzeuges werden mechanischen Komponenten, wie beispielsweise das Lenkrad, die Spurstange und/oder ein Übertragungsgetriebe zwischen der Lenksäule und der Lenkstange, verstanden, die zur Übertragung der Lenkbewegung von dem Lenkrad auf die Fahrzeugreifen dienen. Kommt es in einem Fahrzeugreifen zu einem schlagartigen Luftdruckabfall, zum Beispiel durch ein Platzen des Fahrzeugreifens, gehen hiermit ein Kraftimpuls und/oder ein Momentenimpuls auf die Spurstange des Lenksystems einher. Anschaulich gesagt lässt sich der auftretende Impuls mit einem Anfahren eines Bordsteins („Rempler”) vergleichen. Die auf die Spurstange wirkenden Kräfte und Momente verändern sich also deutlich schneller als bei üblichen Fahrmanövern. Aufgrund des Luftdruckabfalls in dem Fahrzeugreifen ist dieser sodann nicht mehr oder nur zu einem geringen Maße dazu geeignet, die Gewichtskräfte des Fahrzeuges auf die Fahrbahn zu übertragen. Der verbleibende, lenkbare Fahrzeugreifen ist in diesem Fall größeren Normalkräften und Querkräften (hervorgerufen durch die Seitenführung des Fahrzeuges) ausgesetzt. In dem Lenksystem wird deshalb auch eine sehr starke Veränderung des Drehwinkels der Lenksäule und/oder der Zahnstange der Spurstange auftreten. Diese Veränderung des Drehwinkels überschreitet auch die während üblichen Fahrmanövern auftretenden Veränderungen des Drehwinkels.
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Um die zuvor genannten Informationen über die sich ändernden physikalischen Größen zu erhalten, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass mindestens ein auf das Lenksystem wirkendes Drehmoment mittels eines entsprechenden Sensors erfasst wird. Der Wert des Drehmoments wird an eine Steuereinheit des Fahrzeugs übermittelt. Alternativ oder ergänzend ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass mindestens ein Drehwinkel des Lenksystems mittels eines entsprechenden Sensors erfasst wird. Auch der Wert des Drehwinkels wird an die Steuereinheit übermittelt. Charakteristisch für einen insbesondere schlagartigen Luftdruckabfall in einem Fahrzeugreifen sind jedoch die zeitliche Veränderungen des Drehwinkels des Lenksystems und/oder die zeitliche Veränderung des auf das Lenksystem wirkenden Drehmoments. Vorteilhaft ist es deshalb vorgesehen, den Gradienten des mindestens einen Drehmoments bzw. den Gradienten des mindestens einen Drehwinkels auszuwerten. Unter dem Gradienten sei die erste oder zweite Ableitung des Signals nach der Zeit bzw. ein entsprechender Differenzialquotient zu verstehen. Bevorzugt werden diese Gradienten mittels der Steuereinheit berechnet. So kann beispielsweise durch die Steuereinheit aus dem Drehwinkel die Drehgeschwindigkeit und/oder die Drehbeschleunigung berechnet werden. Entsprechendes gilt für das Drehmoment.
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Wenn die Steuereinheit einen insbesondere schlagartigen Luftdruckabfall feststellt, erzeugt sie ein Erkennungssignal. Dies ist erfindungsgemäß beispielsweise dann der Fall, wenn ein Gradient des mindestens einen Drehmoments einen zugehörigen, bevorzugt vorbestimmten Drehmomentgradientenschwellwert erreicht oder überschreitet. Außerdem wird das Erkennungssignal von der Steuereinheit beispielsweise dann erzeugt, wenn ein Gradient des mindestens einen Drehwinkels einen zugehörigen Drehwinkelgradientenschwellwert erreicht oder überschreitet. Vorteilhaft sind der Drehmomentgradientenschwellwert und/oder der Drehwinkelgradientenschwellwert jeweils so gewählt, dass dieser bei gewöhnlichen Fahrmanövern nicht erreicht wird. Eine sichere und schnelle Erkennung eines vorzugsweise schlagartigen Luftdrucksabfalls in einem Fahrzeugreifen ist somit gewährleistet.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind gegenüber den bereits in modernen Fahrzeugen ohnehin installierten Sensoren, wie beispielsweise für ein auf das Lenksystem wirkendes Drehmoment und/oder für einen Drehwinkel des Lenksystems, keine weiteren Sensoren erforderlich. Vielmehr können die oftmals ohnehin bereits vorhandene Sensoren verwendet werden, um eine sichere und schnelle Erkennung des Luftdruckabfalls zu ermöglichen. Besonders einfach kann das Verfahren in einem Fahrzeug umgesetzt werden, indem die Steuereinheit des Fahrzeuges entsprechend angepasst wird. Dies kann beispielsweise durch Anpassung der insbesondere durch Software implementierten Algorithmen erfolgen. Das Verfahren lässt sich deshalb auch besonders preiswert, einfach und schnell umsetzen.
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Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäße Verfahrens.
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Bevorzugt wird bzw. werden ein Drehwinkel einer Lenksäule des Lenksystems und/oder ein Lenkwinkel des mindestens einen Fahrzeugreifens und/oder ein Drehwinkel einer Spurstange des Lenksystems als der Drehwinkel des Lenksystems sensorisch erfasst. Der Drehwinkel des Lenksystems kann also an unterschiedlichen Stellen des Lenksystems erfasst werden. Durch die elektrische und/oder mechanische Kopplung der Komponenten des Lenksystems ist zumindest eine ähnlich hohe Erkennungsgüte gewährleistet. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, dass der Drehwinkel parallel an mehreren Stellen des Lenksystems sensorisch erfasst wird und jeder dieser derartig erfassten Drehwinkel zur Erkennung des Luftdruckabfalls verwendet wird. Insbesondere kann derjenige Sensorwert zur Erkennung des Luftdruckabfalls verwendet werden, welcher sich als erstes so verändert, dass aus ihm der Luftdruckabfall erkannt werden kann. Auch kann die Kombination mehrerer Sensorwerte verwendet werden, um eine Fehlinformation eines einzelnen Sensors auszuschließen und einen Luftdruckabfall durch die übereinstimmenden Informationen mehrerer, vorzugsweise wenigstens zweier Sensoren, sicher erkennen zu können.
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Entsprechende Zusammenhänge gelten für das auf das Lenksystem wirkende Drehmoment. Bevorzugt wird das auf die Lenksäule des Lenksystems wirkende Drehmoment als das Drehmoment des Lenksystems sensorisch erfasst. Alternativ oder ergänzend wird das auf die Spurstange des Lenksystems wirkende Drehmoment als das Drehmoment des Lenksystems sensorisch erfasst. Somit kann das Drehmoment an unterschiedlichen Stellen des Lenksystems erfasst werden. Eine parallele Erfassung von mehreren Drehmomenten ist ebenfalls möglich, wobei jedes erfasste Drehmoment zur Erkennung des Luftdruckabfalls verwendet werden kann.
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Werden mehrere Drehmomente und/oder Drehwinkel sensorisch erfasst, so ist es bevorzugt vorgesehen, dass der Gradient jedes der Drehmomente und/oder der Gradient jedes der Drehwinkel ermittelt wird. Außerdem ist es bevorzugt, dass zu jedem der Gradienten ein zugehöriger Drehmomentgradientenschwellwert bzw. ein zugehöriger Drehwinkelgradientenschwellwert vorgesehen ist. Somit ist eine besonders einfache und präzise Anpassung der Schwellwerte an die zugehörigen Gradienten möglich. Dies gewährleistet eine besonders präzise Erkennung eines Luftdruckabfalls in einem Fahrzeugreifen.
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Besonders bevorzugt ist das Lenksystem ein elektromechanisches Lenksystem. Derartige Lenksysteme werden für gewöhnlich bereits mit einer Mehrzahl von Sensoren überwacht. Insbesondere die kinematischen Bewegungen der mechanischen Komponenten von Steer-By-Wire Lenksystemen werden durch entsprechende Sensoren erfasst. Bei derartigen Lenksystemen bedarf es deshalb oftmals keiner weiteren, neuen Sensoren, um das erfindungsgemäße Verfahren in einem Fahrzeug zu implementieren.
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Besonders bevorzugt zeichnet sich das Verfahren zur Erkennung eines insbesondere schlagartigen Luftdruckabfalls dadurch aus, dass die Steuereinheit jeden Drehmomentgradientenschwellwert und/oder jeden Drehwinkelgradientenschwellwert in Abhängigkeit von einer sensorisch erfassten Temperatur, insbesondere der Fahrzeugumgebungstemperatur oder der Temperatur des Lenksystems, einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Fahrzeugbeschleunigung, einem erfassten Drehmoment des Lenksystems und/oder einem erfassten Drehwinkel des Lenksystems mittels eines Kennfelds oder eines Algorithmus ermittelt. Dieser individuellen Ermittlung des Drehmomentgradientenschwellwerts und/oder des Drehwinkelgradientenschwellwerts geht die Erkenntnis voraus, dass die dynamischen Eigenschaften eines Lenksystems von dem Fahrzeug selbst und der Fahrzeugumgebung beeinflusst werden können. Ist beispielsweise die Temperatur eines Übertragungsgetriebes zur Übertragung der Lenkbewegung von der Lenksäule auf die Spurstange besonders gering, so ist die Trägheit des Übertragungsgetriebes gegenüber Drehwinkelveränderungen besonders hoch. Mit anderen Worten ist die Dämpfung einer Drehbewegung besonders hoch. Dies wirkt sich auf den Gradienten des entsprechenden Drehwinkels aus. Dieser ist entsprechend geringer. Um eine besonders hohe Erkennungsgüte zu gewährleisten, ist es deshalb von Vorteil, wenn die Temperatur des Übertragungsgetriebes bei der Bestimmung des Drehmomentgradientenschwellwerts berücksichtigt wird. Sinngemäß gilt Entsprechendes für die zuvor genannten physikalischen Größen, in Abhängigkeit derer der jeweilige Schwellwert ermittelt wird.
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Bevorzugt wird das Erkennungssignal optisch oder akustisch durch das Fahrzeug ausgegeben. Diese Ausgabe kann an die Fahrzeugumgebung, beispielsweise durch ein Signalhorn und/oder durch eine Lichtanlage, beispielsweise durch die Blinker eines Fahrzeuges, erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann die Ausgabe in einem Fahrgastraum des Fahrzeuges, beispielsweise durch die Audioanlage und/oder durch Anzeigeelemente im Kombiinstrument des Fahrzeuges, erfolgen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeuges vorgeschlagen, das sich dadurch auszeichnet, dass ein Erkennungssignal gemäß einem der vorhergehend erläuterten Ausgestaltungen erzeugt wird, das Erkennungssignal an eine ESP-Steuereinheit des Fahrzeugs übermittelt wird, und die ESP-Steuereinheit das Fahrzeug in einen sicheren Betriebszustand bringt oder diesen aufrecht erhält.
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Die ESP-Steuereinheit des Fahrzeuges dient zur Stabilisierung des Fahrzeuges. Wird dieser ESP-Steuereinheit das Erkennungssignal übermittelt, kann die ESP-Steuereinheit entsprechende Steuereingriffe an dem Fahrzeug vornehmenden, so dass beispielsweise ein Ausbrechen des Fahrzeuges und/oder ein anderer instabiler Fahrzeugzustand verhindert wird. Das Erkennungssignal kann dabei neben dem Zustand des Fahrzeugreifens (nämlich über dessen drastischen Luftdruckabfall) auch ein Kennzeichenmerkmal des Fahrzeugreifens (beispielsweise vorderer linker Fahrzeugreifen) umfassen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ein Erkennungssystem zum Erkennen eines insbesondere schlagartigen Luftdruckabfalls in mindestens einem Fahrzeugreifen, der mittels eines Lenksystems eines Fahrzeuges lenkbar ist, vorgeschlagen, wobei das Lenksystem vorzugsweise ein Lenkrad, eine Lenksäule, eine Spurstange und eine Übertragungseinheit zum Übertragen einer Lenkbewegung von der Lenksäule auf die Spurstange umfasst, und wobei sich das Erkennungssystem durch mindestens einen Drehmomentsensor zur Erfassung eines auf das Lenksystem wirkendes Drehmoments, mindestens einen Drehwinkelsensor zur Erfassung eines Drehwinkels des Lenksystems, und eine Steuereinheit auszeichnet, die zum Empfang des mindestens einen erfassten Drehmoments und/oder des mindestens einen erfassten Drehwinkels mittels einer jeweiligen Signalverbindung mit jedem Drehmomentsensor bzw. Drehwinkelsensor verbunden ist, und die zum Ausführen des Verfahrens nach einem der vorangehend erläuterten Ausgestaltungen eingerichtet und ausgebildet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ein Fahrzeug mit einer Mehrzahl von Fahrzeugreifen, einem Lenksystem umfassend ein Lenkrad, eine Lenksäule, eine Spurstange und eine Übertragungseinheit zum Übertragen einer Lenkbewegung von der Lenksäule auf die Spurstange, und einer Steuereinheit vorgeschlagen, wobei mindestens einer der Fahrzeugreifen mittels eines Lenksystems lenkbar ist, und wobei das Fahrzeug ein Erkennungssystem nach einer der vorhergehenden Ausgestaltung umfasst.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Die zuvor beschriebenen Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnungen im Folgenden eingehend erläutert. In den Zeichnungen ist:
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1 eine grafische Darstellung eines Aufbaus eines Erkennungssystems umfassend ein Lenksystem eines Fahrzeuges,
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2 eine grafische Darstellung des auf ein Lenksystem wirkenden Drehmoments während eines schlagartigen Luftdruckabfalls in einem Fahrzeugreifen, und
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3 eine grafische Darstellung des zu dem Drehmoment aus 2 korrespondierenden Gradienten des Drehmoments während eines schlagartigen Luftdruckabfalls in einem Fahrzeugreifen.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Erkennungssystem dargestellt. Das Erkennungssystem umfasst dabei ein Lenksystem 16 eines Fahrzeuges. Bezüglich des Lenksystems 16, der Funktionsweise des Lenksystems 16, der Sensoren 4, 5, 15, der Steuereinheit 12 sowie der Signalpfade zwischen den Sensoren 4, 5, 15 und der Steuereinheit 12 wird auf die eingangs vorgebrachten Erläuterungen, soweit es zweckmäßig und sinnvoll ist, verwiesen.
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Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Zusammenschau der 1, 2 und 3 beschrieben. In der 2 ist das auf den zweiten Abschnitt 3 der Lenksäule 13 wirkende Drehmoment DM über die Zeit t dargestellt. Zu dem Zeitpunkt T1 findet ein schlagartiger Luftdruckverlust in einem lenkbaren Fahrzeugreifen 11 statt. Hierdurch wird zunächst zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 ein Anstieg des Drehmoments in der Lenksäule 13 verzeichnet. Daraufhin fällt das Drehmoment zwischen den Zeitpunkt T2 und T3 ab, um daraufhin zwischen den Zeitpunkten T3 und T4 wieder anzusteigen.
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Ein schlagartiger Luftdruckverlust an einem lenkbaren Fahrzeugreifen 11 verursacht also einen Drehmomentenausschlag, der vom Fahrer am Lenkrad 1 zumeist noch deutlich spürbar ist. Ziel der Erfindung ist es, solche für einen derartigen Luftdruckverlust charakteristische Drehmomentveränderung in ein Erkennungssignal zu überführen, um den Fahrer des Fahrzeuges zu warnen und ggf. Sicherheitsmaßnahmen einzuleiten. Dazu wird der entsprechende Signalverlauf des Drehmoments DM durch den Drehmomentsensor 4 erfasst und an die Steuereinheit 12 übertragen. Diese ermittelt aus dem Signalverlauf des Drehmoments DM den zugehörigen zeitlichen Gradienten des Drehmoments dDM/dt, also die zeitliche Ableitung des Drehmoments DM oder einen entsprechenden Differenzialquotienten.
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Um einen solchen charakteristischen Drehmomentanstieg von üblichen Veränderungen des Drehmoments DM, die während normalen Fahrmanövern auftreten, zu unterscheiden, wird der Gradient des Drehmoments dDM/dt mit einem Drehmomentgradientenschwellwert DG, und zwar vorzugsweise mit einem maximalen Drehmomentgradientenschwellwert DGmax und einem minimalen Drehmomentgradientenschwellwert DGmin, verglichen. Ab dem Zeitpunkt T1 überschreitet der Gradient des Drehmoments dDM/dt den maximalen Drehmomentgradientenschwellwert DGmax, so dass die Steuereinheit 12 ein Erkennungssignal erzeugt. Zu dem Zeitpunkt T2 fällt das Drehmoment DM stark ab, so dass der Wert des Gradients des Drehmoments dDM/dt kleiner ist als der minimale Drehmomentgradientenschwellwert DGmin und die Steuereinheit 12 ein Erkennungssignal erzeugt. Zur Vereinfachung ist es erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen, dass unter dem Gradienten des Drehmoments dDM/dt der Betrag des Gradienten des Drehmoments |dDM/dt| verstanden wird. Somit kann ein sicheres und einfaches Erzeugen des Erkennungssignals erfolgen, wenn der Betrag des Gradienten des Drehmoments |dDM/dt| einen Drehmomentgradientenschwellwert DG erreicht oder überschreitet. Wird hingegen der minimale Drehmomentengradientenschwellwert DGmin zur Erzeugung des Erkennungssignals berücksichtig, wird unter dem Überschreiten ein negatives Überschreiten verstanden.
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Ein insbesondere schlagartiger Druckabfall in einem lenkbaren Fahrzeugreifen 11 führt aufgrund der damit einhergehenden, sehr dynamischen Zustandsveränderungen des Fahrzeugreifens 11 hinsichtlich der übertragbaren Kräfte in Radialrichtung und Querrichtung oftmals auch zu einer sehr großen Veränderung des Drehwinkels in dem Lenksystem 16. Die Veränderung des Drehwinkels kann darüber hinaus auch durch einen Impuls eines platzenden Fahrzeugreifens 11 hervorgerufen werden. Ähnlich wie bei dem zuvor erläuterten Signalverlauf des Drehmoments DM wird auch der Signalverlauf des Drehwinkels des Lenksystems 16 bei einem schlagartigen Druckluftabfall in einem lenkbaren Fahrzeugreifen 11 mindestens einen sehr großen Ausschlag aufweisen. Ein solcher Signalverlauf ist charakteristisch für ein derartiges Ereignis, denn der zeitliche Gradient des Drehwinkels überschreitet sodann die unter üblichen Bedingungen auftretenden Gradienten des Drehwinkels. Es ist deshalb eine zu der Überwachung und Auswertung des Drehmoments analoge Überwachung und Auswertung des Drehwinkels des Lenksystems vorgesehen. Hierzu wird zunächst aus dem mittels des Drehwinkelsensors 5, 15 erfassten Drehwinkel des Lenksystems 16 der zugehörige zeitliche Gradient des Drehwinkels ermittelt. Dies kann mittels der Steuereinheit 12 erfolgen. Ein zu einem insbesondere schlagartigen Druckabfall korrespondierender Gradient des Drehwinkels wird dann mittels der Steuereinheit 12 erkannt, indem der Drehwinkel des Lenksystems 16 mit einem zugehörigen Drehwinkelgradientenschwellwert verglichen wird. Erreicht oder überschreitet der Gradient des Drehwinkels den zugehörigen Drehwinkelgradientenschwellwert, erzeugt die Steuereinheit 12 ein Erkennungssignal. Das Erkennungssignal gibt den unzulässigen bzw. kritischen Luftdruckabfall in dem lenkbaren Fahrzeugreifen 11 an. Das Erkennungssignal kann dazu auch die Information über den zugehörigen Fahrzeugreifen 11, also welcher der Mehrzahl der Fahrzeugreifen 11 betroffen ist, umfassen. Im Übrigen erfolgt die Auswertung des Gradienten des Drehwinkels in analoger Weise zu der Auswertung des Gradienten des Drehmoments dDM/dt. Dies gilt insbesondere für die Erläuterungen bezüglich des minimalen und maximalen Schwellwerts DGmin, DGmax bzw. bezüglich der betragsmäßigen Auswertung.
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Um eine Erkennung eines insbesondere schlagartigen Luftdruckabfalls in einem Fahrzeugreifen 11 möglichst ohne Fehler zu gewährleisten, zeichnet sich eine Variante der Erfindung dadurch aus, dass sowohl das auf das Lenksystem 16 wirkendes Drehmoment DM als auch der Drehwinkel DW des Lenksystems 16 ausgewertet werden und ein Erkennungssignal nur dann erzeugt wird, wenn ein Betrag des Gradienten des Drehmoments |dDM/dt| einen zugehörigen Drehmomentgradientenschwellwert DG erreicht oder überschreitet und ein Gradient des Drehwinkels einen zugehörigen Drehwinkelgradientenschwellwert erreicht oder überschreitet. Das Erkennungssignal wird also nur dann erzeugt, wenn beide Gradienten ihren zugehörigen Schwellwert erreichen oder überschreiten. Dies gewährleistet eine hohe Auswertungssicherheit.
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Um die Auswertesicherheit noch weiter zu erhöhen, werden noch weitere Sensoren 4, 5, 15 zur Erfassung von weiteren Drehwinkeln des Lenksystems 16 und/oder weitere auf das Lenksystem 16 wirkende Drehmomente sensorisch erfasst. Hierbei handelt es sich bevorzugt um redundante physikalische Größen, denn der Drehwinkel des Lenksystems 16 kann an unterschiedlichen Stellen mit einer jeweils voneinander abweichenden Übersetzung und/oder einer Zeitverschiebung erfasst werden. Besonders geeignet für eine schnelle Erkennung des schlagartigen Luftdruckabfalls sind fahrzeugreifennahe Sensoren, da diese die charakteristischen Größen mit einer besonders niedrigen Zeitverzögerung aufnehmen können. Hingegen sind an der Lenksäule 8 oftmals schon Sensoren zur Erfassung von einem Drehwinkel des Lenksystems 16 und zur Erfassung eines auf das Lenksystem 16 wirkenden Moments vorgesehen, die zur Erkennung des insbesondere schlagartigen Luftdruckabfalls verwendet werden können. Die Verwendung dieser Sensoren hätte also einen minimalen Mehraufwand zur Folge.
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Ist der Luftdruckabfall des mindestens einen Fahrzeugreifens 11 erkannt und ein entsprechendes Erkennungssignal mittels der Steuereinheit 12 erzeugt, wird das Erkennungssignal bevorzugt an eine ESP-Steuereinheit 19 des Fahrzeuges übermittel. Die ESP-Steuereinheit 19 leitet dann Maßnahmen zur Stabilisierung des Fahrzeuges ein, welche dann auch durch ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 12 erfolgen, die wiederum den Servomotor 9 stellen.
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Alternativ oder ergänzend wird das Erkennungssignal durch einen Signalgeber 20, innerhalb und/oder außerhalb des Fahrzeuges, ausgegeben. Der Signalgeber ist beispielsweise die Warnblinkanlage des Fahrzeuges.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005022405 A1 [0007]