DE102007037765B4

DE102007037765B4 - Kraftfahrzeug umfassend lenkbare Vorder- und Hinterräder

Info

Publication number: DE102007037765B4
Application number: DE200710037765
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Meitinger; Christoph Kossira
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2027-08-11
Also published as: DE102007037765A1

Abstract

Kraftfahrzeug (1) umfassend über ein Lenkrad (3) lenkbare Vorderräder (2) sowie über ein Stellelement automatisch lenkbare Hinterräder (4) sowie eine die Hinterradlenkung steuernde Steuerungseinrichtung, wobei bei einer Rückwärtsfahrt die Hinterräder (4) in Abhängigkeit des Lenkwinkels (γ) der Vorderräder (2) reversibel und stetig zwischen einer zu der Lenkstellung der Vorderräder (2) gleichsinnigen und gegensinnigen Lenkstellung verstellbar sind, in einem Lenkwinkelintervall zwischen 0° und einem vorbestimmten Grenzwinkel (α, α₁, α₂, α₃) mit zunehmendem Lenkwinkel (γ) die Hinterräder (4) ausgehend von einer Nullstellung zunächst zunehmend gleichsinnig bis zum Erreichen einer maximalen Auslenkung (β_max) und anschließend abnehmend bis zur Einnahme der Nullstellung bei Erreichen des Grenzwinkels (α, α₁, α₂, α₃) verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterräder im Lenkwinkelintervall zwischen dem vorbestimmten Grenzwinkel (α, α₁, α₂, α₃) und dem maximalen Lenkwinkel (γ) der Vorderräder mit zunehmendem Lenkwinkel (γ) zunehmend gegensinnig bis zum Erreichen der maximalen Auslenkung (–β_max) verstellbar sind, und dass ab einer vorbestimmten...

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug umfassend über ein Lenkrad lenkbare Vorderräder sowie über ein Stellelement automatisch lenkbare Hinterräder sowie eine die Hinterradlenkung steuernde Steuerungseinrichtung, wobei bei einer Rückwärtsfahrt die Hinterräder in Abhängigkeit des Lenkwinkels der Vorderräder reversibel und stetig zwischen einer zu der Lenkstellung der Vorderräder gleichsinnigen und gegensinnigen Lenkstellung verstellbar sind, in einem Lenkwinkelintervall zwischen 0° und einem vorbestimmten Grenzwinkel mit zunehmendem Lenkwinkel die Hinterräder ausgehend von einer Nullstellung zunächst zunehmend gleichsinnig bis zum Erreichen einer maximalen Auslenkung und anschließend abnehmend bis zur Einnahme der Nullstellung bei Erreichen des Grenzwinkels verstellbar sind.
Bei einer Rückwärtsfahrt mit einem üblichen Kraftfahrzeug, das lediglich eine Vorderradlenkung aufweist, verhält sich das Fahrzeug für den Fahrer ungewohnt, da bezogen auf die rückwärtige Fahrtrichtung quasi eine Hinterradlenkung gegeben ist. Für den Fahrer ergibt sich daraus ein instabiles Fahrverhalten, indem das Fahrzeug bei auch nur geringer Auslenkung der Vorderräder sofort zur Seite fährt, was vom Fahrer durch Gegenlenken zu korrigieren ist. Häufig kommt es zu einer Pendelbewegung. Speziell in engen Wegen bedarf es großer Konzentration, rückwärts zu fahren. Dies insbesondere, da der Fahrer sich üblicherweise nach hinten umdreht und das Fahrzeug nur mit einer Hand am Lenkrad lenkt. Ähnliches gilt beim Rückwärtseinparken in quer zur Fahrtrichtung versetzte Parklücken. Auch hier ergeben sich für den Fahrer aufgrund des infolge der Rückwärtsfahrt anders als bei einer Vorwärtsfahrt reagierenden Fahrzeugs beachtliche Probleme aufgrund des weit schwenkenden Vorderwagens und dem Umstand, dass der Fahrer die Bahnkurve der Hinterräder, resultierend aus der Vorderradauslenkung, üblicherweise nicht vorhersehen kann.
DE 41 10 107 C2 betrifft ein Hinterradlenksystem für ein Kraftfahrzeug, wobei die Hinterräder phasengleich zu den Vorderrädern gelenkt werden, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit über einem vorbestimmten Wert liegt, und die Hinterräder gegenphasig zu den Vorderrädern gelenkt werden, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter dem vorbestimmten Wert liegt. Hierbei ist eine Steuereinrichtung zur Lenkung der Hinterräder unter Zusammenwirkung mit einer Betätigungseinrichtung vorgesehen, wobei die Steuereinrichtung mit einem Lenkwinkelsensor verbunden ist, der einen über einen vorbestimmten Wert hinausgehenden starken Vorderrad-Lenkeinschlag erfasst Der Lenkwinkel der Hinterräder setzt sich im Wesentlichen aus zwei Komponenten zusammen, wovon sich eine Komponente auf das phasengleiche Lenken der Hinterräder zu den Vorderrädern und eine andere Komponente auf das gegenphasige Lenken der Hinterräder zu den Vorderrädern bezieht. Eine der beiden Komponenten wird überdies von der Steuereinrichtung dazu verwendet, die Betätigungseinrichtung korrigierend zu steuern.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Kraftfahrzeug anzugeben, bei dem eine Rückwärtsfahrt zur Erhöhung der Fahrsicherheit bzw. Verbesserung der Fahrzeughandhabung vom Fahrzeug aktiv unterstützt werden kann.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem gattungsgemäßen Kraftfahrzeug umfassend eine Vorderradlenkung und eine Hinterradlenkung erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Hinterräder im Lenkwinkelintervall zwischen dem vorbestimmten Grenzwinkel und dem maximalen Lenkwinkel der Vorderräder mit zunehmendem Lenkwinkel zunehmend gegensinnig bis zum Erreichen der maximalen Auslenkung verstellbar sind, und dass ab einer vorbestimmten Grenzgeschwindigkeit des Fahrzeugs eine gegensinnige Auslenkung der Hinterräder gesperrt ist.
Erfindungsgemäß erfolgt eine aktive Fahrtunterstützung dadurch, dass bei einer Rückwärtsfahrt auch die Hinterräder bei Bedarf ausgelenkt werden. Je nach Bedarf und Situation können dabei die Hinterräder gleichsinnig zu den Vorderrädern verstellt werden, das heißt, werden die Vorderräder nach links ausgelenkt, werden auch die Hinterräder auch nach links ausgelenkt. Entsprechend ist auch eine gegensinnige Lenkverstellung denkbar, das heißt, bei einer Auslenkung der Vorderräder nach links werden die Hinterräder nach rechts ausgelenkt. Die jeweilige Auslenkung der Hinterräder definiert sich in Abhängigkeit des Lenkwinkels der Vorderräder. Dabei können die Hinterräder reversibel und stetig zwischen einer gleichsinnigen und gegensinnigen Lenkstellung relativ zu den Vorderrädern verstellt werden, je nachdem, wie der Lenkwinkel der Vorderräder ist bzw. sich ändert und daraus abgeleitet die entsprechende Fahrsituation ist bzw. bewertet wird. Dies bietet mit besonderem Vorteil die Möglichkeit, den Fahrer bei Rückwärtsfahrten aktiv situationsabhängig zu unterstützen. Fährt der Fahrer beispielsweise eine gerade Strecke rückwärts, so kann es wie einleitend beschrieben bei geringen Lenkradbewegungen und mithin Vorderradauslenkungen zu einer Pendel- oder Schwänzelbewegung des Fahrzeugs kommen, das Fahrzeug giert also. Dem kann nun erfindungsgemäß dadurch entgegengewirkt werden, dass parallel zur Vorderradauslenkung auch die Hinterräder einzeln oder gemeinsam gleichsinnig zu den Vorderrädern verstellt werden. Hierüber kann die Gierbewegung abgeschwächt bis idealerweise weitestgehend kompensiert werden, so dass das Fahrzeug relativ zur ausgezeichneten Rückwärtsfahrgerade stärker parallel verschoben wird, als es giert, bis hin zur idealen vollständigen Parallelverschiebung und vollständiger Kompensation der Gierbewegung. In jedem Fall lässt sich durch die aktive gleichsinnige Hinterradlenkung eine beachtliche Stabilisierung des Fahrzeugverhaltens erreichen, indem grundsätzlich die Gierbewegung reduziert wird. Auch das Rückwärtseinparken kann unterstützt werden, indem die Räder, je nachdem, wie stark der Vorderradlenkeinschlag und mithin der Lenkwinkel der Vorderräder ist, entweder gleichsinnig oder gegensinnig verstellt werden können. Bei geringem Lenkwinkel der Vorderräder zu Beginn des Einparkvorgangs ist beispielsweise eine gleichsinnige Verstellung zweckmäßig, während mit zunehmendem Lenkwinkel, wenn also das Fahrzeugheck in die Lücke bewegt werden soll, stetig von der gleichsinnigen Auslenkung über den Nulldurchgang der Hinterradstellung zur gegensinnigen Verstellung der Hinterräder übergegangen wird, so dass sich die Bahnkurve des Fahrzeugs ändert und der Bahnradius deutlich verringert. Bei einem erneuten Zurücklenken kann die gegensinnige Verstellung bzw. der Grad der gegensinnigen Verstellung wieder zurückgenommen werden, bis hin zum Nulldurchgang und einer gegensinnigen Verstellung in der anderen Richtung, wenn auch die Vorderräder zum Nachführen des Vorderwagens in entgegengesetzte Richtung gelenkt werden. Auch hier erfolgt dann die aktive Unterstützung über die Hinterräder.
Entscheidend ist, dass in jedem Fall die Hinterradlenkung abhängig vom Lenkwinkel der Vorderräder ist, und in Abhängigkeit der Lenkwinkeländerung, also des Änderungsgrades bzw. der Änderungsrichtung, die Hinterräder stetig zwischen einer gleichsinnigen Verstellung über eine Nullstellung (also Parallelstellung zur Fahrzeuglängsachse) bis zu einer gegensinnigen Relativstellung zu den Vorderrädern veränderbar sind.
Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass in einem Lenkwinkelintervall zwischen 0° und einem vorbestimmten Grenzwinkel mit zunehmendem Lenkwinkel die Hinterräder ausgehend von einer Nullstellung zunächst zunehmend gleichsinnig bis zum Erreichen einer maximalen Auslenkung und anschließend abnehmend bis zur Einnahme der Nullstellung bei Erreichen des Grenzwinkels verstellbar sind und im Lenkwinkelintervall zwischen dem vorbestimmten Grenzwinkel und dem maximalen Lenkwinkel zunehmend gegensinnig bis zum Erreichen der maximalen Auslenkung verstellbar sind. Gemäß dieser Erfindungsausgestaltung wird das Lenkwinkelintervall der Vorderräder, ausgehend von der Nullstellung in eine Richtung, quasi in zwei Intervalle aufgeteilt, nämlich ein erstes Intervall von 0° bis zu einem vorbestimmten Grenzwinkel und ein daran anschließendes Intervall bis zur maximalen Vorderradauslenkung. Das erste Intervall greift also sehr kleine Lenkwinkel ab, wenn also das Vorderrad nur um wenige Grad in die eine oder andere Richtung ausgelenkt wird. Solche kleinen Lenkänderungen kommen üblicherweise bei geraden Rückwärtsfahrten vor. Deshalb erfolgt in diesem Lenkwinkelintervall eine gleichsinnige Nachführung der Hinterräder, da davon auszugehen ist, dass der Fahrer beabsichtigt, eine gerade Strecke rückwärts zu fahren. Durch die gleichsinnige Hinterradlenkung wird das Fahrverhalten stabilisiert. Die Hinterradverstellung erfolgt stetig zwischen 0° und einer maximalen Hinterradauslenkung, die beispielsweise 5° oder 10° beträgt, wonach sie mit weiter zunehmendem Lenkwinkel der Vorderräder wieder auf Null abfällt, also die Hinterräder wieder parallel zur Fahrzeuglängsachse stehen. Denn je größer der Lenkwinkel bis zu dem Grenzwinkel wird, umso eher ist davon auszugehen, dass der Fahrer tatsächlich eine Kurve, beispielsweise zum Einparken, fahren möchte. Dieser Bereich, also der Bereich größerer Lenkwinkel, wird vom zweiten Intervall abgegriffen, das Lenkwinkel der Vorderräder umfasst, die größer als der Grenzwinkel sind. Mit Erreichen des Grenzwinkels stehen die Hinterräder wie beschrieben in der Nullstellung. Bei weiterer Vergrößerung des Lenkwinkels der Vorderräder werden die Hinterräder dann zunehmend gegensinnig ausgelenkt, bis zum Erreichen der maximalen Hinterradauslenkung, das heißt, eine weitere Vergrößerung des Lenkwinkels der Vorderräder führt dann zu keiner Erhöhung der Hinterradauslenkung mehr. In entsprechender Weise erfolgt die Rückstellung der Hinterräder, wenn das Vorderrad wieder in die Nullstellung gelenkt wird. Die gesamte Hinterradverstellung erfolgt kontinuierlich und stetig über einen relativ kleinen Winkel zwischen maximal 0–5° oder 0–10°, der Fahrer selbst nimmt davon überhaupt nichts wahr, außer dass ihm das Rückwärtsfahren grundsätzlich einfacher gestaltet bzw. optimiert wird.
Der Grenzwinkel kann entweder der unmittelbare Lenkwinkel sein, also der Winkel, um den die Vorderräder tatsächlich relativ zur Nullstellung ausgelenkt werden. Zweckmäßig ist es aber auch, den Grenzwinkel über den Lenkradwinkel zu definieren, also um den Winkel, den der Fahrer das Lenkrad ausgehend von der Nullstellung, die einer Nullstellung der Vorderräder entspricht, verdreht. Dieser Lenkradwinkel, der den Grenzwinkel definiert, kann erfindungsgemäß zwischen 30° und 120° betragen. Liegt der Grenzwinkel beispielsweise bei 60° Lenkradwinkel, so würde sich das erste Intervall, in dem zunächst die gleichsinnige Hinterradstellung erfolgt, zwischen 0°–60° Lenkradwinkel erstrecken, das zweite Intervall erfasst dann alle Lenkraddrehwinkel > 60°. Der Grenzwinkel kann beliebig definiert werden, je nachdem, welches Übersetzungsverhältnis zwischen Lenkradverdrehung und Vorderradauslenkung gegeben ist. Bei einer sehr direkten Lenkung kann der Grenzwinkel etwas niedriger gewählt werden, bei einer indirekten Lenkung etwas größer.
In Weiterbildung der Erfindung kann der Grenzwinkel innerhalb eines vorbestimmten Intervalls, insbesondere innerhalb des beschriebenen Intervalls von 30°–120° in Abhängigkeit wenigstens eines Betriebsparameters des Kraftfahrzeugs und/oder eines fahrbahnspezifischen Parameters variiert werden. Ein solcher Betriebsparameter kann beispielsweise die Geschwindigkeit der Änderung des Lenkwinkels oder des Lenkradwinkels sein, wobei mit zunehmender Änderungsgeschwindigkeit der Grenzwinkel abnimmt. Das System ist also in der Lage, den Grenzwinkel innerhalb eines vorbestimmten Intervalls je nach Bedarf zu ändern, um sich der jeweiligen Situation optimal anzupassen. Wie beschrieben definiert der Grenzwinkel den Winkel, ab dem die Änderung von gleichsinniger zu gegensinniger Hinterradauslenkung erfolgt. Ändert nun der Fahrer den Lenkwinkel sehr schnell, dreht er also das Lenkrad schnell, so kann mitunter eine schnellere Umschaltung von gegensinniger Auslenkung auf gleichsinnige Auslenkung bzw. andersrum (je nachdem, in welche Richtung die Lenkradänderung ausgehend von der jeweiligen Lenkradistposition erfolgt) zweckmäßig sein. Denn in solchen Fällen ist davon auszugehen, dass der Fahrer z. B. eine Kurvenfahrt vornehmen möchte, die über eine gegensinnige Hinterradauslenkung unterstützt wird.
Der oder ein gegebenenfalls weiterer Betriebsparameter kann ferner die Fahrzeuggeschwindigkeit sein, wobei mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit der Grenzwinkel zunimmt. Fährt der Fahrer beispielsweise auf einer geraden Strecke mit relativ hoher Geschwindigkeit rückwärts, so wird der Grenzwinkel, ab dem gegensinnig gelenkt wird, vergrößert, um zu vermeiden, dass das Fahrzeug bei einer einsetzenden Gierbewegung und einer entsprechenden Reaktion des Fahrers plötzlich eine agilitätssteigernde gegensinnige Hinterradauslenkung erfährt und eine einsetzende Ausbrechbewegung hierdurch unterstützt wird. Hierüber wird also vermieden, dass bei hoher Rückfahrgeschwindigkeit plötzlich gegensinnig gelenkt wird und das Fahrzeug ins Schleudern kommt. Dies kann soweit gehen, dass ab einer vorbestimmten Grenzgeschwindigkeit des Fahrzeugs eine gegensinnige Auslenkung der Hinterräder vollständig gesperrt ist. In einem solchen Fall ist dann nur noch eine gleichsinnige Auslenkung zugelassen.
Der oder gegebenenfalls ein weiterer Betriebsparameter kann ferner die Gierrate des Fahrzeugs sein, wobei mit zunehmender Gierrate der Grenzwinkel zunimmt. Stellt sich eine leichte Gier- oder Schwänzelbewegung des Fahrzeugs bei einer geraden Rückwärtsfahrt ein, so kann der Grenzwinkel erhöht werden, das heißt, der Lenkwinkel oder Lenkradwinkelbereich, innerhalb dem nur eine gleichsinnige Auslenkung der Hinterräder zulässig ist, wird vergrößert, was sich stabilisierend auf die Fahrzeugbewegung auswirkt. Auch hier ist ab einer vorbestimmten Gierrate eine gegensinnige Auslenkung der Hinterräder sperrbar, um bei einer zu starken Gier- oder Pendelbewegung ein weiteres Aufschaukeln durch eine gegensinnige Hinterradstellung zu vermeiden.
Als fahrbahnspezifischer Parameter kann beispielsweise der Verlauf der Fahrspur unter Verwendung einer Kameraeinrichtung zur Erfassung der Fahrspur ermittelt werden, der aus den entsprechenden Kameraerfassungsdaten über einen geeigneten Analysealgorithmus ermittelt werden kann. Der Grenzwinkel kann dann in Abhängigkeit des ermittelten Fahrspurverlaufs variierbar sein. Bei Erfassung einer Kurve der Fahrspur kann der Grenzwinkel beispielsweise abnehmen. Hierüber wird erreicht, dass die Hinterräder infolge der Kenntnis des zukünftigen Fahrbahnverlaufs früher bzw. zu einem optimierten Zeitpunkt mit in die Kurve einlenken, so dass die Kurve besser durchfahren werden kann.
Wie beschrieben beträgt der Lenkwinkel der Hinterräder 0°–10°, er kann aber auch etwas weniger als 10°, beispielsweise nur 5° betragen.
Die Hinterradlenkung selbst kann vom Fahrer bedarfsabhängig zu- oder abgeschaltet werden, das heißt, der Fahrer hat die Wahlmöglichkeit, ob er in an sich bekannter Weise nur mit der Vorderradlenkung auch beim Rückwärtsfahren agiert, oder ob er die Unterstützung über die aktive Hinterradlenkung in der oben beschriebenen Weise wünscht.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit gleichsinnig ausgelenkten Vorder- und Hinterrädern,
2 das Kraftfahrzeug aus 1 mit gegensinnig ausgelenkten Vorder- und Hinterrädern,
3 ein Diagramm zur Darstellung des Verlaufs des Lenkwinkels der Hinterräder über den Lenkradwinkel,
4 eine Darstellung der Rückwärtsfahrstrecke mit gleichsinnig lenkenden Hinterrädern und ohne gelenkte Hinterrädern, und
5 eine Darstellung einer gefahrenen Kreisbahn mit gegensinnig lenkenden Hinterrädern und ohne gelenkte Hinterrädern.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1 umfassend zwei Vorderräder 2, die über ein Lenkrad 3 in bekannter Weise nach rechts oder links ausgelenkt werden, sowie zwei Hinterräder 4, die über ein nicht näher gezeigtes Stellelement und gesteuert über eine nicht näher gezeigte Steuerungseinrichtung ebenfalls lenkbar sind. 1 zeigt dabei die gleichsinnige Auslenkung von Vorderrädern 2 und Hinterrädern 4, das heißt, die Hinterräder 4 werden in die gleiche Richtung verstellt wie die Vorderräder. Sind Vorderräder 2 und Hinterräder 4 gleichsinnig um den gleichen Verstellwinkel verstellt, so würde das Fahrzeug 1 eine bezogen auf die Fahrzeuglängsachse schräg verlaufende Linie befahren.
Demgegenüber zeigt 2 die Radstellung, bei der die Hinterräder 4 gegensinnig zu den Vorderrädern 2 über das Stellelement automatisch verstellt sind. Während hier die Vorderräder 2 nach links eingeschlagen sind, sind die Hinterräder 4 nach rechts eingeschlagen. Bei dieser Radstellung würde das Fahrzeug eine Kreisbahn im Falle einer Rückwärtsfahrt befahren.
3 zeigt ein Diagramm, das die Änderung des Lenkwinkels der Hinterräder, aufgetragen längs der Ordinate, über den Lenkwinkel der Vorderräder 2 bzw. den Lenkradwinkel des Lenkrads 3, um welchen also das Lenkrad 3 verdreht wird, darstellt. Gemäß der durchgezogenen Kurve K₁ werden, ausgehend von einem Lenkwinkel bzw. Lenkradwinkel von 0°, bei einer Vergrößerung des Lenkwinkels bzw. Lenkradwinkels, der hier mit γ angegeben ist, die Hinterräder 4 zunächst gleichsinnig ausgelenkt, das heißt, der Lenkwinkel β der Hinterräder wird ausgehend von 0° bei 0° Lenkwinkel/Lenkradwinkel γ vergrößert, bis der maximale Lenkwinkel der Hinterräder β_max erreicht ist. Bei einer weiteren Vergrößerung des Lenkwinkel/Lenkradwinkels γ nimmt der Lenkwinkel β wieder ab. Bei Erreichen eines Grenzwinkels α₁, der beispielsweise über einen Lenkradwinkel von 60° definiert ist, stehen die Hinterräder wieder parallel zur Fahrzeuglängsachse, der Lenkwinkel der Hinterräder β beträgt 0°. Bei einer weiteren Vergrößerung des Lenkwinkels bzw. Lenkradwinkels beginnt der Bereich der gegensinnigen Auslenkung der Hinterräder. Der Lenkwinkel der Hinterräder β wird quasi negativ. Mit zunehmender Vergrößerung des Lenkwinkels/Lenkradwinkels γ nimmt auch der negative Lenkwinkel der Hinterräder β betragsmäßig zu, das heißt, die Hinterräder werden immer stärker eingeschlagen, bis der negative maximale Lenkwinkel –β_max erreicht ist. Eine Vergrößerung des Lenkwinkels/Lenkradwinkels γ führt dann zu keiner weiteren Änderung der Hinterradauslenkung mehr.
Ersichtlich erfolgt die Änderung der Hinterradlenkung stetig. Mit zunehmender Vergrößerung des Lenkwinkels/Lenkradwinkels erfolgt also in einem ersten Intervall des Winkels γ von 0° bis zum Grenzwinkel α₁ eine zunächst sukzessive ansteigende und dann abfallende gleichsinnige Hinterradauslenkung. Im darauf folgenden Lenkwinkelintervall mit γ > α₁ erfolgt eine stetig zunehmende gegensinnige Auslenkung der Hinterräder bis zum Erreichen des maximalen Lenkwinkels der Hinterräder. Dreht der Fahrer also das Lenkrad während einer Rückwärtsfahrt unter schrittweiser Vergrößerung des Lenkwinkels/Lenkradwinkels γ beispielsweise nach links, so werden die Hinterräder 4 zunächst gleichsinnig ebenfalls nach links ausgelenkt und mit zunehmender Vergrößerung des Lenkwinkels/Lenkradwinkels γ dann ab dem Grenzwinkel α₁ nach rechts ausgelenkt, mithin also gegensinnig gestellt. Entsprechend wird der Lenkwinkel der Hinterräder im Falle der Rücklenkung in umgekehrter Weise verändert. Bei einer Lenkung in die andere Richtung wird der Lenkwinkel der Hinterräder ebenso dieser Kurve entsprechend geändert.
Wie 3 ferner zeigt, ist der Kurvenverlauf bzw. die Lage des Grenzwinkels α nicht fest, vielmehr ist diese innerhalb eines vorgegebenen Intervalls, beispielsweise bezogen auf den über den Lenkradwinkel definierten Grenzwinkel von 30°–120° beweglich. In Abhängigkeit bestimmter Fahrzeugparameter kann der Grenzwinkel und damit die jeweiligen Intervalle der gleichsinnigen und gegensinnigen Hinterradlenkung der jeweiligen Situation angepasst werden. Gezeigt ist exemplarisch die Kurve K₂, die gestrichelt gezeigt ist. Der dortige Grenzwinkel α₂ ist kleiner als der Grenzwinkel α₁ der Kurve K₁. Die Hinterradsteuerungseinrichtung wird diese Kurve der Steuerung zugrunde legen, wenn sie beispielsweise erfasst, dass eine große Änderungsgeschwindigkeit des Lenkwinkels oder des Lenkradwinkels gegeben ist, mithin also der Fahrer relativ schnell das Lenkrad dreht. Denn dann ist von einer beabsichtigten Kurvenfahrt auszugehen, zur Unterstützung welcher die gegensinnige Hinterradlenkung erforderlich ist.
Exemplarisch zeigt die Kurve K₃ und der zugeordnete, deutlich größere Grenzwinkel α₃ den Fall, dass der Grenzwinkel vergrößert wurde. Fährt der Fahrer quasi mit relativ hoher Fahrzeuggeschwindigkeit, z. B. mehr als 20 oder 30 km/h, rückwärts, so ist davon auszugehen, dass der Fahrer beabsichtigt, eine gerade Strecke rückwärts zu fahren. Um zu vermeiden, dass aufgrund eines zu kleinen Grenzwinkels und eines daraus resultierenden Lenkradwinkelintervalls, in dem gleichsinnig gelenkt wird, bei einer Lenkradbewegung plötzlich eine gegensinnige Lenkung der Hinterräder einsetzt, wird das erste Intervall von 0° bis zum Grenzwinkel α₃ deutlich vergrößert. Das heißt, der einer Lenkradbewegung zugeordnete Winkelbereich, in dem die Hinterräder gleichsinnig gelenkt werden und damit das Fahrzeug bei der Rückwärtsfahrt stabilisiert wird, ist vergrößert. Je nach gegebener Rückfahrgeschwindigkeit ist es auch denkbar, grundsätzlich eine gegensinnige Lenkung zu sperren, das heißt, die Kurve K₃ lediglich bis zum Erreichen des Lenkwinkels der Hinterräder β_max abzuarbeiten und eine Rückstellung bei Lenkradwinkelvergrößerung zu vermeiden, sowie grundsätzlich dann auch eine gegensinnige Hinterradlenkung zu vermeiden.
Wie aus 3 ersichtlich ist, kann folglich über die erfindungsgemäße Lenkwinkel bzw. lenkradwinkelabhängige Variationsmöglichkeit der Hinterradlenkung von gleichsinnig zu gegensinnig und zurück situationsabhängig die Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs positiv beeinflusst werden.
4 zeigt als Beispiel eine beabsichtigte gerade Rückwärtsfahrt. Im Figurenteil a) ist in einer Prinzipdarstellung der Streckenverlauf mit erfindungsgemäß gleichsinnig lenkenden Hinterrädern dargestellt, im Figurenteil b) die Rückwärtsfahrt mit starren, also nicht gelenkten Hinterrädern.
Das Fahrzeug fährt jeweils in Richtung des gezeigten Pfeils. Wie im Figurenteil a) gezeigt ist, sind die Vorderräder 2 und die Hinterräder 4 in der links gezeigten Fahrzeugdarstellung bereits etwas ausgelenkt. Der Winkel der Vorderräder und damit der Lenkradwinkel ist gering, das heißt, man befindet sich noch innerhalb des ersten Intervalls zwischen 0° und dem Grenzwinkel α, also im gleichsinnig lenkenden Bereich bezüglich der Hinterräder. Diese sind ersichtlich gleichsinnig zu den Vorderrädern gelenkt. Die leichte Auslenkung bewirkt, dass das Fahrzeug etwas schräg zur ausgezeichneten geraden Fahrtlinie L fährt. Es ergibt sich also quasi eine Art Parallelverschiebung der Fahrzeuglängsachse zur ausgezeichneten Linie L, wobei in realiter es sich nicht um eine exakte Parallelverschiebung handelt, da der Lenkwinkel der Vorderräder und der Lenkwinkel der Hinterräder üblicherweise nicht vollständig übereinstimmt. In jedem Fall wird die resultierende Gierbewegung, also das Auslenken des Hecks des Fahrzeugs, reduziert.
In jedem Fall kommt es zu einem leichten Versatz der Fahrzeuglängsachse zur ausgezeichneten Linie L, den der Fahrer, wie in der von links gesehen zweiten Fahrzeugdarstellung gezeigt, durch Gegenlenken korrigiert. Mit der Verstellung der Vorderräder 2 werden gleichsinnig auch die Hinterräder 4 gelenkt, was dazu führt, dass das Fahrzeug wieder schräg zur ausgezeichneten Linie L fährt, mithin also die Fahrzeuglängsachse mehr oder weniger parallel hierzu verschoben wird. In der dritten Darstellung befindet sich das Fahrzeug weitgehend auf der ausgezeichneten Linie L, es fährt über etwas darüber hinaus, der Fahrer korrigiert erneut etwas, siehe die vierte Darstellung des Fahrzeugs, wo erneut gegengelenkt wurde. Gleichsinnig verstellt wurden wiederum die Hinterräder. In der letzten, rechten Darstellung befindet sich das Fahrzeug exakt auf der ausgezeichneten Linie L.
Ersichtlich kommt es hier also nur zu minimalen Abweichungen von der ausgezeichneten Linie. Das Fahrzeug giert kaum, eine etwaige Gierbewegung wird durch die gleichsinnig gelenkten Hinterräder stark abgeschwächt, weshalb das Fahrzeug wesentlich stabiler fährt und der Fahrer die gewünschte Fahrtstrecke weitgehend einhalten kann.
Anders gemäß Figurenteil b). Das dort gezeigte Fahrzeug weist keine Hinterradlenkung auf. Ersichtlich kommt es, ausgehend von der linken Darstellung mit leicht eingeschlagenen Vorderrädern 2, zu einer leichten Kurvenbewegung, nachdem die Vorderräder 2 unter einem Winkel zu den starren Hinterrädern 4 stehen. Das vorausfahrende Fahrzeugheck folgt der eingeschlagenen Kurvenbahn und fährt von der ausgezeichneten Linie L ab. Der Fahrer muss korrigierend eingreifen und die Vorderräder 2 stark gegenlenken, siehe die dritte Darstellung, um wieder zurück zur ausgezeichneten Fahrtlinie L zu kommen, die er unter einem großen Winkel schneidet. Erneut muss er gegenkorrigieren, siehe die vierte Darstellung, bis er endlich auf die Fahrtlinie L zurückkommt.
Ersichtlich giert das Fahrzeug stark, es kommt zu einer starken Pendel- oder Schwänzelbewegung, die bei hinreichender Geschwindigkeit sogar zu einem Schleudern führen kann. Die mehrfachen Gegenlenkversuche können auch dazu führen, dass sich das Fahrzeug quasi aufschaukelt und die Situation noch gefährlicher wird. Dies kann durch die erfindungsgemäße Gegenlenkung unterdrückt werden.
5 zeigt die Verhältnisse beim Befahren einer Kurve. Der Figurenteil a) zeigt eine Kurvenfahrt mit lenkenden Hinterrädern. Das Fahrzeug 1 fährt hier auf einer Kreisbahn, deren innerer Radius R_i und äußerer Radius R_a über die Lenkwinkeleinschläge der gelenkten Vorder- und Hinterräder definiert wird. Die Vorderräder 2 sind dabei soweit eingeschlagen, dass der Lenkwinkel bzw. Lenkradwinkel γ größer als der zugeordnete Grenzwinkel α ist, so dass man sich, siehe 3, im gegensinnig lenkenden Kurvenast befindet. Ersichtlich sind die Hinterräder 4 gegensinnig zu den Vorderrädern 2 ausgelenkt. Wie Figurenteil a) zeigt, kann ein sehr enger Kreis befahren werden, das heißt, der Platzbedarf beim Rangieren und beim Einparken in eine Parklücke ist deutlich geringer.
Anders der Fall gemäß Figurenteil b), wo die Hinterräder starr sind. Ersichtlich ergibt sich dort eine wesentlich größere Kreisbahn, insbesondere der Außenradius R_a ist wesentlich größer als der Außenradius R_a bei gelenkten Hinterrädern.
Das heißt, das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug bietet die Möglichkeit, beliebige Rückwärtsfahrten aktiv zu unterstützen, sei es um die Rückfahrt zu stabilisieren, wenn eine gerade oder im Wesentlichen gerade Strecke befahren werden soll, indem die Hinterräder gleichsinnig gelenkt werden, oder um agilitätssteigernd zu unterstützen, wenn eine Kurve befahren werden soll und die Hinterräder gegensinnig ausgelenkt werden. Die Entscheidung, ob gleichsinnig oder gegensinnig gelenkt wird, hängt allein vom Lenkwinkel bzw. Lenkradwinkel ab. Dieser ist bei geraden Rückwärtsfahrten üblicherweise relativ klein, nachdem der Fahrer nur geringe Lenkradbewegungen zur Korrektur vornimmt, weshalb über den Lenkwinkel ein hinreichend großes Winkelintervall definiert werden kann, in dem eine gleichsinnige Hinterradlenkung erfolgt. Bei Kurvenfahrten jedoch, beispielsweise auch beim Rückwärtsfahren um eine Kurve oder beim Einparken, ergeben sich größere Lenkwin kel bzw. Lenkraddrehungen, was es ermöglicht, ein hinreichend großes Intervall zu definieren, in dem eine gegensinnige Hinterradlenkung erfolgt.

Claims

Kraftfahrzeug (1) umfassend über ein Lenkrad (3) lenkbare Vorderräder (2) sowie über ein Stellelement automatisch lenkbare Hinterräder (4) sowie eine die Hinterradlenkung steuernde Steuerungseinrichtung, wobei bei einer Rückwärtsfahrt die Hinterräder (4) in Abhängigkeit des Lenkwinkels (γ) der Vorderräder (2) reversibel und stetig zwischen einer zu der Lenkstellung der Vorderräder (2) gleichsinnigen und gegensinnigen Lenkstellung verstellbar sind, in einem Lenkwinkelintervall zwischen 0° und einem vorbestimmten Grenzwinkel (α, α₁, α₂, α₃) mit zunehmendem Lenkwinkel (γ) die Hinterräder (4) ausgehend von einer Nullstellung zunächst zunehmend gleichsinnig bis zum Erreichen einer maximalen Auslenkung (β_max) und anschließend abnehmend bis zur Einnahme der Nullstellung bei Erreichen des Grenzwinkels (α, α₁, α₂, α₃) verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterräder im Lenkwinkelintervall zwischen dem vorbestimmten Grenzwinkel (α, α₁, α₂, α₃) und dem maximalen Lenkwinkel (γ) der Vorderräder mit zunehmendem Lenkwinkel (γ) zunehmend gegensinnig bis zum Erreichen der maximalen Auslenkung (–β_max) verstellbar sind, und dass ab einer vorbestimmten Grenzgeschwindigkeit des Fahrzeugs (1) eine gegensinnige Auslenkung der Hinterräder (4) gesperrt ist.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwinkel (α, α₁, α₂, α₃) über den Lenkradwinkel definiert ist.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwinkel (α, α₁, α₂, α₃) zwischen 30° und 120° Lenkradwinkel beträgt.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dass der Grenzwinkel (α, α₁, α₂, α₃) innerhalb eines vorbestimmten Intervalls, insbesondere innerhalb des Intervalls von 30° bis 120° in Abhängigkeit wenigstens eines Betriebsparameters des Kraftfahrzeugs (1) und/oder eines fahrbahnspezifischen Parameters variierbar ist.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsparameter die Geschwindigkeit der Änderung des Lenkwinkels oder des Lenkradwinkels (γ) ist, wobei mit zunehmender Änderungsgeschwindigkeit der Grenzwinkel (α, α₁, α₂, α₃) abnimmt.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der gegebenenfalls weitere Betriebsparameter die Fahrzeuggeschwindigkeit ist, wobei mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit der Grenzwinkel (α, α₁, α₂, α₃) zunimmt.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der gegebenenfalls weitere Betriebsparameter die Gierrate des Fahrzeugs ist, wobei mit zunehmender Gierrate der Grenzwinkel (α, α₁, α₂, α₃) zunimmt.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ab einer vorbestimmten Gierrate eine gegensinnige Auslenkung der Hinterräder (4) gesperrt ist.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kameraeinrichtung zur Erfassung der Fahrspur vorgesehen ist, wobei aus den Erfassungsdaten der Verlauf der Fahrspur ermittel bar und der Grenzwinkel (α, α₁, α₂, α₃) in Abhängigkeit des ermittelten Fahrspurverlaufs variierbar ist.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erfassung einer Kurve der Grenzwinkel (α, α₁, α₂, α₃) abnimmt.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkwinkel (β) der Hinterräder (4) 0° bis 10° beträgt.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterradlenkung vom Fahrer bedarfsabhängig zu- oder abschaltbar ist.