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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug.
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Kraftfahrzeuge mit einer aktiv steuerbaren Hinterachslenkung erlauben beispielsweise eine Manipulation der Giergeschwindigkeit oder der Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs durch Verstellen des in den Hinterrädern des Kraftfahrzeugs eingestellten, sogenannten Lenkwinkels.
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Vor diesem Hintergrund behandelt die
WO 2005/044650 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung eines Drehpunkts eines Kraftfahrzeugs um eine Fahrzeughochachse. Die Vorrichtung ist dabei derart konfiguriert, dass sie den Drehpunkt in Abhängigkeit von einer momentanen Giergeschwindigkeit und einem momentanen Schwimmwinkel des Kraftfahrzeugs bestimmt.
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Das Verhältnis der genannten beiden Zustandsgrößen, also Giergeschwindigkeit und Quergeschwindigkeit kann durch die momentane Position des Drehpunkts des Kraftfahrzeugs um seine Hochachse entlang der Mittellängsachse des Kraftfahrzeugs beschrieben werden. Besagte Position kann aber gerade bei Kurvenfahrten des Kraftfahrfahrzeugs und bei hierfür erforderlichen Lenkeingriffen durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs entlang der Mittellängsachse variieren. Typisch ist gerade bei Kurvenfahrten des Kraftfahrzeugs ein ausgeprägtes Einschwingverhalten der Position des Drehpunkts entlang der Mittellängsachse, welches vom Fahrer als nicht intuitiv und somit als unangenehm wahrgenommen wird.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Entwicklung von Verfahren zur Steuerung von Kraftfahrzeugen mit aktiver Hinterachslenkung bei Kurvenfahrten neue Wege aufzuzeigen und insbesondere ein Verfahren zu schaffen, bei welchem Kurvenfahrten vom Fahrer eines Kraftfahrzeugs mit aktiver Hinterachslenkung als besonders intuitiv und somit als besonders angenehm wahrgenommen werden.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundgedanke der Erfindung ist demnach, die Position eines Drehpunkts des Kraftfahrzeugs um seine Hochachse entlang der Mittellängsachse konstant zu halten, und zwar entweder auf einer vorbestimmten Position der Mittellängsachse des Kraftfahrzeugs oder zumindest innerhalb eines vorbestimmten Bereichs auf der Mittellängsachse. Als Drehpunkt wird derjenige Punkt auf der Mittellängsachse des Kraftfahrzeugs definiert, in welchem die momentane Quergeschwindigkeit bei der Kurvenfahrt einen Null-Wert aufweist.
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Die Fixierung des Drehpunkts erfolgt beim hier vorgestellten, erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug im Sinne einer Regelung der Position des Drehpunkts auf der Mittellängsachse als Regelgröße. Als Stellgröße eines solchen Regelkreises kann der verstellbare momentane hintere Lenkwinkel der Hinterräder des Kraftfahrzeugs herangezogen werden. Dieser kann mit Hilfe einer im Kraftfahrzeug vorhandenen Steuerungs-/Regelungseinrichtung und einer mit der Steuerungs-/Regelungseinrichtung zusammenwirkenden Hinterachslenkung variiert werden. Dies ermöglicht die angestrebte Konstanthaltung der Position des Drehpunkts auf der Mittellängsachse. Die Steuerungs-/Regelungseinrichtung kann dabei als herkömmliches Steuergerät ausgebildet sein und auch andere, im Zusammenhang mit der Steuerung der Hinterachslenkung wichtige Funktionalitäten bereitstellen kann.
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Das mit der vorangehend beschrieben Regelung der Drehpunkt-Position einhergehende Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs wird vom Fahrer als besonders angenehm und intuitiv, also „nachvollziehbar” empfunden, so dass der Fahrer das Kraftfahrzeug als besonders einfach steuerbar wahrnimmt.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine Vorderachslenkung, mittels welcher durch Betätigung eines im Kraftfahrzeug vorhandenen Handlenkrads ein momentaner vorderer Lenkwinkel der Vorderräder des Kraftfahrzeugs eingestellt werden kann. Weiterhin weist das Kraftfahrzeug eine Hinterachslenkung auf, mittels welcher, vorzugsweise von einer im Kraftfahrzeug vorhandenen Steuerungs-/Regelungseinrichtung, ein momentaner hinterer Lenkwinkel der beiden Hinterräder des Kraftfahrzeugs eingestellt werden kann. Erfindungsgemäß ist die Hinterachslenkung derart ausgebildet, dass bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs durch Variation des momentanen hinteren Lenkwinkels die Position eines momentanen Drehpols entlang der Mittellängsachse des Kraftfahrzeugs variierbar ist. Vorliegend ist ein momentaner Drehpunkt als Projektion des Momentanpols des Kraftfahrzeugs entlang der Querrichtung des Kraftfahrzeugs auf dessen Mittellängsachse definiert. Als Drehpunkt ist – bezüglich einer Draufsicht auf das Kraftfahrzeug von oben – derjenige Punkt des Kraftfahrzeugs definiert, in welchem bei der Kurvenfahrt die momentane Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs einen Null-Wert aufweist. Als Drehpunktsabstand wird der Abstand des Drehpunkts vom Massenschwerpunkt S des Kraftfahrzeugs 1 entlang der Mittellängsachse M bezeichnet.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Drehpunkt als derjenige Punkt in einer Draufsicht auf das Kraftfahrzeug definiert, in welchem bei der Kurvenfahrt die momentane Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs einen Null-Wert aufweist.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Kraftfahrzeug eine mit der Hinterachslenkung zusammenwirkende Steuerungs-/Regelungseinrichtung, mittels welcher der momentane hintere Lenkwinkel verstellbar ist. Bei dieser Variante ist die Steuerungs-/Regelungseinrichtung als Regeleinheit ausgebildet, welche durch Anpassung des momentanen hinteren Lenkwinkels den momentanen Drehpunkt auf eine konstante Position entlang der Mittellängsachse des Kraftfahrzeugs regelt. Auf diese Weise kann das gewünschte, vorteilhafte Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs beim Befahren der Kurve erreicht werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die konstante Position des Drehpunkts auf der Mittellängsachse in Abhängigkeit von wenigstens einem vorbestimmten Parameter festgelegt.
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Zweckmäßig kann der wenigstens eine vorbestimmte Parameter die Geschwindigkeit oder die Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs sein. in weiteren Varianten können aber auch andere Parameter herangezogen werden. Dies ermöglicht eine sehr flexible Drehpunkts-Regelung in Abhängigkeit von verschiedenen Größen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Abhängigkeit der konstanten Position von dem vorbestimmten Parameter in einem Kennfeld definiert und/oder abgelegt.
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Zweckmäßig ist die konstante bzw. konstant zu haltende Position des Drehpunkts auf der Mittellängsachse in Abhängigkeit verschiedener Größen, beispielsweise von der momentanen Quergeschwindigkeit und der momentanen Giergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs festgelegt.
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Zweckmäßig kann der vorbestimmte Bereich der Mittellängsachse einem vordefinierten Fahrprogramm des Kraftfahrzeugs zugeordnet sein.
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Besonders bevorzugt sind wenigstens ein erster und ein zweiter Bereich vorgesehen, wobei dem ersten Bereich ein erstes Fahrprogramm und dem zweiten Bereich ein zweites Fahrprogramm zugeordnet ist. Je nach Position des Drehpunkts auf der Mittellängsachse lässt sich somit ein bestimmtes Fahrprogramm (in Form von Kennlinien oder Kenfeldern), und damit einhergehend, ein bestimmtes Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs, beim Befahren der Kurve erreichen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist im ersten Fahrprogramm der Drehpunkt auf der Mittellängsachse bzgl. der Fahrtrichtung hinter einem Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs und im zweiten Fahrprogramm bzgl. der Fahrtrichtung vor dem Schwerpunkt angeordnet. Auf diese Weise können Fahrprogramme mit individuellem Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs definiert werden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch:
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1 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs in einer Seitenansicht,
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2 das Kraftfahrzeug der 1 in einer Draufsicht während einer Kurvenfahrt,
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3 eine zur 2 alternative Darstellung zur Erläuterung der Positionsbestimmung des Drehpols auf der Mittellängsachse des Kraftfahrzeugs.
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1 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1 in einer Seitenansicht. Die 2 zeigt das Kraftfahrzeug 1 in einer Draufsicht während einer Kurvenfahrt. Die Trajektorie dieser Kurvenfahrt ist in 2 durch einen Pfeil mit dem Bezugszeichen 13 angedeutet. Das Kraftfahrzeug 1 durchfährt demnach eine Linkskurve.
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Das Kraftfahrzeug 1 umfasst einen in 1 nur grobschematisch dargestellten Fahrzeugrahmen 2 sowie Vorderräder 3 und Hinterräder 4. Wie die Draufsicht der 2 erkennen lässt, sind die Vorderräder 3 an einer Vorderachse 5 des Kraftfahrzeugs 1 und die Hinterräder 4 an einer Hinterachse 6 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. An der Vorderachse 5 ist eine Vorderachslenkung 7 ausgebildet, die in 2 nur grobschematisch angedeutet ist. Mittels der Vorderachslenkung 7 kann der Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 durch Betätigung eines ebenfalls nur schematisch angedeuteten Handlenkrads 8 den momentanen Lenkwinkel der Vorderräder 5 verstellen.
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An der Hinterachse 6 ist eine aktive Hinterachslenkung 9 ausgebildet, mittels welcher der momentane hintere Lenkwinkel der beiden Hinterräder 4 des Kraftfahrzeugs 1 einstellbar ist.
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Die Hinterachslenkung 9 wird von einer im Kraftfahrzeug 1 vorgesehenen Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10, die als herkömmliches Steuergerät ausgebildet sein kann, angesteuert. Die Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 kann hierzu eine Steuerungseinheit 11 und eine Speichereinheit 12 umfassen. Von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 wird bei der in 2 gezeigten Kurvenfahrt entlang der Trajektorie 13 ein Drehpunkt 14 des Kraftfahrzeugs 1 um seine Hochachse H als Regelgröße auf eine auf der Mittellängsachse M des Kraftfahrzeugs 1 konstante Position geregelt.
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Der Drehpunkt 14 ist dabei als derjenige Punkt auf der Mittellängsachse M definiert, in welchem die momentane Quergeschwindigkeit vq bei der Kurvenfahrt einen Null-Wert aufweist. Entsprechend 2 wird durch den Drehpunkt 14 eine momentane Gierachse G entlang der Hochrichtung H des Kraftfahrzeugs 1 festgelegt, um welche das Kraftfahrzeug 1 eine Drehbewegung ausführt. Als Drehpunktsabstand wird der Abstand des Drehpunkts vom Massenschwerpunkt S des Kraftfahrzeugs 1 entlang der Mittellängsachse M bezeichnet.
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Im Folgenden sei das Augenmerk auf die Darstellung der 3 gerichtet, anhand welcher die Ermittlung des Drehpunkts 14 erläutert werden soll. In 3 ist gegenüber der Darstellung der 2 die Vorderachse 5 mit den beiden Vorderrädern 3 vereinfacht dargestellt. Gleiches gilt für die Hinterachse 6 mit den beiden Hinterrädern 5. Zur Verdeutlichung ist in 3 der Massenschwerpunkt des Kraftfahrzeugs 1 bezüglich der gezeigten Draufsicht mit S bezeichnet.
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Der Geschwindigkeitsvektor vV der Vorderachse 5 im Schnittpunkt 16 der Vorderachse 3 mit der Mittellängsachse M ist in dieser vereinfachten Darstellung mit vV bezeichnet. Der Geschwindigkeitsvektor vH der Hinterachse 6 im Schnittpunkt 17 der Hinterachse 6 mit der Mittellängsachse M ist entsprechend mit vH bezeichnet. Die durch den Schnittpunkt 16 verlaufende Orthogonale zum Geschwindigkeitsvektor vV ist in 3 mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet. Die durch den Schnittpunkt 17 verlaufende Orthogonale zum Geschwindigkeitsvektor vV ist mit dem Bezugszeichen 19 bezeichnet. Der Schnittpunkt zwischen den beiden Orthogonalen 18, 19 wird als momentaner Drehpol P (Momentanpol P) bezeichnet. Durch Projektion des momentaner Drehpols P (Momentanpols P) entlang der Querrichtung Q des Kraftfahrzeugs 1 – diese verläuft senkrecht zur Längsrichtung L des Kraftfahrzeug 1, welche durch die Mittellängsachse M definiert ist – auf die Mittellängsachse M ergibt sich der gesuchte momentane Drehpunkt 14 des Kraftfahrzeugs 1.
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Beim Befahren der Trajektorie 13 kann beispielsweise in Form einer Linkskurve aufgrund des Lenkeingriffs mittels der Vorderachslenkung 7 durch den Fahrer die Position des Drehpunkt 14 entlang der Mittellängsachse M variieren, was in 2 durch weitere, exemplarisch eingezeichnete Drehpunkte 14* angedeutet wird.
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Um die Position des Drehpunktes 14 auf der Mittellängsachse M konstant zu halten, ist es zunächst erforderlich, den momentanen Ist-Wert des Drehpunkts 14 auf der Mittellängsachse M zu ermitteln. Dies kann durch Auswertung der momentanen Quergeschwindigkeit und der momentanen Giergeschwindigkeit d/dt ψ geschehen. Hierzu kann das Kraftfahrzeug 1 einen Gierratensensor 16 zur Bestimmung der momentanen Giergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 und/oder einen Geschwindigkeitssensor 15 zur Bestimmung der momentanen Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 quer zur Mittellängsachse M umfassen.
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Um die Position des Drehpunkts 14 bei der Kurvenfahrt auf der Mittellängsachse M konstant zu halten, wird der mittels der aktiven Hinterachslenkung 9 einstellbare hintere Lenkwinkel der beiden Hinterräder 4 von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 entsprechend angepasst. Die Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 ist dabei als Regeleinheit ausgebildet, welche durch Anpassung des momentanen hinteren Lenkwinkels den momentanen Drehpunkt 14 auf eine konstante Position entlang der Mittellängsachse M des Kraftfahrzeugs 1 regelt.
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Die Position des Drehpunkts P auf der Mittellängsachse M kann in Abhängigkeit von einem oder mehreren vorbestimmten Parametern festgelegt sein. Als geeignete Parameter kommen insbesondere die Geschwindigkeit sowie die Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs 1 in Betracht. In weiteren Varianten können aber auch weitere, andere Parameter herangezogen werden. Eine solche funktionale Abhängigkeit der konstanten Position von dem vorbestimmten Parameter kann in einem Kennfeld definiert sein, welches in einem in der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 vorhandenen Speicher abgelegt sein kann. In der Steuerungs-/Regelungseinrichtung können mehrere Kennfelder abgelegt sind, wobei jedes Kennfeld einem bestimmten Fahrprogramm des Kraftfahrzeugs zugeordnet sein kann.
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Im Beispielszenario weist das Kraftfahrzeug 1 ein erstes und ein zweites Fahrprogramm auf. Bei aktiviertem erstem Fahrprogramm ist der Drehpunkt 14 auf der Mittellängsachse M in Fahrtrichtung F in einem Bereich hinter einem Schwerpunkt S des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Ein solcher (erster) Bereich der Mittellängsachse M ist in 2 exemplarisch mit dem Bezugszeichen 20a bezeichnet. Bei aktiviertem zweitem Fahrprogramm ist der Drehpunkt 14 auf der Mittellängsachse M in Fahrtrichtung F vor dem Schwerpunkt S des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Ein solcher (zweiter) Bereich der Mittellängsachse M ist in 2 exemplarisch mit dem Bezugszeichen 20b bezeichnet. Das erste Fahrprogramm geht mit einem von den Insassen des Kraftfahrzeugs 1 typischerweise als komfortabel oder „gemächlich” wahrgenommenem Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs 1 einher. Das zweite Fahrprogramm geht mit einem von den Insassen des Kraftfahrzeugs 1 in der Regel als sportlich oder „agil” wahrgenommenem Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs 1 einher.
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Im Beispiel der 2 und 3 sind die Vorderräder 3 von der Mittellängsachse M weg nach links und die Hinterräder 4 von der Mittellängsachse M weg nach rechts ausgerichtet. In diesem Szenario befindet sich der Drehpunkt 14 auf der Mittellängsachse M im Bereich 20a zwischen dem Schwerpunkt S und der Hinterachse 6, also bezüglich einer Fahrtrichtung F des Kraftfahrzeugs 1 hinter dem Schwerpunkt S. Die 3 zeigt also das Kraftfahrzeug 1 bei aktiviertem erstem Fahrprogramm.
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Es ist klar, dass die beiden voranstehend erläuterten Fahrprogramme rein beispielhaft zu verstehen sind und dass weitere Fahrprogramme definiert sein können, bei welchen der Drehpunkt 14 in Abhängigkeit von genannten Parametern sowohl im Bereich 20a, also vor dem Schwerpunkt S, als auch im Bereich 20b, also hinter dem Schwerpunkt S, angeordnet sein kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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