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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einer aktiv steuerbaren Hinterachslenkung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug mit einer Steuerungs-/Regelungseinrichtung, die zur Durchführung dieses Verfahrens eingerichtet/programmiert ist.
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Kraftfahrzeuge mit einer aktiv steuerbaren Hinterachslenkung erlauben eine Manipulation der Giergeschwindigkeit sowie der Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs durch Verstellen des in den Hinterrädern des Kraftfahrzeugs eingestellten, sogenannten Lenkwinkels.
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Die
DE 10 2014 107 309 A1 lehrt ein Verfahren zur Regelung der Position eines Kraftfahrzeugs mit steuerbarer Hinterachslenkung. Bei diesem Verfahren wird eine Fahrtrajektorie bestimmt, welche von einem Kraftfahrzeug befahren werden soll. Hierfür wird ein Modell bereitgestellt, welches die Bewegung des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von einem Vorderradlenkwinkel der Vorderräder des Kraftfahrzeugs beschreibt.
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Die
US 2005/0217906 A1 beschreibt ein Verfahren, gemäß welchem ein Drehpunkt, um welchen die vier Räder eines Kraftfahrzeugs eine Drehbewegung ausführen konstant gehalten wird.
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Aus der
DE 10 2006 033 635 A1 geht ein Verfahren hervor, bei welchem zur Stabilisierung eines Fahrzeugs unter Berücksichtigung der Fahrzeugquerdynamik aus dem Fahrerwunsch eine die Querdynamik des Fahrzeugs beeinflussende Sollgröße ermittelt wird.
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Die
WO 2005/044650 A1 behandelt 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 eine Hochachse entlang der Mittellängsachse konstant zu halten. 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 „Konstanthaltung“ des Drehpunkts erfolgt beim hier vorgestellten, erfindungsgemäßen Verfahren im Sinne einer Regelung der Position des Drehpunkts auf der Mittellängsachse als Regelgröße. Als Stellgröße eines solchen Regelkreises kann die momentane Giergeschwindigkeit sowie die Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs herangezogen werden. Diese Stellgrößen können beim erfindungsgemäßen Verfahren durch entsprechende Ansteuerung einer aktiven Hinterachslenkung des Kraftfahrzeugs variiert werden, so dass sich der in den Hinterrädern des Kraftfahrzeugs eingestellte momentan hintere Lenkwinkel ändert, was wiederum eine Änderung der Position des Drehpunkts auf der Mittellängsachse bewirkt. Die Ansteuerung der Hinterachslenkung erfolgt dabei typischerweise mit Hilfe einer im Kraftfahrzeug verbauten Steuerungs-/Regelungseinrichtung, die 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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Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einer aktiv steuerbaren Hinterachslenkung wird bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs ein Drehpunkt des Kraftfahrzeugs als Regelgröße auf eine bezüglich der Mittellängsachse des Kraftfahrzeugs konstante Position geregelt. Dabei ist der Drehpunkt als derjenige Punkt auf der Mittellängsachse des Kraftfahrzeugs definiert, in welchem die momentane Quergeschwindigkeit bei der Kurvenfahrt einen Null-Wert aufweist. Als momentane Quergeschwindigkeit wird vorliegend die Vektorkomponente des momentanen Geschwindigkeitsvektors des Kraftfahrzeugs quer zur Mittellängsachse des Kraftfahrzeugs verstanden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Regelung der Position des Drehpunkts durch Anpassung eines mittels der aktiv steuerbaren Hinterachslenkung einstellbaren momentanen hinteren Lenkwinkels der Hinterräder des Kraftfahrzeugs. Diese Maßnahme erlaubt eine präzise Anpassung des tatsächlichen Ist-Werts der Position des Drehpunkts an den im Zuge der Regelung vorgegebenen, konstanten Soll-Wert.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung wird zur Bestimmung eines momentanen Ist-Wertes des Drehpunkts auf der Mittellängsachse die momentane Giergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bestimmt und ausgewertet. Dies kann mithilfe eines serienmäßig im Kraftfahrzeug verbauten Gierratensensors geschehen. Die separate Bereitstellung eines solchen Gierratensensors im Kraftfahrzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit entfallen. Daraus ergeben sich Kostenvorteile bei der Herstellung des Kraftfahrzeugs.
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Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung wird zur Bestimmung eines momentanen Ist-Wertes des Drehpunkts auf der Mittellängsachse die momentane Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bestimmt und ausgewertet. Dies kann mithilfe eines oder mehrerer serienmäßig im Kraftfahrzeug verbauten Geschwindigkeitssensoren geschehen. Die separate Bereitstellung eines solchen Geschwindigkeitssensors im Kraftfahrzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit entfallen. Auch daraus ergeben sich Kostenvorteile bei der Herstellung des Kraftfahrzeugs.
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Besonders bevorzugt erfolgt die Regelung der momentanen Position des Drehpunkts des Drehpunkts entlang der Mittellängsachse durch aktive Änderung der momentanen Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs mittels der aktiven Hinterachslenkung.
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Besonders bevorzugt kann zur Änderung der vom Kraftfahrzeug während der Kurvenfahrt befahrenen Trajektorie mittels der Steuerungs-/Regelungseinrichtung die momentane Giergeschwindigkeit und/oder die momentane Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs geändert werden. Auf diese Weise kann die vom Kraftfahrzeug während der Kurvenfahrt befahrene Trajektorie dynamisch geändert und aktuellen Erfordernissen angepasst werden, ohne dass dadurch die erfindungswesentliche Regelung der Drehpunkt-Position beeinträchtigt würde.
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Besonders zweckmäßig kann die Änderung der momentanen Giergeschwindigkeit sowie, alternativ oder zusätzlich, der momentanen Quergeschwindigkeit durch Verstellen eines momentanen vorderen Lenkwinkels der Vorderräder des Kraftfahrzeugs mittels einer aktiv steuerbaren Vorderachslenkung erfolgen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug mit einer Steuerungs-/Regelungseinrichtung, welche zur Durchführung des vorangehend vorgestellten Verfahrens eingerichtet/programmiert ist. Die vorangehend erläuterten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens übertragen sich daher auch auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine Vorderachslenkung, mittels welcher durch Betätigung eines im Kraftfahrzeug vorhandenen Handlenkrads ein momentaner Lenkwinkel der Vorderräder des Kraftfahrzeugs einstellbar ist. Weiterhin umfasst das Kraftfahrzeug eine Hinterachslenkung, mittels welcher von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung des Kraftfahrzeugs ein momentaner hinterer Lenkwinkel der beiden Hinterräder des Kraftfahrzeugs einstellbar ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorderachslenkung als aktive Vorderachslenkung ausgebildet oder umfasst eine aktive Vorderachslenkung, mittels welcher der vordere Lenkwinkel zusätzlich zur Betätigung mittels des Handlenkrads auch von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung verstellbar ist. Mittels einer aktiven Vorderachslenkung, welche zusätzlich zur Steuerung mittels des Handlenkrads durch den Fahrer zusätzlich - in analoger Weise zur Hinterachslenkung - auch durch die Steuerungs-/Regelungseinrichtung gesteuert werden kann. Darunter ist vorliegend zu verstehen, dass der momentan in den Vorderrädern eingestellte vordere Lenkwinkel der Vorderräder unabhängig von dem mittels des Handlenkrads vom Fahrer eingestellten Lenkwinkels von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung innerhalb eines vorbestimmten, typischerweise stark begrenzten Winkelbereichs verändert werden kann. Auf diese Weise lässt sich die momentane Giergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs unabhängig von der momentanen Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs verändern. Dies kann dazu genutzt werden, die vom Kraftfahrzeug während der Kurvenfahrt tatsächlich befahrene Trajektorie dynamisch zu beeinflussen und insbesondere zu ändern. Dies kann ohne Störung des eigentlichen erfindungswesentlichen Regelungsvorgangs zur Regelung der Drehpunkt-Position entlang der Mittellängsachse erfolgen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Kraftfahrzeug einen Gierratensensor zur Bestimmung der momentanen Giergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder einen Geschwindigkeitssensor zur Bestimmung der momentanen Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. Beide Maßnahmen, für sich genommen oder in Kombination, ermöglichen eine einfache Bestimmung der genannten beiden Größen, also der momentanen Giergeschwindigkeit sowie der momentanen Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs.
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Weitere wichtige Eigenschaften 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 Eigenschaften 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:
- 1 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs in einer Seitenansicht.
- 2 das Kraftfahrzeug der 1 in einer Draufsicht während einer Kurvenfahrt.
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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 grob schematisch 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 hintere der 4 an einer Hinterachse 6 des Kraftfahrzeugs angeordnet. An der Vorderachse 5 ist eine Vorderachslenkung 7 ausgebildet, die in 2 nur grob schematisch 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. An der Hinterachse 6 ist eine aktive Hinterachslenkung 9 ausgebildet, mittels welcher der momentane hintere Lenkwinkel der beiden Hinterräder 5 des Kraftfahrzeugs 1 einstellbar ist. Die aktive 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 eine Steuerungseinheit 11 und eine Speichereinheit 12 umfassen, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren in Form eines geeigneten Algorithmus und als Computerprogrammcode abgelegt ist, sodass die Steuerungseinheit 11 das erfindungsgemäße Verfahren während der Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs ausführen kann.
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Gemäß diesem Verfahren 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 bezüglich der Mittellängsachse M des Kraftfahrzeugs 1 konstante Position geregelt. 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.
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Durch den Drehpunkt 14 ist also eine momentane Gierachse G entlang der Hochrichtung H des Kraftfahrzeugs 1 festgelegt, um welche das Kraftfahrzeug 1 eine Drehbewegung ausführt. Beim Befahren der Trajektorie 13 in Form einer Linkskurve kann 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 nun 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 vq und der momentanen Giergeschwindigkeit d/dt Ψ geschehen. Hierzu kann das Kraftfahrzeug 1 einen Gierratensensor 16 zur Bestimmung der momentanen Giergeschwindigkeit d/dt Ψ des Kraftfahrzeugs 1 und/oder einen Geschwindigkeitssensor 15 zur Bestimmung der momentanen Quergeschwindigkeit vq des Kraftfahrzeugs 1 quer zur Mittellängsachse M umfassen.
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Um nun die Position des Drehpunkt 14 unabhängig von der vom Fahrer mittels des Handlenkrads 8 erzeugten Verstellung des vorderen Lenkwinkels der Vorderräder 3 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.
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Zusätzlich zur aktiven Hinterachslenkung 9 kann auch die Vorderachslenkung 7 als aktive Lenkung ausgelegt ist, die nicht nur mittels des Handlenkrads 8, sondern auch von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 gesteuert werden kann. Dies kann dazu genutzt werden, die vom Kraftfahrzeug 1 während der Kurvenfahrt tatsächlich befahrene Trajektorie 13 dynamisch zu beeinflussen und aktuellen Gegebenheiten anzupassen.
