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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veränderung der Radstellung von Rädern wenigstens einer Achse eines Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit des Fahrbetriebs. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug zur Durchführung des Verfahrens.
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Ein Verfahren mit den Merkmalen vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der
DE 10 2006 013 788 B4 bekannt geworden. Konkret hat es sich die dort beschriebene Lösung zur Aufgabe gesetzt, ein Steuerverfahren bereit zu stellen, bei dem in Abhängigkeit eines Fahrbetriebs eine gewünschte Kraft und ein gewünschtes Giermoment auf die Fahrzeugkarosserie erzielt werden kann. Bei einem normalen Betrieb des Kraftfahrzeugs (mit einer hohen Haftungsreserve zwischen Rad und Fahrbahn) werden nur die Lenkwinkel der Vorder- und Hinterräder gesteuert. Eine integrierte Steuerlogik wird kontinuierlich variiert, um den Lenkwinkel und zusätzlich Brems- und Antriebskräfte für jedes Rad in Kombination auf der Grundlage eines ungenutzten Haftungsbereichs in einem solchen Grenzbereich des Fahrbetriebs zu steuern, in dem die Haftungsreserve nur noch klein ist. Es werden also im normalen Fahrbetrieb, in dem die Haftungsreserve groß ist, nur der Lenkwinkel der Vorder- und Hinterräder so gesteuert, dass die Zielkraft und das Giermoment auf die Fahrzeugkarosserie erreicht und somit ein unnötiger Betrieb der Bremse verringert werden kann. In Grenzbereichen des Fahrbetriebs, in denen die Haftungsreserve klein ist, wird eine koordinierte Steuerung der Lenkungssteuerung und der Brems-/Antriebssteuerung durchgeführt. Letztendlich geht es darum eine größtmögliche Haftung bei Kurvenfahrt unter Vermeidung eines Betriebs der Bremse zu realisieren und auch in Grenzbereichen eine höchstmögliche Dynamik sicherstellen zu können.
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In der
DE 10 2008 000 365 A1 wird eine so genannte „Steer by Wire“-Lenkung für ein Kraftfahrzeug beschrieben. Die vorgestellte Lenkung soll kostengünstig herstellbar sein und zudem ein einfach zu implementierendes Rückfall-Sicherheitskonzept ohne eine mechanische Rückfallebene aufweisen. Bei der vorgestellten Lösung ist in den Radaufhängungen aller Räder wenigsten ein Lenker durch einen Steller ersetzt, dessen Länge über einen dem Steller zugeordneten Aktuator einstellbar ist. Hierdurch kann der Radlenkwinkel des jeweiligen Rades radindividuell eingestellt werden. Im Rahmen eines Rückfall-Sicherheitskonzeptes wird vorgeschlagen, dass bei Ausfall eines einem Rad zugeordneten Stellers die den anderen Rädern zugeordneten Steller die Lenkaufgabe übernehmen, und so eine Lenkbarkeit des Fahrzeugs dennoch gewährleistet wird.
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Den obigen Dokumenten liegen also in erster Linie fahrzeugdynamische und sicherheitsbezogene Erwägungen zu Grunde.
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Der vorliegenden Erfindung hingegen liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Veränderung der Radstellung von Rädern wenigstens einer Achse eines Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit des Fahrbetriebs bereitzustellen, welches zu einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs beiträgt. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
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Vorstehende Aufgaben werden für ein Verfahren durch die Merkmale von Patentanspruch 1 und für ein Kraftfahrzeug durch die Merkmale von Patentanspruch 7 sowie Patentanspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Veränderung der Radstellung von Rädern wenigstens einer Achse eines Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit des Fahrbetriebs.
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Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass während des Fahrbetriebs zumindest bei Geradeausfahrt wenigstens ein Rad der Achse mit Verstellmitteln derart verstellt wird, dass ein Rollwiderstand des Rades reduziert wird.
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Die Verstellung eines Rades oder zweier Räder der Achse verfolgt also einen ganz anderen Ansatz als bislang üblich. Es stehen nicht fahrdynamische sondern verbrauchsorientierte Erwägungen im Vordergrund.
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Die Verstellung eines Rades kann beispielsweise durch eine Änderung des Radsturzes oder durch eine Änderung der Radspur realisiert werden. Auch Kombinationen dieser Verstellvarianten sind denkbar. Als Verstellmittel kommen insbesondere elektromechanische, elektrohydraulische und/oder elektropneumatische Komponenten in Frage
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Unter Radsturz beziehungsweise Sturzwinkel wird die Neigung der Räder einer Achse beziehungsweise deren Radmittenebenen gegenüber einer Ebene senkrecht zur Fahrbahn und parallel zur Kraftfahrzeuglängsachse bezeichnet. Anders ausgedrückt ist der Sturz die Neigung des Rades an seiner Oberseite nach innen (Minussturz) oder nach außen (Plussturz).
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Bei einer Achse mit Plussturz neigen die Räder dazu, in Fahrtrichtung vorn auseinander zu laufen. Bei einer Achse mit Minussturz ist dies umgekehrt. Hierdurch wird zwar die Flatterneigung der Räder bei Geradeauslauf verringert, jedoch der Rollwiderstand erhöht, bedingt durch das Bestreben des Rades, eine Kurve zu fahren.
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Ähnlich verhält es sich mit der Radspur beziehungsweise dem Spurwinkel einer Achse. So bezeichnet die Spur beziehungsweise der Spurwinkel in einer horizontalen Ebene den Winkel zwischen der Fahrzeug-Längsmittenebene und der Rad-Mittenebene. Stehen die Räder einer Achse vorne (in Fahrtrichtung) enger zusammen als hinten, spricht man von einer Vorspur (Plusspur). Von Nachspur (Minusspur) spricht man, wenn die Räder einer Achse vorne weiter auseinander stehen als hinten.
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Hinsichtlich einer kostengünstigen und einfachen Möglichkeit, das erfindungsgemäße Verfahren zu realisieren, hat es sich als sehr zweckmäßig erwiesen, wenn in einer Weiterbildung der Erfindung das wenigstens eine Rad der Achse derart verstellt wird, dass sich ein bestehender (voreingestellter) Spurwinkel reduziert.
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In der Regel wird bei Personenkraftwagen der Spurwinkel der Vorderachse derart voreingestellt, dass sich eine stationäre Vorspur ergibt. Zusätzlich zu einer positiven Beeinflussung des Geradeauslaufs wird dadurch auch das Anlenkverhalten bei Einfahrt in eine Kurve verbessert.
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Durch die besagte Ausgestaltung der Erfindung, nämlich Reduzierung des Spurwinkels, können auftretenden Querkräfte und damit der Rollwiderstand am Rad deutlich verringert werden. Folglich werden damit auch die aufzuwendende Antriebsleistung sowie der damit verbundene CO2-Ausstoß gesenkt.
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Ein Optimum an Verbrauchseinsparung kann dadurch erzielt werden, wenn das wenigstens eine Rad der Achse derart verstellt wird, dass sich ein Spurwinkel mit einem Wert von in etwa Null ergibt.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass selbst bei einer Geradeausfahrt auf Grund von dynamischen Belastungen der Achse (z. B. Einfederung der Räder) eine ständige Änderung der auf die Räder wirkenden Kräfte und damit eines bestehenden Spurwinkels auftritt. Daher ist eine ausgesprochen schnelle Regelung notwendig, damit die eingesetzten Verstellmittel eintretenden Änderungen des Spurwinkels (oder Sturzwinkels) rechtzeitig entgegenwirken und diese idealerweise neutralisieren können. Bevorzugt liegt daher die Regelgeschwindigkeit im Milli- oder sogar Mikrosekundenbereich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl für Vorder- als auch für Hinterachsen anwendbar.
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Da unterschiedliche Reifen sowie unterschiedliche Beladungszustände eines Kraftfahrzeugs ebenfalls einen bestehenden Spurwinkel ändern können, ist es gemäß einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgedankens zweckmäßig, wenn eine Initialisierung durchgeführt wird. Dies kann derart erfolgen, dass während des Fahrbetriebs die Stellung des wenigstens einen Rades der Achse so lange in zwei unterschiedlichen Richtungen verstellt wird und dabei auftretende Lenkmomente gemessen werden, bis ein Momentenminimum gefunden wird. Dabei wird jeweils eine zu einem Momentenminimum gehörende Verstellposition des Verstellmittels mit einem Kennfeld abgeglichen. Bei einer bestehenden Abweichung zwischen dem Kennfeld und den jeweils gemessenen Werten wird dem Kennfeld ein entsprechender Korrekturfaktor überlagert.
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Auf diese Weise ist also eine spürbare Genauigkeitserhöhung des Verfahrens realisierbar. Die Messung der auftretenden Lenkmomente kann durch eine geeignete Sensorik im Lenksystem bewerkstelligt werden.
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Das Verfahren lässt sich noch dadurch weiterbilden, dass Fahrbahnunebenheiten erfasst werden und das wenigstens eine Rad der Achse derart verstellt wird, dass auf Grund der durch die Fahrbahnunebenheiten zu erwartenden Schwankungen in den auftretenden Lenkmomenten entgegengewirkt wird. Durch eine solche „vorausschauende“ Ansteuerung, bei der Fahrbahnunebenheiten in einen Regelalgorithmus für die Betätigung der genannten Verstellmittel der Achse einbezogen werden, kann Zeit gewonnen und die Steuerungseffizienz erhöht werden. Fahrbahnunebenheiten können beispielsweise mittels geeigneter Umfelderfassungseinrichtungen, wie Kameras, Ultraschallsensoren oder dergleichen erfasst werden
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Befindet sich das Kraftfahrzeug in einer Kurvenfahrt, so ist es hinsichtlich einer möglichen Reduzierung des Rollwiderstandes von Vorteil, wenn wenigsten ein Rad der Achse derart verstellt wird, dass ein Abstand seines Lenkpols von einem Kurvenmittelpunkt auf Null oder in etwa Null verändert, zumindest jedoch reduziert wird.
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Wie erwähnt, betrifft die Erfindung aber auch ein Kraftfahrzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein solches Kraftfahrzeug weist wenigstens eine Achse auf, bei der jedem Rad der Achse ein Lenkungsaktuator zur Lenkbewegung des Rades zugeordnet ist und wobei Änderungen eines Lenkrads-Lenkwinkels durch wenigstens eine Steuereinrichtung in Steuersignale für die Lenkungsaktuatoren umsetzbar sind. An den Rädern auftretende Lenkmomente sind durch geeignete Sensoren messbar.
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Erfindungsgemäß ist das Kraftfahrzeug nun derart zur Durchführung des Verfahrens hergerichtet, dass in wenigstens einer Speichereinrichtung wenigstens ein fahrzeugspezifisches Kennfeld hinterlegt ist, in dem für eine Geradeausfahrt Verstellpositionen der Lenkungsaktuatoren mit minimalen, resultierenden Lenkmomenten abgelegt sind. Das Kennfeld ist vorzugsweise fahrzeugspezifisch, wobei die abgelegten Werte auch von der Geschwindigkeit und Beschleunigung des Fahrzeugs abhängen. Bei einer Geradeausfahrt sind den durch einen bestehenden Lenkwinkel erzeugten Steuersignalen solche Steuersignale überlagerbar, durch die die Lenkungsaktuatoren in die Verstellpositionen mit minimalen Lenkmomenten verstellbar sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf diese Weise sehr elegant mit der vorhandenen Hardware eines solchen Kraftfahrzeugs durchgeführt werden, welches mit einer so genannten "Steer by Wire"-Lenkung ausgestattet ist. Eine solche Lenkung kann alleine für die Vorderachse oder die Hinterachse vorhanden sein, es ist aber auch denkbar, dass ein solches Lenkprinzip sowohl für die Vorder- als auch für die Hinterachse realisiert ist.
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Alternativ ist zur Durchführung des Verfahrens auch ein Kraftfahrzeug denkbar, mit wenigstens einer Achse, bei der jedem Rad eine Spurstange zugeordnet ist, wobei Änderungen eines Lenkrad-Lenkwinkels durch ein eine Zahnstange umfassendes Lenkgetriebe in Bewegungen der Spurstangen umsetzbar sind. An den Rädern auftretende Lenkmomente sind durch geeignete Sensoren messbar.
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Zur Durchführung des Verfahrens ist jedem Rad der Achse eine Spurstangen-Verstelleinrichtung zugeordnet. In wenigstens einer Speichereinrichtung ist wiederum wenigstens ein fahrzeugspezifisches Kennfeld hinterlegt, in dem für eine Geradeausfahrt Verstellpositionen der Spurstangen-Verstelleinrichtungen mit minimalen, resultierenden Lenkmomenten abgelegt sind. Bei einer Geradeausfahrt sind durch einen bestehenden Lenkwinkel resultierende Positionen der Spurstangen durch solche Steuersignale überlagerbar, durch die Spurstangen-Verstelleinrichtungen in die Positionen mit minimalen Lenkmomenten verstellbar sind.
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Durch eine derartige Herrichtung eines Kraftfahrzeugs kann ein Kraftfahrzeug mit einem konventionellen Lenkgetriebe ebenfalls kostengünstig für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden anhand der Figuren in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei auch noch weitere Vorteile der Erfindung deutlich werden. Dabei beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche, vergleichbare oder funktional gleiche Bauteile, wobei entsprechende oder vergleichbare Eigenschaften und Vorteile erreicht werden, auch wenn eine wiederholte Beschreibung weggelassen ist.
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Es zeigen, jeweils schematisch
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1 am Rad wirkende Kräfte,
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2 Verfahrensweise zur Reduzierung des Rollwiderstandes,
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3 ein Kraftfahrzeug zur Durchführung des Verfahrens, in einer ersten Ausführungsform,
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4 ein Kraftfahrzeug zur Durchführung des Verfahrens, in einer zweiten Ausführungsform,
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5 die Darstellung einer Ergänzung des Verfahrens,
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6 eine weitere Erläuterung (Ablaufplan) zur Ergänzung des Verfahrens,
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7 eine weitere Ergänzung des Verfahrens und
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8 noch eine weitere Ergänzung des Verfahrens für eine Kurvenfahrt.
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Zunächst wird auf die 1 Bezug genommen. Darin ist ein linkes Rad Rl einer lenkbaren Vorderachse gezeigt. Das linke Rad Rl ist über einen Drehpunkt 11 mit einem als Fixpunkt wirkenden Querlenker 19 um eine Fahrzeug-Hochachse Z schwenkbar verbunden. Mit X ist eine Fahrzeuglängsrichtung und mit Y eine Fahrzeugquerrichtung beziffert.
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Bei Geradeausfahrt eines Kraftfahrzeugs wirken an einem Rad-Aufstandspunkt 20 Umfangskräfte Fx, welche, bedingt durch einen bestehenden Lenkrollradius rl, zu einem Lenkmoment Mz beitragen. Bei einer Beschleunigung zeigt die Umfangskraft Fx nach vorne in Fahrtrichtung F, bei einer Verzögerung entgegen der Fahrtrichtung F.
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Ist eine in Fahrtrichtung F weisende Vorderseite des Rades Rl nach innen verstellt, so ergibt sich ein positiver Spurwinkel δ, eine so genannte Vorspur.
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Ist die in Fahrtrichtung F weisende Vorderseite des Rades Rl nach außen gerichtet, so ergibt sich ein negativer Spurwinkel δ, eine so genannte Nachspur. Der Spurwinkel δ ist dabei also in einer Horizontalebene betrachtet durch die Neigung einer Rad-Längsmittenebene RM nach innen oder nach außen gegeben.
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Ist bei einer Geradeausfahrt eine Vor- oder Nachspur vorhanden, so treten auf Grund eines real bestehenden Latsches L (Radaufstandsebene) und eines damit verbundenen Nachlaufs nl Querkräfte Fy auf, welche ebenfalls zum resultierenden Lenkmoment Mz um den Drehpunkt 11 beitragen.
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Bei positivem Spurwinkel δ ist die Querkraft Fy nach innen zu einer Fahrzeug-Längsmittenebene LM, bei negativem Spurwinkel δ entsprechend nach außen gerichtet.
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Durch auftretende Querkräfte Fy wird ein Rollwiderstand am Reifen Rl erhöht.
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Anhand der 2 wird nunmehr ein wesentliches Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.
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So ist ein Diagramm ersichtlich, bei der ein Rollwiderstand FRO an einem Rad über dem bestehenden Spurwinkel δ aufgetragen ist. Es ist ersichtlich, dass bei bestehenden Spurwinkel ungleich Null (δ1 oder δ2) der Rollwiderstand FRO deutlich größer ist als bei einem Spurwinkel δ', welcher bei in etwa Null Grad liegt. Beispielsweise durch Verschiebung des Spurwinkels δ1 hin zu Null (δ‘) kann der Rollwiderstand FRO um einen Betrag ∆FRO gesenkt werden. Mit der Senkung des Rollwiderstandes FRO ist auch eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs und damit des CO2-Ausstoßes möglich. Daher wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest bei einer Geradeausfahrt ein bestehender positiver oder negativer Spurwinkel zumindest reduziert (δ1 zu δ1‘ bzw. δ2 zu δ2‘). Im Extremfall soweit, dass ein bestehender Spurwinkel δ einen Wert von Null oder in etwa Null annimmt (vgl. δ').
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Die dynamische Verstellung erfolgt dabei aktiv mittels vorhandener Verstellmittel, welche Verstellbewegungen B1 oder B2 ausführen und damit eine Reduzierung des Spurwinkels δ von den Werten δ1 bzw. δ2 in zu den reduzierten Werten δ1' bzw. δ2' ermöglichen.
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Wie die erwähnten Verstellmittel im Einzelnen vorzugsweise ausgestaltet sein können, wird im Folgenden erläutert. Anhand der 3 wird nunmehr ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Kraftfahrzeug beschrieben, mit dem eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich ist.
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So ist ein Kraftfahrzeug K im Bereich von einem linken, vorderen Rad Rl und einem rechten, vorderen Rad Rr gestrichelt angedeutet. Die Räder Rl und Rr sind jeweils mit einem Querlenker 19 einer Einzelradaufhängung über einen Drehpunkt 11 um die Fahrzeug-Hochachse (Z-Achse) schwenkbar verbunden.
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Das Kraftfahrzeug K ist mit einem konventionellen Lenkgetriebe 14 ausgestattet, welches eine Zahnstange 15 und ein mit dieser in Eingriff befindliches Lenkritzel 16 aufweist. Das Lenkritzel 16 ist mit einer Eingangswelle des Lenkgetriebes 14 drehfest verbunden, die mit einem nicht näher dargestellten Lenkrad in Wirkverbindung steht. Durch Lenkbewegungen verursachte Rotationsbewegungen des Lenkritzels 16 werden in Translationsbewegungen der Zahnstange 15 überführt (vgl. Doppelpfeile).
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Die Zahnstange 15 ist an ihren Enden jeweils bewegungsmäßig mit Spurstangen 18 gekoppelt. Die Spurstangen 18 sind jeweils über einen Lenkhebel 21 mit einem Radträger 22 verbunden, an dem ein jedes Rad Rl, Rr drehbar befestigt ist.
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Jeder Radträger 22 ist über einen Drehpunkt 11 schwenkbar an einem Querlenker 19 angelenkt.
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Wesentlich ist nun, dass jede Spurstange 18 mit einer Spurstangen-Verstelleinrichtung 17 versehen ist. Jede Spurstangen-Verstelleinrichtung 17 kann durch eine Vergleichs-, Auswerte- und Steuereinheit (kurz Steuereinheit 12) derart angesteuert werden, dass die Spurstange 18 in ihrer Länge verlängert oder verkürzt wird. Die Spurstangen-Verstelleinrichtungen 17 sind im Ausführungsbeispiel als elektromechanische Verstelleinrichtungen ausgebildet. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen, beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch denkbar.
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Auf diese Weise ist es möglich, bei jedem der Räder Rl, Rr individuell und unabhängig voneinander, einen voreingestellten Spurwinkel δ bedarfsgerecht zu verstellen, insbesondere bei Geradeausfahrt einen voreingestellten Spurwinkel δ zu reduzieren oder sogar gegen den Wert Null fahren zu lassen.
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Zur Regelung der Verstellung des Spurwinkels δ sind dem Lenksystem eines jeden Rades Rl, Rr Sensoren 10 zugeordnet, welche auftretende Lenkmomente Mz (vgl. auch 1) erfassen. Die Sensoren 10 können beispielsweise Bestandteil der Spurstangen-Verstelleinrichtungen 17 sein. Ein anderer Einbauort ist denkbar. Über Daten- und Steuerleitungen S1 werden die erfassten Lenkmomente der Steuereinheit 12 zugeführt. Die Steuereinheit 12 vergleicht diese Lenkmomente mit einem in einer Speichereinheit 13 abgelegten Kennfeld, welches fahrzeugspezifische Werte enthält und in das auch eine momentane Geschwindigkeit und Beschleunigung des Fahrzeugs eingehen.
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In dem abgelegten Kennfeld sind für eine Geradeausfahrt idealerweise die Zusammenhänge zwischen erfassten Lenkmomenten, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Spurwinkel und dazugehörigen Verstellpositionen p der Spurstangen-Verstelleinrichtungen 17 abgespeichert.
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In Abhängigkeit des Kennfeldes steuert die Steuereinheit 12 bei einer Geradeausfahrt über Steuerleitungen S2 die Spurstangen-Verstelleinrichtungen 17 derart an, dass ein voreingestellter Spurwinkel δ an den Rädern Rl, Rr auf Null bzw. in etwa Null eingestellt oder zumindest reduziert wird.
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Je nach Bedarf und voreingestelltem Spurwinkel (negativer Spurwinkel –δ oder positiver Spurwinkel +δ) werden Verstellbewegungen B1 (Auseinanderfahren) oder B2 (Zusammenfahren) durchgeführt. Die Verstellbewegungen B1, B2 werden also den normalen, durch Lenkrad und Lenkgetriebe verursachten Lenkbewegungen überlagert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit auch kostengünstig mit einem konventionellen Lenkgetriebe mit nur geringfügigen Anpassungen möglich.
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Anhand der 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Kraftfahrzeug K' ersichtlich, welches ebenfalls für das Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens hergerichtet ist.
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Im Unterschied zum Kraftfahrzeug K ist das Kraftfahrzeug K' mit einer elektronischen Lenkung ausgestattet. Konkret handelt es sich um eine so genannte "Steer by Wire"-Lenkung. Bei dieser Lenkung wird die Lenkbewegung eines Lenkrades 23 durch eine Steuereinrichtung 24 erfasst. In Abhängigkeit des Lenkwinkels werden über Steuerleitungen S3 Steuersignale an Lenkungsaktuatoren 25 weitergegeben.
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Jedem Rad Rl, Rr ist ein Lenkungsaktuator 25 zugeordnet, welcher Verstellbewegungen B1, B2 in Abhängigkeit von Steuersignalen der Steuereinrichtung 24 durchführen kann. Die Verstellbewegungen B1, B2 werden über Lenkhebel 21 an die Radträger 22 der Räder Rl, Rr umgesetzt.
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Wird über das Lenkrad 23 ein Lenkwinkel entsprechend einer Geradeausfahrt vorgegeben, so werden die Räder Rl, Rr durch die Lenkungsaktuatoren 25 entsprechend auf Geradeausfahrt eingestellt.
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Gleichzeitig werden durch Sensoren 10 Lenkmomente erfasst und der Steuereinheit 12 zugeführt. Die Sensoren 10 sind im Ausführungsbeispiel Bestandteil der Lenkungsaktuatoren 25. Auch hier ist ein anderer Einbauort möglich. Die Steuereinheit 12 gleicht die erfassten Lenkmomente wiederum mit einem in der Speichereinheit 13 abgelegten, fahrzeugspezifischen Kennfeld ab. Aus dem Kennfeld sind Verstellpositionen der Lenkungsaktuatoren 25 ableitbar, bei denen auftretende Lenkmomente minimal sind. Daher werden die Lenkungsaktuatoren 25 auf solche Verstellpositionen bewegt, bei denen die Spurwinkel δ auf Null bzw. in etwa Null zurückgefahren oder zumindest reduziert sind. Somit ist eine deutliche Reduzierung des Rollwiderstandes bei Geradeausfahrt möglich.
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Den durch die Steuereinrichtung 24 an die Lenkungsaktuatoren 25 abgegebenen Steuersignalen werden also die durch die Steuereinheit 12 über die Steuerleitungen S2 abgegebenen Steuersignale überlagert.
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Da unterschiedliche Reifen sowie unterschiedliche Beladungszustände einen voreingestellten Spurwinkel δ ändern können, ist es zweckmäßig, beispielsweise bei Fahrtantritt eine Initialisierung durchzuführen. Eine solche Initialisierung kann gemäß 5 derart durchgeführt werden, dass durch die erwähnten Verstellmittel, bspw. die Lenkungsaktuatoren 25 (4) oder die Spurstangen-Verstelleinrichtungen 17 (3) der Spurwinkel δ eines jeden Rades Rl, Rr in einem bestimmten Spurwinkelbereich ∆δ stetig in zwei Richtungen verändert, also vergrößert und verkleinert wird. Dabei werden die an den Rädern Rl, Rr auftretenden Lenkmomente Mz durch die Sensoren 10 erfasst. Der Spurwinkel δ wird solange verändert, bis innerhalb des Spurwinkelbereichs ∆δ ein minimales Lenkmoment Mzmin gefunden wurde.
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Dieser Wert und die dazugehörige Verstellposition der Verstellmittel werden mit dem in der Speichereinheit 13 abgelegten Kennfeld abgeglichen.
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Besteht zwischen den Werten des Kennfeldes und dem neu ermittelten Wert ein Unterschied, so wird ein Korrekturfaktor errechnet, welcher dann auf das gesamte Kennfeld angewendet wird. In 3 sind beispielhaft im Kennfeld der Speichereinheit 13 abgelegte Verstellpositionen p dargestellt, denen zusätzliche Korrekturfaktoren k überlagerbar sind.
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Wie bereits erläutert, sind beim Kraftfahrzeug K (3) den Lenkbewegungen des Lenkgetriebes 14 und damit eingestellten Positionen der Spurstangen 18 Steuersignale der Steuereinrichtung 12 überlagerbar, durch die die Spurstangen-Verstelleinrichtungen 17 mit Verstellbewegungen B1, B2 verstellbar und damit die Spurstangen 18 in eine Länge bringbar sind, in denen minimale Lenkmomente an den Rädern Rl, Rr auftreten.
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Anhand der 6 soll der Vorgang der Initialisierung nochmals auf eine andere Weise dargestellt werden. So erfolgt in beschriebener Weise die Änderung des Spurwinkels δ über den bestimmten Spurwinkelbereich ∆δ. Dies erfolgt so lange, bis ein minimales Lenkmoment Mzmin gemessen wird. Dieser Wert wird durch die Steuereinheit 12 mit einem in der Speichereinheit 13 abgelegten Kennfeld abgeglichen. Liegt keine Abweichung vor, so wird als neu ermittelte Verstellposition pneu die im Kennfeld abgespeicherte Verstellposition p der Spurstangen-Verstelleinrichtungen 17 beziehungsweise des Lenkungsaktuators 25 festgelegt. Bei einer bestehenden Abweichung wird als neu ermittelte Verstellposition pneu die abgespeicherte Verstellposition p zuzüglich einem Korrekturfaktor k festgelegt. Der Korrekturfaktor k wird temporär abgespeichert und auf das in der Speichereinheit 13 abgelegte Kennfeld angewendet.
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In der 7 wird eine weitere mögliche Ergänzung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Es ist ein Kraftfahrzeug K'' ersichtlich, welches in Ergänzung zu den bereits beschriebenen Kraftfahrzeugen mit einer Umfelderfassungseinrichtung 26 versehen ist. Die Umfelderfassungseinrichtung 26 kann beispielsweise als Kamera-, Lidar-, Radar- oder auch als Ultraschalleinheit ausgebildet sein. Sie weist einen Erfassungsbereich EB auf, welcher vor dem Kraftfahrzeug K'' in einer Fahrbahn FB auftretende Vertiefungen V und/oder Erhebungen E erfassen kann. Durch die Vertiefungen V bzw. Erhebungen E werden Veränderungen des Einfederweges der Räder des Kraftfahrzeugs K'' verursacht. Diese Veränderungen im Einfederweg haben aufgrund der Veränderung in der wirkenden Rad-Normalkraft wiederum Änderungen in den an den Rädern Rl, Rr auftretenden Lenkmomenten Mz zur Folge. Um diesen Schwankungen rechtzeitig entgegenwirken zu können, werden die erfassten Vertiefungen V bzw. Erhebungen E der Steuereinrichtung 12 über eine Steuerleitung S4 zugeführt. Im bereits beschriebenen Kennfeld der Speichereinrichtung 13 kann der Einfluss derartiger Vertiefungen V und Erhebungen E abgelegt sein, so dass die Steuereinrichtung 12 nach entsprechender Auswertung durch einen geeigneten Algorithmus über die Steuerleitungen S2 entsprechende Steuersignale ausgeben kann, um den zu erwartenden Lenkmomentschwankungen entgegen wirken zu können.
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Schließlich ist auch denkbar, dass mittels der Spurstangen-Verstelleinrichtungen 17 bzw. mittels der Lenkungsaktuatoren 25 auch während einer Kurvenfahrt eine radindividuelle Senkung des Rollwiderstandes möglich ist.
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So zeigt die 8 die Vorderräder Rl, Rr eines Kraftfahrzeugs während einer Kurvenfahrt um einen Kurvenmittelpunkt M. Durch die beschriebene Möglichkeit, den Spurwinkel δ radindividuell einstellen zu können, kann im vorliegenden Fall beispielsweise der Spurwinkel des rechten Rades Rr derart verändert werden, dass sich ein durch eine ursprüngliche Stellung des Rades (Rr'; Stellung bei Nichtanwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens) ergebender Lenkpol LPr' für eine korrigierte Position des Rades (Rr) als auf dem Kurvenmittelpunkt M ergebender Lenkpol LPr ergibt. Ein ursprünglicher Abstand a des Lenkpols LPr' vom Kurvenmittelpunkt M kann dadurch also zu Null bzw. in etwa Null gemacht, zumindest jedoch verringert werden. Auf diese Weise kann der Rollwiderstand am Rad Rr deutlich verringert werden. Hingegen können eine sich durch die Lenkbewegung und einen voreingestellten Spurwinkel δ ergebende Stellung und ein sich dadurch ergebender Lenkpol LPl des linken Rades Rl aus dynamischen Gesichtspunkten beibehalten werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Sensoren
- 11
- Drehpunkt
- 12
- Vergleichs-, Auswerte- und Steuereinheit
- 13
- Speichereinheit
- 14
- Lenkgetriebe
- 15
- Zahnstange
- 16
- Lenkritzel
- 17
- Verstellmittel; Spurstangen-Verstelleinrichtungen
- 18
- Spurstangen
- 19
- Querlenker
- 20
- Rad-Aufstandspunkt
- 21
- Lenkhebel
- 22
- Radträger
- 23
- Lenkrad
- 24
- Steuereinrichtung
- 25
- Verstellmittel; Lenkungsaktuatoren
- 26
- Umfelderfassungseinrichtung
- a
- Abstand
- B1, B2
- Verstellbewegungen
- E
- Erhebung
- EB
- Erfassungsbereich
- F
- Fahrtrichtung
- FB
- Fahrbahn
- FRO
- Rollwiderstand
- ∆FRO
- Änderung des Rollwiderstandes
- Fx
- Umfangskräfte
- Fy
- Querkräfte
- K, K‘, K‘‘
- Kraftfahrzeug
- k
- Korrekturfaktor
- L
- Latsch (Radaufstandsebene)
- LM
- Fahrzeug-Längsmittenebene
- LPl
- Lenkpol linkes Rad
- LPr, LPr‘
- Lenkpol rechtes Rad
- M
- Kurvenmittelpunkt
- Mz
- resultierendes Lenkmoment
- Mzmin
- minimales Lenkmoment
- nl
- Nachlauf
- pneu
- neu ermittelte Verstellposition
- p
- abgespeicherte Verstellposition
- Rl, Rr, Rr‘
- Rad links, rechts
- rl
- Lenkrollradius
- RM
- Rad-Längsmittenebene
- S1–S4
- Daten- und/oder Steuerleitungen
- V
- Vertiefung
- X
- Fahrzeug-Längsachse
- Y
- Fahrzeug-Querachse
- Z
- Fahrzeug-Hochachse
- δ, δ‘
- Spurwinkel
- δ1, δ2, δ1‘, δ2‘
- Spurwinkel
- ∆δ
- Spurwinkelbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006013788 B4 [0002]
- DE 102008000365 A1 [0003]
