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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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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 von Quergeschwindigkeit zu Giergeschwindigkeit, 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. Hinzu kommt, dass äußere Störeinflüsse wie beispielsweise Seitenwind zu unerwünschten Querabweichungen beim Befahren einer kurvenförmigen Trajektorie führen, die dann manuell vom Fahrer korrigiert werden müssen.
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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 unerwünschte Querabweichungen während der Kurvenfahrt zumindest erkannt und im Idealfall sogar automatisch korrigiert 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, bei der Kurvenfahrt eines Kraftfahrzeugs die Position eines Drehpunkts des Kraftfahrzeugs um eine Hochachse entlang der Mittellängsachse modell-basiert zu berechnen und mit einem tatsächlichen gemessenen Wert zu vergleichen. Auf diese Weise kann eine durch äußere Umgebungseinflüsse erzeugte Querabweichung beim Befahren der kurvenförmigen Trajektorie ermittelt werden, sodass geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen werden können. Typischerweise kann eine solche Gegenmaßnahme eine aktiver Lenkeingriff sein, der mittels der aktiv steuerbaren Hinterachslenkung des Kraftfahrzeugs umgesetzt wird. Mit dem hier vorgestellten, erfindungsgemäßen Verfahren geht eine erhöhte Stabilität des Kraftfahrzeugs beim Befahren der kurvenförmigen Trajektorie einher, auch wenn dieses äußeren Störeinflüssen wie beispielsweise Seitenwind ausgesetzt ist.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einer aktiv steuerbaren Hinterachslenkung wird bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs die Position eines momentanen Drehpunkts des Kraftfahrzeugs um seine Hochachse modell-gestützt berechnet und mit der Position eines tatsächlich mittels Messung ermittelten Drehpunkts verglichen. Dabei ist besagter Drehpunkt als derjenige Punkt auf der Mittellängsachse des Kraftfahrzeugs definiert, in welchem die momentane Quergeschwindigkeit bei der Kurvenfahrt einen Null-Wert aufweist.
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Das hier vorgestellte Verfahren ist aber nicht nur auf Kurvenfahrten des Kraftfahrzeugs beschränkt. So kann bei einer Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs mithilfe des hier vorgestellten Verfahrens anhand einer Änderung der Position des Drehpunkts auf einen äußeren Störeinfluss geschlossen werden, welcher wiederum durch aktive Lenkeingriffe kompensiert werden kann. In einem solchen Szenario, also bei einer reinen Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs, ist die momentane Position des Drehpunkts nicht definiert. Ändert bzw. ergibt sich ein Drehpunkt ohne einen Fahrer-Lenkeingriff und ohne einen aktiven Lenkeingriff, so lässt sich daraus ableiten, dass eine äußere Störung, beispielsweise hervorgerufen durch Fahrbahnunebenheiten, Seitenwind o.ä. vorliegen muss.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung wird zur Ermittlung der tatsächlichen Position des Drehpunkts auf der Mittellängsachse die momentane Giergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bestimmt, insbesondere gemessen, 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 weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird zur Ermittlung der tatsächlichen Position des Drehpunkts auf der Mittellängsachse die momentane Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bestimmt, insbesondere gemessen, 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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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird anstelle der Position des Drehpunkts ein Abstand zum Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs berechnet bzw. gemessen. Da besagter Abstand das Verhältnis der Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu seiner Giergeschwindigkeit wiedergibt, kann auf diese Weise eine ungewünschte Querabweichung des Kraftfahrzeugs beim Befahren der Trajektorie ermittelt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird als Ergebnis des Vergleichs ein Fehlersignal erzeugt, wenn die Differenz zwischen dem berechneten und dem gemessenen Drehpunkt bzw. dessen Abstand zum Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Bei dieser Weiterbildung kann besagtes Fehlersignal dazu herangezogen werden, durch einen aktiven Lenkeingriff, der von der steuerbaren Hinterachslenkung ausgeführt wird, einer zu hohen Querabweichung des Kraftfahrzeugs beim Befahren der Trajektorie entgegenzuwirken.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung wird als Ergebnis des Vergleichs oder in Reaktion auf das Fehlersignal in der Hinterachslenkung ein Lenkeingriff erzeugt, wenn die Differenz zwischen dem berechneten und dem gemessenen Drehpunkt bzw. dessen Abstand zum Schwerpunkt einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Auch bei dieser Weiterbildung kann besagtes Fehlersignal dazu herangezogen werden, durch einen aktiven Lenkeingriff der steuerbaren Hinterachs-lenkung einer zu hohen Querabweichung des Kraftfahrzeugs beim Befahren der Trajektorie entgegenzuwirken.
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Zweckmäßig erfolgt also der Lenkeingriff mittels der aktiven Hinterachslenkung derart, dass sich die momentane Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ändert.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird bei der modell-gestützten Berechnung des Drehpunkts wenigstens ein Umgebungsparameter des Kraftfahrzeugs berücksichtigt. Auf diese Weise kann eine besonders genaue Regelung der Differenz zwischen dem berechneten und dem gemessenen Drehpunkt erreicht werden.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung wird der wenigstens eine Umgebungsparameter mittels eines im Kraftfahrzeug verbauten Sensors ermittelt. Dies erlaubt eine präzise Ermittlung besagten Umgebungsparameters, so dass dieser bei der modell-gestützten Berechnung der Drehpunkts-Position besonders genau berücksichtigt werden kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der wenigstens eine Umgebungsparameter der auf das Kraftfahrzeug wirkende Seitenwind, der vorzugsweise mittels eines im Kraftfahrzeug verbauten Windsensors detektiert werden kann. Auf diese Weise kann beim Befahren der Trajektorie etwaig auftretender Seitenwind bei der modellbasierten Drehpunkts-Berechnung berücksichtigt werden.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird als Ergebnis des Vergleichs zwischen berechnetem und gemessenem Drehpunkt ein Fehlersignal erzeugt, wenn die Differenz zwischen dem berechneten und dem gemessenen Drehpunkt einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Auf diese Weise kann definiert festgelegt werden, ab wann eine zu starke Abweichung der berechneten Position des Drehpunkt bzw. des Abstands zum Schwerpunkt gegenüber der gemessenen Position vorliegt.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung wird zur Bestimmung der momentanen Position des Drehpunkts bzw. dessen Abstands 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 der momentanen Position des Drehpunkts bzw. dessen Abstands 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 kann zur Korrektur einer durch Vergleich von gemessener und berechneter Drehpunkt-Position 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 auf diese Weise etwaigen Querabweichungen entgegengewirkt werden.
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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. Ein solches, 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 des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 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 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:
- 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 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. 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. Die aktive Hinterachslenkung 9 wird von einer im Kraftfahrzeug 1 vorgesehenen Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10, die als herkömmliches Steuergerät ausgebildet sein kann, angesteuert.
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Zusätzlich zur aktiven Hinterachslenkung 9 kann auch die Vorderachslenkung 7 als aktive Lenkung ausgelegt sein, 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.
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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 1 ausführen kann.
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Gemäß diesem Verfahren wird bei der in 2 gezeigten Kurvenfahrt entlang der Trajektorie 13 die Position eines momentanen Drehpunkts 14 des Kraftfahrzeugs 1 um seine Hochachse H modell-gestützt berechnet und mit der Position des tatsächlich gemessenen Drehpunkts 14 verglichen.
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Bei der modell-gestützten Berechnung der Position des Drehpunkts 14 werden fahrerinduzierte Lenkeingriffe sowie Stelleingriffe aktiver, im Kraftfahrzeug vorhandener Systeme berücksichtigt. Entsprechende Modell-Daten können in dem in der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 vorhandenen Speicher 12 abgelegt sein. Bei der modell-gestützten Berechnung des Drehpunkts 14 können verschiedene Umgebungsparameter des Kraftfahrzeugs 1 berücksichtigt. Auf diese Weise kann eine besonders genaue Regelung der Differenz zwischen dem berechneten und dem gemessenen Drehpunkt 14 erreicht werden. Besagte Umgebungsparameter können mit Hilfe geeigneter im Kraftfahrzeug verbauter Sensoren ermittelt werden. Rein exemplarisch und in schematischer, stark vereinfachter Form ist in den 1 und 2 ein Windsensor 17 angedeutet. Der Windsensor 17 ermöglicht eine Bestimmung des auf das Kraftfahrzeug 1 wirkenden Seitenwinds 18. Dies erlaubt eine präzise Ermittlung des Seitenwinds, so dass dieser bei der modell-gestützten Berechnung der Drehpunkts-Position 14 berücksichtigt werden kann.
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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. 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 Drehpunkts 14 entlang der Mittellängsachse M variieren.
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Die Ermittlung der tatsächlichen Position des Drehpunktes 14 kann durch Messung 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 sowie einen Geschwindigkeitssensor 15 zur Bestimmung der momentanen Quergeschwindigkeit vq des Kraftfahrzeugs 1 quer zur Mittellängsachse M umfassen.
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Anstelle der Position des Drehpunkts 14 kann beim erfindungsgemäßen Verfahren auch ein entlang der Mittellängsachse M gemessener Abstand A der Position des Drehpunkts 14 zum Schwerpunkt SP des Kraftfahrzeugs 1 berechnet bzw. gemessen werden. Da besagter Abstand A dem negierten Verhältnis von Giergeschwindigkeit d/dt ψ zur Quergeschwindigkeit vq entspricht, lässt sich der Abstand A mit Hilfe des Gierratensensors 16 zur Bestimmung der momentanen Giergeschwindigkeit d/dt ψ des Kraftfahrzeugs 1 sowie des Geschwindigkeitssensor 15 zur Bestimmung der momentanen Quer-geschwindigkeit vq des Kraftfahrzeugs 1 besonders einfach und präzise ermitteln.
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Unabhängig davon, ob ein Vergleich der Drehpunkts-Position 14 oder des Abstands A zwischen Drehpunkt 14 und Schwerpunkt SP erfolgt, kann als Ergebnis dieses Vergleichs ein Fehlersignal erzeugt werden, wenn die Differenz zwischen dem berechneten und dem gemessenen Drehpunkt 14 bzw. dessen Abstand A zum Schwerpunkt SP einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Als Ergebnis des Vergleichs oder in Reaktion auf das Fehlersignal kann von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 durch entsprechende Ansteuerung der Hinterachslenkung 9 ein Lenkeingriff erzeugt werden, um der mit der Schwellwert-Überschreitung einhergehenden Querabweichung des Kraftfahrzeugs beim Befahren der Trajektorie 13 entgegenzuwirken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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