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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens.
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Aus der Praxis sind bereits Kraftfahrzeuge bekannt, die einerseits lenkbare Vorderräder und andererseits lenkbare Hinterräder aufweisen. Kraftfahrzeuge mit lenkbaren Vorderrädern und lenkbaren Hinterrädern werden auch als Kraftfahrzeuge mit Allradlenkung bezeichnet.
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Aus der
US 2010/0286872 A1 ist eine Parkassistenzvorrichtung für ein Fahrzeug mit lenkbaren Vorderrädern sowie lenkbaren Hinterrädern bekannt. Die Parkassistenzvorrichtung verfügt dabei über eine Berechnungseinrichtung, die dem Berechnen eines Fahrpfads zum Leiten des Kraftfahrzeugs zu einer Zielposition dient, wobei hierbei für die Vorderräder und die Hinterräder gegensinnige Lenkwinkel gewählt werden und der Fahrpfad eine Sektion umfasst, in der ein konstanter Punkt, der sich auf einer Mittellinie des Fahrzeugs befindet, eine Trajektorie erzeugt. Damit ein solcher konstanter Punkt auf der Mittellinie des Fahrzeugs vorliegt, muss ein konstantes Verhältnis zwischen einem Lenkwinkel für die Vorderräder und einem Lenkwinkel für die Hinterräder dauerhaft eingehalten werden.
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Ein derartiges konstantes Lenkwinkelverhältnis schränkt jedoch den Betrieb des Kraftfahrzeugs stark ein. So müsste nach der
US 2010/028687 A1 für eine Lenkwinkeländerung das Fahrzeug anhalten, da Vorderachslenkung und Hinterachslenkung unterschiedliche Gradienten besitzen. Ferner ist es bei dem Verfahren der
US 2010/028687 A1 auch nicht möglich, für die Vorderräder und Hinterräder gleichsinnige Lenkwinkel einzustellen. Vielmehr ist nach dem Stand der Technik erforderlich, für die Vorderräder und Hinterräder gegensinnige Lenkwinkel einzustellen, und zwar, wie bereits ausgeführt, unter Aufrechterhaltung eines konstanten Lenkwinkelverhältnisses zwischen dem Lenkwinkel an der Vorderachse und dem Lenkwinkel an der Hinterachse.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs und ein Steuergerät zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird die Soll-Referenzpunkttrajektorie in eine Soll-Vorderachstrajektorie für einen Vorderachsreferenzpunkt und in eine Soll-Hinterachstrajektorie für einen Hinterachsreferenzpunkt umgerechnet. Auf Basis der Soll-Vorderachstrajektorie und auf Basis der Soll-Hinterachstrajektorie werden ein erster Lenkwinkel für die Vorderräder des Kraftfahrzeugs und ein zweiter Lenkwinkel für die Hinterräder des Kraftfahrzeugs derart bestimmt, dass sich der Vorderachsreferenzpunkt entlang der Soll-Vorderachstrajektorie und der Hinterachsreferenzpunkt entlang der Soll-Hinterachstrajektorie bewegt.
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Mit der Erfindung kann der Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit gelenkten Vorderrädern sowie gelenkten Hinterrädern deutlich verbessert werden. So ist es möglich, an der Vorderachse einen Lenkwinkel für die Vorderräder und an der Hinterachse einen Lenkwinkel für die Hinterräder ohne die Notwendigkeit eines konstanten Lenkwinkelverhältnisses zwischen diesen Lenkwinkeln einzustellen. Damit ist es dann möglich, einen lateralen Versatz an der Vorderachse sowie einen lateralen Versatz an der Hinterachse unabhängig voneinander auszuregeln. Ferner kann eine Abweichung in der Ausrichtung der Längsmittelachse des Kraftfahrzeugs sowohl über den Lenkwinkel der Vorderräder als auch über den Lenkwinkel der Hinterräder ausgeregelt werden. Darüber hinaus sind an den Vorderrädern und den Hinterrädern gleichsinnige Lenkwinkel möglich, um einen sogenannten Hundegang für das Kraftfahrzeug bereitzustellen, in welchem die Vorderachse und die Hinterachse bzw. die Vorderräder und die Hinterräder exakt den gleichen Lenkwinkel einnehmen.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Soll-Referenzpunkttrajektorie derart in die Soll-Vorderachstrajektorie umgerechnet, dass jeder Referenzpunkt auf der Soll-Referenzpunkttrajektorie abhängig von einem zugehörigen ersten Lenkwinkel, abhängig von einem zugehörigen zweiten Lenkwinkel, abhängig von einer zugehörigen Position des Referenzpunkts relativ zum Vorderachsreferenzpunkt und abhängig von einer zugehörigen Ausrichtung einer Längsachse des Kraftfahrzeugs in einen entsprechenden Vorderachsreferenzpunkt der Soll-Vorderachstrajektorie umgerechnet wird. Dies erlaubt eine besonders vorteilhafte Bestimmung der Soll-Vorderachstrajektorie.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Soll-Referenzpunkttrajektorie derart in die Soll-Hinterachstrajektorie umgerechnet wird, dass jeder Referenzpunkt auf der Soll-Referenzpunkttrajektorie abhängig von einem zugehörigen ersten Lenkwinkel, abhängig von einem zugehörigen zweiten Lenkwinkel, abhängig von einer zugehörigen Position des Referenzpunkts relativ zum Hinterachsreferenzpunkt und abhängig von einer zugehörigen Ausrichtung der Längsachse des Kraftfahrzeugs in einen entsprechenden Hinterachsreferenzpunkt der Soll-Hinterachstrajektorie umgerechnet wird. Dies erlaubt eine besonders vorteilhafte Bestimmung der Soll-Hinterachstrajektorie.
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Vorzugsweise gibt die Soll-Vorderachstrajektorie zu X% den ersten Lenkwinkel für die Vorderräder und zu Y% den zweiten Lenkwinkel für die Hinterräder vor. Die Soll-Hinterachstrajektorie gibt zu X% den zweiten Lenkwinkel für die Hinterräder und Y% den ersten Lenkwinkel für die Vorderräder vor. Es gilt: X% + Y% =100%. Hiermit ist es möglich, sowohl den lateralen Versatz von Vorderachse und Hinterachse als auch die Abweichung der Ausrichtung der Längsmittelachse optimal auszuregeln.
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Vorzugsweise geschieht dies zunächst durch eine Vorsteuerung insofern, dass die Soll-Hinterachstrajektorie den ersten Lenkwinkel für die Vorderräder vorgibt. Die Soll-Vorderachstrajektorie gibt analog den zweiten Lenkwinkel für die Hinterräder vor. Ferner kann der durch die Trajektorien vorgegebene Lenkwinkel an der Vorderachse, sowie der Hinterachse durch jeweilige Offset-Lenkwinkel addiert werden, der den Lateralversatz zu den beiden Trajektorien ausregelt. Analog kann ein Offset-Lenkwinkel addiert werden, der das Fahrzeug auf die durch die Trajektorie vorgegebene Ausrichtung der Längsmittelachse regelt, wobei hierbei die Ausrichtung nur von der Vorderachslenkung oder nur von der Hinterachslenkung oder durch eine Kombination beider Lenkungen ausgeregelt wird.
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Ein erfindungsgemäßes Steuergerät ist in Anspruch 7 definiert.
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Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 ein Kraftfahrzeug mit lenkbaren Vorderrädern und lenkbaren Hinterrädern;
- 2 ein Diagramm zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs und ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens.
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1 zeigt stark schematisiert ein Kraftfahrzeug, das mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie mithilfe des erfindungsgemäßen Steuergeräts betrieben werden soll.
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Das in 1 gezeigte Kraftfahrzeug 1 verfügt über eine Vorderachse 2 mit lenkbaren Vorderrädern 4 sowie über eine Hinterachse 3 mit lenkbaren Hinterrädern 5. Ferner zeigt 1 eine Längsmittelachse 6 des Kraftfahrzeugs 1.
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Um ein Kraftfahrzeug mit lenkbaren Vorderrädern 4 und lenkbaren Hinterrädern 5 zum Beispiel beim Einparken oder in vergleichbaren Betriebssituationen zu betreiben, ist es bereits bekannt, für einen Referenzpunkt 7 des Kraftfahrzeugs 1 eine Soll-Referenzpunkttrajektorie 10 zu ermitteln, in Abhängigkeit derer die Bewegung des Kraftfahrzeugs geregelt wird, zum Beispiel für einen automatischen Einparkvorgang.
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Jeder Punkt der Soll-Referenzpunkttrajektorie ist dabei zumindest durch die Position des jeweiligen Punkts in einem Referenzkoordinatensystem in X-Richtung und Y-Richtung sowie durch die Ausrichtung der Längsachse 6 des Fahrzeugs 1 in dem Referenzkoordinatensystem charakterisiert. Darüber hinaus ist vorzugsweise jeder Punkt durch einen ersten Lenkwinkel für die Vorderräder 4, einen zweiten Lenkwinkel für die Hinterräder 5 sowie durch eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs charakterisiert.
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Bei dem Referenzpunkt der Soll-Referenzpunkttrajektorie handelt es sich vorzugsweise um den Drehpunkt, um den sich das Kraftfahrzeug bei der Bewegung dreht. Dann, wenn ausschließlich die Hinterräder 5 für einen Lenkvorgang genutzt werden, befindet sich dieser Drehpunkt auf der Vorderachse 2. Dann, wenn ausschließlich die Vorderräder 4 zur Lenkung genutzt werden, befindet sich dieser Drehpunkt auf der Hinterachse 3. Werden sowohl die Vorderräder 4 als auch die Hinterräder 5 zur Lenkung genutzt, so liegt dieser Drehpunkt bzw. Referenzpunkt zwischen der Vorderachse 2 und der Hinterachse 3 oder vor der Vorderachse 2 oder hinter der Hinterachse 3, je nachdem, ob an den Vorderrädern 4 und Hinterrädern 5 gleichsinnige oder gegensinnige Lenkwinkel genutzt werden. Nur dann, wenn ein Lenkwinkelverhältnis zwischen dem ersten Lenkwinkel für die Vorderräder 4 und dem zweiten Lenkwinkel für die Hinterräder 5 bei gegensinnigen Lenkwinkeln konstant ist, ist auch die Position des Drehpunkts bzw. Referenzpunkts konstant.
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Um die Soll-Referenzpunkttrajektorie 10 für den Referenzpunkt des Kraftfahrzeugs bzw. Drehpunkt des Kraftfahrzeugs zu ermitteln, werden als Eingangsgrößen die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs 1, nämlich die aktuelle Position des Referenzpunkts des Kraftfahrzeugs 1 im Referenzkoordinatensystem, die aktuelle Ausrichtung der Längsachse des Kraftfahrzeugs im Referenzkoordinatensystem, der aktuelle erste Lenkwinkel für die Vorderräder 4, der aktuelle zweite Lenkwinkel für die Hinterräder 5 sowie vorzugsweise die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 genutzt, um als Ausgangsgröße die Soll-Referenzpunkttrajektorie für den Referenzpunkt 7 bzw. Drehpunkt des Kraftfahrzeugs 1 zu ermitteln.
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In Abhängigkeit dieser Soll-Referenzpunkttrajektorie kann die Bewegung des Kraftfahrzeugs geregelt werden, wobei dies nach dem Stand der Technik in direkter Abhängigkeit von der Soll-Referenzpunkttrajektorie erfolgt.
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Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, die Bewegung des Kraftfahrzeugs nicht in direkter bzw. unmittelbarer Abhängigkeit von der Soll-Referenzpunkttrajektorie 10 zu regeln, sondern vielmehr die Soll-Referenzpunkttrajektorie 10 in eine Soll-Vorderachstrajektorie 11 für einen Vorderachsreferenzpunkt 8 und eine Soll-Hinterachstrajektorie 12 für einen Hinterachsreferenzpunkt 9 des Kraftfahrzeugs umzurechnen.
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Auf Basis der Soll-Vorderachstrajektorie 11 und der Soll-Hinterachstrajektorie 12 werden dann der erste Lenkwinkel für die Vorderräder 4 und der zweite Lenkwinkel für die Hinterräder 5 derart bestimmt, dass sich der Vorderachsreferenzpunkt 8 entlang der Soll-Vorderachstrajektorie 11 und der Hinterachsreferenzpunkt 9 entlang der Soll-Hinterachstrajektorie 12 bewegt.
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In 2 sind für ein Referenzkoordinatensystem über der X- und Y-Achse verschiedene Stützstellen der Soll-Referenzpunkttrajektorie 10 aufgetragen, und zwar für den Fall von Sinus-Lenkwinkeln an den Vorderrädern 4 und Hinterrädern 5 mit unterschiedlicher Sinus-Frequenz, wobei die Frequenz der Hinterräder 5 doppelt so groß ist wie die Frequenz der Vorderräder 4.
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Wie bereits ausgeführt, wird abhängig von der jeweils aktuellen Position des Referenzpunkts 7 im Referenzkoordinatensystem, abhängig von der Ausrichtung der Längsmittelachse 6 des Kraftfahrzeugs 1 im Referenzkoordinatensystem, abhängig von den aktuellen Lenkwinkeln für die Vorderräder 4, den aktuellen zweiten Lenkwinkeln für die Hinterräder 5 sowie der aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 die Soll-Referenzpunkttrajektorie 10 ermittelt, und zwar entweder iterativ oder auf Grundlage eines Gleichungssystems.
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Aufgrund des Umstands, dass kein konstantes Lenkwinkelverhältnis zwischen dem ersten Lenkwinkel der Vorderräder 4 und dem zweiten Lenkwinkel der Hinterräder 5 existiert, unterliegen benachbarte Stützstellen der Soll-Referenzpunkttrajektorie 10 großen Änderungen, da sich der Referenzpunkt bzw. Drehpunkt 7 schon bei kleinen Lenkwinkeländerungen deutlich ändern kann.
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Die Soll-Referenzpunkttrajektorie 10 der Referenzpunkte bzw. Drehpunkte 7 des Kraftfahrzeugs 1 wird nun, wie bereits ausgeführt, in die Soll-Vorderachstrajektorie 11 sowie in die Soll-Hinterachstrajektorie 12 umgerechnet.
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Die Soll-Referenzpunkttrajektorie 10 wird derart in die Soll-Vorderachstrajektorie 11 umgerechnet, dass jeder Referenzpunkt 7 auf der Soll-Referenzpunkttrajektorie 10 abhängig von einem zugehörigen ersten Lenkwinkel der Vorderräder 4, abhängig von einem zugehörigen zweiten Lenkwinkel der Hinterräder 5, abhängig von einer zugehörigen Position des Referenzpunkts 7 relativ zum Vorderachsreferenzpunkt 8 sowie abhängig von der zugehörigen Ausrichtung der Längsmittelachse 6 des Kraftfahrzeugs 1 in einen entsprechenden Vorderachsreferenzpunkt der Soll-Vorderachstrajektorie 11 umgerechnet wird. Die Soll-Referenzpunkttrajektorie wird auf analoge Art und Weise in die Soll-Hinterachstrajektorie 12 umgerechnet, nämlich derart, dass jeder Referenzpunkt 7 auf der Soll-Referenzpunkttrajektorie 10 abhängig von einem zugehörigen ersten Lenkwinkel der Vorderräder 4, abhängig von einem zugehörigen zweiten Lenkwinkel der Hinterräder 5, abhängig von einer zugehörigen Position des Referenzpunkts relativ zum Hinterachsreferenzpunkt 9 sowie abhängig von einer zugehörigen Ausrichtung der Längsmittelachse 6 in einen entsprechenden Hinterachsreferenzpunkt 9 der Soll-Hinterachstrajektorie 12 umgerechnet wird.
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Auf Basis der Soll-Vorderachstrajektorie 11 sowie auf Basis der Soll-Hinterachstrajektorie 12 werden dann die Lenkwinkel für die Vorderräder 4 und die Hinterräder 5 bestimmt, und zwar derart, dass sich der Vorderachsreferenzpunkt 8 entlang der Soll-Vorderachstrajektorie 11 und der Hinterachsreferenzpunkt 9 entlang der Soll-Hinterachstrajektorie 12 bewegt.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die Soll-Vorderachstrajektorie 11 den ersten Lenkwinkel der Vorderräder 4 vorgibt und die Soll-Hinterachstrajektorie 12 den zweiten Lenkwinkel für die Hinterräder 5 vorgibt.
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Alternativ ist es möglich, dass die Soll-Vorderachstrajektorie 11 den zweiten Lenkwinkel für die Hinterräder 5 und die Soll-Hinterachstrajektorie 12 den ersten Lenkwinkel für die Vorderräder 4 vorgibt.
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Ebenso ist es möglich, den Einfluss der Soll-Vorderachstrajektorie 11 und der Soll-Hinterachstrajektorie 12 auf die beiden Lenkwinkel für die Vorderräder 4 und Hinterräder 5 prozentual aufzuteilen, nämlich derart, dass die Soll-Vorderachstrajektorie zu X% den ersten Lenkwinkel für die Vorderräder 4 und zu Y% den zweiten Lenkwinkel für die Hinterräder 5 vorgibt, dass die Soll-Hinterachstrajektorie 12 zu X% den zweiten Lenkwinkel für die Hinterräder 5 und zu Y% den ersten Lenkwinkel für die Vorderräder 4 vorgibt, wobei X% + Y% = 100% beträgt.
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Mit der Erfindung ist es möglich, Lenkwinkel für die Vorderräder 4 und Lenkwinkel für die Hinterräder 5 unabhängig voneinander zu regeln. So kann ein lateraler Versatz des Referenzpunkts 8 der Vorderachse 2 sowie ein lateraler Versatz des Hinterachsreferenzpunkts 9 der Hinterachse 3 separat bestimmt und unabhängig voneinander ausgeregelt werden. So kann die Vorderachslenkung der Vorderräder 4 den lateralen Versatz an der Hinterachse 3 oder die Vorderachslenkung den lateralen Versatz der Vorderachse 2 ausregeln. Ebenso kann die Hinterachslenkung den lateralen Versatz an der Vorderachse 2 oder die Hinterachslenkung den lateralen Versatz an der Hinterachse 3 ausregeln.
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Ferner können über unabhängige Wahl der beiden Lenkwinkel zueinander ohne kontantes Lenkwinkelverhältnis Abweichung der Längsmittelachse 6 des Fahrzeugs 1 variabel von der Vorderachslenkung und/oder der Hinterachslenkung ausgeregelt werden. Dabei ist es möglich, den Einfluss der beiden Lenkwinkel für die Vorderräder 4 und Hinterräder 5 prozentual aufzuteilen, nämlich derart, dass die Abweichung zur Längsmittelachse zu X% vom ersten Lenkwinkel für die Vorderräder 4 und zu Y% vom zweiten Lenkwinkel für die Hinterräder 5 ausgeregelt wird, wobei X% + Y% = 100% beträgt.
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Mit der Erfindung ist es auch möglich, das Kraftfahrzeug 1 in einem sogenannten Hundegang zu betreiben, in welchem im Bereich der Vorderräder 4 sowie im Bereich der Hinterräder 5 gleichsinnige Lenkwinkel eingestellt werden, in welchen sich dann ein Drehpunkt des Kraftfahrzeugs 1 vor oder hinter dem Fahrzeug befindet und im Falle exakt gleichwertiger Lenkwinkel ins Unendliche verschiebt. Es ist demnach nicht, wie im Stand der Technik, erforderlich, an den Rädern 4, 5 gegensinnige Lenkwinkel und ein konstantes Verhältnis zwischen den Lenkwinkeln zu nutzen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät zum Betreiben des Kraftfahrzeugs 1 mit lenkbaren Vorderrädern 4 und lenkbaren Hinterrädern 5.
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Das Steuergerät verfügt über eine Trajektorien-Berechnungseinrichtung, die einerseits die Soll-Referenzpunkttrajektorie 10 berechnet, und die andererseits die Soll-Referenzpunkttrajektorie 10 in die Soll-Vorderachstrajektorie 11 und die Soll-Hinterachstrajektorie 12 umrechnet.
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Ferner umfasst das Steuergerät eine Trajektorien-Regeleinrichtung, die auf Basis der Soll-Vorderachstrajektorie 11 und auf Basis der Soll-Hinterachstrajektorie 12 die Lenkwinkel für die Vorderräder 4 und Hinterräder 5 derart bestimmt, dass sich der Vorderachsreferenzpunkt 8 entlang der Soll-Vorderachstrajektorie 11, der Hinterachsreferenzpunkt 9 entlang der Soll-Hinterachstrajektorie 12 bewegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Vorderachse
- 3
- Hinterachse
- 4
- Vorderräder
- 5
- Hinterräder
- 6
- Längsachse
- 7
- Referenzpunkt
- 8
- Vorderachsreferenzpunkt
- 9
- Hinterachsreferenzpunkt
- 10
- Soll-Referenzpunkttrajektorie
- 11
- Soll-Vorderachstrajektorie
- 12
- Soll-Hinterachstrajektorie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010/0286872 A1 [0003]
- US 2010028687 A1 [0004]
