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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer Hinterradlenkung eines Kraftfahrzeugs.
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Bei Fahrzeugen, bei denen nicht nur die Vorderachse, sondern auch eine Hinterachse lenkbar ist, ist es bekannt, die Hinterradlenkung automatisiert zu betätigen und dazu mit dem aktuellen Vorderachslenkwinkel sowie der Fahrzeuggeschwindigkeit zu koppeln. Ziel ist dabei, sowohl ein stabiles Fahrverhalten zu erreichen als auch, den Fahrzeuginsassen ein natürliches Lenk- und Fahrgefühl zu vermitteln.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Ansteuerung einer Hinterradlenkung insbesondere im Hinblick auf den Einfluss der Fahrzeuggeschwindigkeit zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Ansteuern einer Hinterradlenkung gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:
- - Erfassen eines aktuellen Vorderachslenkwinkels und einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit,
- - Verwenden eines ersten Berechnungsverfahrens für einen Soll-Hinterachslenkwinkel in einem ersten Parameterbereich des Vorderachslenkwinkels und der Fahrzeuggeschwindigkeit,
- - Verwenden eines zweiten Berechnungsverfahrens für den Soll-Hinterachslenkwinkel in einem zweiten Parameterbereich des Vorderachslenkwinkels und der Fahrzeuggeschwindigkeit, und
- - Wechseln zwischen den beiden Berechnungsverfahren, wenn ein Übergang zwischen den beiden Parameterbereichen stattfindet.
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Auf diese Weise lässt sich das Verhalten des Fahrzeugs situationsabhängig flexibler einstellen, was sowohl der Fahrsicherheit als auch dem natürlichen Fahrgefühl zugutekommt.
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Der aktuelle Vorderachslenkwinkel und die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit sind dabei vorzugsweise die einzigen Eingangsgrößen, die in die Berechnung des Soll-Hinterachslenkwinkels eingehen.
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Die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit ist dabei als die tatsächliche, fahrzeugweit bestimmte und geltende Fahrzeuggeschwindigkeit zum jeweils betrachteten Zeitpunkt definiert.
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Generell wird in der Regel ein Betrag des Vorderachslenkwinkels betrachtet, auch wenn dies nicht explizit angegeben ist.
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Beim ersten Berechnungsverfahren wird beispielsweise, wie herkömmlich bekannt, der Soll-Hinterachslenkwinkel unter Verwendung des Vorderachslenkwinkels und der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt.
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Beim zweiten Berechnungsverfahren wird vorzugsweise der Soll-Hinterachslenkwinkel unter Verwendung des Vorderachslenkwinkels und einer gradientenbegrenzten Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt, wobei ein tatsächlicher Gradient der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit erfasst und mit einem vorgegebenen Gradientengrenzwert verglichen wird.
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Bei Überschreiten des Gradientengrenzwerts wird die gradientenbegrenzte Fahrzeuggeschwindigkeit mittels des Gradientengrenzwerts ermittelt, sodass insbesondere eine gegenüber der tatsächlichen Veränderung verlangsamte Entwicklung der Geschwindigkeit verwendet wird.
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Auf diese Weise lässt sich die Dynamik des Eingangssignals der Fahrzeuggeschwindigkeit begrenzen und die Veränderung des Soll-Hinterachslenkwinkels aufgrund der veränderlichen Fahrzeuggeschwindigkeit um ein vorgegebenes Maß verzögern, sodass sich dieser langsamer ändert als beim ersten Berechnungsverfahren. Dies hat beispielsweise zur Folge, dass bei einer beschleunigten oder gebremsten Kurvenfahrt ein geringeres Nachsteuern vom Fahrer des Fahrzeugs verlangt wird, ohne jedoch eine manuelle Korrektur komplett überflüssig zu machen, da dies oft als ein unnatürliches Fahrgefühl empfunden wird.
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Die Ansteuerung über das zweite Berechnungsverfahren erfolgt nur, wenn sich der aktuelle Vorderachslenkwinkel und die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit im zweiten Parameterbereich befinden, sodass für andere Fahrsituationen der bereits herkömmlich bekannte Eingriff in das Lenkverhalten des Fahrzeugs nach dem ersten Berechnungsverfahren verwendet werden kann.
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Der Gradientengrenzwert ist generell situationsbedingt und/oder fahrzeugbedingt auf beliebige geeignete Werte einschließlich Null einstellbar, sodass in diesem Fall eine konstante gradientenbegrenzte Fahrzeuggeschwindigkeit als Eingangssignal in das Berechnungsverfahren eingeht. Der Gradientengrenzwert kann z.B. in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit oder dem Vorderachslenkwinkel variieren oder auch für positive und negative Beschleunigungen unterschiedlich gewählt werden. So ist es beispielsweise möglich, bei einer Durchfahrt von engen Kurven stärker einzugreifen als in langgezogenen Kurven, indem für einen größeren Vorderachslenkwinkel ein kleinerer Gradientengrenzwert vorgesehen ist als für einen kleineren Vorderachslenkwinkel.
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Die Anpassung des Gradientengrenzwerts kann selbstverständlich auch während der Ansteuerung mittels des zweiten Berechnungsverfahrens erfolgen, sodass der Gradientengrenzwert im normalen Fahrbetrieb veränderlich ist.
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In einem Extremfall kann die gradientenbegrenzte Fahrzeuggeschwindigkeit nach dem zweiten Berechnungsverfahren ab dem Zeitpunkt des Übergangs zur Verwendung des zweiten Berechnungsverfahrens als konstant angesehen, sozusagen eingefroren, werden, wenn der Gradientengrenzwert für die momentan vorherrschenden Bedingungen auf Null gesetzt ist.
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Der erste Parameterbereich umfasst vorteilhaft eine Obergrenze für einen Betrag des Vorderachslenkwinkels sowie einen Bereich der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner einer ersten, niedrigeren Grenzgeschwindigkeit und/ größer einer zweiten, höheren Grenzgeschwindigkeit. Dabei ist vorzugsweise der erste Parameterbereich so definiert, dass zumindest eine der betrachteten Größen, also der Vorderachslenkwinkel und der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit, die vorgegebenen Grenzbedingungen erfüllen muss.
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Der zweite Parameterbereich umfasst vorzugsweise den Bereich der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen der ersten und der zweiten Grenzgeschwindigkeit und den Bereich oberhalb der Obergrenze für den Betrag des Vorderachslenkwinkels. Hierbei müssen vorzugsweise beide Größen die vorgegebenen Grenzbedingungen erfüllen. Der gesamtmögliche Bereich für den Vorderachslenkwinkel sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit ist in diesem Fall zwischen dem ersten und dem zweiten Parameterbereich aufgeteilt. Der zweite Parameterbereich ist dabei so gewählt, dass er die typischen Werte für Vorderachslenkwinkel und Fahrzeuggeschwindigkeit abdeckt, die bei einer normalen Kurvenfahrt auftreten, da die Anpassung des Soll-Hinterachslenkwinkels insbesondere in diesem Bereich zu einer Verbesserung des Fahrgefühls führt.
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Die Obergrenze für den Betrag des Vorderachslenkwinkels und/oder die Grenzgeschwindigkeiten können gegebenenfalls situationsabhängig und/oder fahrzeugparameterabhängig eingestellt werden, um die Flexibilität der Ansteuerung zu erhöhen.
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Bei einem Wechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Berechnungsverfahren muss sichergestellt sein, dass der zeitliche Verlauf des Soll-Hinterachslenkwinkels stetig bleibt, also keine Sprünge aufweist.
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Der Wechsel vom ersten zum zweiten Berechnungsverfahren kann unmittelbar und ohne, dass weitere Bedingungen erfüllt sein müssen, vorgenommen werden, sobald ein Übergang in den zweiten Parameterbereich erfolgt. Vom zweiten Berechnungsverfahren sollte der aktuelle Wert und Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Übergangs bei der Betrachtung des Gradienten der Fahrzeuggeschwindigkeit übernommen werden, damit die von den beiden Berechnungsverfahren ermittelten Soll-Hinterachslenkwinkel zu diesem Zeitpunkt übereinstimmen.
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Für den Fall des Wechsels vom zweiten zum ersten Berechnungsverfahren können zwei Fälle unterschieden werden.
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Der Wechsel kann unmittelbar vorgenommen werden, wenn nach oder während des Übergangs in den ersten Parameterbereich, also dem Verlassen des zweiten Parameterbereichs, ein Nulldurchgang des Vorderachslenkwinkels erfolgt. In diesem Fall ist der Soll-Hinterradlenkwinkel nach beiden Berechnungsverfahren gleich Null, sodass keine Unstetigkeit auftreten kann.
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Der Wechsel kann anderenfalls beim Verlassen des zweiten Parameterbereichs mit einem angepassten Gradienten der Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgen, der so gewählt ist, dass ein vorgegebener Gradient der Änderung des Betrags des Hinterachslenkwinkels nicht überschritten wird. So wird vermieden, dass eine sprunghafte Änderung des Soll-Hinterachslenkwinkels erfolgt, indem die mögliche zeitliche Veränderung des Soll-Hinterachslenkwinkels auf einen Maximalwert beschränkt wird, bis der vom zweiten Berechnungsverfahren ermittelte Soll-Hinterachslenkwinkel erreicht ist.
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In beiden Fällen erfolgt sozusagen eine Überblendung vom Soll-Hinterachslenkwinkel, der vom zweiten Berechnungsverfahren geliefert wird, in den Soll-Hinterachslenkwinkel, der vom ersten Berechnungsverfahren ermittelt wird, wobei ein sprunghafter Übergang verhindert wird, selbst wenn beide Berechnungsverfahren für den Zeitpunkt des Wechsels zwischen dem Berechnungsverfahren unterschiedliche Soll-Hinterachslenkwinkel erzeugen.
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Der angepasste Gradient der Fahrzeuggeschwindigkeit kann der Gradient der Fahrzeuggeschwindigkeit sein, der zum Zeitpunkt des Wechsels in den ersten Parameterbereich dem zweiten Berechnungsverfahren zugrunde lag. Es kann aber auch ein anderer, insbesondere größerer, Wert vorgegeben werden, insbesondere für den Fall, in dem der zu diesem Zeitpunkt verwendete Geschwindigkeitsgradientenwert sehr klein oder auf Null gesetzt ist.
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Die einzelnen Parameter, also die Abgrenzungen des ersten und der zweiten Parameterbereichs, der Gradientengrenzwert, der Geschwindigkeitsgradientenwert, der angepasste Gradient der Fahrzeuggeschwindigkeit oder der vorgegebene Gradient der Änderung des Betrags des Hinterachslenkwinkels, aber auch andere geeignete Parameter, sowie deren Abhängigkeiten voneinander und von anderen geeigneten Größen können über geeignete Funktionen im laufenden Betrieb errechnet werden oder auf geeignete Weise nachschlagbar in einer Steuereinheit des Fahrzeugs abgelegt sein, beispielsweise in Form einer im Vorfeld für das jeweilige Fahrzeug ermittelte Lookup-Table.
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Der Gradientengrenzwert wird beispielsweise durch Filterung der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Zur Ansteuerung 10 einer Hinterradlenkung eines Kraftfahrzeugs werden als Eingangsparameter ein aktueller Vorderachslenkwinkel 12 sowie eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit 14 erfasst.
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In diesem Beispiel wird grundsätzlich stets der Betrag des Vorderachslenkwinkels 12 betrachtet. Unter der Fahrzeuggeschwindigkeit ist eine Längsgeschwindigkeit oder eine Schwerpunktsgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu verstehen. Auch der Gradient der Fahrzeuggeschwindigkeit bezieht sich auf die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit oder auf die Schwerpunktsgeschwindigkeit.
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Der aktuelle Vorderachslenkwinkel 12 und die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit 14 werden in einem Schritt 16 daraufhin überprüft, ob sie innerhalb eines ersten Parameterbereichs liegen.
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Der erste Parameterbereich umfasst eine Obergrenze für den Betrag des aktuellen Vorderachslenkwinkels 12 sowie eine untere und eine obere Grenzgeschwindigkeit für die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit 14, wobei die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit 14 unterhalb der unteren und oberhalb der oberen Grenzgeschwindigkeit liegen muss.
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Außerdem ist ein zweiter Parameterbereich definiert, der in diesem Beispiel die vom ersten Parameterbereich nicht umfassten Bereiche enthält, die der aktuelle Vorderachslenkwinkel 12 und die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit 14 einnehmen können.
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In diesem Beispiel sind die Obergrenze des aktuellen Vorderachslenkwinkels 12 sowie die beiden Grenzgeschwindigkeiten so gewählt, dass der zweite Parameterbereich eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs mit einer normalen, für die jeweilige Kurve angepassten Geschwindigkeit beschreibt. Der erste Parameterbereich umfasst dagegen beispielsweise Geradeausfahrtsituationen, Fahrten mit sehr hoher Fahrzeuggeschwindigkeit sowie Fahrten mit sehr niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit, wie beispielsweise zum Rangieren des Fahrzeugs.
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Die Parameterbereiche sind variabel. Sie können beispielsweise für einen Fahrzeugtyp vorgegeben werden, aber auch im laufenden Fahrbetrieb abhängig von allen geeigneten situationsbedingten und fahrzeugbedingten Größen laufend angepasst werden. Es wäre auch denkbar, die Parameterbereiche nur über den Vorderachslenkwinkel und eine einzige Grenzgeschwindigkeit zu definieren.
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Liegen der aktuelle Vorderachslenkwinkel 12 und/oder die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit 14 im ersten Parameterbereich, so wird ein Soll-Hinterachslenkwinkel 18 nach einem ersten Berechnungsverfahren 20 bestimmt.
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Liegen der aktuelle Vorderachslenkwinkel 12 sowie die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit 14 hingegen im zweiten Parameterbereich, so wird der Soll-Hinterachslenkwinkel 18 nach einem zweiten Berechnungsverfahren 22 bestimmt.
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In das erste Berechnungsverfahren 20 gehen auf bekannte Weise der aktuelle Vorderachslenkwinkel 12 sowie die aktuelle, d.h. unveränderte, Fahrzeuggeschwindigkeit 14 als in der Regel einzige bzw. wesentliche Eingangsgrößen ein.
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In das zweite Berechnungsverfahren 22 gehen neben dem aktuellen Vorderachslenkwinkel 12 sowie der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit 14 ein Gradient der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit 14 ein. Dieser Gradient der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit 14 wird mit einem Gradientengrenzwert 24 verglichen. Liegt der Gradient der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit 14 oberhalb des Gradientengrenzwerts 24, so wird der Gradient der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit 14 auf den Gradientengrenzwert 24 begrenzt. Aus der durch diesen Gradientengrenzwert 24 definierten zeitlichen Geschwindigkeitsentwicklung wird aus der aktuellen eine gradientenbegrenzte Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt, die in das zweite Berechnungsverfahren 22 eingeht. Diese gradientenbegrenzte Fahrzeuggeschwindigkeit ersetzt in diesem Beispiel die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit 14 bei der Berechnung des Soll-Hinterachslenkwinkels 18. Ansonsten kann das zweite Berechnungsverfahren 22 identisch zum ersten Berechnungsverfahren 20 durchgeführt werden,
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Der Gradientengrenzwert 24 ist vorgegeben, variiert aber beispielsweise in Abhängigkeit der Parameterbereiche, des aktuellen Vorderachslenkwinkels 12, der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit 14 oder anderer geeigneter situationsbedingter oder fahrzeugbedingter Größen.
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Unter bestimmten Bedingungen kann der Gradientengrenzwert 24 bis auf Null reduziert werden, sodass die gradientenbegrenzte Fahrzeuggeschwindigkeit konstant auf die zum Eintritt dieser Bedingung aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit 14 gesetzt wird.
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Generell sind sämtliche für die Berechnungsverfahren 20, 22 notwendigen Werte nachschlagbar oder als Funktion berechenbar in einem geeigneten Speicher im Fahrzeug abgelegt, auf den eine geeignete Steuereinheit Zugriff hat.
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Bei einem Übergang des aktuellen Vorderachslenkwinkels 12 und der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit 14 vom ersten in den zweiten Parameterbereich (d.h. sobald beide Größen im zweiten Parameterbereich liegen) erfolgt der Wechsel vom ersten zum zweiten Berechnungsverfahren 20, 22 unmittelbar und ohne weitere Bedingungen. Zu diesem Zeitpunkt verwenden beide Berechnungsverfahren 20, 22 die gleiche aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit 14, sodass bei der Berechnung identische Soll-Hinterachslenkwinkelanforderungen 26, 28 resultieren. Somit ist ein stetiger Übergang des Soll-Hinterachslenkwinkels 18 gewährleistet.
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Bei einem Übergang des aktuellen Vorderachslenkwinkels 12 oder der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit 14 vom zweiten in den ersten Parameterbereich bzw. sobald wenigstens eine dieser Größen im ersten Parameterbereich liegt, wird ein Überblendungsverfahren 30 angewandt, das sicherstellt, dass beim Wechsel von der Soll-Hinterachslenkwinkelanforderung 28 nach dem zweiten Berechnungsverfahren 22 zur Soll-Hinterachslenkwinkelanforderung 26 nach dem ersten Verfahren keine Unstetigkeit auftritt.
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Hierbei werden zwei Fälle unterschieden.
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Ein erster Fall liegt vor, wenn nach oder während des Übergangs in den ersten Parameterbereich, also dem Verlassen des zweiten Parameterbereichs, ein Nulldurchgang des aktuellen Vorderachslenkwinkels 12 erfolgt. In dieser Konstellation wird der Wechsel vom zweiten zum ersten Berechnungsverfahren 22, 20 unmittelbar vorgenommen. Beim Nulldurchgang liefern beide Berechnungsverfahren 20, 22 den identischen Soll-Hinterachslenkwinkel 18, sodass keine Unstetigkeit auftreten kann. Nach dem Nulldurchgang des aktuellen Vorderachslenkwinkel 12 erfolgt dann die Änderung des Soll-Hinterachslenkwinkels 18 nach dem ersten Berechnungsverfahren 20.
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Außerhalb eines Nulldurchgangs des aktuellen Vorderachslenkwinkels 12 erfolgt der Wechsel vom zweiten zum ersten Berechnungsverfahren 22, 20 mit einem angepassten Gradienten 32 der Fahrzeuggeschwindigkeit, wobei dieser so gewählt ist, dass die Änderung des Soll-Hinterachslenkwinkels 18 nicht zu schnell erfolgt, also ein vorgegebener Gradient dieser Änderung nicht überschritten wird.
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Eine Obergrenze für den angepassten Gradienten 32 stellt der Gradientengrenzwert 24 dar. Ist dieser momentan zu klein, um in angemessener Zeit den Angleich zwischen dem beiden Soll-Hinterachslenkwinkelanforderungen 26, 28 herzustellen, so kann ein Mindestgradient 34 verwendet werden, der so gewählt ist, dass eine zeitliche Vorgabe zum Angleich erfüllt wird.
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Ist der Angleich erfolgt, so wird der Soll-Hinterachslenkwinkel 18 wieder über das erste Berechnungsverfahren 20 bestimmt, solange der aktuelle Vorderachslenkwinkel 12 und die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit 14 sich im ersten Parameterbereich befinden.
