DE102022202130A1 - Method and device for increasing driving comfort for occupants of an at least partially autonomous vehicle - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung des Fahrkomforts für Insassen eines zumindest teilautonom fahrenden Fahrzeugs mit mindestens einer lenkbaren Vorderachse und einer davon unabhängig lenkbaren Hinterachse, mit den Schritten: Ermitteln eines von dem Fahrzeug zukünftig zu befahrenden Streckenabschnitts durch ein Navigationssystem; Ermitteln eines optimierten Schwimmwinkels für eine zukünftige Kurvenfahrt durch eine Prozessoreinrichtung; Ansteuern eines Aktuators zur Einstellung eines Einschlags der vorderen und/oder der hinteren Achse für eine Kurveneinfahrt entsprechend des von der Prozessoreinrichtung vorberechneten optimierten Schwimmwinkels; Ansteuern eines Aktuators zur Einstellung eines Einschlags der vorderen und/oder der hinteren Achse für eine Kurvenausfahrt entsprechend der von der Prozessoreinrichtung vorberechneten optimierten Fahrzeugausrichtung; und mindestens einmaliges Ändern des Vorzeichens des Winkels des Einschlags der hinteren Achse bezüglich der Fahrzeuglängsachse während einer Kurvendurchfahrt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erhöhung des Fahrkomforts für Insassen eines zumindest teilautonom fahrenden Fahrzeugs sowie ein entsprechendes Fahrzeug.The present invention relates to a method for increasing driving comfort for occupants of an at least partially autonomous vehicle with at least one steerable front axle and a rear axle that can be steered independently thereof, with the steps: determining a section of route to be traveled by the vehicle in the future using a navigation system; Determining an optimized slip angle for future cornering by a processor device; Controlling an actuator for setting a turning angle of the front and/or rear axle for corner entry in accordance with the optimized slip angle precalculated by the processor device; Controlling an actuator for adjusting a turning angle of the front and/or rear axle for corner exit in accordance with the optimized vehicle alignment pre-calculated by the processor device; and changing the sign of the angle of the angle of the rear axle with respect to the longitudinal axis of the vehicle at least once while driving through a curve. The invention further relates to a device for increasing driving comfort for occupants of an at least partially autonomous vehicle and a corresponding vehicle.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erhöhung des Fahrkomforts für Insassen eines zumindest teilautonom fahrenden Fahrzeugs während einer Kurvenfahrt. Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, das mit einer solchen Vorrichtung ausgerüstet ist oder zur Durchführung dieses Verfahrens eingerichtet ist.The present invention relates to a method and a device for increasing driving comfort for occupants of an at least partially autonomous vehicle while cornering. The invention also relates to a vehicle that is equipped with such a device or is set up to carry out this method.
Die Entwicklung von Fahrzeugen verfolgt seit einiger Zeit im Wesentlichen die drei Ziele, Fahrzeuge energieeffizienter, sicherer und / oder komfortabler zu machen. Wesentlichen Einfluss darauf - insbesondere im Hinblick auf die Energieeffizienz - haben beispielsweise der Motor und die Karosserie. Der Motor hat beispielsweise durch die Auswahl dessen Leistung, der zum Vortrieb des Fahrzeugs eingesetzten Energiequelle und dessen Gewicht einen Einfluss, die Karosserie, beispielsweise durch ihre Form und ihr Gewicht. Viele dieser Variablen sind jedoch nicht frei wählbar oder bereits so optimiert, dass der benötigte Aufwand nicht mehr im Verhältnis zum Nutzen steht.For some time now, vehicle development has essentially pursued the three goals of making vehicles more energy efficient, safer and/or more comfortable. The engine and the body, for example, have a significant influence on this - especially with regard to energy efficiency. The engine has an influence, for example, through the selection of its power, the energy source used to propel the vehicle and its weight, the body, for example through its shape and weight. However, many of these variables are not freely selectable or have already been optimized in such a way that the effort required is no longer in proportion to the benefit.
Daher wurde in der Vergangenheit vermehrt versucht, andere Möglichkeiten zur Überwachung und Optimierung des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs unternommen. Insbesondere im Zusammenhang mit Entwicklungen zum (teil-) autonomen Fahren wurden Fahrzeuge entwickelt, die Vielzahl von Sensoren enthalten, welche Fahrzeugdaten und/oder Umgebungsdaten ermitteln. Diese Daten werden zur Ermittlung eines geeigneten Fahrmodus eingesetzt, welcher einerseits sowohl die Sicherheit des Fahrzeugs, dessen Insassen und anderer Verkehrsteilnehmer gewährleistet und andererseits das Fahrzeug auch in einem möglichst energiesparenden Modus fahren lässt. So ist es beispielsweise bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren Stand der Technik, einen oder mehrere Zylinder nicht zu nutzen, wenn deren Leistung nicht benötigt wird.Therefore, in the past, there have been increasing attempts to find other ways to monitor and optimize the driving behavior of a vehicle. Particularly in connection with developments in (partially) autonomous driving, vehicles have been developed that contain a large number of sensors that determine vehicle data and/or environmental data. This data is used to determine a suitable driving mode, which, on the one hand, ensures the safety of the vehicle, its occupants and other road users and, on the other hand, also allows the vehicle to drive in the most energy-saving mode possible. For example, in vehicles with internal combustion engines, it is state of the art not to use one or more cylinders if their power is not required.
Die in modernen Fahrzeugen enthaltenen Sensoren und Aktoren können auch dazu genutzt werden, den Fahrkomfort zu erhöhen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine (teil-) autonome Fahrzeugsteuerung beispielsweise auf Basis der für die vorausgeberechnete Strecke verfügbaren Informationen zur Streckenauslastung, Ampelsteuerung und Geschwindigkeitsvorgaben die Fahrzeuggeschwindigkeit frühzeitig anpasst. Dadurch können abrupte Geschwindigkeitsänderungen reduziert werden und die auf die Fahrzeuginsassen wirkenden Beschleunigungskräfte verringert werden. Insbesondere beim (voll-) autonomen Fahren sind alle Fahrzeuginsassen Passagiere, denen ein möglichst angenehmes und komfortables Reisen ermöglicht werden sollte. Ablenkungen und Unterbrechungen von während der Reise ausgeübten sonstigen Tätigkeiten wie Lesen, Schreiben, Arbeiten oder Spielen durch unerwartete oder plötzliche ausgeführte Fahrzeugmanöver mit großer Änderungsrate der Beschleunigung sollten vermieden werden.The sensors and actuators contained in modern vehicles can also be used to increase driving comfort. This can be done, for example, by a (partially) autonomous vehicle control adjusting the vehicle speed at an early stage, for example based on the information available for the pre-calculated route regarding route utilization, traffic light control and speed specifications. This allows abrupt changes in speed to be reduced and the acceleration forces acting on the vehicle occupants to be reduced. Especially in (fully) autonomous driving, all vehicle occupants are passengers who should be able to travel as pleasantly and comfortably as possible. Distractions and interruptions of other activities carried out during the journey, such as reading, writing, working or playing, due to unexpected or sudden vehicle maneuvers with a large rate of change in acceleration should be avoided.
Aus dem Stand der Technik sind außerdem Fahrzeuge mit Hinterachslenkung bekannt. Eine solche Lenkung der Hinterachse dient üblicherweise dazu, die Agilität eines Fahrzeugs (insbesondere bei geringen Geschwindigkeiten) zu erhöhen. Beispielsweise kann durch eine zusätzliche Hinterachslenkung das Einparken des Fahrzeugs unterstützt werden. Bekannt ist auch, dass durch eine zusätzliche Hinterachslenkung (insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten) die Sicherheit er erhöht werden kann. Dies kann insbesondere mit einer Verbesserung der Stabilität des Fahrzeugs bei Kurvenfahrten begründet werden.Vehicles with rear-axle steering are also known from the prior art. Such steering of the rear axle usually serves to increase the agility of a vehicle (particularly at low speeds). For example, additional rear-axle steering can assist in parking the vehicle. It is also known that safety can be increased through additional rear-axle steering (particularly at higher speeds). This can be justified in particular by improving the stability of the vehicle when cornering.
Ein Beispiel für eine solche Steuerung ist in der
Andererseits ist es bekannt, dass bei Fahrzeugen mit einer zusätzlichen Hinterachslenkung ein dem Übersteuern und/oder Ausbrechen des Fahrzeugs (was auch beim Driften auftritt und im Rahmen dieser Erfindung auch teilweise als Driften bezeichnet wird) ähnliches Fahrgefühl bei gleichzeitig stabiler Fahrzeugführung gezielt herbeigeführt oder simuliert werden kann.On the other hand, it is known that in vehicles with additional rear-axle steering, a driving feeling similar to oversteering and / or swerving of the vehicle (which also occurs when drifting and is also sometimes referred to as drifting in the context of this invention) can be specifically brought about or simulated while at the same time stable vehicle control can.
So ist beispielsweise aus
Ein Verfahren, bei welchem das Driften auch bei Fahrzeugen gezielt hervorgerufen wird, bei denen es aufgrund eines negativen Kraft/Masse-Verhältnisses üblicherweise nicht zulässig wäre, ist aus
Wie oben dargelegt, ist es zwar grundsätzlich bekannt, dass ein Fahrzeug mit einer Hinterradlenkung in bestimmte Fahrmodi bringbar ist, jedoch dienen die bekannten Verfahren und Vorrichtungen jeweils entweder der Stabilisierung des Fahrzeugs während der Kurvenfahrt durch Verhinderung des Übersteuerns oder dazu, das Übersteuern beziehungsweise Driften gezielt auszulösen. Verfahren und Vorrichtungen, die den Fahrkomfort der Fahrzeugpassagiere erhöhen, sind nicht bekannt. Es besteht daher die Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, welches den Fahrkomfort bei Kurvenfahrten erhöht.As explained above, it is generally known that a vehicle with rear-wheel steering can be brought into certain driving modes, but the known methods and devices each serve either to stabilize the vehicle while cornering by preventing oversteer or to specifically prevent oversteer or drifting to trigger. Methods and devices that increase the driving comfort of vehicle passengers are not known. The task is therefore to provide a device and a method which increases driving comfort when cornering.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved according to the invention by the subjects of the independent claims. Advantageous embodiments and further developments of the invention are the subject of the subclaims.
Eine Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Verfahren zur Erhöhung des Fahrkomforts für Insassen eines zumindest teilautonom fahrenden Fahrzeugs mit mindestens einer lenkbaren Vorderachse und einer davon unabhängig lenkbaren Hinterachse. Dieses Verfahren umfasst die Schritte:
- - Ermitteln eines von dem Fahrzeug zukünftig zu befahrenden Streckenabschnitts durch ein Navigationssystem,
- - Ermitteln eines optimierten Schwimmwinkels für eine zukünftige Kurvenfahrt durch eine Prozessoreinrichtung,
- - Ansteuern eines Aktuators zur Einstellung eines Einschlags der vorderen und/oder der hinteren Achse für eine Kurveneinfahrt entsprechend des von der Prozessoreinrichtung vorberechneten optimierten Schwimmwinkels,
- - Ansteuern eines Aktuators zur Einstellung eines Einschlags der vorderen und/oder der hinteren Achse für eine Kurvenausfahrt entsprechend der von der Prozessoreinrichtung vorberechneten optimierten Fahrzeugausrichtung, und
- - Mindestens einmaliges Ändern des Vorzeichens des Winkels des Einschlags der hinteren Achse bezüglich der Fahrzeuglängsachse während einer Kurvendurchfahrt.
- - Determining a section of route to be traveled by the vehicle in the future using a navigation system,
- - Determining an optimized slip angle for future cornering by a processor device,
- - Controlling an actuator for setting a turning angle of the front and/or rear axle for corner entry in accordance with the optimized slip angle pre-calculated by the processor device,
- - Controlling an actuator for setting a turning angle of the front and/or rear axle for corner exit in accordance with the optimized vehicle alignment pre-calculated by the processor device, and
- - Changing the sign of the angle of the rear axle with respect to the vehicle's longitudinal axis at least once while driving through a curve.
Als Kurvendurchfahrt soll dabei das Befahren eines Streckenabschnitts verstanden werden, der zumindest abschnittsweise einen beliebigen Streckenverlauf mit nichtkonstanter Kurvenkrümmung aufweist. Die Kurvenkrümmen kann abschnittsweise auch gleich null sein, der Streckenabschnitt also ein oder mehrere geradlinig verlaufende Teilstücke aufweisen.Driving through a curve should be understood as driving along a section of route which, at least in sections, has an arbitrary route with a non-constant curve curvature. The curves of the curves can also be zero in sections, i.e. the route section can have one or more straight sections.
Es konnte überraschenderweise gefunden werden, dass sich durch die mindestens einmalige Änderung des Vorzeichens des Winkels des Einschlags der hinteren Achse bezüglich der Fahrzeuglängsachse während einer Kurvendurchfahrt eine für die Insassen besonders komfortable Kurvendurchfahrt realisieren lässt, da extreme Beschleunigungsänderungen in kurzer Zeit (hohe Rücke) vermieden werden können. Anders als bei dem eingangs als Stand der Technik beschriebenen Driften und dem durch die bewusste Herbeiführung dieses Fahrzustands, um die dabei plötzlich auftretenden Beschleunigungsspitzen (starke Steigung in einem Beschleunigung/Zeit-Diagramm) hervorzurufen, ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, derartige Beschleunigungsspitzen und besonders große Steigungen in einem Beschleunigung/Zeit-Diagramm zu vermeiden. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit den in den
Eine große Änderungsrate der Beschleunigung wird im Zusammenhang mit dieser Erfindung auch als plötzlich auftretende Beschleunigung bezeichnet. Eine zeitliche Änderungsrate der Beschleunigung eines Körpers wird in der Kinematik als „Ruck“ bezeichnet. Der Ruck entspricht der ersten Ableitung der Beschleunigung nach der Zeit. Eine kurzfristig auftretende Beschleunigung zeichnet sich üblicherweise durch eine große Steigung in einem Beschleunigung-Zeit-Diagramm aus. Dementsprechend ist der Betrag der Ableitung der Beschleunigung über die Zeit an diesem Punkt groß. Derartige kurzfristige beziehungsweise abrupte Beschleunigungen oder Rücke werden von Fahrzeuginsassen oft als besonders störend und unangenehm empfunden.A large rate of change in acceleration is also referred to as sudden acceleration in the context of this invention. A rate of change in the acceleration of a body over time is called a “jerk” in kinematics. The jerk corresponds to the first derivative of the acceleration with respect to time. A short-term acceleration is usually characterized by a large gradient in an acceleration-time diagram. Accordingly, the magnitude of the derivative of the acceleration over time is large at this point. Such short-term or abrupt accelerations or jerks are caused by vehicle occupants often perceived as particularly disturbing and unpleasant.
Im Rahmen dieser Erfindung wird in vielen Fällen zwischen der kinematischen Beschleunigung und der auf Insassen wirkende Beschleunigung unterschieden. Sowie nichts anderes angegeben ist, wird mit Beschleunigung die auf Insassen wirkende Beschleunigung verstanden. Die kinematische Beschleunigung wird üblicherweise durch einen Verlauf der Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit angegeben. Dessen Richtung und Größe ist beispielsweise durch Faktoren wie Kurvenradius und Geschwindigkeit(sänderung) des Fahrzeugs vorgegeben. Dieser Beschleunigungsvektor kann in zwei Vektoren zerlegt werden, von denen ein erster tangential und ein zweiter normal zur Bahnkurve gerichtet sind. Der erste dieser beiden Vektoren definiert die Tangentialbeschleunigung. Er beschreibt die zeitliche Änderung der Geschwindigkeitsbetrages und bildet eine Tangente zur Bahnkurve. Der zweite dieser beiden Vektoren definiert die Normalbeschleunigung. Er beschreibt die zeitliche Änderung der Geschwindigkeitsrichtung. Bei seiner Kenntnis lässt sich aus ihm ein Maß für die Krümmung der Bahnkurve ermitteln.In the context of this invention, in many cases a distinction is made between kinematic acceleration and the acceleration acting on occupants. Unless otherwise stated, acceleration is understood to mean the acceleration acting on occupants. The kinematic acceleration is usually indicated by a curve in the direction of movement and speed. Its direction and size are determined, for example, by factors such as the curve radius and (change in) speed of the vehicle. This acceleration vector can be broken down into two vectors, a first tangential and a second normal to the trajectory. The first of these two vectors defines the tangential acceleration. It describes the change in speed over time and forms a tangent to the trajectory. The second of these two vectors defines the normal acceleration. It describes the change in speed direction over time. If you know it, you can use it to determine a measure of the curvature of the trajectory.
Demgegenüber zielt die vorliegende Erfindung vorzugsweise darauf ab, die auf Insassen wirkende Beschleunigung und demnach auch den wirkenden Ruck so zu verändern, dass dieser für Fahrzeuginsassen als weniger Störend empfunden wird und ein komfortableres Fahrgefühl entsteht. Dazu wird vorzugsweise auf ein fahrzeugfestes Bezugssystem abgestellt, bei welchem bei den auf Insassen wirkende Beschleunigung (beziehungsweise Ruck) zwischen der Beschleunigung (beziehungsweise dem Ruck) in Längs- und Querrichtung (bezüglich der Fahrzeuglängsachse) unterschieden wird.In contrast, the present invention preferably aims to change the acceleration acting on occupants and therefore also the jerk acting on them so that this is perceived as less disturbing for vehicle occupants and a more comfortable driving experience is created. For this purpose, a vehicle-fixed reference system is preferably used, in which a distinction is made between the acceleration (or jerk) acting on occupants between the acceleration (or jerk) in the longitudinal and transverse directions (with respect to the vehicle's longitudinal axis).
Der Betrag der auf die Insassen wirkende (und von den Insassen gefühlten) Beschleunigung ist (da nur ein anderes Bezugssystem zugrunde liegt) gleich der kinematischen Beschleunigung. Im Rahmen der vorgeschlagenen Lösung ist es jedoch vorzugsweise durch eine geeignete Fahrzeugausrichtung möglich, die Richtung der auf die Passagiere wirkenden Beschleunigung (Längs- und Querbeschleunigung) zu verändern. Beispielsweise kann dadurch eine kinematische Längsbeschleunigung (oder Tangentialbeschleunigung) des Fahrzeugs in eine (von einem Insassen) gefühlte Querbeschleunigung umwandeln und umgekehrt.The amount of acceleration acting on the occupants (and felt by the occupants) is equal to the kinematic acceleration (since it is based on a different reference system). However, within the framework of the proposed solution, it is preferably possible to change the direction of the acceleration acting on the passengers (longitudinal and lateral acceleration) by means of a suitable vehicle alignment. For example, this can convert a kinematic longitudinal acceleration (or tangential acceleration) of the vehicle into a lateral acceleration felt (by an occupant) and vice versa.
Vorzugsweise ergeben sich durch die Entkopplung der Längs- und Querbeschleunigung von der Tangentialbeschleunigung und Normalbeschleunigung Möglichkeiten, die Richtung der auf einen Fahrzeuginsassen wirkenden Beschleunigung zu verändern und somit den Betrag des gefühlten Rucks zu verkleinern. Dies wird als Komfortsteigerung wahrgenommen. Da auch die Toleranz für von einem Fahrzeuginsassen gefühlte Beschleunigungen in Quer- und Längsrichtung unterschiedlich sein kann, kann auch eine durch die vorliegende Erfindung erreichbare gesteuerte Umverteilung der auf den Insassen wirkenden Gesamtbeschleunigung in als besonders komfortabel empfundene Anteile in Längs- und Querbeschleunigung der Komfort nochmals erhöht werden.Preferably, the decoupling of the longitudinal and lateral acceleration from the tangential acceleration and normal acceleration creates opportunities to change the direction of the acceleration acting on a vehicle occupant and thus reduce the amount of jerk felt. This is perceived as an increase in comfort. Since the tolerance for accelerations felt by a vehicle occupant in the transverse and longitudinal directions can also be different, a controlled redistribution of the total acceleration acting on the occupant into portions in the longitudinal and transverse acceleration that can be achieved by the present invention can further increase comfort become.
Insbesondere hat es sich zur Vermeidung von großen Rücken als vorteilhaft erwiesen, wenn das Ansteuern des Aktuators zur Einstellung eines Einschlags der vorderen und/oder der hinteren Achse für eine Kurveneinfahrt vor der Einfahrt des Fahrzeugs in die Kurve erfolgt und/oder das Vorzeichens des Winkels des Einschlags der hinteren Achse bezüglich der Fahrzeuglängsachse nach der Ausfahrt des Fahrzeugs aus der Kurve zumindest zeitweise aufrechterhalten wird. Vorzugsweise wird dazu mithilfe der Aktorik an Vorder- und Hinterachse bereits vor Kurveneinfahrt ein Schwimmwinkel aufgebaut und nach Kurvenausfahrt ein veränderter Schwimmwinkel kurz gehalten und/oder langsam abgebaut wird.In particular, in order to avoid large backs, it has proven to be advantageous if the actuator is activated to adjust an angle of the front and/or rear axle for entering a curve before the vehicle enters the curve and/or the sign of the angle of the The impact of the rear axle with respect to the vehicle's longitudinal axis is maintained at least temporarily after the vehicle exits the curve. Preferably, with the help of the actuators on the front and rear axles, a slip angle is built up before entering a curve and a changed slip angle is kept short and/or slowly reduced after exiting a curve.
Durch eine dieser Maßnahmen oder deren Kombination können die auf einen Fahrzeuginsassen wirkenden Beschleunigungen in ihrer Richtung verändert werden. Dadurch ist es möglich, in einer Richtung wirkende kinematische Beschleunigungsspitzen wie im Folgenden dargestellt abzupuffern, indem sie in verschiedene Wahrnehmungsrichtungen verteilt wird. Vorzugsweise ist es möglich, die auf Fahrzeuginsassen wirkende Richtungsänderungen der Gesamtbeschleunigung klein zu halten. Eventuell ist es ergänzend auch möglich, eine Beschleunigungsspitze dadurch weniger störend zu machen, dass sie örtlich und/oder zeitlich (also über eine größere Strecke und/oder auf einen längeren Zeitraum) verteilt werden. Jede einzelne dieser Maßnahmen oder jede deren Kombinationen führt dazu, dass die gefühlten Beschleunigungen in jeder Richtung langsamer auf- und abgebaut werden können, was zu niedrigeren Rücken führt. Dies führt vorzugsweise auch dazu, dass eine Richtung der Summe der auf einen Fahrzeuginsassen wirkenden Beschleunigungen sich langsamer ändert. Damit einher geht vorzugsweise auch, dass die unterschiedlichen Beschleunigungstoleranzen in Längs- und Querrichtung besser befolgt werden können. Starke Steigungen im Beschleunigung/Zeit-Diagramm können somit - durch die Umverteilung der wirkenden Kräfte und/oder da eine längere Strecke und damit auch ein größerer Zeitraum zur Verfügung steht - besonders effizient vermieden werden. Für die Fahrzeuginsassen wirkt sich dies vorteilhaft aus, da sie nicht durch plötzlich auftretende Beschleunigungsspitzen aus anderen Tätigkeiten wie Schlafen, Besprechungen, Lesen Arbeit oder Spielen aufgeschreckt werden.One of these measures or their combination can be used to change the direction of the accelerations acting on a vehicle occupant. This makes it possible to buffer kinematic acceleration peaks acting in one direction, as shown below, by distributing them in different perception directions. Preferably, it is possible to keep the changes in direction of the overall acceleration affecting vehicle occupants small. In addition, it may also be possible to make an acceleration peak less disruptive by distributing it spatially and/or temporally (i.e. over a larger distance and/or over a longer period of time). Any one of these measures or any combination of them means that the perceived accelerations in each direction can be built up and reduced more slowly, which leads to lower backs. This preferably also results in a direction of the sum of the accelerations acting on a vehicle occupant changing more slowly. This is preferably also accompanied by the fact that the different acceleration tolerances in the longitudinal and transverse directions can be better adhered to. Strong gradients in the acceleration/time diagram can therefore be avoided particularly efficiently - by redistributing the acting forces and/or because a longer distance and thus a longer period of time is available. This has an advantageous effect on the vehicle occupants as they are not affected by sudden acceleration peaks other activities such as sleeping, meetings, reading, work or playing.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird beim Ermitteln eines von dem Fahrzeug zukünftig zu befahrenden Streckenabschnitts eine Breite des zur Verfügung stehenden Streckenabschnitts mit berücksichtigt. Vorzugsweise ist das Ergebnis einer solchen Ermittlung des von dem Fahrzeug zukünftig zu befahrenden Streckenabschnitts somit keine Linie sondern ein Streifen. Dies ermöglicht es, nicht nur die Position des Fahrzeugs auf einer Linie zu definieren, sondern auch eine erlaubte Ausrichtung des Fahrzeugs bezüglich der Fahrtrichtung zu bestimmen. Für jede von Fahrtrichtung abweichende Ausrichtung der Längsrichtung des Fahrzeugs muss gewährleistet sein, dass das Fahrzeug trotz dieser Schrägstellung nicht seitlich über einen zulässigen Fahrbahnbereich hinausragt.In a preferred method variant, when determining a route section to be traveled by the vehicle in the future, a width of the available route section is taken into account. Preferably, the result of such a determination of the route section to be traveled by the vehicle in the future is therefore not a line but a strip. This makes it possible not only to define the position of the vehicle on a line, but also to determine a permitted orientation of the vehicle with respect to the direction of travel. For any alignment of the vehicle's longitudinal direction that deviates from the direction of travel, it must be ensured that the vehicle does not protrude laterally beyond a permissible area of the road despite this inclination.
Jedem Punkt auf seinem solchen Streifen kann auch eine für ein Fahrzeug zur Verfügung stehende Höhe zugeordnet werden, so dass ein dreidimensionaler Raum betrachtet wird, der dem Fahrzeug für dessen Fahrt zur Verfügung steht. Im Folgenden wird der ermittelte Streckenabschnitt daher synonym auch als „Schlauch“ bezeichnet. Vorzugsweise wir der Streckenabschnitt so ermittelt, dass sich der Schwerpunkt des Fahrzeugs über den gesamten Streckenabschnitt innerhalb der zur Verfügung stehenden Breite befindet. Da hierbei auf den Schwerpunkt des Fahrzeugs abgestellt wird und dieser Schwerpunkt üblicherweise im Fahrzeuginneren liegt. Erstreckt sich das Fahrzeug von diesem Schwerpunkt aus um einen jeweils bekannten Betrag in alle Richtungen. Dieser vom Fahrzeug zusätzlich beanspruchte Raum wird bei einer Berechnung eines Streckenabschnitts vorzugsweise mit berücksichtigt, insbesondere bevorzugt mit einem zusätzlichen Sicherheitsaufschlag.Each point on its strip can also be assigned a height available to a vehicle, so that a three-dimensional space is considered that is available to the vehicle for its journey. In the following, the determined route section is therefore synonymously referred to as a “hose”. The route section is preferably determined in such a way that the center of gravity of the vehicle is within the available width over the entire route section. Since this is based on the center of gravity of the vehicle and this center of gravity is usually inside the vehicle. The vehicle extends from this center of gravity by a known amount in all directions. This additional space required by the vehicle is preferably taken into account when calculating a route section, particularly preferably with an additional safety surcharge.
Ein Verdrehen der Fahrzeuglängsrichtung um eine Vertikalachse wird allgemein als Gieren bezeichnet. Von besonderer Bedeutung ist bei Fahrzeugen dabei der sogenannte Schwimmwinkel, welcher üblicherweise als der Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs und der Fahrzeuglängsachse um eine im Schwerpunkt des Fahrzeugs stehenden Vertikalachse definiert ist. Der Schwimmwinkel kann jedoch auch für andere Orte im Fahrzeug als den Schwerpunkt angegeben werden. Sofern im Folgenden nichts anderes angegeben ist, beziehen sich alle Angaben zum Schwimmwinkel auf einen Schwimmwinkel um eine auf der Hinterachse, insbesondere der geometrische Mitte der Hinterachse, stehende Vertikalachse.A twisting of the vehicle's longitudinal direction around a vertical axis is generally referred to as yaw. Of particular importance in vehicles is the so-called slip angle, which is usually defined as the angle between the direction of movement of the vehicle and the longitudinal axis of the vehicle about a vertical axis located at the center of gravity of the vehicle. However, the slip angle can also be specified for locations in the vehicle other than the center of gravity. Unless otherwise stated below, all information on the slip angle refers to a slip angle around a vertical axis standing on the rear axle, in particular the geometric center of the rear axle.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante erfolgt das Ermitteln einer optimierten Fahrzeugausrichtung für die zukünftige Kurvenfahrt unter Berücksichtigung von mindestens einem Parameter, der ausgewählt ist aus einer Gruppe, die eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs bezüglich eines Fahrstreifens, eine Position des Fahrzeugs auf einem Fahrstreifen, eine longitudinale Beschleunigung des Fahrzeugs entlang dessen longitudinaler Richtung, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, einen Kurvenradius, eine Kurvenkrümmung, eine Fahrbahnbreite, eine Fahrzeuglänge, eine Fahrzeugbreite, einem Radstand, eine Fahrzeugmasse, einem Beladungszustand, einer Gewichtsverteilung, einem Fahrbahnzustand, einem Wetterdatum, einer Verkehrsinformation, einer Streckenauslastung, einer Anzahl von Fahrzeuginsassen und der Sitzposition der Fahrzeuginsassen umfasst. Bevorzugt werden mehrere der oben genannten Parameter bei der Berechnung einer geeigneten Fahrzeugausrichtung für die zukünftige Kurvenfahrt berücksichtig. Denkbar ist beispielsweise, dass bei einer geringeren zur Verfügung stehenden Fahrbahnbreite ein maximaler Schwimmwinkel für die zukünftige Kurvenfahrt weniger groß sein darf als bei einer größeren zur Verfügung stehenden Fahrbahnbreite.In a preferred method variant, an optimized vehicle alignment for future cornering is determined taking into account at least one parameter that is selected from a group that includes a direction of movement of the vehicle with respect to a lane, a position of the vehicle on a lane, and a longitudinal acceleration of the vehicle along its longitudinal direction, a vehicle speed, a curve radius, a curve curvature, a road width, a vehicle length, a vehicle width, a wheelbase, a vehicle mass, a loading condition, a weight distribution, a road condition, a weather date, traffic information, a route utilization, a number of Vehicle occupants and the seating position of the vehicle occupants. Several of the above-mentioned parameters are preferably taken into account when calculating a suitable vehicle alignment for future cornering. It is conceivable, for example, that with a smaller available roadway width, a maximum slip angle for future cornering may be less large than with a larger available roadway width.
Denkbar ist weiterhin, dass bei lediglich einem Fahrzeuginsassen die Fahrzeugausrichtung für die zukünftige Kurvenfahrt dahingehend optimiert ist, dass die auf diesen Insassen wirkenden Beschleunigungskräfte und/oder Rücke minimiert sind. Bei mehreren Fahrzeuginsassen wäre dagegen eine Optimierung der Fahrzeugausrichtung für die zukünftige Kurvenfahrt dahingehend vorteilhaft, dass für diese auf diese Insassen im Mittel wirkenden Beschleunigungskräfte und/oder Rücke minimiert sind, auch wenn dabei auf einen einzelnen Fahrzeuginsassen eventuell erhöhte Beschleunigungskräfte und/oder Rücke wirken.It is also conceivable that with only one vehicle occupant, the vehicle alignment for future cornering is optimized in such a way that the acceleration forces and/or back acting on this occupant are minimized. In the case of several vehicle occupants, however, it would be advantageous to optimize the vehicle alignment for future cornering in such a way that the acceleration forces and/or back acting on these occupants on average are minimized, even if an individual vehicle occupant may experience increased acceleration forces and/or back.
Als insbesondere vorteilhaft hat sich eine Verfahrensvariante gezeigt, bei welcher ein Schwimmwinkel des Fahrzeugs während des Befahrens eines ersten Abschnitts der Kurve gegenüber in Richtung der Kurvenaußenseite ausgelenkt ist und während des Befahrens eines zweiten Abschnitts der Kurve in Richtung der Kurveninnenseite. Dabei ist vorzugsweise (jeweils entlang der Fahrtrichtung) der erste Abschnitt ein vor dem Scheitelpunkt der Kurve liegender Abschnitt und der zweite Abschnitt ein nach dem Scheitelpunkt der Kurve liegender Abschnitt. Dies eröffnet die Möglichkeit, Anteile der für die Kurvendurchfahrt auftretenden (kinematischen) Beschleunigungskräfte, die durch die notwendige Drehung des Fahrzeugs (Veränderung des Normalenvektors während der Fahrt entlang einer gekrümmten Strecke) zwangsläufig auftreten, auf diese Abschnitte zu verteilen, wo sie auf den Insassen als Längs- und/oder Querbeschleunigung wahrgenommen werden. Vorzugsweise wird dabei die Fahrzeuglängsachse vor der Kurveneinfahrt und/oder eingangs der Kurve überproportional bezüglich der Fahrtrichtung in Richtung der Kurveninnenseite verdreht. Bei Annäherung an den Scheitelpunkt - wo üblicherweise besonders starke Beschleunigungskräfte und/oder besonders große Steigungen im Beschleunigung/Zeit-Diagramm auftreten, ist somit bereits ein Teil der für die Kurvendurchfahrt notwendigen Drehung des Fahrzeugs abgeschlossen, so dass durch die Drehung entstehende zusätzliche Beschleunigungen (insbesondere Querbeschleunigungen) reduziert werden können.A method variant has proven to be particularly advantageous, in which a slip angle of the vehicle is deflected towards the outside of the curve while driving on a first section of the curve and in the direction of the inside of the curve while driving on a second section of the curve. The first section is preferably (in each case along the direction of travel) a section lying before the apex of the curve and the second section is a section lying after the apex of the curve. This opens up the possibility of distributing parts of the (kinematic) acceleration forces that occur when cornering, which inevitably occur due to the necessary rotation of the vehicle (change in the normal vector while driving along a curved route), to these sections, where they are applied to the occupants Longitudinal and/or lateral acceleration can be perceived. Preferably, the longitudinal axis of the vehicle is disproportionately relative before entering the curve and/or at the beginning of the curve the direction of travel towards the inside of the curve. When approaching the apex - where particularly strong acceleration forces and/or particularly large gradients usually occur in the acceleration/time diagram, part of the rotation of the vehicle necessary for cornering has already been completed, so that additional accelerations (in particular) caused by the rotation are already completed Lateral accelerations) can be reduced.
Analog wird in dem zweiten Abschnitt (der im Wesentlichen bezüglich der Fahrtrichtung nach dem Scheitelpunkt der Kurve liegt) die Fahrzeuglängsachse unterproportional bezüglich der Fahrtrichtung in Richtung der Kurveninnenseite verdreht. Einen ersten Teil dieses Abschnitts legt das Fahrzeug in einem dem Krebsgang ähnlichen Fahrmodus zurück. Ein Teil der für die Kurvenausfahrt notwendigen Drehung des Fahrzeugs wird dabei auf Streckenanteile Verschoben, die erst im Bereich des Kurvenausgangs oder sogar dahinter liegen. Durch die Drehung des Fahrzeugs entstehende gefühlte Beschleunigungen (insbesondere Querbeschleunigungen) können somit aus dem Bereich des Scheitelpunkts in Streckenbereiche verschoben werden in denen wesentlich geringere Beschleunigungskräfte auf die Fahrzeuginsassen wirken.Analogously, in the second section (which lies essentially after the apex of the curve with respect to the direction of travel), the vehicle's longitudinal axis is rotated disproportionately with respect to the direction of travel towards the inside of the curve. The vehicle covers the first part of this section in a driving mode similar to crab gear. Part of the rotation of the vehicle required to exit the curve is shifted to parts of the route that are in the area of the corner exit or even behind it. Perceived accelerations (particularly lateral accelerations) resulting from the rotation of the vehicle can thus be shifted from the area of the apex to areas of the route in which significantly lower acceleration forces act on the vehicle occupants.
Wie insbesondere im Zusammenhang dem in
Auch wenn durch die oben genannten Maßnahmen die auf Fahrzeuginsassen wirkenden Beschleunigungen gegebenenfalls über einen längeren Zeitraum ausgedehnt werden, wirkt sich dies dennoch positiv auf den Fahrkomfort für die Fahrzeuginsassen aus, da als unangenehm empfundene starke Steigungen im Beschleunigung/Zeit-Diagramm vermieden werden können.Even if the above-mentioned measures may extend the accelerations affecting the vehicle occupants over a longer period of time, this still has a positive effect on the driving comfort for the vehicle occupants, since steep gradients in the acceleration/time diagram that are perceived as unpleasant can be avoided.
Bevorzugt können zumindest einer, bevorzugt mehrere, weiter bevorzugt alle der oben beschriebenen Verfahrensschritte unter Verwendung einer Prozessoreinrichtung und/oder Datenverarbeitungseinrichtung, mittels Anwendung wenigstens eines (computerimplementierten) Berechnungs-Verfahrens durchgeführt werden. Vorzugsweise fließen in diese Berechnungen auch Daten (computer-implementierter) Wahrnehmungs- und/oder Erfassungsaufgaben ein, wie beispielsweise (computer-implementierte) Objekterkennungsverfahren und/oder (computer-implementierte) Verfahren zur semantischen Segmentierung und/oder (computer-implementierte) Objektklassifizierung („Image classification“) und/oder (computer-implementierte) Objektlokalisierung und/oder (computerimplementierte) Kantenerkennung. Das (computer-implementierte) Verfahren kann dabei auf einem Modell maschinellen Lernens beruhen, welches etwa ein (trainiertes) neuronales Netz verwenden kann. Ergänzend oder alternativ dazu kann auch ein modellbasiertes Optimierungsverfahren verwendet werdenPreferably, at least one, preferably several, more preferably all of the method steps described above can be carried out using a processor device and/or data processing device, using at least one (computer-implemented) calculation method. These calculations preferably also include data from (computer-implemented) perception and/or detection tasks, such as (computer-implemented) object recognition methods and/or (computer-implemented) methods for semantic segmentation and/or (computer-implemented) object classification ( “Image classification”) and/or (computer-implemented) object localization and/or (computer-implemented) edge detection. The (computer-implemented) method can be based on a machine learning model, which can use a (trained) neural network. In addition or as an alternative, a model-based optimization method can also be used
Bei einem weiter bevorzugten Verfahren werden die ermittelten und/oder errechneten Daten bevorzugt zusammen mit diesen zugeordneten, im Wesentlichen zeitgleich und/oder nachträglich ermittelten, globalen Positionsdaten - auf einer (bevorzugt fahrzeuginternen) Speichereinrichtung des Fahrzeugs abgelegt.In a further preferred method, the determined and/or calculated data are preferably stored together with global position data assigned to them, determined essentially at the same time and/or subsequently, on a (preferably vehicle-internal) storage device of the vehicle.
Bevorzugt handelt es sich bei der (fahrzeuginternen) Speichereinrichtung um einen Ringspeicher.The (vehicle-internal) storage device is preferably a ring memory.
Bevorzugt wir zumindest ein Teil der ermittelten und/oder errechneten Daten auch anderen Verkehrsteilnehmern zur Verfügung gestellt. Denkbar ist diesbezüglich beispielsweise, dass nachfolgende oder entgegenkommende Verkehrsteilnehmer über eine Nutzung eines bestimmten Streckenabschnitts durch das Ego-Fahrzeug informiert werden. Die dabei übermittelten Daten können beispielsweise eine Information über einen Zeitpunkt der Nutzung eines Streckenabschnitts, eine voraussichtliche Geschwindigkeit bei der Nutzung dieses Streckenabschnitts, eine voraussichtlich bei der Nutzung dieses Streckenabschnitts genutzte Fahrbahnbreite, Wetterdaten, Daten zum Fahrbahnzustand und andere umfassen. Diese Daten können auch auf einer externen Speichereinrichtung zum Abruf für weitere Verkehrsteilnehmer bereitgestellt werden.We prefer to make at least some of the determined and/or calculated data available to other road users. In this regard, it is conceivable, for example, that following or oncoming road users are informed about the use of a certain section of the route by the ego vehicle. The data transmitted can include, for example, information about a time of use of a route section, an expected speed when using this route section, a roadway width expected to be used when using this route section, weather data, data on the road condition and others. This data can also be made available on an external storage device for other road users to access.
Bei einem bevorzugten Verfahren handelt es sich bei der externen Speichereinrichtung um eine Cloud-basierte Speichereinrichtung und/oder einen externen Server. Unter einem externen Server ist insbesondere ein in Bezug auf das Fahrzeug (des Nutzers) externer Server, insbesondere ein Backend-Server, zu verstehen. Der externe Server ist beispielsweise ein Backend eines Fahrzeugherstellers oder eines Dienstanbieters, welcher dazu eingerichtet ist, wenigstens ein Datum aus der oben genannten Auswahl (insbesondere mit diesem zugeordneten Ortsdaten) zu verwalten. Die Funktionen des Backend bzw. des externen Servers können dabei auf (externen) Serverfarmen durchgeführt werden. Beim (externen) Server kann es sich um ein verteiltes System handeln. Der externe Server und/oder das Backend kann Cloud-basiert sein.In a preferred method, the external storage device is a cloud-based storage device and/or an external server. An external server is understood to mean, in particular, a server that is external to the vehicle (of the user), in particular a backend server. The external server is, for example, a backend of a vehicle manufacturer or a service provider, which is set up to manage at least one date from the above selection (in particular with location data assigned to it). The functions of the backend or the external server can be carried out on (external) server farms the. The (external) server can be a distributed system. The external server and/or the backend can be cloud-based.
Optional ist es auch möglich, einen oder mehrere Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Ausnutzung einer externen Speichereinrichtung und/oder externen Recheneinrichtung durchzuführen. Denkbar ist beispielsweise die Berechnung von Schwimmwinkeln durch einen Backend-Server bei bestehender Datenverbindung zu dem Ego-Fahrzeug.Optionally, it is also possible to carry out one or more steps of the method according to the invention using an external storage device and/or external computing device. It is conceivable, for example, that slip angles can be calculated by a backend server with an existing data connection to the ego vehicle.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung von während des Durchfahrens einer Kurve, beziehungsweise eines Streckenabschnitts mit einer zumindest abschnittsweise von null verschiedenen Krümmung, von einem Fahrzeug mit einer lenkbaren Vorderachse und einer davon unabhängig lenkbaren Hinterachse einzunehmenden Schwimmwinkeln. Dieses Verfahren umfasst die Schritte:
- - Aufstellen einer Beschleunigungsfunktion in welcher eine Längs und/oder Querbeschleunigung und/oder Beschleunigungsänderung vorzugsweise gewichtet bewertet werden,
- - Minimierung der Beschleunigungsfunktion durch Veränderung eines mit einer Fahrzeugausrichtung korrelierenden Winkels mittels eines geeigneten Algorithmus, wobei vorzugsweise mindestens eine maximal zulässige (Längs und/oder Quer-) Beschleunigung unterschritten wird, und
- - Berechnen eines Schwimmwinkels des Fahrzeugs für eine Vielzahl von Zeit- und/oder Wegpunkten des Durchfahrens einer Kurve, basierend auf der minimierten Beschleunigungsfunktion.
- - Setting up an acceleration function in which a longitudinal and/or transverse acceleration and/or change in acceleration are preferably evaluated in a weighted manner,
- - Minimizing the acceleration function by changing an angle that correlates with a vehicle orientation using a suitable algorithm, preferably at least a maximum permissible (longitudinal and/or transverse) acceleration being undershot, and
- - Calculating a slip angle of the vehicle for a plurality of time and/or waypoints when traveling through a curve, based on the minimized acceleration function.
Bezüglich der Beschleunigungsfunktion wird darauf hingewiesen, dass die Beschleunigung als solches nicht zwingend eine Variable dieser Funktion sein muss. Der Begriff „Beschleunigungsfunktion“ wird jedoch im Rahmen dieser Erfindung verwendet, da mindestens eine Variable einer solchen Funktion eine (Längs und/oder Quer-) Beschleunigung beeinflusst, zur Berechnung einer Beschleunigung herangezogen werden kann, und/oder für eine Beschleunigung charakteristische ist. Beispielsweise wird auch eine einen Ruck charakterisierende Funktion als Beschleunigungsfunktion angesehen, da diese als erste Ableitung unmittelbar ineinander überführbar sind. Analog könnten auch Funktionen die die Beschleunigung selbst nicht als Funktionswert, Argument und/oder Variable enthalten eine Beschleunigungsfunktion sein, sofern sich eine Beschleunigung aus anderen Werten dieser Funktion (beispielsweise unter Berücksichtigung eines Schwimmwinkels und/oder einer Geschwindigkeit) berechnen lässt.Regarding the acceleration function, it should be noted that the acceleration as such does not necessarily have to be a variable of this function. However, the term “acceleration function” is used in the context of this invention because at least one variable of such a function influences a (longitudinal and/or transverse) acceleration, can be used to calculate an acceleration, and/or is characteristic of an acceleration. For example, a function that characterizes a jerk is also viewed as an acceleration function, since these can be directly converted into one another as a first derivative. Analogously, functions that do not contain the acceleration itself as a function value, argument and/or variable could also be an acceleration function, provided that an acceleration can be calculated from other values of this function (for example taking into account a slip angle and/or a speed).
Bei der Minimierung der Beschleunigungsfunktion wird ein mit einer Fahrzeugausrichtung korrelierender Winkel vorzugsweise mittels eines geeigneten Algorithmus dahingehend optimiert, dass die auf einen Fahrzeuginsassen wirkende Rucke - also der Betrag der ersten Ableitung der Beschleunigungsfunktion - jeweils nahezu minimal sind. „nahezu minimal“ soll in diesem Zusammenhang derart verstanden werden, dass nicht zu jedem Zeit- und/oder Wegpunkten das für diesen Zeit- und/oder Wegpunkten theoretisch mögliche minimale Ruck ermittelt werden soll, sondern die Beschleunigungsfunktion dahingehend optimiert ist, dass so an bevorzugt jedem berücksichtigtem Zeit- und/oder Wegpunkt ein auftretender Ruck so gewählt wird, dass über die gesamte Funktion die Summe der Ruck-Beträge sich einem Minimum annähert. Dabei ist es durchaus möglich und in einigen Verfahrensvarianten vorteilhaft, wenn nicht das absolute Minimum erreicht wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das absolute Minimum nur dann erreicht werden kann, wenn an mindestens einem Zeit- und/oder Wegpunkt ein Ruck vorliegt, der von einem Fahrzeuginsassen als besonders störend empfunden werden könnte.When minimizing the acceleration function, an angle that correlates with a vehicle orientation is preferably optimized using a suitable algorithm in such a way that the jerks acting on a vehicle occupant - i.e. the amount of the first derivative of the acceleration function - are almost minimal. “Almost minimal” should be understood in this context to mean that the minimum jerk theoretically possible for these time and/or waypoints should not be determined for each time and/or waypoint, but rather the acceleration function is optimized in such a way that this is preferred A jerk occurring at each time and/or waypoint taken into account is selected so that the sum of the jerk amounts approaches a minimum over the entire function. It is certainly possible and advantageous in some process variants if the absolute minimum is not achieved. This is particularly the case if the absolute minimum can only be achieved if there is a jerk at at least one time and/or waypoint that could be perceived as particularly disturbing by a vehicle occupant.
Als besonders geeignet hat sich ein Verfahren gezeigt, bei welchem die Beschleunigungsfunktion eine Gütefunktion oder Kostenfunktion ist. Eine Kostenfunktion bietet vorzugsweise die Möglichkeit, die Längs und/oder Querbeschleunigung gewichtet zu bewerten.A method has proven to be particularly suitable in which the acceleration function is a quality function or cost function. A cost function preferably offers the possibility of weighting the longitudinal and/or lateral acceleration.
Die Minimierung der Kostenfunktion durch eine Änderung mindestens einer eine Fahrzeugausrichtung charakterisierenden Variable erfolgt vorzugsweise durch einen geeigneten Algorithmus. Alternativ oder ergänzend dazu kann die Minimierung durch Machine Learning und/oder modellbasierte Optimierung und/oder andere bevorzugt computerimplementierte Verfahren erfolgen.The minimization of the cost function by changing at least one variable characterizing a vehicle orientation is preferably carried out using a suitable algorithm. Alternatively or in addition, the minimization can be carried out using machine learning and/or model-based optimization and/or other preferably computer-implemented methods.
Vorzugsweise werden in der Beschleunigungsfunktion beziehungsweise Kostenfunktion Längs- und Querbeschleunigung gewichtet. Vorzugsweise werden die gewichtete Längs- und Querbeschleunigung bestraft, vorzugsweise wenn ein individueller Wert oder eine oder mehrere deren Summen einen Grenzwert überschreitet.Preferably, longitudinal and lateral acceleration are weighted in the acceleration function or cost function. Preferably, the weighted longitudinal and lateral acceleration are penalized, preferably when an individual value or one or more of their sums exceeds a limit value.
Insbesondere ist bevorzugt, dass in der Beschleunigungsfunktion beziehungsweise Kostenfunktion Rücke gewichtet und/oder bestraft werden, vorzugsweise wenn ein individueller Wert oder eine oder mehrere deren Summen einen Grenzwert überschreitet.In particular, it is preferred that returns are weighted and/or penalized in the acceleration function or cost function, preferably if an individual value or one or more of their sums exceeds a limit value.
Die Minimierung der Beschleunigungsfunktion und/oder Kostenfunktion erfolgt vorzugsweise durch eine Änderung mindestens einer eine Fahrzeugausrichtung charakterisierenden Variable. Sollte eine solche Minimierung keine akzeptable Lösung bieten, kann eine weitere Minimierung unter Veränderung mindestens einer weiteren Variable, wie beispielsweise einer für eine Fahrzeuggeschwindigkeit charakteristischen Variable, durchgeführt werden.The acceleration function and/or cost function is preferably minimized by changing at least one driving function variable characterizing the tool alignment. If such a minimization does not provide an acceptable solution, a further minimization can be carried out by changing at least one further variable, such as a variable characteristic of a vehicle speed.
In einer Verfahrensvariante wird eine maximal zulässige (Längs und/oder Quer-) Beschleunigung und/oder ein (Längs und/oder Quer-) Ruck so ausgewählt, dass sie/er für den Fahrzeuginsassen nicht als störend empfunden wird. Da dieses empfinden für verschiedene Fahrzeuginsassen verschieden sein kann, kann sie bevorzugt individuell ausgewählt werden. Gegebenenfalls kann auch zwischen verschiedenen Modi ausgewählt werden, welche verschiedene maximal zulässige Beschleunigungen zulassen. Denkbar wäre beispielsweise ein Ruhe- oder Schlafmodus, welcher eine besonders geringe maximal zulässige Beschleunigung zulässt, wohingegen beispielsweise ein Wach-, Gesprächs- oder Besprechungsmodus höhere maximal zulässige Beschleunigung erlaubt. Denkbar wäre auch ein fahrzeitoptimierter Modus, in welchem eine nochmals höhere maximal zulässige Beschleunigung erlaubt ist und die Schwimmwinkel des Fahrzeugs beim Durchfahren einer Kurve auf eine möglichst zügige Kurvendurchfahrt hin optimiert sind.In one method variant, a maximum permissible (longitudinal and/or transverse) acceleration and/or a (longitudinal and/or transverse) jerk is selected so that it is not perceived as disturbing for the vehicle occupant. Since this feeling can be different for different vehicle occupants, it can preferably be selected individually. If necessary, you can also choose between different modes that allow different maximum permissible accelerations. For example, a rest or sleep mode would be conceivable, which allows a particularly low maximum permissible acceleration, whereas, for example, an awake, conversation or meeting mode allows a higher maximum permissible acceleration. A travel time-optimized mode would also be conceivable, in which an even higher maximum permissible acceleration is permitted and the vehicle's side slip angles when driving through a curve are optimized to ensure that the vehicle can be driven through the curve as quickly as possible.
Vorzugsweise wird das oben beschriebene Verfahren durch eine fahrzeugseitige Prozessoreinrichtung vorgenommen. Damit wird ermöglicht, dass individuell für dieses Fahrzeug - gegebenenfalls unter Berücksichtigung festgelegter Fahrzeugparameter (wie beispielsweise Abmessungen des Fahrzeugs) und/oder variabler Parameter (wie Beladungszustand, Witterungsverhältnissen, Verkehrsdichte, Fahrzeugbeladung, Fahrbahnzustand) - eine für die Insassen angenehme Kurvendurchfahrt mit diesem Fahrzeug ermöglicht wird.The method described above is preferably carried out by a vehicle-mounted processor device. This makes it possible, individually for this vehicle - if necessary taking into account fixed vehicle parameters (such as dimensions of the vehicle) and / or variable parameters (such as loading status, weather conditions, traffic density, vehicle load, road condition) - to make it possible for the occupants to drive through curves with this vehicle in a comfortable manner becomes.
Optional wird für jeden wie oben berechneten Schwimmwinkel auch ein zur Einstellung des Schwimmwinkels notwendiger Einschlag der lenkbaren Vorderachse und der lenkbaren Hinterachse des Fahrzeugs berechnet. Dies kann zeitlich und örtlich versetzt von der oben beschriebenen Ermittlung der Schwimmwinkel erfolgen. Bevorzugt erfolgt diese Berechnung während der Kurvendurchfahrt. Eine dedizierte Berechnung des jeweils notwendigen Einschlags der lenkbaren Achsen kann entfallen, wenn das Fahrzeug die Möglichkeit bietet, einen aktuellen Schwimmwinkel zu messen und diesen mit einem für diese Streckenposition vorgegebenen Soll-Schwimmwinkel zu vergleichen und den Einschlag der lenkbaren Achsen zum Ausgleich eventuell vorhandener Abweichungen entsprechend in Echtzeit anzupassen.Optionally, for each slip angle calculated as above, an angle of the steerable front axle and the steerable rear axle of the vehicle necessary to adjust the slip angle is also calculated. This can be done at a time and location offset from the determination of the slip angle described above. This calculation is preferably carried out while cornering. A dedicated calculation of the required angle of the steerable axles can be omitted if the vehicle offers the possibility of measuring a current float angle and comparing this with a target float angle specified for this route position and adjusting the angle of the steerable axles accordingly to compensate for any deviations that may exist adjust in real time.
Bezüglich dieses Verfahrens zur Ermittlung von während des Durchfahrens einer Kurve von einem Fahrzeug einzunehmenden Schwimmwinkeln gelten auch die oben bezüglich des zuvor beschriebenen Verfahrens zur Erhöhung des Fahrkomforts gemachten Ausführungen. Umgekehrt kann das Verfahren zur Erhöhung des Fahrkomforts mit allen im Rahmen des Verfahrens zur Ermittlung von während des Durchfahrens einer Kurve von einem Fahrzeug einzunehmenden Schwimmwinkeln einzeln oder in Kombination miteinander durchgeführt werden. So stellen das jeweilige Verfahren als auch einzelne bevorzugte Ausführungsformen jeweils auch bevorzugte Ausführungsformen des jeweils anderen Verfahrens dar. Beispielsweise ist auch für das Verfahrens zur Ermittlung von während des Durchfahrens einer Kurve von einem Fahrzeug einzunehmenden Schwimmwinkeln bevorzugt, dass zumindest einer, bevorzugt mehrere, weiter bevorzugt alle der oben beschriebenen Verfahrensschritte unter Verwendung einer Prozessoreinrichtung und/oder Datenverarbeitungseinrichtung, mittels Anwendung wenigstens eines (computerimplementierten) Berechnungs-Verfahrens durchgeführt werden (mit allen bevorzugten Ausführungsformen), wie dies für das Verfahren zur Erhöhung des Fahrkomforts offenbart ist.With regard to this method for determining the slip angles to be adopted by a vehicle while driving through a curve, the statements made above regarding the previously described method for increasing driving comfort also apply. Conversely, the method for increasing driving comfort can be carried out individually or in combination with all of the slip angles to be assumed by a vehicle while driving through a curve. Thus, the respective method as well as individual preferred embodiments also represent preferred embodiments of the other method. For example, for the method for determining slip angles to be assumed by a vehicle while driving through a curve, it is also preferred that at least one, preferably several, is further preferred all of the method steps described above are carried out using a processor device and / or data processing device, using at least one (computer-implemented) calculation method (with all preferred embodiments), as disclosed for the method for increasing driving comfort.
Weiterhin wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Erhöhung des Fahrkomforts für Insassen eines zumindest teilautonom fahrbaren Fahrzeugs mit mindestens einer lenkbaren Vorderachse und einer davon unabhängig lenkbaren Hinterachse gelöst. Diese Vorrichtung umfasst
- - ein Navigationssystem zur Ermittlung eines von dem Fahrzeug zukünftig befahrbaren Streckenabschnitts, wobei dieser Streckenabschnitt mindestens eine Kurve einschließt,
- - eine Prozessoreinrichtung, welche zur Berechnung eines geeigneten Schwimmwinkels für eine Vielzahl von Wegpunkten in dem Streckenabschnitt vorgesehen und eingerichtet ist, und
- - einen Aktuator mittels welcher der Einschlag der vorderen und/oder der hinteren Achse derart einstellbar ist, dass das Fahrzeug zu jedem an jedem der Wegpunkte den von der Prozessoreinrichtung für diesen Wegpunkt vorberechneten Schwimmwinkel einnimmt,
- - a navigation system for determining a section of route that can be traveled by the vehicle in the future, this section of route including at least one curve,
- - a processor device which is provided and set up to calculate a suitable slip angle for a large number of waypoints in the route section, and
- - an actuator by means of which the angle of the front and/or rear axle can be adjusted in such a way that the vehicle assumes the slip angle pre-calculated by the processor device for this waypoint at each of the waypoints,
Insbesondere kann dies dadurch erreicht werden, dass der Schwimmwinkel des Fahrzeugs in dem ersten Abschnitt der Kurve gegenüber der Fahrtrichtung des Fahrzeugs in Richtung der Kurveninnenseite ausgelenkt ist und in einem zweiten Abschnitt der Kurve in Richtung der Kurvenaußenseite. Beschleunigungsspitzen, die insbesondere im Bereich des Scheitelpunkts der Kurve auftreten können so vermieden werden und durch die Rotation des Fahrzeugs bedingte Komponenten der Beschleunigung in andere Streckenabschnitte verschoben werden.In particular, this can be achieved in that the slip angle of the vehicle is deflected in the first section of the curve relative to the direction of travel of the vehicle towards the inside of the curve and in a second section of the curve in the direction of the outside of the curve. Acceleration peaks that occur particularly in the area of the apex of the curve can be avoided and acceleration components caused by the rotation of the vehicle can be shifted to other sections of the route.
Vorzugsweise ist dabei der erste Abschnitt ein entlang der Fahrtrichtung vor dem Scheitelpunkt der Kurve liegender Abschnitt und der zweite Abschnitt ein nach dem Scheitelpunkt der Kurve liegender Abschnitt. Dadurch wird ermöglicht, dass das Fahrzeug den gesamten durch die Kurve vorgegebenen Richtungswechsel vollzieht, jedoch zumindest Anteile der dafür notwendigen Rotation in Streckenabschnitten stattfinde, in denen die Belastung der Fahrzeuginsassen durch weitere Beschleunigungskräfte gering ist.Preferably, the first section is a section lying along the direction of travel before the apex of the curve and the second section is a section lying after the apex of the curve. This makes it possible for the vehicle to complete the entire change of direction specified by the curve, but at least parts of the rotation required for this take place in sections of the route in which the burden on the vehicle occupants due to further acceleration forces is low.
Als besonders bevorzugt hat sich eine Vorrichtung gezeigt, bei der der Winkels des Einschlags der hinteren Achse bezüglich der Fahrzeuglängsachse im Bereich eines Scheitelpunkts der Kurve ≤ ± 2° ist, bevorzugt ≤ ± 1°, weiter bevorzugt ≤ ± 0,5° und insbesondere bevorzugt im Wesentlichen gleich null ist. Als im Bereich des Scheitelpunktes liegend soll in diesem Zusammenhang ein Streckenabschnitt verstanden werden, der vorzugsweise innerhalb einer Entfernung von ≤ ± 20 m, bevorzugt ≤ ± 10 m, weiter bevorzugt ≤ ± 5 m und insbesondere bevorzugt ≤ ± 3 m vom Scheitelpunkt der Kurve liegt oder den Scheitelpunkt umfasst. Durch diese Ausgestaltung kann erreicht werden, dass zumindest durch die Hinterachse kein Drehmoment auf das Fahrzeug ausgelöst wird. Insbesondere kann dadurch ein driftähnlicher Zustand vermieden werden, bei welchem das Fahrzeug übersteuert und der von Fahrzeuginsassen aufgrund der auftretenden Beschleunigungsspitze als besonders unangenehm empfunden werden könnte.A device has proven to be particularly preferred in which the angle of the turning of the rear axle with respect to the vehicle's longitudinal axis in the area of an apex of the curve is ≤ ± 2°, preferably ≤ ± 1°, more preferably ≤ ± 0.5° and particularly preferred is essentially zero. In this context, lying in the area of the apex should be understood to mean a section of route which is preferably within a distance of ≤ ± 20 m, preferably ≤ ± 10 m, more preferably ≤ ± 5 m and particularly preferably ≤ ± 3 m from the apex of the curve or encompasses the vertex. With this configuration it can be achieved that no torque is triggered on the vehicle, at least by the rear axle. In particular, a drift-like condition can be avoided in which the vehicle oversteers and which could be perceived as particularly unpleasant by vehicle occupants due to the acceleration peak that occurs.
Wie oben beschrieben umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens einen Aktuator zum Einstellen eines Einschlags der vorderen und/oder der hinteren Achse. Ein solcher Aktuator wird auch als Lenkaktor bezeichnet. Mittels eines solchen Lenkaktors ist ein Einschlag zumindest einer Auswahl von Fahrzeugreifen gegenüber einer Längsrichtung des Fahrzeugs (Fahrzeuglängsrichtung) einstellbar. Beispielsweise ist denkbar, dass der Lenkaktor den Einschlag zweier Vorderräder eines Fahrzeugs gemeinsam einstellt. Dies kann beispielsweise durch die Verschiebung eines Lenkhebels und/oder Spurstangen erfolgen. Denkbar ist jedoch auch, dass der Einschlag eines oder jeden einzelnen Rads bezüglich der Fahrzeuglängsrichtung mittels eines separaten Aktuators einstellbar ist. Dadurch kann die Einstellung eines Einschlags eines oder mehrerer Reifen unabhängig von der Einstellung des Einschlags eines oder mehrerer anderer Reifen erfolgen.As described above, a device according to the invention comprises at least one actuator for adjusting a steering angle of the front and/or rear axle. Such an actuator is also known as a steering actuator. By means of such a steering actuator, an angle of at least a selection of vehicle tires can be adjusted relative to a longitudinal direction of the vehicle (vehicle longitudinal direction). For example, it is conceivable that the steering actuator adjusts the turning of two front wheels of a vehicle together. This can be done, for example, by moving a steering lever and/or tie rods. However, it is also conceivable that the turning of one or each individual wheel with respect to the vehicle's longitudinal direction can be adjusted using a separate actuator. As a result, the setting of a deflection of one or more tires can be carried out independently of the adjustment of the deflection of one or more other tires.
Allgemein soll im Rahmen dieser Erfindung als Einschlags der vorderen und/oder der hinteren Achse verstanden werden, dass der Winkel mindestens eines mit dieser Achse verbundenen Rads gegenüber der Fahrzeuglängsachse verändert wird.In general, in the context of this invention, the impact of the front and/or rear axle should be understood to mean that the angle of at least one wheel connected to this axle is changed relative to the longitudinal axis of the vehicle.
Der Begriff „Reifen“ wird im Rahmen dieser Erfindung in seiner üblichen Bedeutung verstanden, nämlich als derjenige Teil eines Rades, auf dem das Rad rollt. Üblicherweise bildet der Reifen den Umfang des Rades und überträgt die Kräfte zwischen Rad und Fahrbahn. Die Begriffe Rad und Reifen werden im Zusammenhang mit dieser Erfindung jedoch synonym verwendet.In the context of this invention, the term “tire” is understood in its usual meaning, namely as that part of a wheel on which the wheel rolls. The tire usually forms the circumference of the wheel and transfers the forces between the wheel and the road. However, the terms wheel and tire are used synonymously in connection with this invention.
Insbesondere im Zusammenhang mit einem „Einschlag“ eines Fahrzeugreifens ist der Begriff „Reifen“ jedoch nicht isoliert zu verstehen. Es ist wie oben beschrieben üblich, dass der Reifen Teil eines Rades ist. Dementsprechend erfolgt auch der Einschlag des Reifens nicht isoliert, sondern üblicherweise gemeinsam mit weiteren Teilen des Fahrzeugs wie dem Rad und/oder Teilen der Lenkmechanik und/oder der Achse bzw. Radaufhängung. Sofern nicht explizit darauf hingewiesen wird, dass der Reifen isoliert betrachtet wird, sind daher damit verbundene Teile, insbesondere die übrigen Teile des Rades ebenfalls zu verstehen.However, the term “tire” should not be understood in isolation, particularly in connection with an “impact” of a vehicle tire. As described above, it is common for the tire to be part of a wheel. Accordingly, the impact of the tire does not occur in isolation, but usually together with other parts of the vehicle such as the wheel and/or parts of the steering mechanism and/or the axle or wheel suspension. Unless it is explicitly stated that the tire is viewed in isolation, parts associated with it, in particular the remaining parts of the wheel, are also to be understood.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine Steuereinrichtung, mittels welcher ein zu dem von der Prozessoreinrichtung vorgesehenen Einschlag einer lenkbaren Achse und/oder dem Schwimmwinkel korrespondierendes Signal umsetzbar ist. Dieses Signal umfasst eine Information zu einem Soll-Einschlag zumindest einer Auswahl von Fahrzeugreifen. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung ein Signal erzeugen, welches Informationen zum Soll-Einschlag der Vorderreifen einerseits und der Hinterreifen eines Fahrzeugs andererseits enthält. Dieses Signal wird von dem Lenkaktor der jeweils betroffenen Achse in einen Einschlag des oder der betreffenden Reifen bezüglich der Fahrzeuglängsrichtung umgesetzt. Die Steuereinrichtung kann ein mechanisches Getriebe oder eine elektronische Steuereinrichtung sein. Das Signal kann dementsprechend (aber unabhängig davon) ein elektrisches Signal sein oder ein mechanischer Impuls wie beispielsweise eine Beschleunigung eines Lenkhebels.Preferably, the device comprises a control device by means of which a signal corresponding to the angle of a steerable axle provided by the processor device and/or the slip angle can be implemented. This signal includes information about a target impact of at least a selection of vehicle tires. For example, the control device can generate a signal which contains information about the desired angle of the front tires on the one hand and the rear tires of a vehicle on the other hand. This signal is converted by the steering actuator of the affected axle into a turning of the relevant tire or tires with respect to the longitudinal direction of the vehicle. The control device can be a mechanical transmission or an electronic control device. The signal can accordingly (but independently) be an electrical signal or a mechanical impulse such as an acceleration of a steering lever.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung Sensoren, die sicherheitsrelevante Fahrzeugdaten erfassen. Insbesondere ist bevorzugt, dass der Modus mit dem erhöhten Fahrkomfort für die Fahrzeuginsassen verlassen wird, wenn sich aus den Daten eines oder mehrerer Sensoren Hinweise auf eine unsichere Verkehrssituation ableiten lassen.The device preferably includes sensors that record safety-relevant vehicle data sen. In particular, it is preferred that the mode with increased driving comfort for the vehicle occupants is exited if indications of an unsafe traffic situation can be derived from the data of one or more sensors.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zumindest einen Giersensor, mittels welchem eine Rotation des Fahrzeugs um dessen Gierachse (auch als Hoch- oder Vertikalachse eines fahrzeugfesten Koordinatensystems bezeichnet). Diese Rotation um die Gierachse kann von der Prozessoreinrichtung unter Hinzuziehung von weiteren Fahrzeugdaten (beispielsweise Position des Giersensors im Fahrzeug, Abmessungen des Fahrzeugs, Bewegungsrichtung des Fahrzeugs, Ausrichtung des Giersensors bezüglich der Fahrzeuglängsachse und andere) zur Berechnung des Schwimmwinkels (Hinterachse) herangezogen werden. Wird durch den Giersensor eine Abweichung von dem vorgegeben Schwimmwinkel detektiert kann - falls notwendig - einem Verlassen des Modus mit dem erhöhten Fahrkomfort ausgelöst werden.In a preferred embodiment, the device comprises at least one yaw sensor, by means of which a rotation of the vehicle about its yaw axis (also referred to as the vertical or vertical axis of a coordinate system fixed to the vehicle). This rotation about the yaw axis can be used by the processor device to calculate the slip angle (rear axle) using additional vehicle data (for example position of the yaw sensor in the vehicle, dimensions of the vehicle, direction of movement of the vehicle, orientation of the yaw sensor with respect to the vehicle's longitudinal axis and others). If a deviation from the specified slip angle is detected by the yaw sensor, an exit from the mode with increased driving comfort can be triggered - if necessary.
Vorzugsweise ist (beispielsweise unter Berücksichtigung von Daten des Giersensors) eine Abweichung des Soll-Schwimmwinkels vom Ist-Schwimmwinkel detektierbar. Durch die Prozessoreinrichtung ist gegebenenfalls ein Korrektursignal generierbar, mittels welchem diese Abweichung korrigiert werden kann. Insbesondere werden bei der Berechnung eines Korrektursignals Fahrzeugdaten in die Berechnung eines Einschlags der Vorderachse und/oder Hinterachse einbezogen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die Fahrzeuggeschwindigkeit, Kurvenradius, Abstand des Fahrzeugs von einer oder mehreren Fahrbahnbegrenzungen, Abstand des Fahrzeugs von einem oder mehreren anderen Fahrzeugen, Außentemperatur, Reifentemperatur, Reifendruck, Gierung, Beschleunigung, Längsbeschleunigung, Querbeschleunigung, Drift, Feuchtigkeit der Fahrbahn, Luftfeuchtigkeit, aktuelle Niederschlagsmenge, Niederschlagsmenge in einem definierten vorherigen Zeitraum, Gewicht des Fahrzeugs, Zuladung des Fahrzeugs und der Schwerpunkt des Fahrzeugs umfasst. Durch das Berücksichtigen von Daten aus dieser Gruppe kann eine Abweichung des Soll-Schwimmwinkel vom Ist-Schwimmwinkel korrigiert werden und sichergestellt werden, dass das Fahrzeug stets in einem sicheren Fahrzustand ist.Preferably, a deviation of the target float angle from the actual float angle can be detected (for example, taking data from the yaw sensor into account). If necessary, the processor device can generate a correction signal by means of which this deviation can be corrected. In particular, when calculating a correction signal, vehicle data is included in the calculation of a turn of the front axle and / or rear axle, which is selected from a group that includes the vehicle speed, curve radius, distance of the vehicle from one or more road boundaries, distance of the vehicle from one or more others Vehicles, outside temperature, tire temperature, tire pressure, yaw, acceleration, longitudinal acceleration, lateral acceleration, drift, road moisture, air humidity, current amount of precipitation, amount of precipitation in a defined previous period, weight of the vehicle, payload of the vehicle and the center of gravity of the vehicle. By taking data from this group into account, any deviation of the target float angle from the actual float angle can be corrected and ensure that the vehicle is always in a safe driving condition.
Die Rechnereinrichtung steht in einer bevorzugten Ausführungsform mit einer außerhalb des Fahrzeugs angeordneten Datenverarbeitungseinrichtung in Verbindung. Durch eine solche Datenverbindung wird ermöglicht, dass auch Daten zur Berechnung des Soll-Schwimmwinkels herangezogen werden, die nicht im Fahrzeug selbst vorliegen oder ermittelt werden. Bei diesen Daten kann es sich beispielsweise um Verkehrsinformationen oder Wetterdaten handeln.In a preferred embodiment, the computer device is connected to a data processing device arranged outside the vehicle. Such a data connection makes it possible to use data to calculate the target float angle that is not available or determined in the vehicle itself. This data can be, for example, traffic information or weather data.
Weiterhin ist die vorliegende Erfindung auf ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, gerichtet, welches eine wie oben beschriebene Vorrichtung zur Erhöhung des Fahrkomforts für Insassen umfasst. Bei einem solchen Fahrzeug sind die bei einer Kurvendurchfahrt auf die Insassen wirkenden Beschleunigungskräfte und/oder Rucke gegenüber Fahrzeugen ohne eine solche Vorrichtung (und/oder ohne Zusätzliche Hinterachslenkung) reduziert. Insbesondere bei autonomen Fahrzeugen, bietet sich so die Möglichkeit, Ablenkungen der Fahrzeuginsassen durch für sie unerwartet auftretende Beschleunigungen (beziehungsweise Ruck) zu vermeiden. Dies ist insbesondere bei langen Fahrten bei hoher Geschwindigkeit wie beispielsweise bei Reisen auf einer Autobahn vorteilhaft. Üblicherweise bieten Autobahnen auch eine ausreichend große Fahrbahnbreite, die es ermöglichen, das Fahrzeug in einem berechneten Schwimmwinkel bezüglich der Fahrbahnrichtung zu verdrehen, ohne dass dadurch eine Beeinträchtigung für Fahrzeuge auf anderen Fahrstreifen auftritt. Vorteile bietet die vorliegende Erfindung jedoch auch bei Fahrten über kurvenreiche Strecken wie Landstraßen oder in der Stadt. Bei der Ausführung des Verfahrens ist auf diesen vergleichsweise schmalen zur Verfügung stehenden Fahrstreifen auf einen ausreichenden Sicherheitsabstand zu achten.Furthermore, the present invention is directed to a vehicle, in particular a motor vehicle, which comprises a device as described above for increasing driving comfort for occupants. In such a vehicle, the acceleration forces and/or jerks acting on the occupants when cornering are reduced compared to vehicles without such a device (and/or without additional rear axle steering). Particularly in the case of autonomous vehicles, this offers the possibility of avoiding distractions for the vehicle occupants due to accelerations (or jerks) that occur unexpectedly for them. This is particularly advantageous during long journeys at high speeds, such as when traveling on a motorway. Motorways also usually offer a sufficiently large roadway width, which makes it possible to twist the vehicle at a calculated slip angle with respect to the roadway direction, without causing any impairment to vehicles on other lanes. However, the present invention also offers advantages when driving over winding routes such as country roads or in the city. When carrying out the procedure, a sufficient safety distance must be ensured in these comparatively narrow available lanes.
Bevorzugt ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, geeignet und/oder bestimmt, das oben beschriebene Verfahren sowie alle im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebene Verfahrensschritte einzeln oder in Kombination miteinander oder einzelne Verfahrensschritte unter dessen Verwendung auszuführen. Umgekehrt kann das Verfahren zur Erhöhung des Fahrkomforts für Insassen mit allen im Rahmen der Vorrichtung beschriebenen Merkmalen einzeln oder in Kombination miteinander durchgeführt werden.The device is preferably set up, suitable and/or intended to carry out the method described above as well as all method steps described in connection with the method individually or in combination with one another or individual method steps using the method. Conversely, the method for increasing driving comfort for occupants can be carried out individually or in combination with all of the features described in the context of the device.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin gerichtet auf ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, umfassend eine obig beschriebene Vorrichtung zur Erhöhung des Fahrkomforts entsprechend einer Ausführungsform und/oder auf ein Fahrzeug, welches zur Ausführung eines wie oben beschriebenen Verfahrens geeignet ist.The present invention is further directed to a vehicle, in particular a motor vehicle, comprising a device described above for increasing driving comfort according to an embodiment and/or to a vehicle which is suitable for carrying out a method as described above.
Bei dem Fahrzeug kann es sich insbesondere um ein (motorisiertes) Straßenfahrzeug handeln. Bei dem Fahrzeug kann es sich beispielsweise um einen Personenkraftwagen (PKW), einen Lastkraftwagen (LKW) oder einen Omnibus handeln.The vehicle can in particular be a (motorized) road vehicle. The vehicle can be, for example, a passenger car (car), a truck (lorry) or a bus.
Bei einem Fahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug handeln, welches insbesondere ein halbautonomes, autonomes (beispielsweise der Autonomiestufe Level 3 oder 4 oder 5 (der Norm SAE J3016)) oder selbstfahrendes Kraftfahrzeug ist. Die Autonomiestufe Level 5 bezeichnet dabei vollautomatisch fahrende Fahrzeuge. Ebenso kann es sich bei dem Fahrzeug um ein fahrerloses Transportsystem handeln.A vehicle can be a motor vehicle, which is in particular a semi-autonomous, autonomous (for example
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin gerichtet auf ein System umfassend wenigstens eine (und bevorzugt eine Vielzahl) obig beschriebene(r) Vorrichtung(-en) für (jeweils) ein Fahrzeug entsprechend einer Ausführungsform sowie umfassend eine externe Speichereinrichtung und/oder einen externen Server bzw. ein Backend entsprechend einer obig beschriebenen Ausführungsform. Bevorzugt empfängt die externe Speichereinrichtung bzw. das Backend Informationen von einer Vielzahl (verschiedener) Fahrzeuge (welche von deren Vorrichtung(-en) ermittelt und/oder erzeugt wurden) und ist bevorzugt dazu geeignet und bestimmt, diese zu einer (noch größeren) Datenbank zusammenzufügen.The present invention is further directed to a system comprising at least one (and preferably a plurality) of device(s) described above for (each) a vehicle according to an embodiment and comprising an external storage device and/or an external server or a backend corresponding to an embodiment described above. The external storage device or the backend preferably receives information from a large number of (different) vehicles (which were determined and/or generated by their device(s)) and is preferably suitable and intended to combine these into an (even larger) database .
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin gerichtet auf ein Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt, umfassend Programmmittel, insbesondere einen Programmcode, welcher zumindest einzelne und bevorzugt mehrere Verfahrensschritte (einzeln oder in Kombination miteinander) des erfindungsgemäßen Verfahrens und bevorzugt eine der beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen repräsentiert oder kodiert und zum Ausführen durch eine Prozessoreinrichtung ausgebildet ist.The present invention is further directed to a computer program or computer program product, comprising program means, in particular a program code, which represents or encodes at least individual and preferably several method steps (individually or in combination with each other) of the method according to the invention and preferably one of the preferred embodiments described and for execution a processor device is formed.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin gerichtet auf einen Datenspeicher, auf welchem zumindest eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Computerprogramms oder einer bevorzugten Ausführungsform des Computerprogramms gespeichert ist.The present invention is further directed to a data memory on which at least one embodiment of the computer program according to the invention or a preferred embodiment of the computer program is stored.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen:Further advantages and embodiments result from the attached drawings:
Darin zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs in einem ersten Zustand und kleinem Schwimmwinkel; -
2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs in einem zweiten Zustand und gegenüber dem in1 dargestelltem Schwimmwinkel größeren Schwimmwinkel; -
3 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs in einem dritten Zustand und gegenüber dem in2 dargestelltem Schwimmwinkel nochmals vergrößertem Schwimmwinkel; -
4 eine schematische Darstellung der Ausrichtung eines Fahrzeugs bei einer Kurvenfahrt in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und -
5 ,6 jeweils eine Grafik zum Vergleich der auf einen Fahrzeuginsassen wirkenden Längs- (5 ) und Quer- (6 ) Beschleunigungskräfte bei konventioneller Kurvenfahrt und gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
1 a schematic representation of a vehicle in a first state and a small slip angle; -
2 a schematic representation of a vehicle in a second state and compared to the one in1 shown slip angle larger slip angle; -
3 a schematic representation of a vehicle in a third state and compared to the one in2 shown slip angle again enlarged slip angle; -
4 a schematic representation of the orientation of a vehicle when cornering in an embodiment of the present invention; and -
5 ,6 one graphic each to compare the longitudinal (5 ) and transverse (6 ) Acceleration forces during conventional cornering and according to the present invention.
Wie insbesondere im Zusammenhang mit
Bei dem in
Im dargestellten Beispiel nähert sich ein Fahrzeug 1 von unten rechts kommend der Kurve. Das Fahrzeug weist eine Vorderseite V und eine Hinterseite H auf und bewegt sich zunächst entlang seiner Längsrichtung entlang des Fahrwegs Fs entlang des Streifens S auf die Kurve zu. Der Schwerpunkt des Fahrzeugs folgt dabei zunächst nahezu einer Geraden (auch wenn der errechnete Streifen einen leichten S-förmigen Verlauf aufweist). Dieser Fahrweg resultiert in besonders geringen kinematischen (Quer-) Beschleunigungen, die auf die Fahrzeuginsassen wirken.In the example shown, a
Im gezeigten Beispiel wird bereits in einem Abschnitt, in dem das Fahrzeug 1 einem nahezu geraden Fahrweg FS folgt, eine Drehung des Fahrzeugs eingeleitet. Die Drehung beginnt etwa bei dem mit P1 gekennzeichneten Punkt. Sie kann durch eine entsprechende Ansteuerung der Aktoren zum Einschlagen der Achsen beziehungsweise Räder 2, 4 ausgelöst werden. Dabei ist zeitweise ein Zustand wie in
Vor der Einfahrt des Fahrzeugs in die Kurve weist es einen großen Schwimmwinkel β auf. Durch den im Bereich der Kurve gekrümmten Verlauf der Fahrbahn und damit auch des Fahrwegs Fs nähert sich die Fahrwegslängsrichtung im Verlauf der Kurve wider der Fahrzeuglängsrichtung an. Der Schwimmwinkel β verringert sich somit. Im Bereich des Scheitelpunkts ist der Schwimmwinkel β vorzugsweise nahezu null. Dieser Zustand liegt an der entlang des Fahrwegs vor dem mit P2 gekennzeichneten Punkt vor. In Punkt könnte vorzugsweise wieder ein der Darstellung in
In dem mit P2 gekennzeichneten Punkt liegt eine vergleichsweise starke Krümmung des Streifens S vor. Die Krümmung des Fahrwegs FS ist durch Ausnutzung der gesamten Breite des Streifens S zwar etwas geringer, dennoch sind in diesem Punkt hohe Beschleunigungen zu erwarten, die auf die Fahrzeuginsassen wirken. Um diese zu verringern wird eine Drehung des Fahrzeugs hinausgezögert und ein Schwimmwinkel β aufgebaut. Das Fahrzeug 1 folgt dabei der durch die Krümmung des Fahrwegs Fs vorgegebenen Rotation nicht vollständig, sondern verzögert. Die Fahrzeugvorderseite V ist dabei in Richtung des Kurvenäußeren Ausgerichtet. In the point marked P 2 there is a comparatively strong curvature of the strip S. The curvature of the path F S is Although somewhat smaller due to the use of the entire width of the strip S, high accelerations are still to be expected at this point, which affect the vehicle occupants. In order to reduce this, rotation of the vehicle is delayed and a slip angle β is built up. The
Der Schwimmwinkel β weist gegenüber der oben beschriebenen Kurveneinfahrt ein verändertes Vorzeichen auf.The slip angle β has a different sign compared to the curve entry described above.
Die Reduzierung des Schwimmwinkels β (bis vorzugsweise auf null) kann in Abhängigkeit von dem Verlauf des sich an die Kurve anschließenden Streckenabschnitts über einen vergleichsweise langen Zeitraum hinausgezögert werden. Sofern - wie im gezeigten Beispiel - bis zur nächsten Kurve genügend Strecke zur Verfügung steht, kann das Verringern des Schwimmwinkels β gemächlich erfolgen, so dass während der Bewegung in Richtung RA keine starken Beschleunigungskräfte auf die Fahrzeuginsassen wirken. In dem mit P3 gekennzeichneten Punkt war die Reduzierung des Schwimmwinkels β bis auf den Wert null bereits abgeschlossen und eine Erhöhung des Schwimmwinkels β in Vorbereitung auf die Einfahrt in eine im Streckenabschnitt folgende Kurve (Scheitelpunkt nicht dargestellt) hat begonnen.The reduction of the slip angle β (preferably to zero) can be delayed over a comparatively long period of time depending on the course of the section of route following the curve. If - as in the example shown - there is enough distance available until the next curve, the slip angle β can be reduced slowly, so that no strong acceleration forces act on the vehicle occupants during the movement in the direction R A. At the point marked P 3 , the reduction of the slip angle β to the value zero was already completed and an increase in the slip angle β in preparation for entering a curve (apex not shown) that follows in the section of the track has begun.
Die
Auf der Abszissenachse ist jeweils die zurückgelegte Strecke s des Fahrzeugs 1 aus
Der
Demgegenüber sind die auf die Fahrzeuginsassen in Fahrzeuglängsrichtung wirkenden Beschleunigungen bei einer Kurvenfahrt gemäß eines Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sowohl betragsmäßig als auch in der Steigung deutlich geringer. Dies beruht insbesondere darauf, dass ein Teil der (negativen oder positiven) Beschleunigung des Fahrzeugs entlang des Fahrwegs Fs durch die Drehung des Fahrzeugs von einer Längsbeschleunigung in eine Querbeschleunigung umgewandelt wird. Die maximal auf einen Fahrzeuginsassen in Fahrzeuglängsrichtung wirkende Beschleunigung kann somit sowohl während des Abbremsens des Fahrzeugs als auch während der Beschleunigung reduziert werden. Dies wirkt sich auch vorteilhaft auf die Steigung der in
Ebenso wird der Vorteil der vorliegenden Erfindung auf den Fahrkomfort aus
Weiterhin ist erkennbar, dass der Betrag der Quer-Beschleunigung (als Summe über alle Streckenpunkte) größer ist als bei einer konventionellen Kurvenfahrt. Dies ergibt sich daraus, , dass der Gesamtbetrag (euklidische Norm) von kinematischer und gefühlter Beschleunigung gleich sein muss. Durch die Variante des Verfahrens wird jedoch deren Verteilung über die gesamte Strecke und/oder zwischen Quer- und Längsbeschleunigung optimiert.It can also be seen that the magnitude of the lateral acceleration (as a sum across all points on the route) is greater than during conventional cornering. This results from the fact that the total amount (Euclidean norm) of kinematic and perceived acceleration must be the same. However, the variant of the method optimizes their distribution over the entire route and/or between lateral and longitudinal acceleration.
Weiterhin trägt das frühzeitige eindrehen der Fahrzeuglängsachse in die Kurve und die damit einhergehende Ausbildung des Schwimmwinkels β dazu bei, dass die auf die Fahrzeuginsassen wirkende Querbeschleunigung stets im positiven Bereich bleibt. Durch die Drehung wird nämlich wie oben bezüglich
Da in diesem Punkt der Schwimmwinkel bevorzugt nahezu null ist und somit das Fahrzeug im Wesentlichen eine zur konventionellen Kurvenfahrt analoge Fahrlage aufweist, ähneln sich die in diesem Punkt wirkenden Querbeschleunigungen betragsmäßig sehr. Dennoch wird eine Kurvendurchfahrt gemäß einer Aufführungsvariante gemäß der vorliegenden Erfindung von den Fahrzeuginsassen als wesentlich weniger störend empfunden, da die maximale Steigung der in
Die Anmelderin behält sich vor, sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass in den einzelnen Figuren auch Merkmale beschrieben wurden, welche für sich genommen vorteilhaft sein können. Der Fachmann erkennt unmittelbar, dass ein bestimmtes in einer Figur beschriebenes Merkmal auch ohne die Übernahme weiterer Merkmale aus dieser Figur vorteilhaft sein kann. Ferner erkennt der Fachmann, dass sich auch Vorteile durch eine Kombination mehrerer in einzelnen oder in unterschiedlichen Figuren gezeigter Merkmale ergeben können.The applicant reserves the right to claim all features disclosed in the application documents as essential to the invention, provided that they, individually or in combination, are new compared to the prior art. It should also be noted that the individual figures also describe features that can be advantageous in themselves. The person skilled in the art immediately recognizes that a specific feature described in a figure can be advantageous even without adopting further features from this figure. Furthermore, the person skilled in the art will recognize that advantages can also arise from a combination of several features shown in individual or different figures.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- Fahrzeugvehicle
- 22
- Vorderräder, VorderachseFront wheels, front axle
- 44
- Hinterräder, HinterachseRear wheels, rear axle
- 1010
- Längsbeschleunigung gemäß eines AusführungsbeispielsLongitudinal acceleration according to an exemplary embodiment
- 1212
- Längsbeschleunigung bei konventioneller KurvenfahrtLongitudinal acceleration during conventional cornering
- 2020
- Querbeschleunigung gemäß eines AusführungsbeispielsLateral acceleration according to an exemplary embodiment
- 2222
- Querbeschleunigung bei konventioneller KurvenfahrtLateral acceleration during conventional cornering
- ββ
- SchwimmwinkelSlip angle
- PP
- Pfeil, FahrtrichtungArrow, direction of travel
- FZPFZP
- Zentripetalkraftcentripetal force
- HH
- Hinterer FahrzeugbereichRear vehicle area
- Vv
- Vorderer FahrzeugbereichFront area of the vehicle
- RERE
- Richtung (Einfahrt in Kurve)Direction (entering a curve)
- RAR.A
- Richtung (Ausfahrt aus Kurve)Direction (exit from curve)
- SS
- Schlauch, Spur, StreifenTube, track, strip
- P1, P2, P3P1, P2, P3
- PunktePoints
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102015212229 B4 [0006]DE 102015212229 B4 [0006]
- DE 102018220575 A1 [0008, 0009]DE 102018220575 A1 [0008, 0009]
- DE 102017001449 A1 [0009]DE 102017001449 A1 [0009]
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