DE10060536A1 - Verfahren zur Steuerung des Fahrwerksystems eines zweispurigen Kraftfahrzeuges sowie entsprechendes Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Fahrwerksystems eines zweispurigen Kraftfahrzeuges, wobei mit Hilfe eines Navigationssystems die aktuelle Fahrzeug-Position bezüglich einer bekannten Fahrtstrecke erkannt wird und veränderbare Komponenten des Fahrwerksystems dem vorhersehbaren Streckenverlauf angepasst eingestellt werden. Erfindungsgemäß wird der Wankwinkel des Fahrzeug-Aufbaus gegenüber den Fahrzeug-Rädern oder Radträgern des Kraftfahrzeuges insbesondere hinsichtlich einer bevorstehenden Kurvenfahrt dadurch eingestellt, dass die Abstützpunkte der Radträger-Federbeine oder Radträger-Dämpfer im Wesentlichen vertikal verlagert werden. Dabei kann ein solcher Wankwinkel eingestellt werden, dass die bei Kurvenfahrt auftretenden Zentrifugalkräfte die Fahrzeuginsassen verstärkt an die Sitze pressen, wobei seites des Fahrzeugführers die Charakteristik der Wankwinkel-Einstellung vorgebbar sein kann. Bei einem Kraftfahrzeug zur Durchführung dieses Verfahrens ist für das Verlagern der Abstützpunkte der Radträger-Federbeine oder Radträger-Dämpfer ein elektromotorischer Spindeltrieb oder ein elektromagnetischer Linearantrieb vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Fahrwerksystems ei­ nes zweispurigen Kraftfahrzeuges, wobei mit Hilfe eines Navigationssystems die aktuelle Fahrzeug-Position bezüglich einer bekannten Fahrtstrecke er­ kannt wird und veränderbare Komponenten des Fahrwerksystems dem vor­ hersehbaren Streckenverlauf angepasst eingestellt werden. Zum techni­ schen Umfeld wird neben der EP 0 770 979 A1 auf die sog. "Active Body Control" von Mercedes-Benz (bspw. beschrieben in der DE-Zeitschrift "auto motor und sport", Heft 10/1999, S. 72) oder auf die DE 196 06 991 C2 ver­ wiesen.

Bezugnehmend auf den letztgenannten Stand der Technik ist es für Fahr­ zeug-Insassen äußerst komfortabel und der Fahrsicherheit und insbesonde­ re der Kurvenstabilität des Kfz.'s (bspw. Personenkraftwagens) förderlich, wenn Schräglagen, d. h. eine Seitenneigung oder eine Wankbewegung des Fahrzeug-Aufbaus gegenüber der Fahrbahn-Oberfläche bzw. gegenüber den darauf abrollenden Fzg.-Rädern so gering wie möglich gehalten werden/wird. Um dies zu erreichen, kann im bekannten Stand der Technik der karosserie­ seitige Abstützpunkt der Fahrwerks-Federbeine verlagert werden, oder an­ ders betrachtet kann die Karosserie bzw. der Fahrzeugaufbau im wesentli­ chen in Vertikalrichtung gegenüber den den Rädern oder Radträgern gegen­ überliegenden Enden der Rad-Federbeine (allg. Feder-Dämpfer-Systeme) verschoben werden.

Im bekannten Stand der Technik erfolgt diese Verschiebung oder Verlage­ rung mit Hilfe einer hydraulischen Verstelleinheit, die an jedem der Feder­ beine vorgesehen ist, wobei diese hydraulischen Verstelleinheiten von einer leistungsfähigen Hydraulikpumpe versorgt werden müssen, und wobei die entsprechende Ansteuerung von einer elektronischen Steuereinheit über­ nommen wird, die geeignete Sensorsignale bezüglich der Vertikalbeschleu­ nigung, der Querbeschleunigung und der Längsbeschleunigung des Fzg.- Aufbaus auswertet. Nachdem es sich hier um ein reaktives System handelt, d. h. nachdem einem Wanken des Fzg.-Aufbaus erst dann entgegengewirkt werden kann, wenn die genannten Sensoren eine beginnende Wankbewe­ gung erkennen, muss die entgegenwirkende Verstell- oder Verlagerungsbe­ wegung äußerst schnell und kurzfristig erfolgen, um den gewünschten Effekt, nämlich eine kaum mehr spürbare Wankbewegung, zu erzielen. Dies erfor­ dert naturgemäß ein äußerst leistungsstarkes Verstellsystem mit entspre­ chend hohem Energiebedarf, denn schließlich gilt es, binnen kürzester Zeit eine entsprechend hohe sog. "Gegen-Beschleunigung" zu aktivieren.

Aus der eingangs erstgenannten EP 0 770 979 A1 ist ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, d. h. es ist bekannt, veränderbare Komponenten des Fahrwerksystems eines zweispurigen Kraftfahrzeuges während der Fahrt oder Fzg.-Fortbewegung dem bevorstehenden Strecken­ verlauf anzupassen, wenn mit Hilfe eines geeigneten Navigationssystems (bspw. GPS = satellitengesteuertes Positions-Bestimmungssystem) die ak­ tuelle Position des Kraftfahrzeugs (in einer bekannten Route oder Fahrtstre­ cke) bekannt ist. In dieser Schrift wird bspw. die Dämpfercharakteristik der Fzg.-Stoßdämpfer vor einer Kurve oder einer Tunnelausfahrt oder einem Bahnübergang entsprechend angepasst, um ein gewünschtes sicheres Fahrverhalten zu erzielen.

Im folgenden soll nun eine sinnvolle Weiterentwicklung des letztgenannten Standes der Technik aufgezeigt werden, d. h. auf welche Weise welche Komponenten eines Fahrwerksystems besonders effizient eingestellt werden können, um dem oder den Insassen des Kraftfahrzeuges eine komfortable Fortbewegung zu ermöglichen (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wankwin­ kel des Fahrzeug-Aufbaus gegenüber den Fahrzeug-Rädern oder Radträ­ gern des Kraftfahrzeuges insbesondere hinsichtlich einer bevorstehenden Kurvenfahrt eingestellt wird indem die Abstützpunkte der Radträger- Federbeine oder Radträger-Dämpfer am Fzg.-Aufbau im wesentlichen in Vertikalrichtung verlagert werden. Vorteilhafte Weiterbildungen sowie ein vorteilhaftes Kraftfahrzeug zur Durchführung dieses Verfahrens sind Inhalt der Unteransprüche.

Mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 kann eine für die Fzg.-Insassen deutlich spürbare Wankstabilisierung erfolgen, d. h. ein Wan­ ken des Fzg.-Aufbaus insbesondere in Kurvenfahrten kann auf die vorge­ schlagene Weise falls gewünscht hundertprozentig ausgeschlossen oder - falls gewünscht - sogar überkompensiert werden, worauf an späterer Stelle noch näher eingegangen wird. Dabei ist die vorgeschlagene Verlagerung des Fzg.-Aufbaus gegenüber den Fzg.-Rädern oder Radträgern wesentlich wir­ kungsvoller als eine einfache (bereits vorbekannte) Dämpfkraft-Verstellung im Fzg.-Fahrwerksystem.

Nun ist zwar aus dem eingangs erstgenannten und diskutierten Stand der Technik, nämlich bei der "Active Body Control", diese vorgeschlagene Mass­ nahme bereits grundsätzlich bekannt, jedoch wurden eingangs auch wesent­ liche Nachteile dieser bekannten "Active Body Control" diskutiert. Zum einen wird dort - wie erläutert wurde - ein äußerst leistungsstarkes Verstellsystem mit entsprechend hohem Energiebedarf benötigt, zum anderen handelt es sich bislang um ein reaktives System, welches praktisch nur auf eine bereits beginnende Wankbewegung des Fzg.-Aufbaus reagieren kann.

Demgegenüber kann unter Zuhilfenahme eines Navigationssystems, wel­ ches eine bevorstehende Kurvenfahrt oder allgemein eine sich abzeichnen­ de Anregungsstelle für eine Wankbewegung des Fzg.-Aufbaus erkennt, be­ reits die entsprechende Gegenmaßnahme ergriffen werden, noch ehe diese (unerwünschte) Wankbewegung einsetzen kann. Dass das vorgeschlagene System demzufolge erheblich schneller agieren kann, liegt auf der Hand. Vorteilhafterweise benötigt die entsprechende Verstellung unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kein solchermaßen leistungsstarkes Verstellsystem wie die reaktive "Active Body Control", da der Fzg.-Aufbau weniger stark beschleunigt werden muss, wenn eine längere Zeitspanne zur Verfügung steht, um einer sich abzeichnenden Wankbewegung entgegen­ zuwirken. Mit geringerem mechanischen Aufwand und insbesondere mit - gegenüber einem reaktiven System - geringeren Energiebedarf kann somit eine unerwünschte Wankbewegung wirkungsvoll verhindert oder zumindest deutlich abgeschwächt werden, wenn ein quasi vorausschauendes und da­ her - im Gegensatz zum bekannten reaktiven System - tatsächlich aktives System zum Einsatz kommt. Dabei sei nochmals herausgestellt, dass dieses "Vorausschauen" oder Vorhersehen einer sich abzeichnenden Wankbewe­ gung einfach mit Hilfe eines geeigneten (und dabei ausreichend genauen) Navigationssystems erfolgen kann. Insbesondere bietet sich ein satellitenge­ steuertes Positions-Bestimmungssystem an, in welchem nicht nur die aktuel­ le Position des Kraftfahrzeuges, sondern auch Verlauf der Straße oder Fahr­ bahn, auf welcher sich das Fahrzeug bewegt, möglichst genau festgehalten ist.

In diesem Zusammenhang sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass an­ stelle einer Wankbewegung oder des Wankwinkels des Fzg.-Aufbaus auch eine Nickbewegung oder der sog. Nickwinkel auf die gleiche Weise verhin­ dert bzw. eingestellt werden kann. Während bekanntermaßen das Wanken eine Neigung um die Fzg.-Längsachse darstellt, handelt es sich beim Nicken um eine Neigung um die Fzg.-Querachse. Um einen Wankwinkel einzustellen oder eine bestimmte Wankbewegung zu verhindern oder zu erzeugen, werden somit an einem zweispurigen und zweiachsigen Kraftfahrzeug (bspw. einem PKW) die Abstützpunke der beiden an einer Fzg.-Seite vorhandenen Radträger-Federbeine oder dgl. verlagert, während zur Kompensation einer Nickbewegung oder zur Einstellung eines bestimmten Nickwinkels die Ab­ stützpunke der beiden im Fzg.-Frontbereich oder im Fzg.-Heck vorhandenen Radträger-Federbeine oder dgl. verlagert werden. Ausdrücklich sollen daher auch entsprechende Maßnahmen zur Beeinflussung der Nickbewegung des Fzg.-Aufbaus vom Patentschutz mit umfasst sein.

Zurückkommend auf eine Fzg.-Kurvenfahrt und auf die damit zusammen­ hängende Wankwinkel-Einstellung oder Wank-Kompensation ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren in der Praxis auch an nicht-spurgebundenen, zweispurigen Fahrzeugen eine Wankwinkel-Überkompensation. Vergleichbar den sog. Neigezügen (bei spurgebundenen Fahrzeugen) oder vergleichbar den Zweirädern (sog. Einspur-Fahrzeugen) kann nun hinsichtlich einer be­ vorstehenden Kurvenfahrt ein solcher Wankwinkel eingestellt werden, dass die dabei auftretenden Zentrifugalkräfte die Fahrzeuginsassen verstärkt in ihre Sitze pressen. Dies wird von vielen Personen als wesentlich komfortab­ ler empfunden, als wenn - wie bisher üblich - bei einer Kurvenfahrt die Zentri­ fugalkräfte eine seitliche Verschiebung des Fzg.-Insassen gegenüber seinem Fzg.-Sitz hervorrufen. Wie bereits aus den Ausführungen weiter oben her­ vorgeht, ist eine derartige Wankwinkel-Überkompensation unter vertretbarem Aufwand technisch nun dadurch umsetzbar, dass das zugehörige Verstell­ system vorausschauend agieren kann, so dass eine ausreichende Zeitspan­ ne zum Initiieren um Umsetzen der entsprechenden Verstellbewegung ver­ bleibt. In einer für die Fzg.-Insassen angenehmen Weise kann nun der Fzg.- Aufbau angepasst an die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeuges sowie an den Abstand zur nächsten Kurve relativ langsam in eine für das Durchfahren dieser Kurve geeignete Lage oder Position gebracht werden Im Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung kann dabei seitens des Fahrzeug­ führers die Charakteristik der Wankwinkel-Einstellung vorgebbar sein. Diese Funktion wird der Tatsache gerecht, dass ein Wanken des Fzg.-Aufbaus von unterschiedlichen Personen unterschiedlich empfunden wird. Mancher emp­ findet das bisher übliche Kurven- oder Wankverhalten als angenehm, ein anderer wünscht überhaupt keine Wankbewegung und wieder ein anderer bevorzugt eine Wankwinkel-Überkompensation, d. h. er zieht es vor, sich "in die Kurve zu legen". Zumindest diese unterschiedlichen Grundmuster kön­ nen nun vorgebbar oder auswählbar sein. Dabei ist es auch möglich, die sog. Wankwinkel-Einstellungscharakteristik, d. h. wie sich der Fzg.-Aufbau bei einer Wank-Tendenz verhält, von geeigneten Randbedingungen abhän­ gig zu gestalten. Vorrangig kommt als derartige Randbedingung die Fzg.- Geschwindigkeit in Betracht. Bei einer höheren Fortbewegungsgeschwindig­ keit ist eher eine Wankwinkel-Überkompensation angebracht als bei einer geringeren Geschwindigkeit. Eine weitere Randbedingung kann die Art und Qualität der befahrenen Straße sein, d. h. ob das Fahrzeug auf einer Auto­ bahn oder auf einer kurvenreichen engen Landstraße bewegt wird.

Schließlich wird noch vorgeschlagen, bei einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, für das Verlagern der aufbauseitigen Abstütz­ punkte der Radträger-Federbeine oder Radträger-Dämpfer einen elektromo­ torischen Spindeltrieb oder einen elektromagnetischen Linearantrieb vorzu­ sehen. In Verbindung mit einem aufgrund des Navigationssystems "voraus­ schauenden" elektronischen Verstellsystem sind diese elektrischen Verstell­ systeme ausreichend schnell. Gleichzeitig sind sie kostengünstiger und bau­ raum-sparender als die beim eingangs genannten "Active Body Control" ver­ wendete hydraulische Verstellmöglichkeit, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details abweichend oder ergänzend zu obigen Erläuterungen gestaltet oder vorgesehen sein können, ohne den In­ halt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Steuerung des Fahrwerksystems eines zweispurigen Kraftfahrzeuges, wobei mit Hilfe eines Navigationssystems die aktuel­ le Fahrzeug-Position bezüglich einer bekannten Fahrtstrecke erkannt wird und veränderbare Komponenten des Fahrwerksystems dem vor­ hersehbaren Streckenverlauf angepasst eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Wankwinkel des Fahrzeug- Aufbaus gegenüber den Fahrzeug-Rädern oder Radträgern des Kraft­ fahrzeuges insbesondere hinsichtlich einer bevorstehenden Kurven­ fahrt eingestellt wird, indem die Abstützpunkte der Radträger- Federbeine oder Radträger-Dämpfer am Fahrzeug-Aufbau im wesent­ lichen in Vertikalrichtung verlagert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass hinsichtlich einer bevorstehenden Kur­ venfahrt ein solcher Wankwinkel eingestellt wird, dass die dabei auf­ tretenden Zentrifugalkräfte die Fahrzeuginsassen verstärkt in ihre Sit­ ze pressen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei seitens des Fahrzeugführers die Charakteristik der Wankwin­ kel-Einstellung vorgebbar ist.

4. Kraftfahrzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vor­ angegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Verlagern der Abstützpunkte der Radträger-Federbeine oder Radträger-Dämpfer ein elektromotori­ scher Spindeltrieb oder ein elektromagnetischer Linearantrieb vorge­ sehen ist.