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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Ansteuerung eines Giermomentaktuators in einem Kraftfahrzeug.
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Fahrdynamiksysteme
zur Verbesserung der fahrdynamischen Eigenschaften eines Kraftfahrzeuges
spielen eine immer größer werdende
Rolle bei der Fortentwicklung von Fahrzeugen, um eine zunehmende
Sicherheit für
die Fahrzeuginsassen zu gewährleisten.
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Neben
den passiven und aktiven Sicherheitssystemen, wie Airbag, Aufprallschutz
und Gurtstraffer, gewinnen mehr und mehr aktive Fahrdynamikkontrollsysteme
mit ihren immer größer werdenden
Möglichkeiten
an Bedeutung. Wünschenswert
ist dabei ein Kontrollsystem, das die momentane Fahrsituation schnell
erfasst und sofort in eine etwaige kritische Lage aktiv eingreifen
bzw. dem Fahrer ein entsprechendes Signal für eine manuelle Änderung
der Fahrsituation liefern kann. Die ersten Schritte einer aktiven
Fahrzeugkontrolle sind dabei bereits mit dem ABS, dem elektronischen
Stabilitätsprogramm
ESP oder einer Traktionsverteilungsvorrichtung gemacht worden.
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Beim
Durchfahren einer Kurve mit vorbestimmtem Kurvenradius stellt sich
eine Querbeschleunigung ein, die vom Kurvenradius und von der Fahrzeuggeschwindigkeit
abhängig
ist. Um das Fahrzeug auf dem gewünschten
Kurvenradius zu halten, stellt der Kraftfahrzeugfahrer durch den
Lenkvorgang den erforderlichen Lenkwinkel ein. Bei bestimmten Straßenverhältnissen
reicht die an der Vorderachse zwischen Reifen und Fahrbahn zur Verfügung stehende
Querkraft nicht aus, um den angestrebten Kurvenradius mit der gewünschten
Geschwindigkeit befahren zu können,
und das Fahrzeug rutscht mit der Vorderachse nach kurvenaußen.
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Der
Anmelderin sind Giermomentaktuatoren bekannt, welche es ermöglichen,
durch Erzeugung eines asymmetrischen Antriebsmoments an angetriebenen
Fahrzeugachsen das Fahrzeug mit einem zusätzlichen Giermoment zu beaufschlagen.
Hierdurch kann die Fahrdynamik des Fahrzeugs positiv beeinflusst
werden, indem je nach Bedarf situationsabhängig ein agilisierendes oder
stabilisierendes Giermoment über
die Reifenumfangskräfte
in das Fahrzeug eingeleitet wird.
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Die
bekannten Algorithmen zur Ansteuerung solcher Fahrdynamiksysteme
haben den Nachteil, dass sie das Fahrverhalten im quasistatischen
Bereich nur geringfügig
beeinflussen oder alternativ zu einem Fahrverhalten führen, bei
dem der Grenzbereich des Fahrzeugs nicht früh genug vom Fahrer erkannt
werden kann, wodurch ein unharmonisches Fahrverhalten des Fahrzeugs
geschaffen wird, sodass diese Systeme lediglich bei dynamischen
Fahrmanövern
wirksam werden. Dadurch wird das Potenzial dieser Systeme nicht
vollständig
ausgeschöpft.
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Somit
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes
Verfahren und eine einfache und kostengünstige Vorrichtung zur Ansteuerung
eines Giermomentaktuators in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, durch
welche die physikalischen Möglichkeiten
eines derartigen Giermomentaktuators weiter ausgeschöpft werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß verfahrensseitig
durch das Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und vorrichtungsseitig durch
die Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 11 gelöst.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin,
bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeuges den aktuellen Lenkwinkel
und die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges zu erfassen; den
aktuellen Reibwert zwischen den Reifen des Kraftfahrzeugs und der
Fahrbahn zu bestimmen; eine Sollkurve in Abhängigkeit des bestimmten aktuellen
Reibwertes, des Lenkwinkels und der Fahrgeschwindigkeit festzulegen;
und das Giermoment des Giermomentaktuators derart einzustellen,
dass die resultierende aktuelle Gesamtquerbeschleunigung des Kraftfahrzeuges
auf die gemäß der festgelegten Sollkurve
dem bestimmten aktuellen Lenkwinkel zugeordnete Soll-Querbeschleunigung
gesteuert wird.
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Somit
weist die vorliegende Erfindung gegenüber den bekannten Ansätzen den
Vorteil auf, dass das Giermoment des Giermomentaktuators derart
einstellbar ist, dass die Gesamtquerbeschleunigung in Abhängigkeit
der aktuellen Fahrbahneigenschaften an eine vorab diesen Fahrbahneigenschaften
zugewiesene Soll-Kennlinie angepasst wird. Diese Soll-Kennlinie
ist so gewählt,
dass sie einerseits den Grenzbereich der maximalen Fahrzeug-Querbeschleunigung
auf den mit Giermomentgenerator erreichbaren Wert erweitert und
dass gleichzeitig ein harmonischer, reproduzierbarer Verlauf des
Eigenlenkverhaltens des Fahrzeugs vorteilhaft erhalten bleibt.
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In
den Unteransprüchen
finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen des
im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrens bzw. der im Patentanspruch
11 angegebenen Vorrichtung.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung wird der aktuelle Lenkwinkel mittels eines
Lenkwinkelsensors erfasst. Derartige Lenkwinkelsensoren sind in
der Regel in bereits bestehenden Fahrdynamiksystemen des Fahrzeugs
vorhanden, sodass auf einfache und kostengünstige Weise auf diese zurückgegriffen
werden kann.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird der aktuelle Reibwert zwischen den Reifen des Fahrzeuges und
der Fahrbahn unter Verwendung des inversen Pacejka-Reifenmodells bestimmt.
Dies stellt einen zuverlässigen
Algorithmus zur Bestimmung des aktuellen Reibwertes dar. Es werden
vorzugsweise der aktuelle Reifenlängs- und Reifenquerschlupf
sowie die aktuelle Reifenlängs-
und Reifenquerkraft bestimmt, wobei unter Verwendung des Pacejka-Reifenmodells
das Verhältnis
zwischen Reifenschlupf und Reifenkraft analysiert und mit vorbekannten
Reifencharakteristika verglichen wird. Zur Bestimmung des aktuellen
Reifenquerschlupfes wird beispielsweise der aktuelle Reifenschräglaufwinkel
des Kraftfahrzeuges erfasst, in die zugeordnete Reifen-Schräglaufgeschwindigkeit
umgerechnet und durch Division durch eine Referenzgeschwindigkeit
in die Größe Reifenschlupf umgewandelt.
Beispielsweise können
zur Bestimmung des aktuellen Reibwertes zusätzliche Größen wie Längsbeschleunigung, Querbeschleunigung und/oder
Radlast des Kraftfahrzeuges mitberücksichtigt werden. Somit wird
ein zuverlässiges
Verfahren zur Bestimmung des aktuellen Reibwertes gewährleistet,
dessen Genauigkeit mit zunehmendem Reifenschlupf zunimmt, wodurch
es für
den Einsatz im hier vorgestellten System gut geeignet ist.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die aktuelle Kurvenkrümmung durch
Erfassen und Auswerten der aktuellen Querbeschleunigung und der
aktuellen Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges bestimmt und zum
Festlegen einer geeigneten Sollkurve mitberücksichtigt. Die dazu benötigten Sensoren
sind wiederum in der Regel in bestehenden Systemen des Kraftfahrzeuges
bereits vorhanden, sodass auf die Signale dieser Sensoren zurückgegriffen
werden kann. Dadurch wird eine aufwändige und kostenintensive Modifikation
des Kraftfahrzeuges vorteilhaft vermieden.
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Vorzugsweise
werden vorab Sollkurven bestimmt und in einer geeigneten Speichereinrichtung des
Steuergerätes
als Soll-Kennlinien abgelegt, die den gewünschten Zusammenhang zwischen
Lenkwinkel und gewünschter
Querbeschleunigung bei gegebenem Reibwert darstellen. Dadurch können jedem
Fahrzeugmodell und jeder Fahrbahneigenschaft nach vorbestimmten
Sicherheitsbestimmungen bevorzugte Soll-Kennlinien zugeordnet werden, welche durch
entsprechende Einstellung des Giermomentes des Giermomentaktuators
zu erreichen sind.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird dem einzustellenden Giermoment des Giermomentaktuators ein
zusätzliches
Giermoment überlagert,
welches von der Abweichung zwischen der von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs
gewünschten
Gierrate und der aktuellen Gierrate abgeleitet wird. Die aktuelle
Gierrate des Kraftfahrzeuges wird vorzugsweise mittels einer Gierratensensoreinrichtung
eines bereits in dem Fahrzeug existierenden Fahrdynamikregelsystems
und die von dem Fahrer gewünschte
Gierrate durch erfassen des aktuellen Lenkwinkels sowie der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder
der Querbeschleunigung des Kraftfahrzeuges bestimmt. Somit kann
eine gewisse Vorsteuerung erreicht werden, die die Dynamik des Systems erhöht. Dies
führt zu
einem verbesserten Fahrverhalten insbesondere bei hochdynamischen
Fahrmanövern,
beispielsweise Lenkwinkelsprüngen
oder Fahrspurwechseln. Zudem kann wiederum vorteilhaft auf die Sensoren
bestehender Fahrzeugsysteme zurückgegriffen
werden, sodass eine nachteilige Nachrüstung entfällt.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.
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Von
den Figuren zeigen:
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1 ein
schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Ansteuerung eines
Giermomentaktuators in einem Kraftfahrzeug gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung der Verfahrensschritte eines Verfahrens
zur Ansteuerung eines Giermomentaktuators in einem Kraftfahrzeug gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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3a eine
graphische Darstellung von Lenkwinkelbedarfskurven/Sollkurven in
Abhängigkeit des
Reibwertes;
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3b eine
graphische Darstellung von Lenkwinkelbedarfskurven/Sollkurven in
Abhängigkeit des
Kurvenradius;
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3c eine
graphische Darstellung einer Lenkwinkelbedarfskurve/Sollkurve eines
Kraftfahrzeuges mit und ohne erfindungsgemäßer Ansteuerung eines Giermomentaktuators;
und
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4 eine
schematische Darstellung eines Giermomentaktuators gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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In
den Figuren der Zeichnung bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche
oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben
ist.
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1 illustriert
ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Ansteuerung
eines Giermomentaktuators 8 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung besteht im Wesentlichen
aus einem Steuergerät 1,
in welchem eine geeignete Speichereinrichtung 2 enthalten
oder wahlweise mit dieser verbunden ist. In der Speichereinrichtung 2 werden vorab
Sollkurven, welche einen Zusammenhang zwischen dem Lenkwinkel und
einer Soll-Querbeschleunigung (aySoll) bei
vorbestimmtem Reibwert darstellen, unter Berücksichtigung unterschiedlicher
Reibwerte, Fahrgeschwindigkeiten sowie unterschiedlicher Kurvenkrümmungen
abgespeichert.
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Das
Steuergerät 1 ist
mit den verschiedensten Sensoren bzw. Erfassungseinrichtungen zum Empfangen
vorbestimmter Eingangsgrößen verbunden.
Gemäß 1 ist
das Steuergerät 1 lediglich
exemplarisch mit einer Lenkwinkel-Erfassungseinrichtung 3,
vorzugsweise einem Lenkwinkelsensor 3, einer Reibwert-Erfassungseinrichtung 4,
einer Fahrgeschwindigkeit-Erfassungseinrichtung 5 sowie
einer Gierraten-Sensoreinrichtung 6 verbunden. Es ist für einen
Fachmann offensichtlich, dass das Steuergerät 1 mit weiteren nicht
dargestellten Sensoren oder Erfassungseinrichtungen zum Empfangen
weiterer verwertbarer Signale verbunden sein kann, wie beispielsweise
mit einer Kurvenkrümmung-Erfassungseinrichtung.
In einem modernen Kraftfahrzeug existieren bereits Systeme, insbesondere
Fahrdynamiksysteme, mit Sensoreinrichtungen bzw. Erfassungseinrichtungen
zum Erfassen diverser aktueller Fahrzeugeigenschaften. In der Regel
sind im Kraftfahrzeug Erfassungseinrichtungen zum Erfassen des aktuellen
Lenkwinkels, des aktuellen Reifenlängsschlupfes, des aktuellen
Reifenquerschlupfes, der aktuellen Reifenlängskraft, der aktuellen Reifenquerkraft,
der aktuellen Längsbeschleunigung,
der aktuellen Radlast, der aktuellen Querbeschleunigung, der aktuellen
Fahrgeschwindigkeit sowie der aktuellen Gierrate vorhanden. Somit
kann das Steuergerät
vorteilhaft auf die Signale dieser bereits in dem Kraftfahrzeug
existierenden Komponenten zurückgreifen, sodass
eine aufwändige
Modifikation entfällt.
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Das
Steuergerät 1 berechnet
aus bestimmten Eingangsgrößen, wie
weiter unten detaillierter beschrieben werden wird, bestimmte Ausgangsgrößen, die
für die
Einstellung des Giermomentes des Giermomentaktuators 8 über eine
Einstelleinrichtung 7, welche beispielsweise als in dem
Steuergerät 1 integrierte
Regeleinrichtung ausgebildet ist, benötigt werden. Dazu können in
der Speichereinrichtung 2 zusätzlich zu den vorab bestimmten
Sollkurven bestimmte Algorithmen abgelegt werden, mittels denen das
Steuergerät 1 die
notwendigen Größen sowie
die geeigneten Regelwerte berechnet.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 ein Verfahren zur Ansteuerung des Giermomentaktuators 8 gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung näher
erläutert.
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Wie
in 2 ersichtlich ist, wird mittels beispielsweise
eines Lenkwinkelsensors der aktuelle Lenkwinkel beim Durchfahren
einer Kurve erfasst und an das Steuergerät übertragen. Diesem erfassten
aktuellen Lenkwinkel wird anschließend eine der in der Speichereinrichtung
abgelegten reibwert- und/oder fahrgeschwindigkeits- und/oder kurvenkrümmungs-abhängigen Sollkurven
zur Bestimmung der diesem augenblicklichen Lenkwinkel zugeordneten
Soll-Querbe-schleunigung zugeordnet. Zum Festlegen der dem aktuellen
Lenkwinkel zugeordneten Sollkurve bestimmt das Steuergerät aus vorbestimmten
Eingangsgrößen den
aktuellen Reibwert zwischen den Fahrzeugreifen und der Fahrbahn
sowie die aktuelle Fahrgeschwindigkeit und gegebenenfalls die aktuelle
Kurvenkrümmung,
wie im Folgenden detaillierter beschrieben wird.
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Zur
Bestimmung des aktuellen Reibwertes, wie in 2 schematisch
illustriert ist, wird vorzugsweise das Verhältnis zwischen aktuellem Reifenschlupf
und aktueller Reifenkraft bestimmt und mit vorbekannten Reifencharakteristika
verglichen. Derartige vorbekannte Reifencharakteristika können wiederum
in der Speichereinrichtung 2 aus 1 vorab
abgelegt werden. Beispielsweise wird zur Bestimmung des aktuellen
Reibwertes das inverse Pacejka-Reifenmodell verwendet, welches insbesondere
bei einem kritischen höheren
Reifenschlupf und somit bei den wichtigen kritischen Fahrsituationen eine
zuverlässige
Methode zur Bestimmung des aktuellen Reibwertes darstellt. Diese
Methode zur Bestimmung des aktuellen Reibwertes ist an sich bekannt,
sodass im Folgenden lediglich die Grundzüge kurz erläutert werden.
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Der
für das
Pacejka-Reifenmodell notwendige aktuelle Reifenschlupf setzt sich
aus dem aktuellen Reifenlängsschlupf
und dem aktuellen Reifenquerschlupf an dem Reifen während des
Fahrbetriebes zusammen. Zur Bestimmung des aktuellen Reifenlängsschlupfes
können
beispielsweise die Drehzahlen der angetriebenen Achse und der als
Referenz dienenden nicht angetriebenen Achse miteinander verglichen
und Drehwinkelabweichungen bestimmt werden. Der Längsschlupf
lässt sich
in an sich bekannter Weise über
die aktuelle Fahrgeschwindigkeit und die Geschwindigkeit des entsprechenden Reifens
bestimmen.
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Der
aktuelle Reifenquerschlupf wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
vorzugsweise über
den Reifenschräglaufwinkel
bestimmt. Um die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens in dem Steuergerät mit einer
begrenzten Speicher- und Rechenkapazität zu erleichtern, werden die
sich überlagernden
vektoriellen Größen vorzugsweise
in skalare Größen umgewandelt.
Der Schräglauf
der Reifen wird in an sich bekannter Weise gemessen, wobei der gemessene
Reifenschräglaufwinkel
in eine Schräglaufgeschwindigkeit
durch das Steuergerät
umgerechnet und durch Division durch eine zugeordnete Referenzgeschwindigkeit
in den aktuellen Reifenquerschlupf umgewandelt wird. Die Größe des aktuellen
Reifenquerschlupfes wird analog zum aktuellen Reifenlängsschlupf
vorzugsweise in Prozent gemessen, sodass die beiden in dem Fahrzeug
messtechnisch erfassbaren Größen Reifenlängs- und
Reifenquerschlupf vorteilhaft in der gleichen Maßeinheit zur Verfügung stehen,
welche auf einfache und eine geringe Rechenkapazität beanspruchende
Weise vektoriell addiert werden können.
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Zudem
sind für
eine Verwendung des inversen Pacejka-Reifenmodells die aktuelle
Reifenlängs- und
die aktuelle Reifenquerkraft notwendig, wie oben bereits erläutert wurde.
Beispielsweise können
vorteilhaft auf die Signale von zugeordneten Längsbeschleunigungs- sowie Querbeschleunigungssensoren
zurückgegriffen
werden, wobei das Steuergerät die
empfangenen Signale dieser Beschleunigungssensoren in die entsprechenden
aktuellen Reifenlängs-
und Reifenquerkräfte
umwandelt. Die aktuelle Reifenlängs-
und Reifenquerkraft werden vorzugsweise ebenfalls vektoriell derart
addiert, dass zwei in die gleiche Richtung zeigende Vektoren entstehen. Die
Beträge
dieser Vektoren gehen zur Bestimmung des aktuellen Reibwertes in
das inverse Pacejka-Reifenmodell
ein, sodass auf zuverlässige
Weise der aktuelle Reibwert zwischen den Reifen und der Fahrbahn
ermittelt wird.
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Vorteilhaft
können
die aktuelle Längsbeschleunigung,
die aktuelle Querbeschleunigung und/oder die aktuelle Radlast bei
der Bestimmung des aktuellen Reibwertes mittels des Pacejka-Reifenmodells
mitberücksichtigt
werden. Je mehr aktuelle Eingangsgrößen zur Bestimmung des aktuellen Reibwertes
zur Verfügung
stehen, desto genauer und zuverlässiger
ist eine Bestimmung desselben.
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Wie
oben bereits kurz erläutert
worden ist, wird zum Festlegen der dem erfassten aktuellen Lenkwinkel
zugeordneten Sollkurve neben dem aktuellen Reibwert noch die aktuelle
Fahrgeschwindigkeit bzw. die aktuelle Kurvenkrümmung benötigt. Beispielsweise werden
zur Bestimmung der augenblicklich gefahrenen Kurvenkrümmung die
Signale des aktuellen Lenkwinkels sowie der aktuellen Fahrgeschwindigkeit
verwendet, wie in 2 schematisch dargestellt ist.
Zum Erfassen der aktuellen Fahrgeschwindigkeit können beispielsweise die Signale
der Raddrehzahlsensoren ausgewertet werden.
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Demnach
ordnet das Steuergerät
in Abhängigkeit
von den bestimmten Eingangsgrößen aktueller
Reibwert, aktuelle Fahrgeschwindigkeit sowie gegebenenfalls gewünschte Kurvenkrümmung dem
aktuellen Lenkwinkel eine vorbestimmte Sollkurve zu, aus der sich
eine gewünschte
Querbeschleunigung ergibt.
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3a illustriert
eine Darstellung von drei beispielhaften Lenkwinkelbedarfskurven,
das heißt des
Verhältnisses
Lenkwinkel α zu
Querbeschleunigung αy. Die exemplarisch dargestellten Lenkwinkelbedarfkurven
sind unterschiedlichen Reibwerten zugeordnet, wobei beispielsweise
der Reibwert μ =
0,2 einer schneebedeckten Fahrbahn, μ = 0,7 einer feuchten Fahrbahn
und μ =
1 einer trockenen Fahrbahn zugeordnet sind. Wie aus 3a ersichtlich
ist, ist bei zunehmendem Reibwert mit einem bestimmten Lenkwinkel α eine größere Querbeschleunigung ay erreichbar.
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3b illustriert
exemplarisch drei Lenkwinkelbedarfskurven, welche jeweils einem
unterschiedlichen Kurvenradius r der durchfahrenen Kurve zugeordnet
sind. Wie in 3b ersichtlich ist, ist bei
zunehmendem Kurvenradius r mit einem vorbestimmten Lenkwinkel α eine größere Querbeschleunigung ay erreichbar.
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3c illustriert
zwei Lenkwinkelbedarfskurven, wobei die mit einer durchgezogenen
Linie dargestellte Kurve einem bisherigen bzw. nicht erfindungsgemäß angesteuerten
Kraftfahrzeug und die durch eine gestrichelte Linie dargestellte
Kurve einem Kraftfahrzeug zugeordnet ist, dessen Giermomentaktuator
erfindungsgemäß angesteuert
wird. Wie oben bereits erläutert
wurde, wird basierend auf dem bestimmten aktuellen Lenkwinkel, dem
aktuellen Reibwert und der bestimmten Fahrgeschwindigkeit und/oder
der bestimmten aktuellen Kurvenkrümmung eine Sollkurve, welche
beispielsweise der in 3c gestrichelt dargestellten
Lenkwinkelbedarfskurve entspricht, durch das Steuergerät 1 festgelegt. Es
wurde hierbei lediglich exemplarisch angenommen, dass der Kurvenradius
r der durchfahrenen Kurve 100 m und der aktuelle Reibwert μ zwischen
den Reifen und der Fahrbahn 1,0 entspricht. Die in der Speichereinrichtung
vorab abgelegten Sollkurven können
beispielsweise durch vorab durchgeführte Fahrversuche nach bestimmten
Kriterien bestimmt werden.
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Somit
wird vorab vorzugsweise jedem Reibwert und jeder Kurvenkrümmung eine
maximale Querbeschleunigung zugeordnet und in der Speichereinrichtung
abgelegt. Das heißt,
die maximale Querbeschleunigung bei bekanntem Reibwert und bekannter
Kurvenkrümmung
ohne Einstellung eines Giermomentes an dem Giermomentaktuator kann prognostiziert
werden, und damit auch die durch ein entsprechendes Giermoment erhöhte Querbeschleunigung.
Das Verhältnis
Lenkwinkel zu Querbeschleunigung bzw. maximal möglicher Querbeschleunigung kann
somit vorteilhaft modifiziert werden, wie nachfolgend erläutert.
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Wie
in 3c ersichtlich ist, ist dem aktuellen Lenkwinkel αist des
nicht angesteuerten Fahrzeuges eine Bezugs-Querbeschleunigung ay0 des passiven Fahrzeugs ohne Giermomentansteuerung
zugeordnet. Diese Bezugs-Querbeschleunigung ay0 entspricht
bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
allerdings nicht der durch die Sollkurve vorgegebenen und dem aktuellen
Lenkwinkel αist zugeordneten Soll-Querbeschleunigung
ay soll. Das Giermoment des Giermomentaktuators
wird durch das Steuergerät über die
Regeleinrichtung folglich derart eingestellt, dass die resultierende
aktuelle Gesamtquerbeschleunigung auf die durch die Sollkurve vorgegebene
Soll-Querbeschleunigung
ay soll geregelt wird. Die Sollkurve ist
vorzugsweise in Richtung einer höheren Gesamtquerbeschleunigung
umskaliert, wie in 3c dargestellt ist. Durch die
zusätzliche
Beaufschlagung des Giermomentaktuators mit dem zusätzlichen
Giermoment ist durch den aktuellen Lenkwinkel αist somit
eine größere Gesamtquerbeschleunigung
erreichbar, welche vorzugsweise der Soll-Querbe-schleunigung ay soll entspricht oder sich dieser aufgrund
kleiner Regelabweichung zumindest annähert. Somit kann durch das
Einstellen des Giermomentes an dem Giermomentaktuator der Grenzbereich
dahingehend erweitert werden, dass insgesamt höhere Querbeschleunigungen erreicht
werden. Dadurch wird das Fahrpotential und damit auch die Fahrsicherheit
erhöht.
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Dem
gemäß den obigen
Ausführungen
ermittelten Giermoment des Giermomentaktuators wird vorzugsweise
durch Addition ein zusätzliches
Giermoment überlagert,
welches von der Abweichung zwischen der von dem Fahrer des Kraftfahrzeuges gewünschten
Gierrate und der aktuellen Gierrate abgeleitet wird. Somit wird
der Kraftfahrzeugfahrer, insbesondere bei hochdynamischen Fahrmanövern, aktiv
unterstützt,
da die Zeitspanne zwischen dem Lenkvorgang und der sich einstellenden
Giergeschwindigkeit aktiv kompensiert wird.
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Die
von dem Fahrer gewünschte
Gierrate wird aus den in dem Fahrzeug gemessenen Größen Lenkradwinkel
und Fahrgeschwindigkeit oder Lenkradwinkel und Querbeschleunigung
aus der gewünschten
Soll-Giergeschwindigkeit abgeleitet. Gleichzeitig wird die aktuelle
Giergeschwindigkeit beispielsweise mittels einer Gierratensensoreinrichtung,
die im Allgemeinen in einem bestehenden Fahrdynamikregelsystem enthalten
ist, gemessen. Ein Giermoment, das von der Soll-Ist-Abweichung der Fahrzeuggiergeschwindigkeitsänderung
abgeleitet ist, führt
zu einem erheblich verbesserten Fahrverhalten, insbesondere bei
hochdynamischen Fahrmanövern,
wie beispielsweise bei einem Lenkwinkelsprung oder einem Fahrspurwechsel.
Somit kann durch diese Giermomentüberlagerung eine Vorsteuerung
erreicht werden, die die Dynamik der erfindungsgemäßen Ansteuerung
weiter erhöht.
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Das
Steuergerät
ermittelt somit aus bestimmten Eingangsgrößen demnach ein Giermoment,
mit welchem der Giermomentaktuator zum Liefern der vorgegebenen
Soll-Querbeschleunigung
zu Beaufschlagen ist. Wie in 4 schematisch
dargestellt ist, stellt das Steuergerät beim Betrieb in Abhängigkeit
der erfassten Größen das
Giermoment des Giermomentaktuators 8 derart ein, dass durch
eine Differentialvorrichtung 9 ein Differential zwischen dem
linksseitigen Antriebsmoment der der linken Seite zugeordneten Achswelle 14 und
dem rechtsseitigen Antriebsmoment der der rechten Seite zugeordneten
Achswelle 10 und somit ein geeignetes Giermoment erzeugt
wird. Dazu ist beispielsweise die Zwischenwelle 12 über geeignete
Zahnräder 13 und über steuerbare
Lamellenkupplungen 11 mit der rechtsseitigen und der linksseitigen
Achswelle 10 bzw. 14 passend gekoppelt. Die Regeleinrichtung 7 aus 1 steuert
somit gemäß der Vorgabe
des Steuergerätes 1 die
beiden Lamellenkupplungen 11 derart, dass sich das gewünschte Differential
zwischen dem linksseitigen und dem rechtsseitigen Antriebsmoment
und somit das vorgegebene Giermoment zum Erreichen der vorgegebenen
Gesamtquerbeschleunigung einstellt.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise
modifizierbar.
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Es
ist für
einen Fachmann offensichtlich, dass zur Bestimmung des aktuellen
Reibwertes zwischen den Reifen und der Fahrbahn eine andere als die
oben beschriebene Methode verwendet werden kann. Beispielsweise
wird der Reibwert für
die Längs- und
Querbeschleunigung während
eines Bremsvorgangs des Kraftfahrzeuges aus den Parametern eines
ABS-Systems bestimmt. Ferner können
auch die Abrollgeräusche
der Reifen mittels eines Mikrofons aufgenommen werden, wobei das
Frequenzspektrum der aufgenommenen Abrollgeräusche raddrehzahl-unabhängig analysiert
und aufgrund wenigstens von Teilen des ermittelten Frequenzspektrums
ein den Fahrbahnzustand kennzeichnendes Signal erzeugt wird. Alternativ
kann der Schlupf, das heißt
die Intensität
des Durchrutschens zwischen Reifen und Fahrbahn, aus der Drehzahldifferenz
zwischen angetriebenen und nicht angetriebenen Rädern oder mit Hilfe einer absoluten
Geschwindigkeitsbestimmung über
dem Grund ermittelt werden. Die übertragene Kraft
wird modellmäßig von
dem Steuergerät
berechnet.