DE102007029413A1

DE102007029413A1 - Verfahren zur Durchführung eines Lenkvorganges in einem Fahrzeug mit Anhänger bei Rückwärtsfahrt

Info

Publication number: DE102007029413A1
Application number: DE102007029413A
Authority: DE
Inventors: Volker Mehl; Ulrich Sailer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2027-06-27
Also published as: DE102007029413B4

Abstract

Bei einem Verfahren zur Durchführung eines Lenkvorganges in einem Fahrzeug mit Anhänger bei Rückwärtsfahrt wird über eine Lenkkraftunterstützungseinrichtung ein Lenkradmoment erzeugt, falls der Knickwinkel von dem Soll-Knickwinkel abweicht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Durchführung eines Lenkvorganges in einem Fahrzeug mit Anhänger bei Rückwärtsfahrt.
Stand der Technik
In der DE 10 2004 025 252 A1 wird ein Verfahren zur Bestimmung des Knickwinkels zwischen dem Fahrzeug und dem Anhänger eines Gliederzuges beschrieben, wobei die Information über den aktuellen Knickwinkel in ein Fahrerassistenzsystem einfließt, das den Fahrer beim Rückwärtsfahren unterstützen soll. Der Knickwinkel zwischen der Längsachse des vorderen Fahrzeugs und des über eine Deichsel angehängten Anhängers stellt einen zusätzlichen Freiheitsgrad dar, der bei Rückwärtsfahrten zu Instabilitäten führt, welche vom Fahrer über entsprechende Lenkwinkelkorrekturen ausgeglichen werden müssen. Insbesondere bei einem dem Lenkwinkeleinschlag entgegengerichteten Knickwinkel muss der Fahrer ein verhältnismäßig kompliziertes Lenkmanöver durchführen, bei dem entgegen gesetzte Lenkwinkeleinschläge in vorgeschriebener Reihenfolge erfolgen müssen. Dies erfordert zum einen große Erfahrung vom Fahrer, zum andern ist verhältnismäßig viel Platz zum Rangieren erforderlich, außerdem muss ggf. mehrfach zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt gewechselt werden.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen das Rückwärtsfahren bei Fahrzeugen mit Anhänger zu vereinfachen. Dies soll insbesondere in konventionellen Lenksystem und ohne Zuhilfenahme einer Aktivlenkung, mit deren Hilfe ein Oberlagerungslenkwinkel bereitgestellt wird, ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Anwendung in Fahrzeugen mit Anhänger, wobei es grundsätzlich ausreichend ist, dass das Lenksystem im Fahrzeug lediglich mit einer Lenkkraftunterstützungseinrichtung, jedoch nicht mit einem aktiven Lenksystem ausgestattet ist. Über die Lenkkraftunterstützungseinrichtung wird ein unterstützendes Servo- bzw. Lenkmoment erzeugt, das zu einem Lenkradmoment führt, welches dem Handlenkmoment vom Fahrer überlagert wird. Gemäß der Erfindung soll mithilfe der Lenkkraftunterstützungseinrichtung ein korrigierendes Lenkradmoment erzeugt werden, welches in der Lage ist, den Lenkradwinkel selbsttätig in der Weise zu korrigieren, dass das Fahrzeug einschließlich Anhänger bei Rückwärtsfahrt der vorgegebenen Sollbahn folgt.
Zur Durchführung des Verfahrens wird zunächst ein der Sollbahn entsprechender Soll-Knickwinkel zwischen dem Fahrzeug und dem Anhänger ermittelt, außerdem wird fortlaufend der aktuelle Ist-Knickwinkel bestimmt und mit dem Soll-Knickwinkel verglichen. Ergibt sich eine Abweichung zwischen Ist- und Soll-Knickwinkel, so wird über die Lenkkraftunterstützungseinrichtung das korrigierende Lenkradmoment generiert.
Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass zur Realisierung keine komplexen Lenkeinrichtungen wie z. B. aktive Lenksysteme erforderlich sind. Vielmehr kann auf die üblicherweise ohnehin vorhandenen Bauteile von Lenksystemen zurückgegriffen werden, die in der erfindungsgemäßen Weise betrieben werden. Besonders vorteilhaft lässt sich das Verfahren in Lenksystemen einsetzen, deren Lenkkraftunterstützungseinrichtung einen elektrischen Stell- bzw. Servomotor zur Erzeugung des Lenkmomentes umfasst. Grundsätzlich kommt aber auch eine Anwendung in sonstigen Lenkkraftunterstützungseinrichtungen in Betracht, beispielsweise in hydraulischen Lenksystemen.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführung weist das selbsttätig erzeugte Lenkradmoment dem Fahrer die Korrekturrichtung am Lenkrad an, der er nachgeben soll, um das Gespann stabil in Rückwärtsrichtung entlang der gewünschten Solllinie zu bewegen. Der Fahrer spürt hierbei im Lenkrad einen Widerstand gegen Lenkwinkeländerungen, die nicht dem geforderten Lenkeinschlag zur Stabilisierung des Gespannes bzw. dem Folgen entlang der Sollbahn führen. Gemäß zweckmäßiger Ausführung ist zwar das selbsttätig generierte Lenkradmoment in der Höhe begrenzt, derart, dass der Fahrer gegen den Widerstand im Lenkrad einen abweichenden Lenkwinkeleinschlag ausführen kann, sofern er dies wünscht. Andererseits ist das selbsttätig generierte Lenkradmoment hoch genug, um selbsttätig einen Lenkradwinkel einzustellen, der zur Stabilisierung des Gespanns und zum Folgen entlang der Sollbahn führt. Dies ermöglicht es dem Fahrer, die Hände vom Lenkrad zu nehmen und das Fahrzeug ohne manuellen Lenkeingriff selbsttätig rückwärts fahren zu lassen. Sofern jedoch der Fahrer einen abweichenden Lenkeinschlag wählt, wird zweckmäßigerweise das Verfahren deaktiviert.
Auch die Aktivierung des Verfahrens kann automatisch erfolgen, sofern festgelegte Bedingungen erfüllt sind. Hierzu gehört insbesondere die Voraussetzung, dass das Fahrzeug der Sollbahn folgt, was beispielsweise im Fall einer geradlinigen Rückwärtsfahrt erfüllt ist, wenn der Lenkradwinkel in der Nulllage oder beinahe in der Nulllage steht, was über die Bedingung abgeprüft wird, ob der Lenkradwinkel innerhalb festgelegter Grenzwerte um die Nulllage liegt. Aber auch bei einer gekrümmten Sollbahn, beispielsweise bei konstantem Kurvenradius, kann das Verfahren automatisch aktiviert werden, sofern beispielsweise bei Rückwärtsfahrt der eingeschlagene Lenkradwinkel über eine Mindestzeitdauer konstant gehalten wird.
In besonders vorteilhafter Weise lässt sich das Verfahren auf geradlinige Rückwärtsfahrten anwenden. In diesem Fall ist der der Sollbahn entsprechende Soll-Knickwinkel gleich Null und der aktuelle Ist-Knickwinkel die Abweichung von der Nulllage, die durch eine entsprechende Beaufschlagung über das Lenkradmoment ausgeregelt wird. Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren aber auf beliebige Sollbahnen, also auch auf nichtgeradlinige, gekrümmte Sollbahnen anwendbar, indem ein der betreffenden Sollbahn entsprechender Soll-Knickwinkel ermittelt und der Ist-Knickwinkel mit diesem Soll-Knickwinkel verglichen wird.
Die Vorgabe der Sollbahn kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. So ist es wie oben ausgeführt bei geradliniger Rückwärtsfahrt möglich, das Verfahren selbsttätig zu aktivieren, sobald der Fahrer mit dem Lenkrad in Neutralstellung rückwärts fährt oder ggf. diese Neutralstellung über einen Mindestzeitraum beibehält. Darüber hinaus ist aber auch die Berücksichtigung von Umgebungsdaten bei der Festlegung der Sollbahn möglich, wobei die Umgebungsdaten beispielsweise über eine Umfeldsensorik, insbesondere auf der Basis von Video-, Radar-, Infrarot- oder Ultraschall oder über ein Navigationssystem ermittelt werden.
Zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine allgemeine Beziehung des Soll-Knickwinkels in Abhängigkeit des eingestellten Vorderachslenkwinkels und geometrischer Fahrzeuggrößen durchgeführt werden. Die Regelung erfolgt vorteilhaft in der Weise, dass ein Vorderachslenkwinkel-Korrekturwert in Abhängigkeit der Differenz von Ist- und Soll-Knickwinkel ermittelt wird. Daraufhin wird das korrigierende Lenkradmoment von der Lenkunterstützungseinrichtung in der Weise erzeugt, dass sich der berechnete Vorderachslenkwinkel-Korrekturwert einstellt.
Die einzelnen Verfahrenschritte sind in einem Regel- bzw. Steuergerät realisiert, welches Teil des Lenksystems oder des Fahrzeuges ist und in dem Stellsignale zur Beaufschlagung der Lenkkraftunterstützungseinrichtung, insbesondere eines elektrischen Stellmotors als Bestandteil der Lenkkraftunterstützungseinrichtung, erzeugt werden.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen, in der ein Fahrzeug mit einem über eine Kupplung angehängten Anhänger dargestellt ist, wobei der Anhänger mit einem gegenüber dem vorderen Fahrzeug ausgelenkten Knickwinkel gezeigt ist.
An das Fahrzeug 1 – ein Personenwagen oder ein Nutzfahrzeug – ist über eine Kupplung 3 ein einachsiger Anhänger 2 angehängt; Fahrzeug 1 und Anhänger 2 bilden gemeinsam einen Gliederzug bzw. ein Gespann. Über ein Vorderachslenksystem im Fahrzeug 1 wird ein Vorderachslenkwinkel δ_F an den lenkbaren Vorderrädern 5 eingestellt. Der Fahrer gibt über ein Lenkrad 10 als Lenkvorgabe einen Lenkradwinkel δ_L vor, der über die Lenkwelle, ein Lenkgetriebe und ein Lenkgestänge auf die lenkbaren Vorderräder 5 übertragen wird, in denen sich der gewünschte Vorderachslenkwinkel δ_F einstellt. Das Vorderachslenksystem 4 ist mit einer Lenkkraftunterstützungseinrichtung ausgestattet, die insbesondere einen elektrischen Antriebs- bzw. Servomotor umfasst, welcher in der Lage ist, ein unterstützendes Lenkmoment an den lenkbaren Rädern bzw. ein in der Lenksäule und dem Lenkrad wirkendes Lenkradmoment M_L zu erzeugen. Dieses Lenkradmoment M_L ist dem vom Fahrer generierten Handlenkmoment überlagert. Allgemein kann anstatt eines Lenkrades auch eine sonstige Lenkhandhabe vorgesehen sein, beispielsweise ein Joy-Stick.
Gegebenenfalls ist dem Vorderachslenksystem 4 ein Überlagerungslenkgetriebe mit einem Stellglied zugeordnet, wobei über das Oberlagerungslenkgetriebe dem vom Fahrer vorgenommenen Lenkwinkel δ_L ein Überlagerungslenkwinkel überlagert werden kann. Das Überlagerungslenkgetriebe, welches auch als Aktivlenkung bezeichnet wird, gestattet es, die Fahrerlenkvorgabe situationsabhängig zu modifizieren, beispielsweise um Einfluss auf die Fahrzeugdynamik zu nehmen.
Die Hinterräder 7 des Fahrzeuges 1 sind im Ausführungsbeispiel ohne Lenksystem ausgebildet, wobei es ggf. auch in Betracht kommt, ein Hinterachslenksystem vorzusehen, über das die Hinterräder mit einem Lenkwinkel beaufschlagt werden können.
Der einachsige Anhänger 2 besitzt die Anhängerachse 8, an der Anhängerräder 9 gehalten sind. Der Anhänger 2 weist gegenüber dem Fahrzeug 1 einen zusätzlichen Freiheitsgrad auf, bei dem es sich um den Knickwinkel α handelt, welcher als Auslenkung der Längsachse 12 des Anhängers 2 gegenüber der Längsachse 11 des Fahrzeuges 1 definiert ist.
Mit L₁, L₂ und L₃ sind fahrzeugspezifische Geometriegrößen bezeichnet, wobei es sich bei L₁ um den Achsabstand zwischen Vorderachse und Hinterachse, bei L₂ um den Abstand zwischen der Kupplung 3 und der Anhängerachse 8 und bei L₃ um den Abstand zwischen der Hinterachse 6 und der Kupplung 3 handelt.
Bei Rückwärtsfahrt bewegt sich das Fahrzeug 1 einschließlich Anhänger 2 auf einer vorgegebenen Sollbahn, die insbesondere geradlinig ausgeführt ist, ggf. aber auch gekrümmt ausgebildet sein kann. Da sich Fahrzeuge mit Anhänger bei Rückwärtsfahrt in einem instabilen Fahrzeugzustand befinden, müssen Fahrzeug und Anhänger über Lenkkorrekturbewegungen auf der Sollbahn gehalten werden. Diese Lenkkorrekturbewegungen werden vom Fahrer erzeugt, wobei im Falle einer Aktivlenkung auch eine selbsttätige Einstellung über den Überlagerungslenkwinkel der Aktivlenkung möglich ist.
Um dem Fahrer auch bei konstruktiv einfacher aufgebauten Lenksystemen, welche nicht über eine Aktivlenkung verfügen, eine Lenkunterstützung bei Rückwärtsfahrt zu geben, wird die Lenkkraftunterstützungseinrichtung im Falle einer Abweichung von der Sollbahn in der Weise beaufschlagt, dass im Lenkrad ein Lenkradmoment eingestellt wird, welches eine Korrektur des Lenkradwinkels bewirkt. Dieses korrigierende Lenkradmoment M_L verstellt das Lenksystem und bewirkt eine entsprechende Korrektur des Vorderachslenkwinkels δ_F, sofern der Fahrer nicht gegen das wirkende Lenkradmoment lenkt. Grundsätzlich hat der Fahrer die Möglichkeit, das Lenkrad loszulassen, so dass das Lenkrad unter der Wirkung des erzeugten Lenkradmomentes M_L selbsttätig den gewünschten Korrekturwert einnimmt, oder lediglich die Hände am Lenkrad zu belassen, ohne jedoch gegen das wirkende Lenkradmoment M_L zu steuern. Damit jedoch der Fahrer die Lenkhoheit behält, wird die Höhe des erzeugten Lenkradmomentes auf einen Maximalwert begrenzt, gegen den der Fahrer ggf. das Lenkrad auslenken kann.
Sobald die Sollbahn bekannt ist, kann ein Soll-Knickwinkelverlauf α_soll ermittelt werden. Zugleich wird fortlaufend mittels einer fahrzeugeigenen Sensorik der aktuelle Ist-Knickwinkel zwischen Fahrzeug und Anhänger bestimmt und in einem Regel- bzw. Steuergerät mit dem Soll-Knickwinkel verglichen. Der Ist-Knickwinkel kann gegebenenfalls auch über die Umfeldsensorik des Assistenzsystems ermittelt werden, das zur Bestimmung der Sollbahn verwendet wird. Ergibt sich eine Abweichung zwischen Ist-Knickwinkel α_ist und Soll-Knickwinkel so wird die Lenkkraftunterstützungseinrichtung über Stellsignale des Regel- bzw. Steuergerätes beaufschlagt, so dass die Lenkkraftunterstützungseinrichtung ein korrigierendes Lenkradmoment erzeugt.
Der Soll-Knickwinkel α_soll wird als Funktion der Fahrzeuggeometriegrößen L₁, L₂ und L₃ sowie in Abhängigkeit des aktuellen Vorderachslenkwinkels δ_F gemäß der Funktion
berechnet.
Bei Kenntnis des Soll-Knickwinkels α_soll sowie des gemessenen Ist-Knickwinkels α_ist kann ein Vorderachslenkwinkel-Korrekturwert δ_F ^Korr gemäß
ermittelt werden, in dessen Berechnung die Differenz von Ist- und Soll-Knickwinkel einfließt. Es handelt sich bei dieser Beziehung um einen Proportionalregler mit dem Reglerparameter P, der der Einstellung des korrigierenden Lenkradmomentes M_L zugrunde liegt, indem das korrigierende Lenkradmoment M_L in der Weise erzeugt wird, dass der berechnete Vorderachslenkwinkel-Korrekturwert δ_F ^Korr eingestellt wird.
Gegebenenfalls wird mithilfe eines Tiefpassfilters die Dynamik des Einlenkvorganges an das Verhalten bei Vorwärtsfahrt angepasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102004025252 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Durchführung eines Lenkvorganges in einem Fahrzeug (1) mit Anhänger (2) bei Rückwärtsfahrt, wobei das Fahrzeug (1) mit einem Vorderachslenksystem (4) zur Einstellung eines Vorderachslenkwinkels (δ_F) in Abhängigkeit eines Lenkradwinkels (δ_L) und mit einer Lenkkraftunterstützungseinrichtung zum Erzeugen eines Lenkradmoments (M_L) ausgestattet ist, das dem vom Fahrer generierten Handlenkmoment überlagert wird, wobei – eine Sollbahn vorgegeben wird, der das Fahrzeug (1) mit Anhänger (2) bei der Rückwärtsfahrt folgen soll, – ein der Sollbahn entsprechender Soll-Knickwinkel (α_soll) zwischen Fahrzeug (1) und Anhänger (2) ermittelt wird, – der aktuelle Ist-Knickwinkel (α_ist) zwischen Fahrzeug (1) und Anhänger (2) bestimmt und mit dem Soll-Knickwinkel (α_soll) verglichen wird, – für den Fall einer Abweichung zwischen Ist-Knickwinkel (α_ist) und Soll-Knickwinkel (α_soll) über die Lenkkraftunterstützungseinrichtung selbsttätig ein den Lenkradwinkel (δ_L) korrigierendes Lenkradmoment (M_L) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbahn geradlinig verläuft und der Soll-Knickwinkel (α_soll) auf Null gesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbahn gekrümmt verläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei Rückwärtsfahrt automatisch aktiviert wird, sofern das Fahrzeug der Sollbahn folgt.
Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren aktiviert wird, falls der Lenkradwinkel (δ_L) innerhalb festgelegter Grenzwerte um die Nulllage liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbahn berechnet wird, beispielsweise mittels einer Umfeldsensorik.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Knickwinkel (α_soll) in Abhängigkeit des Vorderachslenkwinkels (δ_F) und geometrischer Fahrzeuggrößen (L₁, L₂, L₃) gemäß der Beziehung
darstellbar ist, wobei L₁ den Achsabstand im Fahrzeug (1), L₂ den Abstand vom Kupplungspunkt (3) im Fahrzeug (1) zur Anhängerachse (8), L₃ den Abstand zwischen Hinterachse (6) und Kupplungspunkt (3) bezeichnet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorderachslenkwinkel-Korrekturwert (δ_F ^Korr) in Abhängigkeit des Ist-Knickwinkels (α_ist) und des Soll-Knickwinkel (α_soll) gemäß der Beziehung
ermittelt wird, wobei P einen Reglerparameter bezeichnet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das korrigierende Lenkradmoment (M_L) in der Weise erzeugt wird, dass sich der Vorderachslenkwinkel-Korrekturwert (δ_F ^Korr) einstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines abweichenden Eingriffs durch den Fahrer das Verfahren deaktiviert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das korrigierende Lenkradmoment (M_L) auf einen Maximalwert begrenzt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des korrigierenden Lenkradmoment (M_L) in der Weise begrenzt ist, dass der Fahrer entgegen des korrigierenden Lenkradmoments lenken kann.
Regel- bzw. Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Lenksystem in einem Fahrzeug mit einem Regel- bzw. Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Lenkkraftunterstützungseinrichtung einen elektrischen Stellmotor (EPS) umfasst, der ein Lenkradmoment (M_L) generiert.