DE102010013178A1

DE102010013178A1 - Verfahren zum Steuern einer Fahrdynamik eines eine Fahrbahn befahrenden Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102010013178A1
Application number: DE201010013178
Authority: DE
Inventors: Dieter Prof. Dr.-Ing. Ammon; Friedrich Dipl.-Ing. Boettiger; Stefan Dipl.-Ing. Cytrynski; Thomas Dipl.-Ing. Schirle; Tilo Dr. Schwarz; Ralph Dr.-Ing. Streiter; Markus Dr. Zimmer
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-03-27
Filing date: 2010-03-27
Publication date: 2010-12-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Fahrdynamik eines eine Fahrbahn (3) befahrenden Fahrzeugs (1), mit den Schritten:
– Ermitteln von ein Fahrbahnprofil (9) der befahrenen Fahrbahn (3) kennzeichnenden Sensordaten mittels eines vorausschauenden Fahrbahnsensors,
– Steuern der Fahrdynamik in Abhängigkeit der Sensordaten mittels einer Steuervorrichtung.
Um ein verbessertes Steuern der Fahrdynamik zu ermöglichen, sind die Schritte:
– Ermitteln der Sensordaten für eine zweidimensionale Ausdehnung des Fahrbahnprofils (9) in einer x-Richtung und einer y-Richtung,
– Ermitteln einer auf eine Querdynamik der Fahrdynamik wirkenden Querdynamikstörgröße in Abhängigkeit der Sensordaten und
– Steuern der Querdynamik in Abhängigkeit der Querdynamikstörgröße
vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Fahrdynamik eines eine Fahrbahn befahrenden Fahrzeugs, mit den Schritten: Ermitteln von ein Fahrbahnprofil der befahrenen Fahrbahn kennzeichnenden Sensordaten mittels eines vorausschauenden Fahrbahnsensors und Steuern der Fahrdynamik in Abhängigkeit der Sensordaten mittels einer Steuervorrichtung.
Verfahren zum Steuern einer Fahrdynamik eines Fahrzeugs sind bekannt. Diese können unterschiedliche Steuer- und/oder Regelgrößen beeinflussen, beispielsweise einen Geradeauslauf in einer x-Richtung des Fahrzeugs, eine Fahrstabilität bei Kurvenfahrten und/oder abrupten Lenkmanövern und/oder eine Lage des Fahrzeugs in einer z-Richtung im Sinne eines aktiven Federdämpfersystems.
Aus der DE 10 2008 017 950 A1 ist ein Verfahren zur Verbesserung des Geradeauslaufs eines Fahrzeugs bekannt, bei dem eine Querdynamik-Störgröße, insbesondere ein den Geradeauslauf eines Fahrzeugs störender Seitenwindeinfluss, mit einer Schätzeinrichtung aus sensorisch ermittelten Fahrdynamikmessgrößen, insbesondere aus der der Gierrate, der Längsgeschwindigkeit, der Querbeschleunigung, dem Lenkradwinkel und dem vom Fahrer am Lenkrad aufgebrachten Handmoment, ermittelt wird und bei dem ein Gegengiermoment zur Kompensation des Querdynamik-Störgröße durch Bremseingriffe und Lenkeingriffe erzeugt wird.
Weiterhin ist aus der DE 10330895 A1 ist ein Verfahren zur Kompensation von durch Fahrbahnunebenheiten oder Seitenwind bedingten Geradeauslaufstörungen bekannt, bei dem die Fahrgeschwindigkeit, der Lenkwinkel und die Gierrate des Fahrzeugs ermittelt werden, um hieraus eine auf die Geradeauslaufstörung zurückzuführende Ist-Sollabweichung der Gierrate zu bestimmen und bei dem die Geradeauslaufstörungen durch kreuzweises Verspannten eines aktiven Fahrwerks kompensiert werden.
Diese Verfahren beruhen auf dem Erkennen von bereits aufgetretenen Geradeauslaufstörungen. Die Geradeauslaufstörungen werden demnach erst nach ihrem Auftreten kompensiert.
Aus der WO 2008/022697 A1 ist eine Vorrichtung zur Regelung des Aufbaus eines Fahrzeugs bekannt. Derartige auch unter dem Namen ABC (Active Body Control) bekante Vorrichtungen kompensieren die durch Fahrbahnunebenheiten bedingten Wank-, Nick- und Hubbewegungen des Fahrzeugaufbaus durch gezielte Ansteuerung der Feder- oder Dämpfereinheiten eines aktiven Fahrwerks. Bei der in der WO 2008/022697 A1 offenbarten Vorrichtung wird mittels einer Preview-Sensorik, beispielsweise mittels eines Lasersensors oder eines Bilderkennungssensors, das Fahrbahnhöhenprofil vor dem Fahrzeug vorausschauend erfasst und hieraus eine Vorsteuergröße für die Aufbauregelung erzeugt. Damit ist eine vorausschauende Berücksichtigung von Bodenunebenheiten und der hierdurch bedingten Störungen möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Steuern einer Fahrdynamik eines eine Fahrbahn befahrenden Fahrzeugs zu ermöglichen, insbesondere mit Hilfe eines vorausschauenden Fahrbahnsensors eine verfeinerte Steuerung der Fahrdynamik zu ermöglichen.
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Steuern einer Fahrdynamik eines eine Fahrbahn befahrenden Fahrzeugs, mit den Schritten: Ermitteln von ein Fahrbahnprofil der befahrenen Fahrbahn kennzeichnenden Sensordaten mittels eines vorausschauenden Fahrbahnsensors und Steuern der Fahrdynamik in Abhängigkeit der Sensordaten mittels einer Steuervorrichtung durch die Schritte: Ermitteln der Sensordaten für eine zweidimensionale Ausdehnung des Fahrbahnprofils in einer x-Richtung und einer y-Richtung, Ermitteln einer auf eine Querdynamik der Fahrdynamik wirkenden Querdynamikstörgröße in Abhängigkeit der Sensordaten und Steuern der Querdynamik in Abhängigkeit der Querdynamikstörgröße gelöst. Vorteilhaft kann mittels des vorausschauenden Fahrbahnsensors das Fahrbahnprofil vorab erfasst werden, also bevor das Fahrzeug den entsprechenden Abschnitt der Fahrbahn befährt. Unter einem vorausschauenden Fahrbahnsensor kann ein beliebiger zum Bereitstellen von Höhendaten der Fahrbahn geeigneter Sensor verstanden werden, beispielsweise eine Stereokamera, ein Laserabtastsystem, ein Radarsystem und/oder ähnliche. Unter einer x-Richtung kann eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs verstanden werden. Unter einer y-Richtung kann eine zur x-Richtung senkrecht verlaufende, ebenfalls horizontale Richtung, also Querrichtung des Fahrzeugs verstanden werden. Unter einer z-Richtung kann eine senkrecht zu der x-Richtung und der y-Richtung, also vertikal verlaufende Richtung, beispielsweise entlang einer Hochachse des Fahrzeugs, verstanden werden. Unter einer Fahrdynamik können allgemeine Bewegungsparameter, wie Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, Orte in x-, y- und/oder z-Richtung verstanden werden. Unter einer Querdynamik kann die Dynamik des Fahrzeugs in der y-Richtung verstanden werden. Unter einer Querdynamikstörgröße kann eine Größe verstanden werden, die auf die Querdynamik wirkt, beispielsweise eine in y-Richtung gerichtete auf das Fahrzeug wirkende Kraft. Gegebenenfalls ist es auch denkbar, eine von der Querdynamikstörgröße abgeleitete Größe zu verwenden, beispielsweise durch Umrechnen in eine Querbeschleunigung. Gegebenenfalls kann dies, abhängig von einer Auslegung der Steuervorrichtung sinnvoll sein. Vorteilhaft kann die Querdynamik in Abhängigkeit der Querdynamikstörgröße vorausschauend gesteuert werden, beispielsweise im Falle einer Querdynamikregelung im Sinne einer Störgrößenaufschaltung, wobei die Querdynamikstörgröße mittels der Steuervorrichtung einer entsprechenden Stellgröße der Querdynamikregelung aufgeschaltet werden kann. Vorteilhaft werden die Sensordaten für eine zweidimensionale Ausdehnung des Fahrbahnprofils ermittelt, wobei vorteilhaft Unebenheiten der Fahrbahn auch in y-Richtung erfasst werden können. Bei den Störungen in y-Richtung kann es sich beispielsweise um sogenannte Spurrillen handeln, die einen Geradeauslauf des Fahrzeugs beeinträchtigen. Vorteilhaft kann mittels der vorab ermittelten Querdynamikstörgröße eine auf einer Messung basierende Vorhersage und/oder eine Schätzung einer zu einem späteren Zeitpunkt tatsächlich auftretenden Querdynamikstörgröße ermittelt werden, wobei vorteilhaft dieser Einfluss mittels der Steuervorrichtung kompensiert werden kann. Es ist vorteilhaft möglich, einen ohnehin vorhandenen vorausschauenden Fahrbahnsensor zur Ermittlung der zweidimensionalen Ausdehnung des Fahrbahnprofils zu verwenden. Dabei werden vorteilhaft die ermittelten Sensordaten herangezogen, um Längsspurrillen in der Fahrbahn zu detektieren und deren Lage relativ zum Fahrzeug sowie das Höhenprofil zu bestimmen. Mittels weiterer vorhandener Sensoren können Fahrdynamikmessgrößen wie Geschwindigkeit, Beschleunigung, Lenkwinkel und/oder ähnliches ermittelt werden. Vorteilhaft kann auf dieser Basis ein Zeitpunkt bestimmt werden, zu dem das Fahrzeug, insbesondere ein Rad des Fahrzeugs in die Spurrille voraussichtlich hineinfahren wird. Vorteilhaft kann aus dem Spurrillenprofil und einer ebenfalls ermittelbaren Spurrillenrichtung relativ zu dem Fahrzeug vorausschauend die aufgrund der Spurrille auf das Fahrzeug wirkende Querdynamikstörgröße ermittelt werden. Vorteilhaft kann mittels dieser Querdynamikstörgröße vorausschauend die Steuerung der Querdynamik erfolgen.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln des Fahrbahnprofils als Höhenwerte vor einem oder mehrerer Reifen des Fahrzeugs mittels einer Stereokameravorrichtung vorgesehen. Vorteilhaft kann die vor dem Reifen liegende Fahrbahn mittels der Stereokameravorrichtung vermessen werden. Aus dieser Messung können die Höhenwerte, beispielsweise in Form eines zweidimensionalen Feldes ermittelt werden. Es ist denkbar, dass das zweidimensionale Feld in der y-Richtung und der x-Richtung unterschiedliche Auflösungen aufweist. Ferner ist es denkbar, eine Breite des Feldes in der y-Richtung einzuschränken, im Minimalfall sollte die Ausdehnung jedoch mindestens eine Breite des Reifens betragen. Eine Mindestanforderung für die Auflösung in y-Richtung beträgt mindestens zwei Höheninformationen, beispielsweise auf der rechten Seite und der linken Seite des Reifens bzw. des von diesem befahrenen Streifens der Fahrbahn.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln der Querdynamikstörgröße als eine auf den/die Reifen wirkende Sturzseitenkraft vorgesehen. Vorteilhaft ist die Sturzseitenkraft mittels geeigneten Modellen, beispielsweise einem Reifenmodell ermittelbar und kann mittels bekannten kinematischen und elastomechanischen Gegebenheiten des Rades und einer Radaufhängung in von der Steuerung beherrschbaren Größen umgerechnet werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln eines oder mehrerer von der/den Sturzseitenkraft/kräften induzierten Radlenkmoments/en vorgesehen. Die Ermittlung des Radlenkmoments kann anhand bekannter kinematischer und/oder elastomechanischer Gegebenheiten des Rads sowie der Radaufhängung ermittelt werden. Vorteilhaft kann mittels des Radlenkmoments ein Radlenkeffekt und damit eine direkt auf den Geradeauslauf wirkende Störgröße ermittelt werden. Vorteilhaft kann diesem Radlenkeffekt mittels der Steuervorrichtung entgegengewirkt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Kompensieren des/der Radlenkmoments/e mittels einer auf den/die Reifen wirkenden Radlenkstellvorrichtung vorgesehen. Die Radlenkstellvorrichtung kann mittels einer Hilfsenergie, beispielsweise hydraulisch und/oder elektrisch, eine Veränderung eines Lenkwinkels des entsprechenden Rades bewirken. Dabei kann es sich bei der Radlenkstellvorrichtung um eine durch den Fahrer betätigbare Lenkung handeln und/oder um eine zusätzliche Lenkung, wobei die Lenkkraftstellvorrichtung auch an von dem Fahrer nicht lenkbaren Rädern vorgesehen sein kann, beispielsweise an Hinterrädern. Vorteilhaft kann die Radlenkstellvorrichtung derart den Lenkwinkel des entsprechenden Reifens beeinflussen, dass sich zusammen mit dem mittels der Querdynamikstörgröße induzierten Radlenkmoment ein gewünschter Geradeauslauf des Fahrzeugs einstellt.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind ein Ermitteln eines Fahrzeuggiermoments in Abhängigkeit der/des Radlenkmoments/en und ein Kompensieren des Fahrzeuggiermoments mittels der auf den die Reifen wirkenden Radlenkstellvorrichtung vorgesehen. Dabei ist es möglich, in Abhängigkeit von der Querdynamikstörgröße die Radlenkstellvorrichtung so anzusteuern, dass sich ein von einer Fahrereingabe abweichender tatsächlicher Lenkwinkel ergibt, wobei vorteilhaft durch die Aufschaltung des zusätzlichen, von der Querdynamikstörgröße abhängigen Lenkwinkels dem Fahrzeuggiermoment entgegenwirkt, im Idealfall so, dass der Fahrer des Fahrzeugs die eigentlichen störenden Einflüsse der unebenen Fahrbahn, beispielsweise einer Spurrille, nicht oder nur in einem minimalen Maße bemerkt, also das Fahrzeug möglichst exakt den Lenkeingaben des Fahrers folgt.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Kompensieren des Fahrzeuggiermoments und/oder des/der Radlenkmoments/en mittels Steuern einer aktiven Federdämpfervorrichtung und/oder Bremsvorrichtung und/oder Antriebsvorrichtung in Abhängigkeit des Fahrzeuggiermoments und/oder des/der Radlenkmoments/en vorgesehen. Vorteilhaft kann mittels für andere Regelungen und/oder Steuerungen vorgesehenen Stellelementen ein Giermoment gesteuert werden, das dem Fahrzeuggiermoment entgegenwirkt. Mittels der aktiven Federdämpfervorrichtung kann ein Fahrwerk des Fahrzeugs verspannt werden. Mittels der Bremsvorrichtung können einzelne Räder gezielt abgebremst werden. Mittels der Antriebsvorrichtung können einzelne Räder gezielt angetrieben werden. Hierzu kann die Antriebsvorrichtung beispielsweise pro angetriebenem Rad einen eigenen Elektromotor und/oder eine entsprechende Verteilung eines mittels eines Verbrennungsmotors bereitstellbaren Antriebsmoments aufweisen.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Kompensieren einer mittels des Radlenkmoments/en induzierten Lenkkraft mittels Einstellen einer Kompensationskraft mittels Steuern einer Lenkkraftstellvorrichtung vorgesehen. Vorteilhaft können zur Steigerung eines Fahrkomforts auf ein Lenkrad durchschlagende Kräfte kompensiert werden.
Die Aufgabe ist außerdem bei einem Kraftfahrzeug mit einer Steuervorrichtung und einem vorausschauenden Fahrbahnsensor, eingerichtet, ausgelegt und/oder konstruiert zum Durchführen eines vorab beschriebenen Verfahrens gelöst. Es ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separaten Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines eine Spurrille befahrenden Rads;
2 eine schematische Ansicht von die in 1 gezeigte Fahrbahn kennzeichnenden Sensordaten mit in einer y-Richtung verteilten Höhenpunkten;
3 eine Draufsicht auf das in 1 gezeigte Rad;
4 eine schematische Draufsicht auf ein eine Fahrbahn befahrendes Fahrzeug, wobei die Fahrbahn Spurrillen aufweist und von den Spurrillen herrührende Querdynamikstörgrößen eingezeichnet sind;
5 die schematische Draufsicht des in 4 gezeigten Kraftfahrzeugs, wobei zusätzlich die Querdynamikstörgröße kompensiert und dazu notwendige Steuergrößen eingezeichnet sind;
6 die Draufsicht des in 3 gezeigten Rades, jedoch in einem von einer Querdynamikstörgröße induzierten gelenkten Zustand;
7 eine schematische Ansicht eines Blockschaltbildes einer Steuerung des in den 4 und 5 gezeigten Fahrzeugs.
1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines nur teilweise dargestellten Kraftfahrzeugs 1, genauer eines eine Fahrbahn 3 befahrenden Rads mit einem Reifen 5.
Die Fahrbahn 3 weist eine Spurrille 7 mit einer Breite B und einer Tiefe H auf. Ein Grund der Spurrille 7 ist um einen Winkel γ geneigt. Der Reifen 5 steht in einem haftenden Anlagekontakt mit der Fahrbahn 3, wobei sich dieser entsprechend des Neigungswinkels γ der Kontur der Spurrille 7 anpasst. Aufgrund des Neigungswinkels γ überträgt der Reifen 5 eine Sturzseitenkraft F_S. Die Sturzseitenkraft F_S stellt eine Querdynamikstörgröße des Kraftfahrzeug 1 dar und wirkt auf eine Querdynamik, insbesondere ein Lenkverhalten des Rades des Kraftfahrzeugs 1.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Fahrbahnprofils 9 bzw. der in 1 gezeigten Spurrille der Fahrbahn 3. 2 zeigt das Fahrbahnprofil 9 in einer y-Richtung beziehungsweise in einer yz-Ebene und weist dazu beabstandet zueinander angeordnete Höhenwerte 11 auf. Die Höhenwerte 11 können mittels einer nicht näher dargestellten Sensorvorrichtung in Form von Sensordaten bereitgestellt werden. Dazu kann in zeitlichen Abständen eine Abtastung der Fahrbahn 3 erfolgen, so dass die in 2 dargestellten Höhenwerte 11 in x-Richtung des Kraftfahrzeugs 1 wiederholt ermittelt werden können. Die Sensordaten weisen also ein zweidimensionales Feld der Höhenwerte 11 auf.
3 zeigt eine schematische Ansicht des in 1 gezeigten Rades mit dem Reifen 5. Eingezeichnet ist die Sturzseitenkraft F_S, die beabstandet zu einer Lenkachse 13 an dem Reifen 5 angreift. Ein Nachlauf beziehungsweise ein entsprechender Hebelarm ist in 3 mit x_N eingezeichnet. Aufgrund des Hebelarms x_N induziert die Sturzseitenkraft F_S ein auf das Rad des Kraftfahrzeugs 1 wirkendes Radlenkmoment M_L. Die Radaufhängung des in 3 gezeigten Rades weist Elastizitäten c_R auf. Ferner handelt es sich bei dem in 3 gezeigten Rad um ein gelenktes Rad, dem eine Lenkung 15 zugeordnet ist. Die Lenkung 15 weist eine Lenkelastizität c_L auf. Aufgrund der Elastizitäten bewirkt die Sturzseitenkraft F_S bzw. das Radlenkmoment M_L eine Lenkbewegung des Rades des Kraftfahrzeugs 1. Um den Reifen 5 dennoch in Richtung einer Fahrtrichtung bzw. x-Richtung des Kraftfahrzeugs 1, was in 3 mittels eines Pfeils dargestellt ist, zu lenken, kann eine – im nicht gesteuerten Fall – von einem Fahrer des Fahrzeugs durchgeführte Gegenlenkbewegung durchgeführt werden. Ein dazu notwendiger Lenkweg ist in 3 mittels des Bezugszeichens y_L symbolisiert.
4 zeigt eine schematische Draufsicht des in den 1 und 3 dargestellten Kraftfahrzeugs 1. Das Kraftfahrzeug 1 weist insgesamt vier Reifen auf, an denen jeweils eine durch die Spurrillen 7 hervorgerufene Sturzseitenkraft F_S,vl, F_S,vr, F_S,hl, F_S,hr, angreift. Die insgesamt vier Sturzseitenkräfte F_S induzieren in Summe eine Fahrzeugseitenkraft F_y,Fzg und ein Fahrzeuggiermoment M_z,Fzg.
5 zeigt das in 4 dargestellte Kraftfahrzeug 1, wobei im Unterschied mittels einer nicht näher dargestellten Steuervorrichtung an Vorderrädern des Kraftfahrzeugs 1 jeweils ein Lenkwinkel δ_l und δ_r und eingestellt wird. Dies bewirkt an dem linken Reifen 5 eine zusätzliche Lenkwinkelseitenkraft F_{S_L,vl} und am rechten Rad eine zusätzliche Lenkwinkelseitenkraft F_{S_L,vr}. Dadurch wiederum werden zwei Fahrzeuglenkgiermomente M_{z_L,vl,Fzg} sowie M_{z_L,vr,Fzg} induziert. Es ist in 5 zu erkennen, dass die Fahrzeuglenkgiermomente M_{z_L,vl,Fzg} sowie M_{z_L,vr,Fzg} so gewählt sind, dass sie das Fahrzeuggiermoment M_zFzg kompensieren, also in Summe kein Moment auf das Kraftfahrzeug 1 wirkt. Vorteilhaft wird dieser Zustand von einem Fahrer des Fahrzeugs so empfunden, als ob das Kraftfahrzeug 1 trotz der Spurrillen 7 exakt geradeaus fährt.
6 zeigt eine schematische Ansicht des in 3 gezeigten Reifens 5, wobei zusätzlich eine Lenkkraftkompensation dargestellt ist. Das Radlenkmoment M_L, das aufgrund der Sturzseitenkraft F_S aufgrund der Spurrille 7 in dem Reifen 5 induziert wird, induziert eine Lenkkraft F_L, die von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 an einem Lenkrad des Kraftfahrzeugs 1 wahrnehmbar ist. Vorteilhaft kann dieser Effekt durch das Aufbringen einer Kompensationskraft F_{L_komp} kompensiert werden, wobei gilt F_l = –F_{l_komp}.
Eine aufgrund der Lenkkraft F_L induzierte elastische Verformung eines Lenkgestänges der Lenkung 15, aufgrund der Elastizitäten c_L ist in 6 mittels des Bezugszeichens Δy_L symbolisiert.
7 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Steuervorrichtung zum Steuern einer Querdynamik einer Fahrdynamik des in den vorhergehenden Figuren dargestellten Kraftfahrzeugs 1. Die Steuervorrichtung 17 ist einem vorausschauenden Fahrbahnsensor 19 nachgeschaltet. Mittels des Fahrbahnsensors 19 kann das in 2 dargestellte Fahrbahnprofil 9 bzw. die dieses kennzeichnende Sensordaten ermittelt und der Steuervorrichtung 17 bereit gestellt werden. Ferner ist die Steuervorrichtung 17 einer weiteren Sensorik 21 des Kraftfahrzeug 1 nachgeschaltet. Mittels der Sensorik 21 können Sensordaten, beispielsweise Fahrzeugbewegungen, ein Lenkradwinkel, ein Lenkmoment, eine Radlast und/oder andere Daten generiert und der Steuervorrichtung 17 zur Verfügung gestellt werden. Die von dem Fahrbahnsensor 19 bereitgestellten Daten kennzeichnen das Fahrbahnprofil 9 in einer x-Richtung und einer y-Richtung des Kraftfahrzeugs 1. Darauf basierend ermittelt die Steuervorrichtung 17 eine auf die Querdynamik der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs 1 wirkende Querdynamikstörgröße, beispielsweise die von den Reifen 5 übertragenen Sturzseitenkräfte F_S. Diese werden vorteilhaft mittels der Steuervorrichtung 17 so weiter verarbeitet, dass diese der Steuerung der Querdynamik so zugrunde gelegt werden können, dass die davon ausgehenden Störeinflüsse eliminiert oder zumindest auf ein Minimum reduziert werden können. Dazu steuert die Steuervorrichtung 17 eine Lenkkraftstellvorrichtung 23, eine Radlenkstellvorrichtung 25 sowie eine Radlaststellvorrichtung 27. Mittels der Lenkkraftstellvorrichtung 23 kann beispielsweise die in 6 gezeigte Kompensationskraft F_{l_komp} gestellt werden. Mittels der Radlenkstellvorrichtung 25 können beispielsweise die in 5 dargestellten Lenkwinkel δ_l, δ_r gestellt werden.
Aus den Höhenpunkten 11 des Fahrbahnprofils 9 und einer Richtung der Spurrille 7 bzw. der Spurrillen 7 relativ zu dem Kraftfahrzeug 1 wird vorausschauend die aufgrund der Spurrille 7 wirkende Sturzseitenkraft F_S und das hieraus resultierende Radlenkmoment M_L als Querdynamikstörgröße berechnet. Um die gewünschte Bewegungsrichtung, also die Fahrtrichtung in x-Richtung beizubehalten, wird diese Querdynamikstörgröße dann durch eine Vorsteuerung der Steuervorrichtung 17 vorausschauend kompensiert, in dem an den einzelnen Rädern bzw. Reifen 5 zeitgerecht zusätzlich der Störung entgegen gerichtete Seitenkräfte erzeugt werden. Die Kompensation kann beispielsweise durch gezielte Eingriffe in eine Vorder- und/oder Hinterachslenkung, also durch Aufbringen einer Gegenlenkkraft oder eines zusätzlichen Lenkwinkels δ_l, δ_r erzeugt werden. Alternativ und/oder zusätzlich kann dies mittels einer Bremseinrichtung, beispielsweise einer Einzelradbremsung und/oder Federdämpfereinheiten, beispielsweise mittels der Radlaststellvorrichtung 27 eines aktiven Fahrwerks des Kraftfahrzeugs 1, beispielsweise durch Ändern von Radlasten und/oder Verspannen eines Fahrwerks des Kraftfahrzeugs 1 geschehen. Alternativ und/oder zusätzlich ist auch eine Antriebsmomentverteilung, beispielsweise ein Einzelradantrieb mittels eines jeweils dem Reifen 5 zugeordneten Elektromotors möglich.
Vorteilhaft können ohnehin mittels eines vorhandenen vorausschauenden Fahrbahnsensors 19 ermittelbare Höhenpunkte 11 des Fahrbahnprofils 9 zum detektieren der Spurrillen 7 in der Fahrbahn 3 und für eine Prädiktion der hierdurch bedingten Querdynamikstörgröße, beispielsweise Geradeauslaufstörungen, verwendet werden. Vorteilhaft kann darauf basierend durch gezielte Eingriffe in die Vorder- und/oder Hinterachslenkung des Kraftfahrzeugs 1 und/oder Bremseingriffe und/oder Stellbewegungen von Feder- oder Dämpfereinheiten des aktiven Fahrwerks und/oder von Antriebsmomentverteilungen der Störeinfluss kompensiert werden.
Der Abstand der Höhenwerte 11 in y-Richtung, wie in 2 gezeigt, kann beispielsweise zwischen 3 und 5 cm betragen. Eine Auflösung in z-Richtung kann ebenfalls 3 bis 5 cm betragen.
Wie in 3 ersichtlich, erzeugt die Seitenkraft F_S aufgrund des Achs- und Reifennachlaufs x_N das Radlenkmoment M_L um eine Spreizachse. Aufgrund der Elastizitäten c_R in der Radführung und c_L der Lenkung 15 des Kraftfahrzeugs 1 stellt sich ein elastischer Radlenkwinkel ein, der durch Gegenlenken, symbolisiert durch y_L, kompensiert werden kann.
Wie in 5 zu erkennen, können, um den durch die Querdynamikstörgröße induzierten unerwünschten Lenkeffekt durch die Spurrillen 7 zu kompensieren, durch Aufbringen der zusätzlichen Radlenkwinkel δ_l sowie δ_r und/oder die aktive Änderung der Radlasten gezielt zusätzliche Seitenkräfte F_{S_L,vl}, F_{S_L,vr} an einzelnen Rädern bzw. Reifen 5 erzeugt werden, so dass sich summarisch eine stabilisierende Kraftwirkung zur Beibehaltung der gewünschten Bewegungsrichtung, die in 5 mittels eines nach vorne zeigenden Pfeils symbolisiert ist, des Kraftfahrzeugs 1 ergibt.
Wie in 6 zu erkennen, wird aufgrund der Seitenkraft F_S die Lenkraft F_L erzeugt, die der Fahrer als störende Lenkkraft wahrnehmen kann. Vorteilhaft kann mittels eines gezielten Aufprägens der gleich großen Gegenkraft bzw. Kompensationskraft F_{L_komp} durch die Lenkkraftstellvorrichtung 23 die unerwünschte Störkraft am Lenkrad eliminiert werden.

1: Kraftfahrzeug
3: Fahrbahn
5: Reifen
7: Spurrille
9: Fahrbahnprofil
11: Höhenwerte
13: Lenkachse
15: Lenkung
17: Steuervorrichtung
19: Fahrbahnsensor
21: Sensorik
23: Lenkkraftstellvorrichtung
25: Radlenkstellvorrichtung
27: Radlaststellvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102008017950 A1 [0003]
- DE 10330895 A1 [0004]
- WO 2008/022697 A1 [0006, 0006]

Claims

Verfahren zum Steuern einer Fahrdynamik eines eine Fahrbahn (3) befahrenden Fahrzeugs (1), mit den Schritten: – Ermitteln von ein Fahrbahnprofil (9) der befahrenen Fahrbahn (3) kennzeichnenden Sensordaten mittels eines vorausschauenden Fahrbahnsensors (19), – Steuern der Fahrdynamik in Abhängigkeit der Sensordaten mittels einer Steuervorrichtung (17), gekennzeichnet durch die Schritte: – Ermitteln der Sensordaten für eine zweidimensionale Ausdehnung des Fahrbahnprofils (9) in einer x-Richtung und einer y-Richtung, – Ermitteln einer auf eine Querdynamik der Fahrdynamik wirkenden Querdynamikstörgröße in Abhängigkeit der Sensordaten, – Steuern der Querdynamik in Abhängigkeit der Querdynamikstörgröße.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch den Schritt: – Ermitteln des Fahrbahnprofils (9) als Höhenwerte (11) vor einem oder mehreren Reifen (5) des Fahrzeugs (1) mittels des Fahrbahnsensors (19), insbesondere einer Stereokameravorrichtung.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, mit dem Schritt: – Ermitteln der Querdynamikstörgröße als eine auf den/die Reifen wirkende Sturzseitenkraft (F_S).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem Schritt: – Ermitteln eines oder mehrerer von der/den Sturzseitenkraft/kräften (F_S) induzierten Radlenkmoments/en (M_L).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem Schritt: – Kompensieren des/der Radlenkmoments/en (M_L) mittels einer auf den/die Reifen wirkenden Radlenkstellvorrichtung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: – Ermitteln eines Fahrzeuggiermoments (M_zFzg) in Abhängigkeit des/der Radlenkmoments/en (M_L), – Kompensieren des Fahrzeuggiermoments (M_zFzg) mittels der auf den/die Reifen (5) wirkenden Radlenkstellvorrichtung (25).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem Schritt: – Kompensieren des Fahrzeuggiermoments (M_zFzg) und/oder des/der Radlenkmoments/en (M_L) mittels Steuern einer aktiven Federdämpfervorrichtung und/oder Bremsvorrichtung und/oder Antriebsvorrichtung in Abhängigkeit des Fahrzeuggiermoments (M_zFzg) und/oder des/der Radlenkmoments/e (M_L).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem Schritt: – Kompensieren einer mittels des Radlenkmoments/en (M_L) induzierten Lenkkraft (F_L) mittels Einstellen einer Kompensationskraft (F_{L_komp}) mittels Steuern einer Lenkkraftstellvorrichtung (23).
Kraftfahrzeug (1) mit einer Steuervorrichtung (17) und einem vorausschauenden Fahrbahnsensor (19), eingerichtet, ausgelegt und/oder konstruiert zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.