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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft die Steuerung von Fahrzeugen auf einer Straße.
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HINTERGRUND
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Die Aussagen in diesem Abschnitt liefern nur auf die vorliegende Offenbarung bezogene Hintergrundinformation und stellen möglicherweise keinen Stand der Technik dar.
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Es sind kleine Fahrzeuge bekannt, die für den Stadtverkehr optimiert sind. Fortschritte bezüglich des Antriebs, der Energiequellen, der Miniaturisierung, der computerbasierten Steuerung und auf anderen Gebieten ermöglichen es, dass weiterhin kleinere und kleinere Fahrzeuge entwickelt werden. Kleine Fahrzeugausbildungen können vorteilhafterweise verwendet werden, um die Nutzung von städtischen Gebieten zu verbessern.
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Kleine Fahrzeuge können im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen für eine größere Manövrierbarkeit ausgebildet sein. Parkflächen können die Fahrzeugdichte sowohl basierend auf der kleineren Größe der Fahrzeuge als auch auf der verbesserten Manövrierbarkeit erhöhen. Muster für den Verkehrsfluss, die kleineren Fahrzeugen zugeordnet sind, können im Vergleich zu Mustern des Verkehrsflusses, die für herkömmlichen Verkehr offen sind, mehr Fahrspuren und engere Kurven aufweisen.
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Aus der
DE 10 2005 023 286 A1 ist eine Vorrichtung zum Drehen eines Fahrzeugs in einem Kurvenfahrmanöver ohne Schlupf bei niedriger Geschwindigkeit bekannt, welche ein Fahrzeugchassis mit mehreren Rädern, wobei jedes Rad des Chassis lenkbar ist, und mit einem Modul für ein Kurvenfahrmanöver bei niedriger Geschwindigkeit umfasst, welches ein gewünschtes Kurvenfahrmanöver ohne Schlupf bei niedriger Geschwindigkeit überwacht, eine gewünschte momentane Drehachse für das Fahrzeug basierend auf dem gewünschten Kurvenfahrmanöver ohne Schlupf bei niedriger Geschwindigkeit ermittelt, eine Radorientierung für jedes der Räder rechtwinklig zu der gewünschten momentanen Drehachse ermittelt und jedes der Räder gemäß der entsprechenden ermittelten Radorientierung steuert.
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In der
US 2005/0217906 A1 ist ebenfalls eine solche Vorrichtung beschrieben, welche jedoch ferner ein elektrisches Antriebssystem umfasst und bei welcher ein Lenkbefehl überwacht wird, der Lenkbefehl dann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb eines Schwellenwerts liegt, mit einem Schwellenwert-Lenkbefehl verglichen wird und das gewünschte Kurvenfahrmanöver ohne Schlupf bei niedriger Geschwindigkeit basierend auf dem Vergleich ermittelt wird, indem dann, wenn der Lenkbefehl den Schwellenwert-Lenkbefehl erreicht, eine eingezogene Konfiguration der Räder aktiviert wird, bei der die vorderen Abschnitte der vorderen Räder nach innen orientiert sind, um eine enge Drehungshüllkurve des Fahrzeugs zu bewirken, und ansonsten ein konventionelles Lenkverfahren ausgeführt wird.
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Die
DE 10 2005 004 727 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung eines selbsttätigen Lenkeingriffs, insbesondere zur Spurhalteunterstützung. Dabei wird ein Lenkbefehl überwacht und mit einem Schwellenwert-Lenkbefehl verglichen, ferner wird ein gewünschtes Kurvenfahrmanöver ohne Schlupf bei niedriger Geschwindigkeit basierend auf dem Vergleich ermittelt.
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In der
DE 201 07 058 U1 und in der
DE 100 32 994 A1 sind eine Frontaltür für Kraftfahrzeuge bzw. ein aus vorfertigbaren Modulen bestehendes Kraftfahrzeug beschreiben.
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Die
EP 1 902 926 A1 offenbart eine variable Radpositionierung in einem Fahrzeug, bei der eine Aufhängungseinrichtung entlang eines Bewegungspfades verschoben wird, um die Spurbreite und den Achsabstand des Fahrzeugs zu verändern.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit denen die Manövrierbarkeit eines Fahrzeugs bei niedriger Geschwindigkeit verbessert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
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Eine Vorrichtung zum Drehen eines Fahrzeugs bei einem Kurvenfahrmanöver ohne Schlupf mit niedriger Geschwindigkeit umfasst eine Fahrzeugkarosserie und ein Fahrzeugchassis, das mehrere Räder, wobei jedes Rad des Chassis steuerbar ist, und ein elektrisches Antriebssystem aufweist. Die Vorrichtung umfasst auch ein Modul für ein Kurvenfahrmanöver bei niedriger Geschwindigkeit, das ein gewünschtes Kurvenfahrmanöver ohne Schlupf bei niedriger Geschwindigkeit überwacht, das eine gewünschte momentane Drehachse für das Fahrzeug basierend auf dem gewünschten Kurvenfahrmanöver ohne Schlupf bei niedriger Geschwindigkeit ermittelt, das eine Radorientierung für jedes der Räder rechtwinklig zu der gewünschten momentanen Drehachse ermittelt und das jedes der Räder gemäß der entsprechenden ermittelten Radorientierung steuert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, von denen:
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1 ein beispielhaftes Host-Fahrzeug, das für Stadtverkehr ausgebildet ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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2 das beispielhafte Host-Fahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt, das eine Anzahl von Einrichtungen aufweist, die zum Steuern des Host-Fahrzeugs nützlich sind;
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3 ein beispielhaftes Host-Fahrzeug auf einer Wegstrecke gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt, das eine Anzahl von unterschiedlichen Eingaben verwendet, die zum Lokalisieren des Fahrzeugs verwendet werden können;
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4 eine beispielhafte Chassisausbildung gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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5 eine Draufsicht eines beispielhaften Fahrzeugs mit drei Rädern gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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6 eine Draufsicht eines beispielhaften Fahrzeugs mit vier Rädern gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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7 eine Drehung eines beispielhaften Fahrzeugs um eine momentane Drehachse, die mit einem Mittelpunkt einer vorderen Reihe von Rädern zusammenfällt, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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8 eine Drehung eines beispielhaften Fahrzeugs um eine momentane Drehachse, die mit einem geometrischen Mittelpunkt des Fahrzeugs zusammenfällt, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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9 eine Drehung eines beispielhaften Fahrzeugs um eine momentane Drehachse, die sowohl quer als auch längs angepasst ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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10 ein beispielhaftes Fahrzeug darstellt, das eine Kurvenfahrt basierend auf einer momentanen Drehachse, die außerhalb der Fahrzeugkontur positioniert ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung ausführt;
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11 eine Ausführungsform einer Türausbildung eines Fahrzeugs mit Einstieg und Ausstieg durch die Front des Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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12 ein System zum Steuern eines Kurvenfahrmanövers bei niedriger Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Offenbarung schematisch darstellt; und
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13 einen Prozess zum Aktivieren eines Kurvenfahrmanövers bei niedriger Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, stellt 1 ein Host-Fahrzeug, das für Stadtverkehr optimiert ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Das Fahrzeug 10 umfasst eine Karosserie 16, die an einem Chassis 18 befestigt ist. Das Chassis 18 umfasst mehrere Räder, die ein Rad 12 und ein zweites Rad 14 umfassen. Bei der Ausbildung des Fahrzeugs 10 umfasst das Rad 12 ein Rad mit größerem Durchmesser als der Durchmesser des Rades 14. Bei der Ausbildung des Fahrzeugs 10 erstreckt sich das Rad 14 von dem Fahrzeug nach hinten, und es kann gemäß einer Lenkungssteuerung des Fahrzeugs 10 gedreht werden. Das Rad 12 ist an einem vorderen Abschnitt des Chassis 18 angeordnet. Das Rad 12 und das Rad 14 sind bezüglich des Chassis basierend auf Faktoren längs angeordnet, die in der Technik bekannt sind und das Bremsverhalten, das Beschleunigungsverhalten, das Verhalten bei Kurvenfahrt, die Fahrbarkeit oder Faktoren, welche die Wahrnehmung des Fahrzeugverhaltens durch den Betreiber beeinflussen, sowie andere ähnliche Faktoren umfassen. Die Karosserie 16 ist derart dargestellt, dass sie sich oben auf dem Chassis 18 befindet, und sie umfasst einen Unterbringungsraum für zumindest einen Insassen. Die Karosserie 16 ist als abgeschnittener Abschnitt gezeigt, der eine untere Außenfläche zeigt und oberhalb in einem Abschnitt abgeschnitten ist, der einen Betreiber zeigt, der sitzt und Steuerungen für das Fahrzeug 10 bedient. Das Profil der Karosserie 16 ist vorzugsweise ausgebildet, um einen ergonomisch komfortablen Fahrgastraum zu umfassen, aber mit minimaler überschüssiger Struktur, um die hierin beschriebene Stadttauglichkeit zu maximieren. Beispielhafte Karosserieausbildungen, in denen zwei Insassen sitzen, wurden ausgestaltet, um in einen Bauraum zu passen, der durch einen Zylinder definiert wird. Derartige Ausgestaltungen wurden beispielsweise mit Außendurchmessern der Karosserie gemäß einem Zylinder mit einem Durchmesser von 1736 mm ausgebildet, andere gemäß einem Zylinder mit einem Durchmesser von 1609 mm und andere gemäß einem Zylinder mit einem Durchmesser von 1565 mm.
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2 stellt das Host-Fahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung dar, das eine Anzahl von Einrichtungen aufweist, die zum Steuern des Host-Fahrzeugs nützlich sind. Das Host-Fahrzeug 10 weist beispielhafte Sensoreinrichtungen auf, die ein Radarsystem 30 und ein Kamerasystem 40 umfassen. Zusätzlich empfängt das Host-Fahrzeug 10 durch eine Kommunikationseinrichtung 45 Signale von einem entfernten Drahtlos-Kommunikationssystem 50 und einem entfernten Satellitensystem 60. Das Host-Fahrzeug 10 überwacht und verarbeitet die verfügbare Information von den zuvor erwähnten Systemen, einschließlich einer Information bezüglich eines Ziel-Fahrzeugs 20, der Straßenoberfläche, auf der gefahren wird, und anderer Information, die von den entfernten Systemen zu dem Zweck verfügbar ist, die Steuerung des Host-Fahrzeugs 10 zu vereinfachen.
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Die Sensordaten und andere Information können bei verschiedenen Anwendungen verwendet werden, um eine autonome oder semi-autonome Steuerung des Fahrzeugs zu implementieren. Beispielsweise ist ein adaptiver Tempomat (ACC) bekannt, bei dem ein Fahrzeug eine Distanz zu einem Ziel-Fahrzeug überwacht und die Fahrzeuggeschwindigkeit steuert, um eine minimale Distanz zu dem Ziel-Fahrzeug aufrechtzuerhalten. Spurhalteverfahren verwenden die verfügbare Information, um ein unbeabsichtigtes Überqueren einer Fahrspurbegrenzung durch das Fahrzeug vorauszusagen und darauf anzusprechen. Objektnachverfolgungsverfahren überwachten Objekte in der Betriebsumgebung des Fahrzeugs und vereinfachen Reaktionen auf die Objektwege. Es ist eine seitliche Fahrzeugsteuerung bekannt, bei der eine Information bezogen auf einen geplanten freien Weg, eine Spurhaltebegrenzung oder eine potentielle Kollision verwendet wird, um das Fahrzeug zu lenken. Die seitliche Fahrzeugsteuerung kann verwendet werden, um Fahrspurwechsel zu implementieren, und die Sensordaten können verwendet werden, um benachbarte Fahrpuren bezüglich der Verfügbarkeit zu überprüfen. Kollisionsvermeidungssysteme oder Kollisionsvorbereitungssysteme sind bekannt, wobei eine Information überwacht und verwendet wird, um eine Kollisionswahrscheinlichkeit vorauszusagen. Maßnahmen werden in dem Fall ergriffen, dass die vorausgesagte Kollisionswahrscheinlichkeit einen Schwellenwert überschreitet. Eine Anzahl von Verfahren, wie sie beispielsweise in der ebenfalls anhängigen Patentanmeldung
US 2010 0 253 593 A1 offenbart sind, die dem gleichen Rechtsinhaber gehört wie die vorliegende Anmeldung, ermöglicht den Betrieb eines Fahrzeugs durch eine autonome oder semi-autonome Steuerung. Es sind viele Formen der autonomen oder semi-autonomen Steuerung bekannt.
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Mehrere Informationsquellen können in Abstimmung verwendet werden, um ein Host-Fahrzeug zu steuern. 3 stellt ein Host-Fahrzeug auf einer Straßenstrecke gemäß der vorliegenden Offenbarung dar, das eine Anzahl von verschiedenen Eingaben verwendet, die zum Lokalisieren des Fahrzeugs verwendet werden können. Das Host-Fahrzeug 10 fährt auf einer Straßenoberfläche 100 in einer Fahrspur 110, die durch Fahrspurmarkierungen 115 und 116 definiert ist. Das Host-Fahrzeug 10 überwacht Eingaben von verschiedenen Sensoren, die Daten von dem Radarsystem 30, Sichtdaten von dem Kamerasystem 40 sowie durch GPS und Internet verfügbare Information von der Kommunikationseinrichtung 45 umfassen können. Die Information über ein Drahtlos-Netzwerk von einem solchen Sende- und Empfangseinrichtungsturm kann als Information für das Host-Fahrzeug 10 verwendet werden, die beispielsweise den Verkehr, das Wetter, Lokalisierungssignale, GPS-Offsetsignale und andere Information für das Fahrzeug betrifft. Bei einer speziellen Form der Kommunikation, die als Fahrzeug-Infrastruktur oder V2I-Kommunikation bekannt ist, kann die Information über eine Drahtlos-Verbindung zwischen einem Fahrzeug und einer Infrastruktureinrichtung ausgetauscht werden, was eine Kommunikation von Information ermöglicht, die das Fahren in einem speziellen Gebiet oder das Steuern des Fahrzeugs gemäß Infrastrukturbefehlen betrifft. Eine solche V2I-Kommunikation ist zum Abstimmen des Fahrzeugverkehrs in dichten Gebieten, für Parkflächen, bei Ausgestaltungen, die für ein effizientes Fahren nützlich sind, für Signalschemata für abgestimmten Verkehr und für andere ähnliche Anwendungen nützlich. Auf ähnliche Weise können GPS-Signale verwendet werden, um den Ort, die Orientierung oder andere nützliche Information an das Fahrzeug zu liefern. Radarrückläufe können eine nützliche Information bezüglich des Orts des Fahrzeugs und der Anwesenheit von Ziel-Objekten in dem Bereich liefern, der das Fahrzeug umgibt, und beispielsweise die Nachverfolgung von Ziel-Fahrzeugen in nahe gelegenen Fahrspuren ermöglichen. Bei einem anderen Beispiel ist ein Schild 120 dargestellt. Solch ein Rücklauf, der in Verbindung mit einem bekannten Ort des Schildes auf einer Landkarte oder abgestimmt mit Historiendaten von einer früheren Fahrt an dem Schild vorbei verwendet wird, kann verwendet werden, um den Fahrzeugort auf der Straßenoberfläche 100 zu lokalisieren. Eine Kameraansicht oder eine Analyse von Kamerabildern kann auf ähnliche Weise verwendet werden, um den Fahrzeugort zu lokalisieren. Beispielsweise ermöglichen Kamerabilder des Schildes 120, der Fahrspurmarkierungen 115 und 116 oder das Auftreten einer Ausfahrt 130 in Verbindung mit Information, die sich auf den Ort dieser Merkmale bezüglich der Straßenoberfläche 100 bezieht, eine verbesserte Schätzung des Fahrzeugorts auf der Straßenoberfläche 100. Die Kameradaten können auf eine ähnliche Weise verwendet werden, um die Anwesenheit anderer Fahrzeuge, von Fußgängerverkehr, von Hindernissen auf der Straße, die Anwesenheit oder Abwesenheit eines freien Weges vor dem Fahrzeug oder andere ähnliche Verwendungen zu bewerten.
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4 zeigt eine Chassisausbildung gemäß der vorliegenden Offenbarung. Diese Ausbildung beschreibt geometrische Beziehungen, die verwendet werden können, um ein Chassis gemäß der vorliegenden Offenbarung herzustellen. Es ist jedoch einzusehen, dass eine große Anzahl von Abwandlungen bezüglich der Chassisausbildungen existieren kann. Wie bei 1 beschrieben ist, ist das beispielhafte Chassis 18 ein flacher Abschnitt des Fahrzeugs 10, auf dem die Karosserie 16 sitzt. Gemäß einer Ausführungsform können das Chassis und die Karosserie als modulare Bauraumvolumina beibehalten werden, beispielsweise mit einer Ebene, mehreren ebenen Oberflächen oder einer definierten Oberfläche, welche die Karosserie und das Chassis separieren. Eine solche beispielhafte Ausbildung ermöglicht eine Maximierung des Raums, der für den Fahrgastraum verfügbar ist, während eine kleine Gesamtgröße des Fahrzeugs beibehalten wird, was die Verfahren zum engen Kurvenfahren ermöglicht, die hierin beschrieben sind. Räder 12 und 22 sind gezeigt, die eine erste Reihe von Rädern umfassen. Eine beispielhafte Reifengröße ist als P140/70 R12 angegeben. Alternative Radausbildungen werden in Betracht gezogen, die 10-Zoll-Reifen verwenden. Das Rad 14 ist auf ähnliche Weise gezeigt und umfasst eine beispielhafte, mögliche Ausbildung. Ein beispielhafter 8-Zoll-Reifen (mit einer Breite von 2,8 Zoll) ist für das Hinterrad gezeigt. Eine Komponentenpackung 13 ist in Verbindung mit dem Rad 12 dargestellt und umfasst Einrichtungen und Systeme, die in der Technik bekannt sind, um einen Radmotorantrieb, ein Fahrzeugbremsen, Fahrzeugaufhängungsfunktionen und möglicherweise eine Vorderradlenkung gemäß den hierin beschriebenen Verfahren auszuführen. Auf ähnliche Weise ist eine Komponentenpackung 23 gezeigt, die mit dem Rad 22 verbunden ist. Ein Hinterradlenkmechanismus 17 ist gezeigt, der mit dem Rad 14 verbunden ist und dessen Drehorientierung steuert. Zusätzlich ist ein Bereich 15 gezeigt, in dem Batterien, Elektronik und andere Fahrzeugsysteme angeordnet sein können. Eine beispielhafte Batteriebox mit Abmessungen von 400 mm × 980 mm × (2 × 100 mm) kann beispielsweise in dem Bereich 15 verwendet werden.
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Mit einer momentanen Drehachse, die zusammenfallend mit dem Mittelpunkt einer Reihe von Rädern, die durch die Räder 12 und 22 definiert ist, angeordnet ist, kann ein Drehungshüllkurvenradius 24 oder ein Wand-zu-Wand-Kurvenradius von 1068 mm von der momentanen Drehachse bis zu dem am weitesten entfernten Rand des Chassis für die dargestellte Ausbildung beschrieben werden. Es ist einzusehen, dass ein Verändern der momentanen Drehachse an einen anderen Ort den Wand-zu-Wand-Kurvenradius für das Fahrzeug verändern kann. Eine andere momentane Drehachse ist dargestellt, die einen Ort beschreibt, der äquidistant bezüglich der Ecken an der Rückseite des Chassis und des am weitesten entfernten vorderen Randes des Chassis ist. Der resultierende Wand-zu-Wand-Kurvenradius 26 ist kürzer als 1068 mm, was einen verbesserten Kurvenfahrradius für das Fahrzeug beschreibt.
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Bei dem Ausbilden des Chassis 18 müssen andere Überlegungen für die Gesamtabmessungen des Chassis durchgeführt werden. Beispielsweise beeinflusst die Höhe des Chassis die resultierende Höhe des Fahrzeugs, was die Betriebseigenschaften des Fahrzeugs beeinflussen kann. Ferner kann die Chassishöhe die Höhe beeinflussen, bis zu der ein Insasse bei dem Einsteigen in das Fahrzeug steigen muss. Die Breite der Räder und der Radstand des Fahrzeugs sind Faktoren für die Betriebseigenschaft des Fahrzeugs. Der Ausfederungsweg bis zu dem Boden, der durch die Räder und die Aufhängung des Fahrzeugs geschaffen wird, liefert eine Eigenschaft des Fahrzeugbetriebs. Die Breite und die Länge des Chassis beeinflusst den Fahrgastraum und die Nutzlastkapazität. Ähnliche Chassisabmessungen müssen gemäß Fahrzeugkriterien, die in der Technik bekannt sind, in Betracht gezogen werden.
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Bezüglich des Orts und der Ausbildung des Bereichs 15 ist einzusehen, dass die Gewichtsverteilung in einem Fahrzeug und der resultierende Schwerpunkt des Fahrzeugs eine Anzahl von Fahrzeugbetriebseigenschaften beeinflusst. Beispielsweise beeinflusst der Schwerpunkt die Lenkung, das Bremsen, die Stabilität und andere ähnliche Eigenschaften. Die Anordnung von Batterien und Elektronik in dem Bereich 15 innerhalb des Chassis 18 kann dabei helfen, den Schwerpunkt des Fahrzeugs abzusenken, wodurch die Stabilität des Fahrzeugs in einer vertikalen Richtung verbessert wird. Diese vertikale Stabilität muss jedoch mit anderen Betriebsaspekten ausbalanciert werden, um den gewünschten Fahrzeugbetrieb zu bewirken. Das Rad 14 und die Verbindungsmechanismen an diesem umfassen Einrichtungen und Systeme ähnlich denjenigen, die in den Komponentenpackungen 13 und 23 zu finden sind und Funktionen ausführen, wie beispielsweise das Bremsen, die Lenkung und Aufhängungsfunktionen, die in der Technik bekannt sind.
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5 stellt eine Draufsicht eines Fahrzeugs mit drei Rädern gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Das Fahrzeug 10 umfasst die Räder 12, 22 und 14. Eine ideale Drehungshüllkurve 27 ist dargestellt, die einen kreisförmigen Bereich beschreibt, über dem sich die Karosserie und das Chassis drehen können, wenn das Fahrzeug um einen idealen geometrischen Mittelpunkt des Fahrzeugs gedreht würde. Es wird angemerkt, dass sich die Räder bei einigen Ausbildungen von der idealen Drehungshüllkurve 27, die durch die Karosserie des Fahrzeugs definiert ist, nach außen erstrecken können und dass beliebige Steuerverfahren, die zum Führen des Fahrzeugs verwendet werden, die Orte der Räder in Betracht ziehen müssten.
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6 zeigt eine Draufsicht eines Fahrzeugs mit vier Rädern gemäß der vorliegenden Offenbarung. Bei dieser Ausführungsform umfasst das Fahrzeug 10 die Räder 12, 22, 14 und 19. Es ist einzusehen, dass die Räder 14 und 19 zusammenwirkend gesteuert werden, um eine Steuerung des Fahrzeugs zu bewirken, bei der beispielsweise jedes Hinterrad einen separaten Hinterradlenkmechanismus erhält, der durch ein einzelnes Lenkungsmodul gesteuert wird. Eine solche Vierradausbildung kann gegenüber der oben beschriebenen Ausgestaltung mit drei Rädern eine verbesserte Stabilität erzielen.
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Die beispielhafte Ausbildung von 6 kann gemäß der idealen Drehungshüllkurve 27 für die Drehung gedreht werden, wie es dargestellt ist, wobei die Räder 12 und 22 längs orientiert sind. Eine solche Orientierung würde jedoch notwendigerweise einen Schlupf zwischen den Rädern und der Straße darunter aufweisen, und sie würde Fahrbarkeitsprobleme bezüglich der Räder 12 und 22 umfassen, die eine längs orientierte Bewegungskraft liefern, während das Fahrzeug die Räder bei Kurvenfahrt radial um die Orientierung der Drehungshüllkurve ziehen würde. Das Betreiben eines Fahrzeugs ohne Reifenschlupf oder ohne wesentliche Relativbewegung zwischen dem Reifen und der Straße erfordert, dass das Rad an dem Ort des Rades in die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs orientiert ist. Wenn ein Fahrzeug in einer gerade Vorwärtsrichtung fährt, sind die Räder, die in der Bewegungsrichtung orientiert sind, entlang der Längsachse des Fahrzeugs orientiert. Wenn sich ein Fahrzeug in einer Kurvenfahrt ohne Schlupf befindet, werden die Räder vorzugsweise gedreht, um rechtwinklig zu einer momentanen Drehachse für das Fahrzeug oder einem Punkt zu stehen, der den Kurvenradius des Fahrzeugs beschreibt. Kleine Abweichungen von dieser rechtwinkligen Orientierung sind zulässig, beispielsweise bei den Hinterrädern eines herkömmlichen Fahrzeugs, wobei die Relativbewegung zwischen dem Reifen und der Straße minimal ist. In dem Fall, wie er hierin beschrieben ist, bei dem sich ein Fahrzeug im Wesentlichen um eine momentane Drehachse dreht, ist eine Orientierung der Räder in die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs an dem Ort der Räder für die Fahrzeugsteuerung wünschenswert. Bezugnahmen auf ein Kurvenfahrmanöver ohne Schlupf sind hierin jedoch als eine Referenz auf ein Verfahren zu verstehen, um die Räder des Fahrzeugs bezüglich einer momentanen Drehachse zu orientieren, und sie schränken auf keine Weise ein solches Kurvenfahrmanöver bezüglich eines kleinen Betrags der Relativbewegung zwischen den Rädern des Fahrzeugs und der Straße ein.
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7 zeigt die Drehung eines Fahrzeugs um eine momentane Drehachse, die mit einem Mittelpunkt einer vorderen Reihe von Rädern zusammenfällt, gemäß der vorliegenden Offenbarung. Wie oben beschrieben ist, wird das Fahrzeug derart gedreht, dass die momentane Drehachse rechtwinklig zu allen Rädern des Fahrzeugs ist. Die beispielhafte Ausbildung des dargestellten Fahrzeugs beschreibt die vordere Reihe von Rädern derart, dass diese entlang der Längsachse des Fahrzeugs ausgerichtet sind, was zu einer momentanen Drehachse 31 direkt zwischen den Vorderrädern führt. Diese Orientierung der Räder kann eine Folge davon sein, dass die Räder in dieser Orientierung fixiert sind, oder eine Folge davon, dass ein Vorderrad-Lenkmechanismus an jedem Rad in diese Orientierung gesteuert wurde. Zusätzlich ist ein Hinterrad dargestellt, das rechtwinklig zu der momentanen Drehachse 31 orientiert ist. Die Drehungshüllkurve 28 des Fahrzeugs kann durch einen Radius von der momentanen Drehachse 31 bis zu einem am weitesten entfernten Punkt oder bis zu am weitesten entfernten Punkten an der Karosserie oder an dem Chassis ermittelt werden. Wie in 7 dargestellt ist, umfasst die resultierende Drehungshüllkurve 28 bei Ausbildungen, bei denen die momentane Drehachse 31 nicht im Wesentlichen an dem geometrischen Mittelpunkt des Fahrzeugs 32 angeordnet ist, einen Bereich größer als die geometrische Kontur des Fahrzeugs. Zusätzlich ist der Schwerpunkt 33 des Fahrzeugs gezeigt, der eine Netto-Resultierende der Massenverteilung über das Fahrzeug beschreibt. Der Ort des Schwerpunkts 33 und die Relativposition des Schwerpunkts 33 bezüglich der momentanen Drehachse 31 sind wichtige Eigenschaften für den Betrieb des Fahrzeugs.
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8 zeigt die Drehung eines Fahrzeugs um eine momentane Drehachse, die mit einem geometrischen Mittelpunkt des Fahrzeugs zusammenfällt, gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Ausbildung des gezeigten Fahrzeugs beschreibt die vordere Reihe von Rädern, bei denen die vorderen Abschnitte der Räder in einer ”eingezogenen” Konfiguration nach innen orientiert sind. Das Betreiben der Fahrzeugräder in einer solchen nicht parallelen, eingezogenen Konfiguration ermöglicht dem Fahrzeug, um eine bewegbare momentane Drehachse 31 zu rotieren. Diese eingezogene Konfiguration ermöglicht, dass die momentane Drehachse 31 für das Fahrzeug, die rechtwinklig zu der Orientierung der Räder angeordnet ist, im Vergleich zu der momentanen Drehachse 31, die in 7 beschrieben ist, in dem Fahrzeug in Rückwärtsrichtung positioniert wird. In Abhängigkeit von dem resultierenden Ort der momentanen Drehachse 31 kann eine kleinere resultierende Drehungshüllkurve 28 gesteuert werden, um dem Fahrzeug zu ermöglichen, sich auf einer kleineren Fläche zu drehen. Eine solche kleine Drehungshüllkurve 28 ermöglicht dem Fahrzeug, in einer überfüllten oder städtischen Umgebung auf Weisen manövriert zu werden, wie dies bekannte Fahrzeugausbildungen nicht können. Durch das Positionieren der momentanen Drehachse 31 an dem geometrischen Mittelpunkt 32 des Fahrzeugs kann eine Drehungshüllkurve 28 verwendet werden, die nur durch die Abmessungen des Fahrzeugs begrenzt ist. Ein solches Manöver kann als eine gewünschte stationäre Drehung des Fahrzeugs ausgewählt werden. Indem eine Fahrzeugkarosserie und ein Fahrzeugchassis mit einer kontrollierten zylinderförmigen Bauraumgröße oder einer Größe mit Quer- und Längsabmessungen, die in einem horizontalen Kreis weit ausgebreitet sind, ausgebildet werden und indem die Räder des Fahrzeugs derart konfiguriert werden, dass das Fahrzeug um den Mittelpunkt des Zylinders oder des Kreises gedreht werden kann, kann eine resultierende Drehungshüllkurve 28 hergestellt werden, die das horizontale Querschnittsvolumen des Fahrzeugs maximiert, während eine minimale Drehungsgrundfläche aufrechterhalten wird, die der Zylinderform oder dem Kreis entspricht.
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Eine solche Karosserie- und Chassisausgestaltung, die einer zylinderförmigen Bauraumgröße entspricht, kann durch das in 8 gezeigte Fahrzeug beschrieben werden. Ausgehend von einem ausgewählten geometrischen Mittelpunkt 32 des Fahrzeugs zeigt die Draufsicht des Fahrzeugs, dass die Karosserie 16 und das Chassis 18 derart bemessen sind, dass Punkte eines Extremradius bezüglich des geometrischen Mittelpunkts durch einen gemeinsamen Radiusausdruck bezüglich der gezeigten Drehungshüllkurve 28 beschrieben werden können. Bei einem Verfahren zum Ausgestalten dieser Konfiguration kann man den erforderlichen Bauraum ermitteln, der für die Insassen des Fahrzeugs benötigt wird, einen Fahrgastraum mit minimaler Größe um den erforderlichen Bauraum für die Insassen erzeugen, was strukturelle und funktionale Überlegungen umfasst, die in der Technik bekannt sind, und ein Chassis mit einer gemeinsam angeordneten oder kleineren Kontur erzeugen, das unter die Karosserie passt und Einrichtungen und Systeme für die Antriebskraft, die Energiespeicherung, die Fahrzeugsteuerung und andere Fahrzeugfunktionen umfasst.
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Wie oben beschrieben wurde, kann die momentane Drehachse 31 gesteuert werden, um die Drehung und die resultierende Drehungshüllkurve 28 des Fahrzeugs zu verändern. 8 beschreibt, wie die momentane Drehachse 31 längs in dem Fahrzeug angepasst werden kann. 9 zeigt gemäß der vorliegenden Offenbarung die Drehung eines Fahrzeugs um eine momentane Drehachse, die sowohl quer als auch längs angepasst wird. Wie oben beschrieben wurde, können die Radorientierungen eingestellt werden, um die resultierende momentane Drehachse 31 für das Fahrzeug zu steuern, wobei die momentane Drehachse 31 an einem Punkt rechtwinklig zu den Radorientierungen angeordnet wird. Die Räder des in 9 gezeigten Fahrzeugs sind derart orientiert, dass eine resultierende momentane Drehachse 31 nach links und in Rückwärtsrichtung bezüglich des gezeigten geometrischen Mittelpunkts 32 des Fahrzeugs positioniert ist. Der Schwerpunkt 33 ist zusätzlich gezeigt. Eine solche momentane Drehachse 31 kann für die resultierende Kurvenfahrbewegung ausgewählt werden, die das Fahrzeug in einer Kurve ausführen wird. Wenn es beispielsweise bekannt ist, dass sich das Fahrzeug an einer Seite in der Nähe eines Objekts befindet, kann eine momentane Drehachse 31 ausgewählt werden, um sicherzustellen, dass eine Drehung des Fahrzeugs einen Freiraum von dem Objekt durch die Drehung ergeben wird. 9 zeigt Punkte 35, 36, 37 und 38 und stellt Pfeile dar, die eine Bewegung der Punkte durch eine Drehung basierend auf der gezeigten momentanen Drehachse beschreiben. Wie es in der Figur offensichtlich ist, bewegen sich alle Punkte radial um die momentane Drehachse 31. Durch Kenntnis dieses Verhaltens können der Betreiber des Fahrzeugs oder Steuerprozesse, die das zu vermeidende Objekt oder den zu verfolgenden Weg ermitteln, einen gewünschten Ort der momentanen Drehachse auswählen und die Orientierung der Räder derart steuern, dass diese zu dem gewünschten Ort der momentanen Drehachse passt.
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Zusätzlich zu dem Festlegen der momentanen Drehachse 31 basierend auf einem zu vermeidenden Objekt oder einem zu verfolgenden Weg kann eine Ermittlung bezüglich des Schwerpunkts 33 des Fahrzeugs ausgeführt werden, und die momentane Drehachse 31 kann dementsprechend angepasst werden. Eine solche Anpassung des Fahrzeugs, um dieses um den Schwerpunkt 33 zu drehen, könnte eine Reihe von Vorteilen aufweisen. Ein Fachmann wird beispielsweise einsehen, dass eine Energieeffizienz realisiert werden kann, indem sich das Fahrzeug um den Schwerpunkt 33 dreht. Der Schwerpunkt 33 kann eine statische Koordinate an dem Fahrzeug sein, die basierend auf einem unbeladenen Fahrzeug geschätzt wird. Als Alternative kann der Schwerpunkt 33 basierend auf der Besetzung geschätzt werden, beispielsweise mit Sitzsensoren, welche die Anwesenheit eines oder zweier Betreiber beschreiben. Als Alternative kann der Schwerpunkt 33 für ein Fahrzeug dynamisch ermittelt werden, indem beispielsweise Betriebseigenschaften des Fahrzeugs bei der Bewegung gemessen und ein anfänglich geschätzter Schwerpunkt 33 gemäß den gemessenen Betriebseigenschaften angepasst wird. Als Alternative kann die momentane Drehachse 31 für ein Fahrzeug basierend auf dem Komfort der Insassen des Fahrzeugs angepasst werden, indem beispielsweise die momentane Drehachse 31 so nahe wie möglich an dem Mittelpunkt des Insassen oder der Insassen festgelegt wird, um die wahrgenommene Beschleunigungskraft zu verringern, die der Betreiber durch die Drehung des Fahrzeugs erfährt. Wenn beispielsweise ein Insasse in dem Fahrzeug detektiert wird, kann festgelegt werden, dass sich das Fahrzeug um den Mittelpunkt des Sitzes des Insassen dreht, wodurch die Wahrnehmung des Insassen verringert oder beseitigt wird, zu einer Seite des Fahrzeugs geschoben zu werden, wenn die momentane Drehachse 31 an einem gewissen Punkt entfernt von dem Insassen angeordnet wäre.
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9 zeigt eine momentane Drehachse 31, die sowohl längs als auch quer in dem Fahrzeug verschoben ist, um eine gewünschte Bewegung des Fahrzeugs zu steuern. In Abhängigkeit von dem Winkel, unter dem die verschiedenen Räder in dem Fahrzeug orientiert sein können, kann die momentane Drehachse 31 in einem Fahrzeug an Orte außerhalb des Fahrzeugs gesteuert werden, um unkonventionelle Kurvenfahrmanöver zu bewirken, die mit herkömmlichen Radkonfigurationen nicht möglich sind. 10 zeigt ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung, das eine Kurvenfahrt basierend auf einer momentanen Drehachse ausführt, die außerhalb der Fahrzeugkontur angeordnet ist. Das Fahrzeug ist mit Rädern gezeigt, die derart orientiert sind, dass eine resultierende momentane Drehachse 31 vorne links bezüglich des Fahrzeugs angeordnet ist. Die Drehung dieses Fahrzeugs mit einer solchen momentanen Drehachse 31 schwenkt die Rückseite des Fahrzeugs nach rechts. Infolgedessen kann das Fahrzeug durch das gezeigte unkonventionelle Kurvenfahrmanöver zu einer gewünschten Fahrspur hin ausgerichtet werden, indem beispielsweise verfügbarer Raum auf der rechten Seite des Fahrzeugs verwendet wird, während der Freiraum bezüglich Objekten auf der linken Seite des Fahrzeugs aufrechterhalten wird. Ein solches Kurvenfahrmanöver, das von den Abmessungen des Fahrzeugs abhängt, könnte durch das Manöver zusätzlich ein schmaleres Profil des Fahrzeugs für die Kreuzung der Fahrspuren bieten, als dies ein Fahrzeug bieten würde, das in die Kreuzung eintritt und sich gemäß der Drehungshüllkurve, wie sie beispielsweise in 8 dargestellt ist, dreht.
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Die zuvor erwähnten Beispiele beschreiben Fahrzeuge, die einen gewünschten Ort einer momentanen Drehachse während einer Drehung oder eines Kurvenfahrmanövers beibehalten. Es ist jedoch einzusehen, dass der Ort der momentanen Drehachse während eines Kurvenfahrmanövers dynamisch verändert werden kann. Beispielsweise kann sich ein Fahrzeug in einer Situation befinden, in der mehrere Kurven und Hindernisse vorhanden sind, und es können verschiedene Kurvenfahrmanöver während der verschiedenen Abschnitte des Gesamtmanövers basierend auf den verschiedenen Kurven und Hindernissen, bezüglich derer navigiert werden muss, wünschenswert sein. Ferner können die Bedingungen und die Orte der Hindernisse während einer Dauer, in der das Fahrzeug ein Manöver durchläuft, dynamisch sein. Während des Gesamtmanövers können die Räder des Fahrzeugs basierend auf dem gegenwärtigen Kurvenfahrmanöver, das erforderlich ist, dynamisch orientiert werden.
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Die hierin beschriebenen Verfahren verbessern die Manövrierbarkeit eines Fahrzeugs bei niedriger Geschwindigkeit, indem der minimale Drehkreisdurchmesser im Vergleich zu anderen Fahrzeugausbildungen signifikant verringert wird. Diese Verfahren ermöglichen, dass Fahrzeuge einen kontinuierlichen Drehkreis bis hinunter zu dem geometrisch bestimmten minimalen Drehkreis erzielen. Die Manövrierbarkeit eines Fahrzeugs wird verbessert, indem die Kurvenfahrgeschwindigkeit oder Gierrate unabhängig von der Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs erhöht wird. Diese Unabhängigkeit ermöglicht einzigartige Fahrzeug-Wegverfolgungsfähigkeiten. Beispielsweise kann sich ein Fahrzeug, das gemäß dieser Offenbarung ausgestattet ist, ohne irgendeine Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung um 180° drehen. Ein anderes Beispiel betrifft das Fahrzeug-Wegmanagement während einer Kollision, um die absorbierte Gesamtenergie zu minimieren, indem die Längsbewegung entlang eines Weges des kleinsten Widerstandes in eine Drehbewegung umgewandelt wird.
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Während des Betriebs des Fahrzeugs kann ein gewünschtes Kurvenfahrmanöver ohne Schlupf bei niedriger Geschwindigkeit überwacht und verwendet werden, um das Fahrzeug gemäß den hierin beschriebenen Verfahren zu steuern. Ein solches gewünschtes Kurvenfahrmanöver ohne Schlupf bei niedriger Geschwindigkeit kann gemäß einer Anzahl von Verfahren ermittelt werden. Beispielsweise kann ein gewünschtes Kurvenfahrmanöver ohne Schlupf bei niedriger Geschwindigkeit basierend auf einem manuellen Kurvenfahrbefehl ausgelöst werden, wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb eines Schwellenwerts befindet, was einen akuten Wunsch des Fahrzeugbetreibers angibt, eine enge Kurve auszuführen. Ein solches Manöver ohne Schlupf bei niedriger Geschwindigkeit basierend auf einer manuellen Angabe kann einen Kurvenfahrmanövermodus ohne Schlupf bei niedriger Geschwindigkeit umfassen, der durch den Betreiber selektiv aktiviert oder deaktiviert werden kann. Gemäß einem anderen Beispiel kann ein gewünschtes Kurvenfahrmanöver ohne Schlupf bei niedriger Drehzahl als Teil eines geplanten Fahrweges für das Fahrzeug ermittelt werden. Wie oben beschrieben ist, sind Verfahren zur autonomen oder semi-autonomen Steuerung eines Fahrzeugs bekannt. Solche Verfahren können einen geplanten Weg des Fahrzeugs über eine gewisse vorhersehbare Zeit oder Fahrdistanz ergeben. Kurvenradien und zu vermeidende Hindernisse können anfänglich graphisch dargestellt und dynamisch aktualisiert werden, wenn das Fahrzeug entlang des geplanten Fahrweges voranschreitet. Ein gewünschtes Kurvenfahrmanöver ohne Schlupf bei niedriger Geschwindigkeit kann als Teil einer Erzeugung des geplanten Fahrweges ausgewählt werden, wenn beispielsweise eine außergewöhnlich enge Kurve erforderlich ist oder wenn nur ein enger Raum für das Fahrzeug zum Hindurchfahren verfügbar ist. Als Teil der Ermittlung eines geplanten Fahrwegs kann eine gewünschte Fahrzeug-Bewegungshüllkurve geplant werden, die eine Grundfläche beschreibt, die das Fahrzeug über den geplanten Fahrweg einnehmen wird, wobei beispielsweise die Geometrie des Fahrzeugs und die erwarteten Kurvenfahrmanöver über den geplanten Fahrweg berücksichtigt werden. Als Alternative können mehrere Kandidaten-Fahrzeugbewegungshüllkurven ermittelt werden, und es kann von diesen ausgewählt werden, um die gewünschte Fahrzeugbewegungshüllkurve für einen geplanten Fahrweg zu beschreiben. Über eine gewünschte Fahrzeugbewegungshüllkurve können entsprechende gewünschte momentane Drehachsen entlang des geplanten Fahrweges aufgetragen werden, und entsprechende Kurvenfahrmanöver ohne Schlupf bei niedriger Geschwindigkeit können entlang des geplanten Fahrweges aufgetragen werden. Eine Anzahl von Ausführungsformen zum Ermitteln eines gewünschten Kurvenfahrmanövers ohne Schlupf bei niedriger Geschwindigkeit sind vorgesehen.
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Die Bewegung von Fahrzeugen bezüglich eines gewünschten Orts einer momentanen Drehachse kann nützlich sein, um den Raum in einer städtischen Umgebung zu optimieren. Es kann beispielsweise in einer städtischen Umgebung wünschenswert sein, Fahrzeuge in einer Parkeinrichtung dicht zu parken. Indem die momentane Drehachse in Fahrzeugen gesteuert wird, können Kurvenfahrmanöver innerhalb der Parkeinrichtung in der Parkstruktur ausgeführt werden und die Notwendigkeit von breiten Fahrspuren in der Struktur weitgehend verringern. Zusätzlich kann eine automatisierte oder halbautomatisierte Steuerung von Fahrzeugen in der Struktur Fahrzeuge vorteilhafterweise durch dicht gepackte Anordnungen von Fahrzeugen in der Parkeinrichtung navigieren. V2I-Kommunikationen können eine autonome Verschiebung von Fahrzeugen in der Struktur ermöglichen, sogar während der Betreiber von dem Fahrzeug entfernt ist, um dichte Parkanordnungen in der Einrichtung unterzubringen. Bei solchen Manövern könnte ein steuerndes Computerprogramm in der Struktur Fahrzeuge bezüglich ihrer momentanen Drehachse herumdrehen, um beispielsweise das Entfernen eines Fahrzeugs zu ermöglichen, das anfänglich an einem Ort innerhalb der Anordnung blockiert ist.
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Die Verwendung eines Chassis, wie es in Verbindung mit 4 beschrieben ist, ermöglicht für das Fahrzeug eine Anzahl von Einstiegs- und Ausstiegsmöglichkeiten. Beispielsweise kann eine typische Türausbildung verwendet werden, bei der Türformen gewählt werden, um einen Kontrakt mit den Rädern 12 und 22 zu vermeiden, wobei die Türscharniere entlang eines vorderen vertikalen Randes des Fahrzeugs angeordnet sind. Bei einer alternativen Ausführungsform können die Türscharniere entlang eines oberen Randes der Seiten des Fahrzeugs angeordnet sein, wobei die Türen nach oben und weg von dem Fahrzeug öffnen. 11 zeigt eine Ausführungsform einer Türausbildung eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung mit Einstieg und Ausstieg durch die Front des Fahrzeugs. Die gezeigte Türausbildung umfasst ein Scharnier, das an der Oberseite der Tür angeordnet ist und die Oberseite und einen rückseitigen Abschnitt der Karosserie des Fahrzeugs verbindet. Eine Windschutzscheibe für die Innenseite des Fahrzeugs, um den Bereich vor dem Fahrzeug zu überblicken, ist in der gezeigten Tür umfasst. Eine solche Ausbildung kann einem Insassen einen leichteren Zugang zu den Sitzen des Fahrzeugs ermöglichen als Standard-Türausbildungen. Ferner ermöglichen die oben beschriebenen Verfahren zum Drehen eines Fahrzeugs, dass das Fahrzeug leicht geparkt wird und dem Straßenrand oder der Richtung einer beabsichtigten Bewegungsrichtung des aussteigenden Insassen zugewandt ist.
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Die hierin beschriebenen Verfahren können durch einen Betreiber manuell ausführbar sein oder durch ein Computerprogramm entweder in dem Fahrzeug oder als Teil eines Infrastruktursystems automatisch gesteuert werden. Die manuelle Ausführung durch den Betreiber kann viele Formen annehmen. Beispielsweise kann ein Fahrzeug als Standard derart arbeiten, dass es mit feststehenden Vorderrädern gedreht wird, einem Betreiber kann aber ein auswählbarer ”Modus für enge Kurvenfahrt” angeboten werden, um eine Anpassung der Orientierung des Fahrzeugs beim Stoppen oder bei Parkdrehungen auszuführen. Als Alternative kann eine visuelle Anzeige dem Betreiber ermöglichen, eine Standard-Drehungshüllkurve zu konfigurieren. Als Alternative kann das Fahrzeug ein Computerprogramm und Fahrzeugsensoren verwenden, um Umgebungsbedingungen und Objekte in der Nähe des Fahrzeugs zu lokalisieren, um Kurvenfahrmanöver und Radkonfigurationen dem Betreiber zur Auswahl vorzuschlagen. Automatisierte Park- und Fahrprogramme können betrieben werden, um Kurvenfahrmanöver basierend auf einem detektierten Fahrzeugort sowie Umgebungsbedingungen und Objekten in der Nähe des Fahrzeugs für den Betreiber auszuwählen. V2I-Kommunikationen können in einer Reihe von Situationen verwendet werden, um einer entfernten Controllereinrichtung zu ermöglichen, die Bewegung eines Fahrzeugs um bekannte Hindernisse herum oder Verkehrsmuster oder verschiedene Fahrzeuge bezogen aufeinander abzustimmen.
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Das oben beschriebene Fahrzeug kann eine Anzahl von Benutzerschnittstellen-Einrichtungsausbildungen verwenden, die von speziellen Anforderungen und Fähigkeit des beschriebenen Fahrzeugs abhängen. Beispielsweise kann eine Standardausbildung mit Lenkrad und zwei Pedalen verwendet werden, wobei eine Absicht, das Fahrzeug zu drehen oder eng um eine Kurve zu fahren, anhand einer niedrigen oder Null-Geschwindigkeit des Fahrzeug oder eines Grades der Drehung des Lenkrads abgeleitet werden kann. Druckknöpfe, Video-Berührbildschirme, Spracherkennung oder andere ähnliche Verfahren können verwendet werden, um den Betrieb des Fahrzeugs gemäß den hierin beschriebenen Verfahren zu aktivieren oder zu bestätigen. Die hierin verwendeten Verfahren können bei automatisierten Fahrzeuganwendungen verwendet werden, bei denen der Betreiber beispielsweise einfach einen Zielort auswählt und ein Computerprogramm in dem Fahrzeug oder in einem Infrastruktursystem das Fahrzeug gemäß den in der Technik bekannten Verfahren zu dem Zielort steuert.
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12 zeigt schematisch ein System zum Steuern eines Kurvenfahrmanövers bei niedriger Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Offenbarung. Ein System 100 umfasst ein Steuermodul 110 zum Ausführen einer Kurvenfahrt, ein Radorientierungssteuermodul 120 und ein Radmotorsteuermodul 130. Das Steuermodul 110 zum Ausführen der Kurvenfahrt überwacht die Fahrzeug-Längsgeschwindigkeit 101, Kurvenfahrbefehle 102 und eine Drehungshüllkurvenanforderung 103. Die Drehungshüllkurvenanforderung 103 kann Information umfassen, wie beispielsweise Fahrspurgeometrien, die Anwesenheit von detektierten Objekten oder nachverfolgten Fahrzeugen, oder die Drehungshüllkurvenanforderung 103 kann eine Ausgabe von einem separaten Modul sein, das eine solche Information verarbeitet und basierend auf der Verarbeitung spezielle Anweisungen für das Steuermodul 110 zum Ausführen der Kurvenfahrt ermittelt. Das Steuermodul 110 zum Ausführen der Kurvenfahrt gibt Befehle an das Radorientierungssteuermodul 120 aus, die eine gewünschte Radkonfiguration 111 umfassen, und das Radorientierungssteuermodul 120 erzeugt Radorientierungsbefehle 121, um Mechanismen zu steuern, welche die Orientierung jedes der einzeln steuerbaren Räder lenken und steuern. Zusätzlich gibt das Steuermodul zur Ausführung der Drehung Befehle an das Motorsteuermodul 130 aus, die ein gewünschtes Kurvenfahrmanöver 112 umfassen, und das Radorientierungssteuermodul 120 meldet einen Radorientierungszustand an das Radmotorsteuermodul 130. Beim Empfangen eines Zustands, der angibt, dass das Fahrzeug zum Ausführen des gewünschten Kurvenfahrmanövers konfiguriert ist, gibt das Radmotorsteuermodul 130 beispielhafte Radmotorbefehle 131 an die Mechanismen aus, die eine Antriebskraft gemäß dem gewünschten Kurvenfahrmanöver an die angetriebenen Räder liefern. Auf diese Weise kann eine Eingabe überwacht und verarbeitet werden, um ein gewünschtes Kurvenfahrmanöver zu steuern. Es ist einzusehen, dass die obigen Schritte in einem beispielhaften Modul für ein Kurvenfahrmanöver bei niedriger Geschwindigkeit ausgeführt werden können, wobei ein solches Modul als eine separate Einrichtung, als eine Unterfunktion einer Einrichtung mit anderen Prozessen oder über mehrere physikalische Einrichtungen verteilt existieren kann.
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13 zeigt einen Prozess zum Aktivieren eines Kurvenfahrmanövers bei niedriger Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Offenbarung. Ein solches Kurvenfahrmanöver bei niedriger Geschwindigkeit kann ein Kurvenfahrmanöver ohne Schlupf bei niedriger Geschwindigkeit umfassen, wie es hierin beschrieben ist. Der Prozess 200 beginnt bei Schritt 202. Bei Schritt 204 wird die Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs überwacht. Bei Schritt 206 wird die überwachte Geschwindigkeit mit einer Schwellenwert-Fahrzeuggeschwindigkeit verglichen. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit oberhalb der Schwellenwert-Fahrzeuggeschwindigkeit liegt, kehrt der Prozess zu Schritt 204 zurück, um die Fahrzeuggeschwindigkeit weiterhin zu überwachen. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb der Schwellenwert-Fahrzeuggeschwindigkeit liegt, fährt der Prozess bei Schritt 208 fort, bei dem ein Lenkbefehl überwacht wird. Bei Schritt 210 wird der Lenkbefehl mit einem Schwellenwert-Lenkbefehl verglichen, und es wird ermittelt, ob die befohlene Kurvenfahrt mittels kleinerer Anpassungen gemäß konventioneller Lenkverfahren ausgeführt werden kann oder ob die befohlene Drehung ein Kurvenfahrmanöver bei niedriger Geschwindigkeit rechtfertigt, das eine enge Drehungshüllkurve gemäß den hierin beschriebenen Verfahren umfasst. Wenn der Kurvenfahrbefehl einen Schwellenwert nicht erreicht, der ein Kurvenfahrmanöver bei niedriger Geschwindigkeit rechtfertigt, dann kehrt das System zu Schritt 204 zurück. Wenn der Kurvenfahrbefehl einen Schwellenwert erreicht, der ein Kurvenfahrmanöver bei niedriger Geschwindigkeit rechtfertigt, dann schreitet der Prozess zu Schritt 212 voran, bei dem der Betrieb des Fahrzeugs verändert wird, um eine eingezogene Konfiguration gemäß den hierin beschriebenen Verfahren zu aktivieren, um eine gewünschte Änderung der momentanen Drehachse des Fahrzeugs zu erreichen. Bei Schritt 214 werden Bedingungen außerhalb des Fahrzeugs überwacht, einschließlich von detektierten Objekten und der Fahrspurgeometrie in der Nähe des Fahrzeugs. Bei Schritt 216 werden Änderungen der Radorientierungskonfiguration basierend auf dem Lenkbefehl und den überwachten detektierten Objekten und der überwachten Fahrspurgeometrie befohlen.
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Fahrzeuge, welche die hierin beschriebenen Verfahren verwenden, können auf Standardfahrspuren mit anderen Fahrzeugen betrieben werden, die nicht auf ähnliche Weise die vorliegenden Verfahren verwenden. Es ist einzusehen, dass Vorteile realisiert werden können, wenn Fahrzeuge, die zum Betreiben der hierin beschriebenen Verfahren ausgestattet sind, zusammen in zugeordneten Fahrspuren verwendet werden, was engere Kurvenradien und schmalere Fahrspuren als bei herkömmlichem Verkehr ermöglicht.
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Radmotoren sind in der Technik bekannt und umfassen Elektromaschinen, die in der Lage sind, gespeicherte oder erzeugte elektrische Energie zu verwenden, um eine Antriebskraft an das verbundene Rad zu liefern. Als Alternative kann eine zentrale Elektromaschine oder eine Elektromaschine verwendet werden, bei der eine in der Technik bekannte Getriebeeinrichtung vorgesehen ist, die in der Lage ist, eine selektive Verbindung zwischen der Elektromaschine und den anzutreibenden Rädern herzustellen. Es sind Getriebeeinrichtungen bekannt, um umkehrbare Ausgangsdrehmomentrichtungen an einem Rad basierend auf einem gegebenen Eingangsdrehmoment des Getriebes selektiv zu umfassen. Eine Anzahl von Antriebsausbildungen wird in Betracht gezogen.
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Aufhängungseinrichtungen sind in einer Anzahl von Ausbildungen zur Verwendung an Rädern bekannt, wie beispielsweise bei den hierin beschriebenen Konfigurationen. Bei Konfigurationen, die feststehende Radorientierungen verwenden, kann eine Blattfederausgestaltung verwendet werden, um eine Stoßdämpfungsfunktion zu liefern und das Verhalten des Fahrzeugs gegenüber unebenen Straßenbedingungen zu unterstützen. Wenn ein Rad in einer vorderen Reihe von Rädern oder in einer hinteren Reihe von Rädern gelenkt werden kann, können bekannte Ausbildungen einschließlich von Stoßdämpfern verwendet werden. Eine Anzahl von bekannten Ausbildungen zum Bereitstellen einer Aufhängung für Räder eines Fahrzeugs wird in Betracht gezogen.
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Lenkmechanismen zur Verwendung in den hierin beschriebenen Fahrzeugen werden in einer Anzahl von bekannten Ausbildungen in Betracht gezogen. Beispielsweise kann eine Lenkung durch die Verwendung einer hydraulischen Lenkpumpe oder von Pumpen hergestellt werden, die mit Kolben steuerbar verbunden sind, die einzelne Räder oder Gruppen von Rädern gemäß dem hierin beschriebenen Verfahren betätigen. Bei einer beispielhaften Ausbildung könnten die Vorderräder mit einem einzelnen Kolben verbindbar gesteuert werden, wobei der Kolben einen gemeinsamen Winkel für das Einziehen beider Vorderräder antreibt. Bei einer anderen Ausbildung können Elektromotoren oder Servolenkungen verwendet werden, um einige oder alle Räder gemäß den in der Technik bekannten Verfahren zu lenken. Eine Anzahl von Lenkausbildungen wird in Betracht gezogen.
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Bremsmechanismen zur Verwendung in den hierin beschriebenen Fahrzeugen werden in einer Anzahl von bekannten Ausbildungen in Betracht gezogen. Beispielsweise sind Scheibenbremsen ein bevorzugtes Verfahren, wobei Bremsrotoren und Bremskissen bei den bekannten Ausbildungen verwendet werden können, um eine Bremskraft auf die Räder des Fahrzeugs auszuüben. Trommelbremsen sind eine andere Form einer in der Technik bekannten Bremseinrichtung. Zusätzlich können die Elektromaschine oder -maschinen des Fahrzeugs rückwärts oder als regenerative Bremsen betrieben werden und die mechanische Energie bei dem Bremseinsatz umwandeln, um Energie an die Energiespeichereinrichtung des Fahrzeugs zu liefern. Zusätzlich kann eine Kombination dieser Verfahren verwendet werden. Antiblockier-Bremsverfahren und Kontrollverfahren für die horizontale Stabilität können verwendet werden, wie sie in der Technik bekannt sind. Es ist einzusehen, dass eine Anzahl von besten Bremspraktiken in der Technik bekannt ist und dass diese verwendet werden können, um das Bremsen des Fahrzeugs zu verbessern. Eine Anzahl von Bremsausbildungen wird in Betracht gezogen.
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Ein Fachmann wird einsehen, dass Allradlenksysteme bekannt sind, einschließlich von Verfahren, bei denen Vorder- und Hinterräder in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit abgestimmt werden. Bei einer beispielhaften Ausbildung sind die Vorderräder und die Hinterräder bei niedrigen Geschwindigkeiten in entgegengesetzte Richtungen orientiert, um das Parken zu vereinfachen. Wenn beispielsweise beide Vorderräder nach links zeigen, dann zeigen beide Hinterräder nach links. Bei derselben Ausbildung zeigen alle Räder bei hohen Geschwindigkeiten in dieselbe Richtung, um Spurwechsel zu vereinfachen. Bei einigen beispielhaften Verfahren wird die Orientierung der Räder bei diesen Manövern durch Anwendung einer geschwindigkeitsabhängigen Verstärkung gesteuert, wobei ein Satz von Rädern unabhängig gesteuert wird und der andere Satz von Rädern abhängig unter Verwendung der Verstärkung gesteuert wird. Es ist einzusehen, dass diese Verfahren austauschbar mit den hierin beschriebenen Verfahren, was von dem durch den Betreiber gewünschten Manöver abhängt, oder geeignet basierend auf den Zusammenhang des Fahrzeugbetriebs und der Umgebung des Fahrzeugs verwendet werden können.
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Steuermodul, Modul, Controller, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Ausdrücke meinen einen beliebigen geeigneten oder verschiedene Kombinationen von einem oder mehreren von einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis bzw. anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen (ASIC), einer elektronischen Schaltung bzw. elektronischen Schaltungen, einer zentralen Verarbeitungseinheit bzw. zentralen Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise ein Mikroprozessor bzw. Mikroprozessoren) und einem zugeordneten Speicher (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Arbeitsspeicher, Festplatte usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, einer Schaltung der Kombinationslogik bzw. Schaltungen der Kombinationslogik, einer Eingabe/Ausgabeschaltung bzw. Eingabe/Ausgabeschaltungen und -Einrichtungen, einer geeigneten Signalkonditionierungs- und Pufferschaltung und anderen geeigneten Komponenten, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Ein Steuermodul kann einen Satz von Steueralgorithmen aufweisen, die residente Softwareprogrammanweisungen und Kalibrierungen umfassen, die in dem Speicher gespeichert sind und ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Die Algorithmen werden vorzugsweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt. Die Algorithmen werden beispielsweise durch eine zentrale Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen dazu, Eingaben von Detektionseinrichtungen und anderen Netzwerk-Steuermodulen zu überwachen, und sie führen Steuer- und Diagnoseroutinen aus, um den Betrieb von Aktuatoren zu steuern. Die Schleifenzyklen können während des laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, beispielsweise jede 3,152, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden. Alternativ können die Algorithmen in Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
