DE102010026403A1

DE102010026403A1 - Verfahren zum Beeinflussen des Kurvenverhaltens eines Kraftwagens, Steuervorrichtung zur Beeinflussung des Kurvenfahrverhaltens eines Kraftwagens sowie Kraftwagen mit einer solchen Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE102010026403A1
Application number: DE201010026403
Authority: DE
Inventors: Dr. Sagefka Michael; Bodo Kleickmann
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2010-07-07
Publication date: 2012-01-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beeinflussen des Kurvenfahrverhaltens eines Kraftwagens (10) mittels einer Steuervorrichtung (24), wobei das Drehmoment zumindest eines Antriebsrades (16a, 16b, 18a, 18b) von der Steuervorrichtung (24) wenigstens in einem vorbestimmten Intervall für Werte der Querbeschleunigung (ay) des Kraftwagens (10) mit zu der Querbeschleunigung (ay) festgelegten Werten eingestellt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Steuervorrichtung (24) zur Beeinflussung des Kurvenfahrverhaltens eines Kraftwagens (10), welche dazu ausgelegt ist, das Drehmoment zumindest eines Antriebsrades (16a, 16b, 18a, 18b) wenigstens in einem vorbestimmten Intervall für Werte der Querbeschleunigung (ay) des Kraftwagens (10) mit zu der Querbeschleunigung (ay) festgelegten Werten einzustellen. Schließlich betrifft die Erfindung auch noch einen Kraftwagen (10) mit einer solchen Steuervorrichtung (24).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beeinflussen des Kurvenfahrverhaltens eines Kraftwagens mittels einer Steuervorrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Steuervorrichtung zur Beeinflussung des Kurvenfahrverhaltens eines Kraftwagens. Schließlich betrifft die Erfindung auch noch einen Kraftwagen mit einer solchen Steuervorrichtung.
Das Fahrverhalten eines Kraftwagens bei Kurvenfahrt wird durch das sogenannte Eigenlenkverhalten maßgeblich bestimmt. Es beeinflusst die Querdynamik des Kraftwagens unter dem Einfluss von Beschleunigungen, z. B. von Fliehkräften. Insbesondere Serienfahrzeuge für den Massenmarkt sind gewöhnlich leicht untersteuernd ausgelegt. Unter untersteuerndem Fahrverhalten versteht man, dass der tatsächlich vom Kraftwagen gefahrene Kurvenradius größer ist als jener, der durch den Lenkeinschlag zu erwarten gewesen wäre. Der Kraftwagen schiebt dann über die Vorderräder in einer Kurve nach außen. Das untersteuernde Verhalten und damit die Tendenz zum Geradeauslauf können ferner dadurch verstärkt werden, dass das kurveninnere, langsamere Rad mehr Antriebsmoment ausübt als das schnellere, kurvenäußere Rad. Dies kann nach dem Stand der Technik mechanisch über ein Sperrdifferential erreicht werden. Die Lenkcharakteristik des Kraftwagens wird folglich nicht nur durch den Radeinschlag, sondern auch durch die Verteilung der Drehmomente an den Antriebsrädern beeinflusst.
Unter Übersteuern versteht man dagegen, dass der tatsächlich gefahrene Kurvenradius kleiner ist als jener, der durch den vom Fahrer vorgegebenen Lenkeinschlag bewirkt werden sollte. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn in extremen Fahrsituationen das Heck des Kraftwagens ausbricht.
Zur Erhöhung der Fahrstabilität in dynamischen Fahrsituationen (z. B. Spurwechsel, Lastwechsel, Veränderung des Reibwertes etc.) werden sogenannte passive Fahrwerke eines Kraftwagens in der Regel leicht untersteuernd ausgelegt. Ein für den Normalfahrer nur schwer zu beherrschendes Übersteuern des Fahrzeugs wird dadurch vermieden bzw. abgemildert.
Um das Fahrverhalten eines Kraftwagens aktiv zu beeinflussen, ist es im Fahrwerksbereich nach dem Stand der Technik darüber hinaus bekannt, mittels sogenannter Torque-Vectoring-Systeme Antriebsmomente an den Rädern des Kraftwagens aktiv zu verteilen. Durch diese elektronische Steuerung kann die Stärke des Drehmoments an den einzelnen Antriebsrädern des Kraftwagens variabel verteilt werden.
Darüber hinaus sind auch elektronisch gesteuerte Systeme bekannt, bei denen der Radlenkwinkel aktiv über Aktuatoren eingestellt wird:
So ist aus der DE 10 2005 004 523 A1 ein Verfahren bekannt, mit dem sich die Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs durch eine automatische Steuerung der Gierrate beeinflussen lässt. Anhand von Zustandsgrößen, die im Betrieb des Fahrzeugs ermittelt werden, wird eine Soll-Gierrate bestimmt. Die Ist-Gierrate wird dann in Richtung der Soll-Gierrate verändert, indem ein zuvor berechneter Lenkeinschlagwinkel dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkeinschlagwinkel überlagert wird. Die Kontrolle dieses Zusatzradwinkels durch die Steuervorrichtung verbessert das Eigenlenkverhalten des Fahrzeugs.
Die DE 10 2004 020 074 A1 beschreibt ein Kraftfahrzeug mit aktiv lenkbaren Hinterrädern, die im Fahrbetrieb ein passiv untersteuerndes Eigenlenkverhalten aufweisen. In extremen Fahrsituationen kann das Untersteuern weiter aktiv verstärkt werden. Hierzu wird der Lenkeinschlag für die Hinterräder so verändert, dass er zumindest geringer als im Falle des Eigenlenkens wird oder sogar demjenigen der Vorderräder entgegen gerichtet ist.
Aus der DE 10 2007 019 698 A1 ist ein mathematisches Fahrzeugmodell bekannt, das es erlaubt, die Fahrbewegung eines Fahrzeugs elektrisch zu unterstützen. Insbesondere kann aus den von Sensoren bereitgestellten Eingangsgrößen eine Gierrate bestimmt und über einen Lenkregler aktiv beeinflusst werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, das Kurvenfahrverhalten eines Kraftwagens zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, welches die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist, eine Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 sowie einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt eine Steuervorrichtung, um das Kurvenfahrverhalten eines Kraftwagens aktiv zu beeinflussen. In einem vorbestimmten Intervall für Werte der Querbeschleunigung des Kraftwagens wird hierbei das Drehmoment wenigstens eines Antriebsrades des Kraftwagens von der Steuervorrichtung eingestellt. Die Einstellung erfolgt so, dass zu jedem Wert der Querbeschleunigung im vorbestimmten Intervall ein festgelegter Wert des Drehmoments gehört.
Wenn ein Kraftwagen von einer geradlinigen Bewegung abweicht, z. B. dann, wenn ein Fahrzeugführer einen Lenkeinschlag vorgibt, erfährt der Kraftwagen eine Querbeschleunigung. Bei einem passiven Fahrzeug, also einem Fahrzeug ohne das erfindungsgemäße aktive Einstellen des Drehmoments, korreliert der vom Fahrer zu wählende Radlenkwinkel mit der Querbeschleunigung in einer Art und Weise, die durch den speziellen Aufbau des Kraftwagens vorgegeben ist. Normalerweise muss dann der Radlenkwinkel umso größer gewählt werden, je größer die Querbeschleunigung ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann nun von dieser baulich bedingten Korrelation abgewichen werden, indem die an einzelnen Rädern ansetzenden Antriebskräfte variabel eingestellt werden. Hierbei wird das Drehmoment zumindest eines Antriebsrades von der Steuervorrichtung eingestellt. Es kann aber auch das Drehmoment mehrerer oder aller Antriebsräder eingestellt werden. Insbesondere kann die Steuervorrichtung die Drehmomentdifferenz zweier Räder einer Achse aktiv regeln. An einer solchen Achse sitzen beispielsweise zwei Räder, nämlich ein linkes Rad und ein rechtes Rad. Dann kann beispielsweise bei einer Linkskurve das am linken Rad ansetzende Drehmoment geringer gewählt werden, als das am rechte Rad ansetzende Drehmoment. Dann wird einer Tendenz des Fahrzeugs zum Untersteuern aktiv entgegengewirkt. Es ist jedoch auch möglich, bei einer Linkskurve das Drehmoment des linken Rades größer zu wählen als das des rechten Rades. Dann wird das untersteuernde Verhalten des Kraftwagens aktiv unterstützt. Die Antriebsräder, deren Drehmomente eingestellt werden, können mit den Rädern übereinstimmen, deren Radlenkwinkel (z. B. durch den Fahrzeugführer) verändert wird, um eine Kurvenfahrt des Kraftwagens einzuleiten. Sie können jedoch auch von den lenkbaren Rädern verschieden sein. So kann beispielsweise ein Schräglauf durch Einstellen der Winkelpositionen der Vorderräder erfolgen, während die Drehmomente der hinteren Antriebsräder von der Steuervorrichtung geregelt werden. Bei einem Fahrzeug mit Allradantrieb hat man z. B. vier Antriebsräder, von denen lediglich zwei bezüglich ihres Radlenkwinkels eingestellt werden. Um hier das Kurvenfahrverhalten zu beeinflussen, kann die Steuervorrichtung die Drehmomente aller vier Antriebsräder aktiv steuern.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere bei Neigung eines Fahrzeugs zum Untersteuern ein Ausgleich bewirkt werden. Anders ausgedrückt ist es also möglich, ein Eigenlenkverhalten zu erzielen, welches einem neutralen Eigenlenkverhalten ähnlicher ist. Es kann insbesondere auch (zumindest in einem bestimmten Intervall für Werte der Querbeschleunigung) ein neutrales Eigenlenkverhalten erreicht werden. Dann muss der Radlenkwinkel auch bei zunehmender Geschwindigkeit und folglich zunehmender Querbeschleunigung des Kraftwagens bei stationärer Kreisfahrt nicht nachgeführt werden, da die Tendenz des Fahrwerks zum Untersteuern durch die Drehmomenteinstellung kompensiert wird.
Durch die aktive Verteilung von Antriebsmomenten kann gezielt auf dynamische Fahrsituationen reagiert und so die Fahrstabilität erhöht werden. Gleichermaßen ist eine Minimierung des Lenkaufwands und eine Maximierung der Querbeschleunigung insbesondere in stationären Fahrzuständen erreichbar. Der Lenkaufwand für den Fahrer wird reduziert.
Vorzugsweise stellt die Steuervorrichtung das Drehmoment des zumindest einen Antriebsrades unter Verwendung eines linearen Gleichungssystems ein. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung die Drehmomentdifferenz zweier Antriebsräder einer Achse proportional zur Querbeschleunigung variieren. Bewegt sich ein Kraftwagen entlang einer Kreisbahn mit konstantem Radius und verdoppelt er seine Geschwindigkeit, vervierfacht sich die auf ihn wirkende Querbeschleunigung. Wird dann auch die Drehmomentdifferenz der Antriebsräder einer Achse vervierfacht, kann (bei nicht zu hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten) erreicht werden, dass der Radlenkwinkeleinschlag nicht nachgeführt werden muss, sondern konstant beibehalten werden kann.
Dies ist nur ein Beispiel. Es sind viele verschiedene Ausführungsformen denkbar, bei denen die Steuervorrichtung das wenigstens eine Drehmoment einem linearen Modell folgend einstellt.
Lineare Gleichungen sind einfach zu lösen und lassen sich unkompliziert in der Steuervorrichtung implementieren. Sie sind zweckmäßig, da der Lenkwinkel eines passiven Fahrzeugs bei stationärer Kreisfahrt proportional mit der Querbeschleunigung variiert. Dieser linear mit der Querbeschleunigung zunehmende Radlenkwinkel kann dann einfach und unkompliziert durch eine linear mit der Querbeschleunigung zunehmende Drehmomentdifferenz an den Antriebsrädern einer Achse ausgeglichen werden, um ein neutrales Eigenlenkverhalten zu erzielen.
Bevorzugt ist es ferner, dass das Drehmoment an dem zumindest einen Antriebsrad so eingestellt wird, dass der Radlenkwinkel mit der Querbeschleunigung in einem linearen Zusammenhang steht. Dieser lineare Zusammenhang ist zumindest in einem vorbestimmten Intervall für Werte der Querbeschleunigung gegeben. Für nicht zu hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten muss bei Kurvenfahrt mit konstantem Radius der Radlenkwinkel proportional zur Querbeschleunigung nachgeführt werden, wenn sich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs erhöht. Eine geeignete Variation des Drehmoments mit der Querbeschleunigung erlaubt dann, dass dieser im passiven Fahrzeug gegebene lineare Zusammenhang qualitativ bestehen bleibt, jedoch bezüglich seiner Steigung abgeschwächt wird. Das bedeutet, dass der Radlenkwinkel zwar weiterhin proportional zur Querbeschleunigung erhöht werden muss, jedoch in geringerem Maße als dies bei einem passiven Fahrzeug der Fall ist. Je weniger der Radlenkwinkel hierbei der Querbeschleunigung nachgeführt werden muss, desto mehr nähert man sich dem Ideal eines Fahrzeugs mit vollständig neutralem Eigenlenkverhalten an.
Es ist deshalb besonders bevorzugt, das Drehmoment des zumindest einen Antriebsrades von der Steuervorrichtung so einstellen zu lassen, dass der Radlenkwinkel in dem vorbestimmten Intervall für Werte der Querbeschleunigung bei konstantem Kurvenradius des Kraftwagens konstant ist. Nimmt die Geschwindigkeit eines Kraftwagens und damit seine Querbeschleunigung zu, bleibt der Kurvenradius genau dann konstant, wenn auch der Radlenkwinkel unverändert beibehalten wird. Das Lenkverhalten des Kraftwagens ist in diesem Fall besonders direkt, d. h. der vom Fahrzeugführer gewählte und eingeschlagene Radlenkwinkel führt genau auf den Kurvenradius, der diesem Lenkeinschlag entspricht. Weder ein Unter- noch ein Übersteuern des Kraftwagens findet statt. Es ist ein neutrales Eigenlenkverhalten des Kraftwagens erzielt und dem Fahrzeugführer ist es möglich, die Querdynamik des Kraftwagens über seine Lenkvorgaben unmittelbar zu beeinflussen. Die erreichbaren Querbeschleunigungen werden so maximiert und der Lenkaufwand für den Fahrer minimiert. Die Fahrdynamik ist insgesamt verbessert.
Vorzugsweise berücksichtigt die Steuervorrichtung für die Einstellung des Drehmoments des zumindest einen Antriebsrades eine oder mehrere Eingangsgrößen. Die Drehmomente der Antriebsräder werden dann in Abhängigkeit dieser Eingangsgrößen geeignet eingestellt, um das Kurvenfahrverhalten des Kraftwagens zu beeinflussen. Vorzugsweise handelt es sich deshalb um Eingangsgrößen, welche in der Lage sind, die Kurvenfahrt bzw. die Querdynamik eines Kraftwagens zu charakterisieren. Dies können sein: ein Radlenkwinkel des Kraftwagens und/oder die Geschwindigkeit des Kraftwagens und/oder die Längsbeschleunigung des Kraftwagens und/oder die Querbeschleunigung des Kraftwagens und/oder die Gierrate des Kraftwagens. Diese Eingangsgrößen können z. B. von Sensoren im Kraftwagen gemessen werden und der Steuervorrichtung zur Verfügung gestellt werden. In diesem Fall kann die Steuervorrichtung insbesondere auch als Regelvorrichtung fungieren und die Drehmomente flexibel an die momentan herrschenden Fahrbedingungen anpassen.
Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn der Radlenkwinkel δ sowie die Geschwindigkeit v als Eingangsgrößen für die Steuervorrichtung zur Einstellung einer Drehmomentdifferenz ΔM zweier Antriebsräder derselben Achse dienen. Die Drehmomentdifferenz ΔM ist dann die von der Steuervorrichtung ausgegebene Stellgröße für das Beeinflussen des Kurvenfahrverhaltens des Kraftwagens. Die Drehmomentdifferenz ΔM kann aus den beiden Eingangsgrößen δ und v gemäß der Gleichung
in der Steuervorrichtung bestimmt werden. Hierbei ist I ein Abstand zwischen zwei Achsen, der sogenannte Radstand; C_Mz ein Umrechnungsfaktor zwischen Giermoment und Drehmomentdifferenz ΔM; K ein Faktor als Maß für das Ausmaß der gewünschten Beeinflussung des Lenkverhaltens (K = 0 bedeutet keine Beeinflussung des Eigenlenkverhaltens; K = 1 bedeutet eine Beeinflussung des Eigenlenkverhaltens dergestalt, dass ein ideal neutrales Eigenlenkverhalten erreicht ist); und EG_ist eine für den Kraftwagen spezifische Größe, die dessen Lenkverhalten charakterisiert (Eigenlenkgradient). Diese Gleichung hängt von wenigen Größen ab und ist damit sehr einfach zu lösen. Insbesondere werden lediglich zwei Eingangsgrößen (v und δ) benötigt. Diese Größen lassen sich durch einfache und kostengünstige Sensoren messen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Steuervorrichtung zur Beeinflussung des Kurvenfahrverhaltens eines Kraftwagens, welche dazu ausgelegt ist, das Drehmoment zumindest eines Antriebsrades wenigstens in einen vorbestimmten Intervall für Wert der Querbeschleunigung des Kraftwagens mit zu der Querbeschleunigung festgelegten Werten einzustellen. Die Erfindung betrifft auch einen Kraftwagen mit einer solchen Steuervorrichtung.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Steuervorrichtung sowie den erfindungsgemäßen Kraftwagen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen wie auch die in der Figurenbeschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen und/oder die in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf einen Kraftwagen mit einem von Null verschiedenen Radlenkwinkel an der Vorderachse;
2 einen schematischen Verlauf des Radlenkwinkels in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung für einen Kraftwagen bei stationärer Kreisfahrt, dessen Kurvenfahrverhalten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beeinflusst wird;
3 eine schematische Darstellung der zeitlichen Verläufe von Drehmomentdifferenz ΔM, Radlenkwinkel δ und Geschwindigkeit v; und
4 ein Blockschaltbild mit den von der Steuervorrichtung verwerteten Eingangsgrößen und der von ihr ausgegebenen Stellgröße ΔM.
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Kraftwagen 10 mit einer Frontseite 12 und mit vier Rädern 16a, 16b, 18a und 18b. An einer Vorderachse 14a befinden sich ein linkes Vorderrad 16a und ein rechtes Vorderrad 16b. Analog hierzu sind an einer Hinterachse 14b ein linkes Hinterrad 18a und ein rechtes Hinterrad 18b befestigt. Der Abstand zwischen den beiden Achsen 14a und 14b wird als Radstand I bezeichnet. Der Kraftwagen 10 wird im Ausführungsbeispiel über die Hinterräder 18a und 18b angetrieben und bewegt sich auf einem ebenen Untergrund mit der Geschwindigkeit v in die jeweils momentan vom Geschwindigkeitsvektor 22 vorgegebene Richtung. Die Hinterräder 18a und 18b sind parallel zum Geschwindigkeitsvektor 22 gestellt und würden für sich genommen eine Geradeausfahrt des Kraftwagens 10 veranlassen. Die Vorderräder 16a und 16b dagegen erfahren durch die Lenkbewegung des Fahrzeugführers einen Lenkeinschlag, so dass das linke Vorderrad 16a gegenüber der Richtung des Geschwindigkeitsvektors 22 einen Radlenkwinkel δ einnimmt.
Der Radlenkwinkel δ erzwingt eine Kurvenfahrt des Kraftwagens 10 nach links, wobei der Kraftwagen 10 bei konstantem Radlenkwinkel δ einen Kreis mit konstantem Radius durchfährt. Der Geschwindigkeitsvektor 22 steht dann tangential an diesem Kreis. Auf seiner Kreis- bzw. Kurvenfahrt dreht sich der Kraftwagen 10 effektiv um seine Hoch- bzw. Gierachse 20 mit einer Winkelgeschwindigkeit, welche durch die Gierrate gegeben ist. Auf seiner Kurvenbahn erfährt der Kraftwagen 10 eine Zentripetal- bzw. Querbeschleunigung und wir durch Seitenführungskräfte der Räder 16a, 16b, 18a und 18b in der Kurve gehalten.
Im Ausführungsbeispiel der 1 umfasst der Kraftwagen 10 darüber hinaus eine Steuervorrichtung 24, welche die Drehmomentdifferenz ΔM der Hinterräder 18a und 18b aktiv festlegt. Das an dem linken Hinterrad 18a ansetzende Drehmoment kann flexibel gegenüber dem am rechten Hinterrad 18b ansetzenden Drehmoment eingestellt werden. Im Ausführungsbeispiel durchfährt der Kraftwagen 10 eine Linkskurve. Deshalb erfolgt die Einstellung so, dass am linken Hinterrad 18a ein geringeres Drehmoment ansetzt als am rechten Hinterrad 18b. Dadurch lässt sich ein neutrales Fahrverhalten erreichen. Obwohl der Kraftwagen 10 aufgrund der unterschiedlichen Radlenkwinkel der Vorderräder 16a, 16b und Hinterräder 18a, 18b eigentlich untersteuernd reagieren sollte, erlaubt die aktive Einstellung der Drehmomentdifferenz an den Hinterrädern 18a und 18b das untersteuernde Fahrverhalten auszugleichen bzw. zu kompensieren. Der tatsächliche Kurvenradius, den der Kraftwagen 10 durchfährt, entspricht dann dem durch den Radlenkwinkel δ vorgegebenen Kurvenradius. Der Kraftwagen 10 verhält sich so, als wäre der Radlenkwinkel an Vorder- und Hinterrädern identisch.
Im Diagramm der 2 ist der Radlenkwinkel δ als Funktion der Querbeschleunigung a_y des Kraftwagens 10 dargestellt. Die strich-punktierte Kurve K1 charakterisiert das Eigenlenkverhalten eines passiven Kraftwagens, d. h. eines Kraftwagens ohne aktive Verteilung der Drehmomente auf die Antriebsräder. Die durchgezogene Linie K2 gehört zu einem Kraftwagen, dessen Eigenlenkverhalten über die Drehmomente an den Antriebsrädern geregelt wird. Die gepunktete Linie K3 ist parallel zur Achse der Querbeschleunigung a_y und charakterisiert ein neutrales Eigenlenkverhalten. Das schematische Diagramm gilt für einen Kraftwagen bei stationärer Kreisfahrt; d. h. der Kraftwagen fährt auf ebener Fahrbahn entlang einer Kreislinie eines Kreises mit konstantem Radius. Hierbei ändert sich der Kreisradius auch dann nicht, wenn sich die Geschwindigkeit des Kraftwagens verändert.
Es sei zunächst die Kurve K3 beschrieben, welche ein neutrales Eigenlenkverhalten des Kraftwagens charakterisiert. Der Kraftwagen bewegt sich auf der Kreisbahn mit einer bestimmten Geschwindigkeit v, wobei der Radius dieser Kreisbahn durch den Radlenkwinkel δ vorgegeben ist. Wird nun die Geschwindigkeit v des Kraftwagens gesteigert, erhöht sich auch dessen Querbeschleunigung a_y (a_y ist proportional zu v²). Im Falle eines neutralen Eigenlenkverhaltens muss der Radlenkwinkel δ der steigenden Querbeschleungigung a_y nicht angepasst werden, um den Kurvenradius konstant zu halten. Das Eigenlenkverhalten des Fahrzeugs ist durch den fahrzeugspezifischen Eigenlenkgradienten EG_ist charakterisiert. Der Eigenlenkgradient EG_ist ist die Ableitung des Radlenkwinkels δ nach der Querbeschleunigung a_y: EG_ist = dδ/da_y. Für ein Fahrzeug mit ideal neutralem Eigenlenkverhalten ist der Eigenlenkgradient EG_ist für alle Werte der Querbeschleunigung a_y konstant gleich Null: EG_ist = 0.
Ein passiver Kraftwagen, d. h. ein Kraftwagen ohne aktive Steuerung der Drehmomente seiner Räder, untersteuert bei nicht zu hohen Geschwindigkeiten v. Der Radlenkwinkel δ eines solchen Fahrzeugs muss mit der Querbeschleunigung a_y ansteigen, wenn das Fahrzeug die momentane Kreisbahn nicht verlassen soll. Für kleine Werte der Querbeschleunigung a_y nimmt hierbei der Radlenkwinkel δ proportional mit der Querbeschleunigung a_y zu. Die Steigung der sich ergebenden Geraden K1a ist im sogenannten linearen Bereich konstant. Das heißt, dass der Eigenlenkgradient größer Null und dabei konstant ist: EG_ist = konst. > 0. Wird der lineare Querbeschleunigungsbereich verlassen, steigt der erforderliche Radlenkwinkel δ progressiv an. Dieses Verhalten ist durch den Kurvenverlauf K1b im nichtlinearen Bereich für große Werte der Querbeschleunigung a_y gegeben. Der Eigenlenkgradient ist in diesem Bereich immer noch größer Null, wächst jedoch mit der Querbeschleunigung a_y stark an.
Der schematische Verlauf der Kurve K2 gehört schließlich zu einem Kraftwagen, dessen Eigenlenkverhalten aktiv so beeinflusst wird, dass es im linearen Bereich neutral ist. Durch die aktive Verteilung der Antriebsmomente wird erreicht, dass der Kurvenabschnitt K2a im linearen Bereich mit dem Verlauf der Kurve K3 übereinstimmt. Der Radlenkwinkel δ muss dann der zunehmenden Querbeschleunigung a_y nicht angepasst werden. Das eigentlich untersteuernde Verhalten des Kraftwagens 10 wird durch die flexible Variation der Drehmomente an den Antriebsrädern 18a und 18b kompensiert. Hierzu wird am rechten Hinterrad 18b ein größeres Drehmoment gewählt als am linken Hinterrad 18a. Erst im nichtlinearen Bereich muss der Radlenkwinkel erhöht werden, um den Kurvenradius beizubehalten. Durch diese Erhöhung des Radlenkwinkels wird dem Fahrer die Annäherung an den Grenzbereich signalisiert. Die von der Steuervorrichtung 24 vorgegebene Drehmomentdifferenz ΔM zwischen linkem und rechtem Hinterrad ist zu klein, als dass das untersteuernde passive Fahrzeugverhalten ausgeglichen werden könnte. Um bei diesen hohen Geschwindigkeiten und damit Querbeschleunigungen a_y den konstant Kurvenradius weiter zu fahren, muss der Radlenkwinkel δ nachgeführt, d. h. erhöht werden. Dies ist im Kurvenabschnitt K2b der Fall. Die maximal erreichbare Querbeschleunigung a_y wird hierbei gegenüber dem passiven Fahrzeug gesteigert (vgl. Kurvenabschnitt K1b mit K2b).
Die Steuervorrichtung ist so ausgelegt, dass im linearen Bereich nicht nur ausschließlich ein neutrales Eigenlenkverhalten erzielbar ist. Der Kurvenabschnitt K2a muss dann keine zu Null identische Steigung aufweisen. Die Drehmomentdifferenz ΔM kann vielmehr flexibel so eingestellt werden, dass sich zu K2a analoge Kurvenabschnitte ergeben, deren Steigung zwischen Null und der Steigung liegt, die zum passiven Fahrzeug gehört (Kurvenabschnitt K1a).
Im Ausführungsbeispiel erfolgt die aktive Einstellung der Drehmomentdifferenz ΔM an der Hinterachse 14b. Alternativ hierzu kann von der Steuervorrichtung 24 jedoch auch die Drehmomentdifferenz ΔM der Vorderräder 16a und 16b eingestellt werden, wenn diese Räder Antriebsräder sind. Bei einem Kraftwagen 10 mit Allradantrieb können die Drehmomente auch variabel zwischen allen Antriebsrädern verteilt werden.
3A zeigt schematisch einen zeitlichen Verlauf der Drehmomentdifferenz ΔM in Abhängigkeit der Eingangsgrößen Radlenkwinkel δ (3B) und Fahrzeuggeschwindigkeit v (3C). Die Skalierung der Zeitachsen t ist in den 3A bis 3C identisch, so dass eine zeitliche Änderung einer Größe in einer der Figuren direkt mit der zeitlichen Änderung einer anderen Größe in einer der anderen Figur verglichen werden kann. Zunächst ist der Radlenkwinkel δ gleich Null, so dass von der Steuervorrichtung auch die Drehmomentdifferenz ΔM identisch Null gewählt wird (vgl. 3B mit 3A). Lenkt der Fahrer bei konstanter Geschwindigkeit v (siehe 3C) in die Kurve ein, steigt die von der Steuervorrichtung 24 berechnete Drehmomentdifferenz ΔM mit dem Radlenkwinkel δ an (vgl. 3B mit 3A). Beschleunigt der Fahrer, erhöht sich die Fahrzeuggeschwindigkeit v (3C) und damit ebenfalls die berechnete Drehmomentdifferenz ΔM (vgl. 3C mit 3A). Die hier aus Gründen der Übersichtlichkeit zeitlich getrennte Darstellung von Fahrzeuggeschwindigkeit- und Radlenkwinkelveränderung kann sich im Fahrbetrieb auch zeitlich überlagern. Lenkt der Fahrer schließlich so zurück, dass sich ein Radlenkwinkel δ = 0° ergibt, wird auch die Drehmomentdifferenz ΔM auf Null Newton-Meter zurückgestellt.
Im Folgenden wird eine mögliche technische Umsetzung des Verfahrens zum Beeinflussen des Kurvenfahrverhaltens mittels mathematischer Gleichungen beschrieben. Diese Gleichungen dienen dann in der Steuervorrichtung für die Ermittlung der Drehmomentdifferenz ΔM.
Es werden die folgenden Größen verwendet:

Ψ .:: Gierrate des Kraftwagens
Ψ ._ist:: Ist-Gierrate
Ψ ._soll:: Soll-Gierrate
EG:: fahrzeugspezifischer Eigenlenkgradient
EG_ist:: Ist-Eigenlenkgradient
EG_soll:: Soll-Eigenlenkgradient
δ:: Radlenkwinkel
v:: Fahrzeuggeschwindigkeit
ΔM:: Drehmomentdifferenz (zweier Antriebsräder derselben Achse)
C_Mz:: Umrechnungsfaktor zwischen Giermoment und Drehmomentdifferenz
K:: Faktor als Maß für die Beeinflussung des Eigenlenkverhaltens (K = 0: keine Beeinflussung, K = 1: ideal neutrales Fahrzeug)
I:: Abstand zwischen zwei Achsen (Radstand)

Die Ist-Gierrate des Fahrzeugs ergibt sich gemäß:
Der zusätzliche Einfluss der Steuervorrichtung auf die Fahrzeuggierrate über die Größe ΔM wird genutzt, um das Übertragungsverhalten des Radlenkwinkels δ auf die Fahrzeuggierrate zu beeinflussen. Das Soll-Fahrzeugverhalten, charakterisiert durch EG_soll, ist gegeben durch:
Da der Soll-Eigenlenkgradient sinnvollerweise zwischen dem Ist-Eigenlenkgradienten und Null (neutrales Fahrzeug) liegt, wird ein Faktor K als Maß für die Beeinflussung des Eigenlenkgradienten definiert. Der Soll-Eigenlenkgradient berechnet sich gemäß folgender Gleichung: EG_soll = (1 – K)·EG_ist (3)
Wird das Soll-Fahrzeugverhalten mit dem Ist-Fahrzeugverhalten gleichgesetzt, ergibt sich die zur gewünschten Beeinflussung des Fahrzeugverhaltesn erforderliche Stellgröße ΔM nach folgender Gleichung:
Die erforderliche Stellgröße für ideal neutrales Fahrzeugverhalten (K = 1) ergibt sich zu:
Eine Idee besteht nun darin, Gleichung (5) zu nutzen, um über die Steuervorrichtung 24 die Drehmomentdifferenz ΔM so einzustellen, dass der Radlenkwinkel δ im Fall eines konstanten Kurvenradius und im linearen Bereich konstant gehalten wird. Hierzu sind Werte für die Größen EG_ist, I und C_Mz in der Steuervorrichtung 24 abgelegt oder werden ihr von einer anderen elektronischen Einheit übermittelt. Sie verarbeitet dann den Wert der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit v (der ihr z. B. über die Signale eines Geschwindigkeitssensors übertragen wird) gemäß Gleichung (5), um die Stellgröße ΔM zu berechnen. Anhand der so ermittelten momentanen Drehmomentdifferenz ΔM verteilt die Steuervorrichtung 24 gezielt die Momente an den jeweiligen Antriebsrädern.
In die Gleichung (4) zur Bestimmung der Drehmomentdifferenz ΔM gehen als Eingangsgrößen der Radlenkwinkel δ und die Fahrzeuggeschwindigkeit v ein. Die Drehmomentdifferenz ΔM kann jedoch auch einem komplizierteren Modell folgend eingestellt werden, um das Kurvenverhalten eines Kraftwagens zu beeinflussen. Dann können weitere Eingangsgrößen für die Bestimmung der notwendigen Drehmomentdifferenz ΔM in der Berechnung herangezogen werden, nämlich die Längsbeschleunigung des Kraftwagens a_x, die Querbeschleunigung a_y oder die Gierrate Ψ .. Das Blockschaltbild der 4 veranschaulicht, welche Größen von der Steuervorrichtung 24 als Eingangsgrößen für die Berechnung der Drehmomentdifferenz ΔM sinnvollerweise herangezogen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005004523 A1 [0006]
DE 102004020074 A1 [0007]
DE 102007019698 A1 [0008]

Claims

Verfahren zum Beeinflussen des Kurvenfahrverhaltens eines Kraftwagens (10) mittels einer Steuervorrichtung (24), dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment zumindest eines Antriebsrades (16a, 16b, 18a, 18b) von der Steuervorrichtung (24) wenigstens in einem vorbestimmten Intervall für Werte der Querbeschleunigung (a_y) des Kraftwagens (10) mit zu der Querbeschleunigung (a_y) festgelegten Werten eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (24) das wenigstens eine Drehmoment unter Verwendung eines linearen Gleichungssystems einstellt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment so eingestellt wird, dass in dem vorbestimmten Intervall für Werte der Querbeschleunigung (a_y) ein Radlenkwinkel (δ) mit der Querbeschleunigung (a_y) in einem linearen Zusammenhang steht.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment so eingestellt wird, dass der Radlenkwinkel (δ) bei konstantem Radius einer vom Kraftwagen (10) gefahrenen Kurve in dem vorbestimmten Intervall für Werte der Querbeschleunigung (a_y) konstant ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Radlenkwinkel (δ) des Kraftwagens und/oder die Geschwindigkeit des Kraftwagens (v) und/oder die Längsbeschleunigung (a_x) des Kraftwagens und/oder die Querbeschleunigung (a_y) des Kraftwagens und/oder die Gierrate (Ψ .) des Kraftwagens als Eingangsgrößen für die Steuervorrichtung (24) zur Einstellung des Drehmoments des zumindest einen Antriebsrades (16a, 16b, 18a, 18b) dienen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Steuervorrichtung (24) ausgegebene Stellgröße für das Beeinflussen des Kurvenfahrverhaltens eine Drehmomentdifferenz ΔM zweier Antriebsräder (16a, 16b; 18a, 18b) derselben Achse (14a; 14b) ist und gemäß
in der Steuervorrichtung berechnet wird, wobei I ein Abstand zwischen zwei Achsen (14a, 14b), C_Mz ein Umrechnungsfaktor zwischen Giermoment und Drehmomentdifferenz (ΔM), K ein Faktor als Maß für das Ausmaß der gewünschten Beeinflussung des Lenkverhaltens, v die Geschwindigkeit des Kraftwagens (10), δ ein Radlenkwinkel, und EG_ist eine für den Kraftwagen (10) spezifische Größe, die dessen Lenkverhalten charakterisiert, ist.
Steuervorrichtung (24) zur Beeinflussung des Kurvenfahrverhaltens eines Kraftwagens (10), welche dazu ausgelegt ist, das Drehmoment zumindest eines Antriebsrades (16a, 16b, 18a, 18b) wenigstens in einem vorbestimmten Intervall für Werte der Querbeschleunigung (a_y) des Kraftwagens (10) mit zu der Querbeschleunigung (a_y) festgelegten Werten einzustellen.
Kraftwagen (10) mit einer Steuervorrichtung (24) nach Anspruch 7.