DE102012024971A1 - Verfahren zum kombinierten Bestimmen eines momentanen Wankwinkels eines Kraftfahrzeugs und einer momentanen Fahrbahn-Querneigung eines von dem Kraftfahrzeug befahrenen kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kombinierten Bestimmen eines momentanen Fahrzeug-Wankwinkels (φA) eines Kraftfahrzeugs und einer momentanen Fahrbahn-Querneigung (φFB) eines von dem Kraftfahrzeug befahrenen kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts (20), gemäß welchem die momentane Fahrbahn-Querneigung (φFB) und der momentane Fahrzeug-Wankwinkel aus Fahrwerk-Daten und Querdynamik-Daten des Kraftfahrzeugs (1) bestimmt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kombinierten Bestimmen eines momentanen Wankwinkels eines Kraftfahrzeugs und einer momentanen Fahrbahn-Querneigung eines von dem Kraftfahrzeug befahrenen kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts sowie eine Vorrichtung zum kombinierten Bestimmen dieses momentanen Wankwinkels und dieser momentanen Fahrbahn-Querneigung. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.
  • Unter dem Begriff „Active Body Control (ABC)” sind elektro-hydraulisch aktive Fahrwerkssysteme bekannt, welche neben einer herkömmlichen Federungs- und Dämpfungsfunktion auch die Möglichkeit des gezielten Einstellens von Nick- und Wankwinkeln erlauben. Als Wanken bezeichnet man dabei eine Drehbewegung eines Kraftfahrzeugs um seine Längsachse. Eine solche Wankbewegung kann sich beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts durch das Kraftfahrzeug ergeben, wenn sich das Kraftfahrzeug aufgrund der auftretenden Fliehkräfte um einen bestimmten Wankwinkel nach außen neigt. Der sich dabei einstellende Wankwinkel hängt von einer Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs, dessen Schwerpunkthöhe, dem Fahrwerksaufbau des Kraftfahrzeugs sowie von dessen Geschwindigkeit ab.
  • Die beim Befahren des kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts auftretenden Zentrifugalkräfte werden von Insassen des Kraftfahrzeugs häufig als unangenehm empfunden und können daher zu einer erheblichen Reduzierung des Fahrkomforts führen. Eine Möglichkeit, die Komfort-mindernde Wirkung von solchen unerwünschten Querkräften auf die Insassen des Kraftfahrzeugs zu reduzieren, besteht darin, in dem Kraftfahrzeug mittels „Active Body Control (ABC)” eine Neigetechnik zu realisieren, wie sie schon seit geraumer Zeit bei Schienenfahrzeugen zum Einsatz kommt. Durch Verwendung einer derartigen Neigetechnik ist es möglich, dass sich das Kraft- bzw. Schienenfahrzeug beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahn- bzw. Schienenabschnitts nicht fliehkraftbedingt nach außen, sondern durch entsprechende Ansteuerung eines Fahrwerks des Kraftfahrzeugs in die entgegengesetzte Richtung, also nach innen, neigt. Hierzu kann das Fahrwerk mit geeigneten Aktoren, beispielsweise in der Art von höhenverstellbaren Federbeinen, versehen sein, welche den Fahrzeugrahmen jeweils mit den Rädern des Kraftfahrzeugs höhenverstellbar verbinden, so dass ein bestimmter Wankwinkel des Kraftfahrzeugs eingestellt werden kann.
  • Da die beim Befahren des kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts auftretenden Fliehkräfte von verschiedenen Faktoren wie z. B. einer Fahrbahnkrümmung des Fahrbahnabschnitts oder der momentanen Geschwindigkeit abhängen, muss auch der im Sinne einer Neigetechnik an dem Fahrwerk des Kraftfahrzeugs einzustellende Wankwinkel in Abhängigkeit von diesen Parametern bestimmt werden, um bei den Insassen des Kraftfahrzeugs einen möglichst hohen Fahrtkomfort sicherzustellen. Um einen maximalen Fahrkomfort zu erzielen, kann es erforderlich sein, bei der Einstellung eines bestimmten Wankwinkels im Kraftfahrzeug auch eine momentane Fahrbahn-Querneigung des von dem Kraftfahrzeug gerade befahrenen kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts zu berücksichtigen. Denn häufig ist die von dem Kraftfahrzeug befahrene Fahrbahn in ihrer Querrichtung bezüglich eines als Referenz dienenden Richtungsvektors der Schwerkraft, welcher eine horizontale Ebene der Erdoberfläche definiert, nicht horizontal ausgerichtet, sondern relativ zu dieser ”horizontalen Referenz-Ebene” geneigt. Insbesondere kann ein gekrümmter Fahrbahn-Abschnitt bezüglich seiner Kurvenkrümmung nach außen geneigt sein, beispielsweise um ein Entwässern von auf die Fahrbahnoberfläche treffendem Regenwasser o. ä. zu erleichtern. Umgekehrt kann die Fahrbahn auch Art einer sogenannten Kurvenüberhöhung in der Kurvenrichtung nach innen geneigt sein, um dem Kraftfahrzeug das Befahren des kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts zu erleichtern. Dies bedeutet jedoch, dass in jedem Fall die Fahrbahn-Querneigung der Fahrbahn relativ zu der horizontalen Referenz-Ebene bei der Ansteuerung eines Fahrwerks des Kraftfahrzeugs zur Einstellung eines optimalen Wankwinkels des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden muss.
  • Die DE 10 2010 046 317 A1 beschreibt ein Verfahren zum Einstellen der räumlichen Lage einer Wankachse, um welche das Kraftfahrzeug um einen vorbestimmten Wankwinkel drehbar ist. Gemäß dem Verfahren wird zunächst in einem ersten Schritt eine räumliche Soll-Lage der Position der Wankachse festgelegt und anschließend in einem zweiten Schritt eine Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs bestimmt. In einem dritten Schritt wird schließlich eine Soll-Querneigung des Kraftfahrzeugs und eine Soll-Querablage des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung ermittelt, so dass bei Einstellen der Soll-Querneigung und der Soll-Querablage eine Verlagerung der Wankachse in die Soll-Lage bewirkt wird. Um sicherzustellen, dass das Kraftfahrzeug die im vorangehenden Schritt ermittelte Soll-Querneigung einnimmt, wird wenigstens ein Aktuator einer aktiven Fahrwerks-Vorrichtung des Kraftfahrzeugs entsprechend eingestellt. Zusätzlich wird wenigstens ein Aktuator zum Beeinflussen der Querbewegung des Kraftfahrzeugs derart eingestellt, dass das Kraftfahrzeug zusätzlich auch die im vorangehenden Schritt ermittelte Soll-Querablage einnimmt. Die zu erwartende Querbeschleunigung kann beispielsweise mit Hilfe eines am Kraftfahrzeug angebrachten Kamerasystems ermittelt werden, welches den zu befahrenen kurvenförmigen Fahrbahnabschnitt im Vorfeld des Kraftfahrzeugs optisch erfasst und zur Bestimmung der zu erwartenden Querbeschleunigung analysiert.
  • Die DE 10 2006 018 978 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung des Wankwinkels eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einer Vorrichtung zum Bestimmen der Gierrate oder einer damit korrelierten Größe sowie einer Vorrichtung zum Bestimmen der Fahrzeuggeschwindigkeit und einem gegebenenfalls nach vorne gerichteten Kamerasystem. Der Wankwinkel wird unter Verwendung der Gierrate oder einer damit korrelierten Größe und der spezifischen Wank-Federsteifigkeit des Fahrzeugs bestimmt.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für ein Verfahren zum kombinierten Bestimmen eines momentanen Wankwinkels eines Kraftfahrzeugs und einer momentanen Fahrbahn-Querneigung eines von dem Kraftfahrzeug befahrenen kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts anzugeben. Es ist ebenso eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Bestimmen einer solchen momentanen Fahrbahn-Querneigung anzugeben.
  • Oben genannte Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahn-Abschnitts sowohl den gesamten momentanen Fahrzeug-Wankwinkel des Kraftfahrzeugs relativ zu einer horizontalen Referenz-Ebene als auch eine momentane Fahrbahn-Querneigung des von dem Kraftfahrzeug befahrenen kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts relativ zur horizontalen Referenz-Ebene aus Fahrwerk-Daten und Querdynamik-Daten des den Fahrbahn-Abschnitt befahrenen Kraftfahrzeugs zu bestimmen. Mit horizontaler Referenz-Ebene ist dabei, wie bereits erläutert, eine senkrecht zu einem Richtungsvektor der Erdbeschleunigung verlaufende Ebene gemeint; relativ zu dieser Referenzebene kann der vom Kraftfahrzeug befahrene Fahrbahnabschnitt in Querrichtung geneigt sein.
  • Das erfindungsgemäßen Verfahren kann auf einfache Weise in einem Kraftfahrzeug zum durchgeführt werden, da mittels der in dem Kraftfahrzeug verbauten Sensorik Fahrwerk-Daten und auch Querdynamik-Daten für verschiedenste Zwecke standardmäßig ermittelt und beispielsweise an ein in dem Kraftfahrzeug verbautes Steuergerät übermittelt werden, wobei das Steuergerät basierend auf diesen Daten verschiedene Fahrzeugkomponenten, insbesondere das Fahrwerk, des Kraftfahrzeugs ansteuert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann Echtzeit in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem im Kraftfahrzeug verbauten Steuergerät (ECU) o. ä., durchgeführt werden, so dass basierend auf der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmten momentanen Fahrbahn-Querneigung bzw. des momentanen Fahrzeug-Wankwinkels diese Daten gegebenenfalls bei der Ansteuerung des Fahrwerks des Kraftfahrzeugs oder weiterer Fahrzeugkomponenten berücksichtigt werden können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Fahrwerk-Daten einen momentanen Reifen-Wankwinkel der Reifen des Kraftfahrzeugs oder/und einen momentanen Fahrwerk-Wankwinkel des Fahrwerks des Kraftfahrzeugs. Der momentane Fahrwerk-Wankwinkel kann mittels eines geeigneten, an den Federbeinen des Fahrwerks verbauten Sensors bestimmt werden. Alternativ dazu kann aber auch daran gedacht sein, dass die Bestimmung des Fahrwerk-Wankwinkels ohne eine solche Sensorik erfolgt, beispielsweise wenn mittels des Steuergeräts die Federbeine des Fahrwerks zum Einstellen eines bestimmten Fahrzeug-Wankwinkels direkt angesteuert werden. In diesem Fall kann der eingestellte Fahrwerk-Wankwinkel auch direkt von dem Steuergerät ausgelesen werden, welches die Federbeine des Fahrwerks ansteuert. Entsprechendes gilt für den Reifen-Wankwinkel der Reifen des Kraftfahrzeugs, welcher insbesondere von einer Radlaständerung zwischen den linken und rechten Reifen des Kraftfahrzeugs sowie einer Reifendruck-abhängigen Steifigkeit der Reifen abhängen und daher mittels geeigneter, an den Reifen des Kraftfahrzeugs verbauten (Reifendruck-)Sensoren ermittelt werden kann. Gemäß dieser Ausführungsform umfassen die Querdynamik-Daten eine momentane Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs. Die momentane Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs kann dabei mittels eines im Kraftfahrzeug verbauten Beschleunigungssensors bestimmt werden.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren zwei aufeinander folgende Verfahrensschritte S1 und S2 umfassen. In dem ersten Verfahrensschritt S1 wird der momentane Fahrzeug-Wankwinkel φA aus der momentanen Querbeschleunigung ay, der momentanen Geschwindigkeit vx und der momentanen Giergeschwindigkeit d/dt ψ des Kraftfahrzeugs gemäß der Beziehung φA = (1/g)(ay – vxd/dtψ) berechnet. In einem zweiten Schritt S2 wird dann die momentane Fahrbahn-Querneigung (φFB) aus dem in Schritt S1 berechneten momentanen Fahrzeug-Wankwinkel (φA), einem momentanen Fahrwerk-Wankwinkel (w) und einem momentanen Reifen-Wankwinkel (φR) gemäß der Beziehung φFB = φA – w – φR berechnet.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann daran gedacht sein, dass die Bestimmung der momentanen Fahrbahn-Querneigung unter Verwendung von GPS-basiertem Kartenmaterial des befahrenen kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts im Zusammenspiel mit einem GPS-Empfänger zur Bestimmung der momentanen Fahrzeug-Position des Kraftfahrzeugs erfolgt. Da selbst in modernem Kartenmaterial Informationen zu lokalen Fahrbahn-Querneigungen nicht oder nur mit geringer Genauigkeit vorhanden sind, kann eine derartige Verwendung in erster Linie nur in ergänzender Weise bei der erfindungsgemäßen Bestimmung der momentanen Fahrbahn-Querneigung erfolgen.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum kombinierten Bestimmen eines momentanen Fahrzeug-Wankwinkels eines Kraftfahrzeugs und einer momentanen Fahrbahn-Querneigung eines von dem Kraftfahrzeug befahrenen kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein Steuergerät, welches mit einem Querbeschleunigungssensor, einem Gierraten-Sensor und einem Geschwindigkeitssensor des Kraftfahrzeugs zur Übermittlung einer jeweils gemessenen momentanen Querbeschleunigung bzw. momentanen Geschwindigkeit an das Steuergerät in Kommunikationsverbindung bringbar ist. Das Steuergerät bestimmt erfindungsgemäß aus Fahrwerk-Daten und Querdynamik-Daten, welche die momentanen Querbeschleunigung bzw. momentane Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs umfassen, unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens den momentanen Fahrzeug-Wankwinkel des Kraftfahrzeugs und die momentane Fahrbahn-Querneigung des von dem Kraftfahrzeug befahrenen kurvenförmigen Fahrbahn-Abschnitts.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer vorangehend erläuterten Vorrichtung sowie mit einem Querbeschleunigungssensor, einem Gierraten-Sensor und einem Geschwindigkeitssensor, welche jeweils mit dem Steuergerät zur Übermittlung einer gemessenen momentanen Querbeschleunigung, einer momentanen Giergeschwindigkeit bzw. einer momentanen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Kommunikationsverbindung stehen.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
  • Dabei zeigen, jeweils schematisch:
  • 1 ein grobschematisches Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2 ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einstellen der Kurvenneigung eines Kraftfahrzeugs, wobei die 2a eine Draufsicht und die 2b eine Rückansicht des Kraftfahrzeugs zeigt.
  • In der 1 ist ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens grobschematisch dargestellt, gemäß welchem in einem ersten Schritt S1 zunächst ein momentaner Wankwinkel φA des Kraftfahrzeugs 1 relativ zu einer horizontalen Referenz-Ebene 21 (vgl. 2b) und in einem anschließenden Schritt S2 die momentane Fahrbahn-Querneigung φF des von dem Kraftfahrzeug 1 gerade befahrenen kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts 20 relativ zur Referenz-Ebene 21 bestimmt wird.
  • Die horizontale Referenz-Ebene 21 ist dabei über den Richtungsvektor g → der Schwerkraft festgelegt, welcher sich in orthogonaler Richtung zu der Referenz-Ebene 21 erstreckt.
  • Zur Berechnung des Wankwinkels φA ist eine Kenntnis der momentanen Geschwindigkeit vx des Kraftfahrzeugs 1 erforderlich, welche mittels eines in dem Kraftfahrzeug 1 verbauten Geschwindigkeitssensors 6 bestimmt werden kann. Des Weiteren ist zur Berechnung des Wankwinkels φA auch eine Kenntnis der momentanen Querbeschleunigung ay Sensor erforderlich, welche wiederum mittels eines in dem Kraftfahrzeug 1 verbauten Querbeschleunigungssensors 3 bestimmbar ist.
  • In der vom Querbeschleunigungssensor 3 gemessenen Querbeschleunigung ay Sensor sind gemäß der Gleichung ay Sensor = aycosφA + gsinφA schwerkraftbedingte sog. ”g-Anteile” enthalten. In obiger Gleichung ist g die Erdbeschleunigung und ay die Querbeschleunigung ohne g-Anteil. Für kleine Wankwinkel φA last sich diese Gleichung mittels Taylor-Entwicklung wie folgt vereinfachen: ay Sensor = ay + gφA
  • Aus der dem Fachmann bekannten und die Fahrdynamik eine Kraftfahrzeugs beschreibenden Beziehung ay Sensor = d/dtvy + vd/dtψ folgt für kleine Geschwindigkeitsänderungen (d/dt vy ≈ 0) durch Kombination mit der obigen Gleichung: φA = (1/g)(ay Sensor – vxd/dtψ)
  • Aus dieser Gleichung lässt sich also der Wankwinkel φA berechnen. Dabei ist d/dt ψ die Giergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1, die mittels eines Gierraten-Sensors 5 bestimmt werden kann.
  • Durch die Verwendung verschiedener Indizes y und x soll dabei zum Ausdruck gebracht werden, dass ein Richtungsvektor der momentanen Querbeschleunigung ay Sensor (in Y-Richtung) in eine zu dem entsprechenden Richtungsvektor der momentanen Geschwindigkeit vx des Kraftfahrzeugs (in X-Richtung) orthogonale Richtung weist (vgl. auch 2a). Die Z-Richtung verläuft orthogonal sowohl zur X- als auch zur Y-Richtung.
  • Die Sensor-Ausgangsdaten des Beschleunigungssensors 3, also die momentane Querbeschleunigung ay Sensor, kann mittels eines geeigneten Tiefpass-Filters gefiltert werden, um unerwünschte hochfrequente Störungen (beispielsweise aufgrund von Unebenheiten in dem gerade befahrenen Fahrbahn-Abschnitt 20) auszufiltern.
  • Vorteilhafterweise ist der Beschleunigungssensor 3 in dem Kraftfahrzeug bezüglich einer Fahrzeug-Längsrichtung L des Kraftfahrzeugs möglichst weit vorne am Kraftfahrzeug angeordnet (vgl. 2a).
  • in Schritt S2 wird nun basierend auf dem in Schritt S1 berechneten Wankwinkel φA über den Zusammenhang φFB = φA – w – φR die gesuchte Fahrbahn-Querneigung φFB berechnen. Dabei ist w ein in dem Fahrwerk des Kraftfahrzeugs eingestellter momentane Fahrwerks-Wankwinkel und φR ein Reifen-Wankwinkel der Reifen 13, 14 des Kraftfahrzeugs. In einer vereinfachten Variante kann der Reifen-Wankwinkel φR auch vernachlässigt werden (φR = 0).
  • Zur Durchführung von Schritt S2 kann der momentane Fahrwerk-Wankwinkel w mittels geeigneter Sensoren 2 bestimmt werden. Diese Sensoren können eine momentane Höhe Xl, xr der den linken bzw. rechten Reifen 13, 14 des Kraftfahrzeugs 1 zugeordneten, höhenverstellbaren Federbeinen 11, 12 bestimmen, so dass aus einem Höhen-Unterschied Δx = |xl – xr| der momentanen Höhe xl der linken Federbeine 11 relativ zu einer momentanen Höhe xr der rechten Federbeine 12 der momentane Fahrwerk-Wankwinkel w bestimmt werden kann.
  • In analoger Weise kann auch der Reifen-Wankwinkel φR mittels geeigneter Sensoren 4 bestimmt werden. Hierzu kann mittels solcher Sensoren 4 ein Höhen-Unterschied Δy = |yl – yr| einer momentanen Höhe yl, yr der linken Reifen 13 relativ zu den rechten Reifen 14 ermittelt werden. Dieser Höhenunterschied Δy kann von einer unterschiedlichen Radlast der linken und rechten Reifen 13, 14 des Kraftfahrzeugs 1 sowie einer unterschiedlichen, Reifendruck-abhängigen Steifigkeit der linken bzw. rechten Reifen 13, 14 abhängen. Die Sensoren 4 können daher Reifendruck-Sensoren zur Messung des individuellen Reifendrucks in den Reifen 13, 14 umfassen.
  • In der Darstellung der 2 ist nun das Kraftfahrzeug 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 7 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Die 2a zeigt das Kraftfahrzeug 1 dabei in einer Draufsicht, die 2b in einer Rückansicht. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Steuergerät 8 sowie einen Beschleunigungssensor 3, einen Gierratensensor 5, und einen Geschwindigkeitssensor 6, welche jeweils mit dem Steuergerät 8 in Kommunikationsverbindung stehen.
  • Das Kraftfahrzeug 10 umfasst eine von dem Steuergerät 8 ansteuerbare Fahrwerk-Vorrichtung, die in der Art eines elektro-hydraulisch aktiven Fahrwerks ausgebildet sein kann. Die Fahrwerk-Vorrichtung umfasst vier als höhenverstellbare Federbeine ausgebildete Aktoren 11, 12 wobei jedem Rad 13, 14 des Kraftfahrzeugs 10 ein Aktor 11, 12 zugeordnet ist. Durch ein individuelles Einstellen der Stellhöhe der Aktoren 11, 12 kann ein bestimmter Wankwinkel φA an dem Kraftfahrzeug 10 eingestellt werden.
  • Alternativ zur vorangehend beschriebenen elektro-hydraulischen Fahrwerk-Vorrichtung kann auch ein luftfeder-basiertes Fahrwerk mit geschlossener Druckversorgung verwendet werden. In einem solchen luftfeder-basierten Fahrwerk wird zum Verstellen der Federbeine die Luft in einem geschlossenen Kreislauf von einem Luftspeicher in die Luftfeder und umgekehrt gepumpt, was ein sehr schnelles Ein- und Ausfahren der Federbeine zum Einstellen der Soll-Kurvenneigung im Fahrwerk des Kraftfahrzeugs ermöglicht.
  • In einer weiteren Alternative zum elektro-hydraulisch aktiven Fahrwerk kann ein unter dem Begriff ”ACTIVE CURVE SYSTEM” bekanntes, hydraulisch verstellbares Fahrwerk zum Einsatz kommen, welches mit einer riemengetriebenen Hydraulikpumpe arbeitet und einen Ölbehälter im Motorraum sowie je einen Ventil-Block und aktive Stabilisatoren an Vorder- und Hinterachse aufweist. Auch eine solche hydraulische Fahrwerk-Vorrichtung lässt sich zur Einstellung der Soll-Kurvenneigung im Kraftfahrzeug verwenden.
  • Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens übermittelt der Beschleunigungssensor 3 die momentane Sensor-Querbeschleunigung ay, der Geschwindigkeitssensor 6 die momentane Geschwindigkeit vx und der Gierratensensor 5 des Kraftfahrzeugs 1 die momentane Giergeschwindigkeit d/dt ψ an das Steuergerät 8. Das Steuergerät 8 kann eine Steuerungseinheit 9 (ECU) und eine mit der Steuerungseinheit 9 in Kommunikationsverbindung stehende Speichereinheit 10 umfassen. Die Steuerungseinheit 9 und die Speichereinheit 10 können in der Art eines herkömmlichen Mikrokontrollers ausgebildet sein, wobei dem Fachmann zahlreiche technische Realisierungsmöglichkeiten bekannt sind.
  • In dem Steuergerät 8 wird unter Verwendung der oben genannten Eingangsparameter (momentane Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs vx, Giergeschwindigkeit d/dt ψ, momentane Sensor-Querbeschleunigung ay Sensor) das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt. Von dem Steuergerät 8 wird hierzu gemäß Schritt S1 des erfindungsgemäßen Verfahrens der momentane Fahrzeug-Wankwinkel φA des Kraftfahrzeugs 1 berechnet. Aus dem momentanen Fahrzeug-Wankwinkel φA wird gemäß Schritt S2 die momentane Fahrbahn-Querneigung φFB des gerade befahrenen kurvenförmigen Fahrbahn-Abschnitts 20 berechnet.
  • Zur Ermittlung des momentanen Fahrwerk-Wankwinkel w im Rahmen der Durchführung von Schritt S2 kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 7 geeignete Fahrwerk-Sensoren 2 aufweisen, welche die jeweilige momentane Höhe xl, xr der höhenverstellbaren Federbeine 11, 12 ermitteln, so dass das Steuergerät 8 aus dem Höhen-Unterschied Δx = |xl – xr| der momentanen Höhe xl der den beiden linken Reifen 13 zugeordneten Federbeine 11 relativ zu der momentanen Höhe xr der den beiden rechten Reifen 14 zugeordneten Federbeine 12 den momentanen Fahrwerk-Wankwinkel w bestimmen kann. In analoger Weise kann auch der Reifen-Wankwinkel φR mittels der (Reifendruck-)Sensoren 4 bestimmt werden.
  • In einer weiterbildenden Variante kann auch daran gedacht sein, den momentanen Fahrwerk-Wankwinkel w nicht wie vorangehend erläutert mittels einer geeigneten Sensorik 2 zu bestimmen; vielmehr kann gemäß dieser Alternative auch daran gedacht sein, mittels eines geeigneten Verfahrens, beispielsweise in Abhängigkeit von bestimmten Eingangsparametern wie z. B. der momentanen Querbeschleunigung ay Sensor und der momentanen Geschwindigkeit vx des Kraftfahrzeugs 1 und einer momentanen Fahrbahn-Krümmung K des gerade befahrenen Fahrbahn-Abschnitts 20 aus diesen Eingangsparametern einen optimalen Soll-Wankwinkel wsoll zu berechnen, der in den Federbeinen 11, 12 des Fahrwerks des Kraftfahrzeugs 1 eingestellt werden soll, um beim Befahren des kurvenförmigen Fahrbahn-Abschnitts 20 auf die Insassen des Kraftfahrzeugs 1 wirkende Querkräfte zu verringern und somit den Fahrtkomfort für die Insassen zu erhöhen. Die Berechnung des Soll-Wankwinkels wsoll erfolgt dabei zunächst unabhängig von der momentanen Fahrbahn-Querneigung φFB. Die Berechnung des Soll-Wankwinkels wSoll kann beispielsweise von der Steuerungseinheit 9 des Steuergeräts 8 durchgeführt werden. Die höhenverstellbaren Federbeine 11, 12 können dabei von dem Steuergerät 8 angesteuert werden, so dass sich der gewünschte Soll-Wankwinkel wSoll in dem Fahrwerk des Kraftfahrzeugs 1 einstellt. Da bei einer solchen, vereinfachten Berechnung des Soll-Wankwinkels wSoll die momentane Fahrbahn-Querneigung φFB unberücksichtigt bleibt, bietet es sich an, diese mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu berechnen und bei der Einstellung des Fahrwerk-Wankwinkels wSoll durch die Federbeine 11, 12 des Fahrwerks zu berücksichtigen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010046317 A1 [0005]
    • DE 102006018978 A1 [0006]

Claims (5)

  1. Verfahren zum kombinierten Bestimmen eines momentanen Fahrzeug-Wankwinkels (φA) eines Kraftfahrzeugs (1) und einer momentanen Fahrbahn-Querneigung (φFB) eines von dem Kraftfahrzeug (1) befahrenen kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts (20), gemäß welchem die momentane Fahrbahn-Querneigung (φFB) und der momentane Fahrzeug-Wankwinkel (φA) aus Fahrwerk-Daten und Querdynamik-Daten des Kraftfahrzeugs (1) bestimmt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Fahrwerk-Daten einen momentanen Fahrwerk-Wankwinkel (w) eines Fahrwerks des Kraftfahrzeugs (1) umfassen, – die Fahrwerk-Daten einen momentanen Reifen-Wankwinkel (φR) der Reifen (13, 14) des Kraftfahrzeugs (1) umfassen, – die Querdynamik-Daten eine momentane Querbeschleunigung (ay Sensor) des Kraftfahrzeugs (1) umfassen,
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: S1) Berechnen des momentanen Fahrzeug-Wankwinkel (φA) aus der momentanen Querbeschleunigung (ay Sensor), der momentanen Geschwindigkeit (vx) und der momentanen Giergeschwindigkeit (d/dt ψ) des Kraftfahrzeugs (1) gemäß folgender Beziehung: φA = (1/g)(ay Sensor – vxd/dtψ) S2) Berechnen der momentanen Fahrbahn-Querneigung (φFB) aus dem in Schritt S1 berechneten momentanen Fahrzeug-Wankwinkel (φA), einem momentanen Fahrwerk-Wankwinkel (w) und einem momentanen Reifen-Wankwinkel (φR) gemäß folgender Beziehung: φFB = φA – w – φR.
  4. Vorrichtung (7) zum kombinierten Bestimmen eines momentanen Fahrzeug-Wankwinkels (φA) eines Kraftfahrzeugs (1) und einer momentanen Fahrbahn-Querneigung (φFB) eines von dem Kraftfahrzeug (1) befahrenen kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts (20), – mit einem Steuergerät (8), welches mit einem Querbeschleunigungssensor (3), einem Gierraten-Sensor (5) und einem Geschwindigkeitssensor (6) des Kraftfahrzeugs (1) zur Übermittlung einer jeweils gemessenen momentanen Querbeschleunigung bzw. momentanen Geschwindigkeit an das Steuergerät in Kommunikationsverbindung bringbar ist, – wobei das Steuergerät (8) aus Fahrwerk-Daten und Querdynamik-Daten, welche die momentanen Querbeschleunigung (ay Sensor) bzw. momentane Geschwindigkeit (vx) des Kraftfahrzeugs (1) umfassen, unter Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche den momentanen Fahrzeug-Wankwinkel (φA) des Kraftfahrzeugs (1) und die momentane Fahrbahn-Querneigung (φFB) des von dem Kraftfahrzeug (1) befahrenen kurvenförmigen Fahrbahn-Abschnitts (20) bestimmt.
  5. Kraftfahrzeug (1), – mit einer Vorrichtung (7) nach Anspruch 4, – mit einem Querbeschleunigungssensor (3), einem Gierraten-Sensor (5) und einem Geschwindigkeitssensor (6), welche jeweils mit dem Steuergerät (8) zur Übermittlung einer gemessenen momentanen Querbeschleunigung (ay), einer momentanen Giergeschwindigkeit (d/dt ψ) bzw. momentanen Geschwindigkeit (vy) des Kraftfahrzeugs (1) in Kommunikationsverbindung stehen.
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