DE102012024984A1

DE102012024984A1 - Verfahren zum Bestimmen einer Soll-Kurvenneigung eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102012024984A1
Application number: DE102012024984A
Authority: DE
Inventors: Dieter Ammon; Claus-Michael Hainbuch; Magnus Rau
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2013-07-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (1) zum Bestimmen einer Soll-Kurvenneigung eines Kraftfahrzeugs beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts, gemäß welchem eine Soll-Kurvenneigung eines Kraftfahrzeugs beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts in Abhängigkeit von einer mittels eines optischen Detektionssystems (2) bestimmten momentanen Fahrbahnkrümmung (K) bestimmt wird und zusätzlich in Abhängigkeit von einer ebenfalls mittels des optischen Detektionssystems (2) bestimmten momentanen Oberflächenbeschaffenheit (O) des kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts (20) reduziert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Soll-Kurvenneigung eines Kraftfahrzeugs beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts sowie eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Kurvenneigung eines Kraftfahrzeugs beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts. 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 u. a. 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.
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 Solllage bewirkt wird. Um sicherzustellen, dass das Kraftfahrzeug die im vorangehenden Schritt ermittelte Sollquerneigung 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.
Die DE 10 2004 040 876 A1 offenbart ein Verfahren zum Regeln der Fahrdynamik eines Fahrzeugs, bei dem ein einer Fahrervorgabe entsprechender Sollwert einer Fahrzustandsgröße mit einem erfassten Istwert der Fahrzustandsgröße verglichen wird, und bei dem eine Wankmoment-Verteilung erfasst und verändert wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für ein Verfahren zum Bestimmen einer Soll-Kurvenneigung (= Wankwinkel) eines Kraftfahrzeugs beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts sowie eine Vorrichtung zum Bestimmen dieser Soll-Kurvenneigung 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, eine in Abhängigkeit einer momentanen Fahrbahnkrümmung eines von dem Kraftfahrzeug gerade befahrenen kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts bestimmte Soll-Kurvenneigung des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von einer momentanen Oberflächenbeschaffenheit desselben Fahrbahnabschnitts zu reduzieren. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass aufgrund der im Fahrwerk eingestellten Soll-Kurvenneigung (= Wankwinkel) den in den Federbeinen des Fahrwerks zur Dämpfung, z. B. von Unebenheiten in dem Fahrbahn-Belag des gerade befahrenen Fahrbahnabschnitts, verbleibende Federweg nicht zu gering wird.
Denn die Soll-Kurvenneigung beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts wird in der Fahrwerk-Vorrichtung des Kraftfahrzeugs üblicherweise derart eingestellt, dass die dem Kurveninneren zugeordneten Federbeine der Fahrwerksvorrichtung (z. B. vorne und hinten links bei einer Linkskurve) eingefahren und entsprechend die dem Kurvenäußeren zugeordneten Federbeine (z. B. vorne und hinten rechts bei der Linkskurve) ausgefahren werden.
In jedem Fall besteht beim Einstellen der hinsichtlich der Kompensation störender Querkräfte optimalen Soll-Kurvenneigung in der Fahrwerk-Vorrichtung die Gefahr, dass die aufgrund des Aus- bzw. Einfahrens der Federbeine verbleibende Wegreserve der Federbeine im Falle von Fahrbahn-Unebenheiten, beispielsweise in der Art von Schlaglöchern o. ä., nicht ausreicht, um solche Unebenheiten wirkungsvoll zu dämpfen. Durch die erfindungsgemäße Reduktion der Soll-Kurvenneigung und einer damit verbundenen Reduzierung des Ein- und Ausfahrens der Federbeine der Fahrwerk-Vorrichtung in Abhängigkeit von der Oberflächenbeschaffenheit des Fahrbahnabschnitts wird also sichergestellt, dass ein ausreichend großer Federweg für die Dämpfung von etwaigen Unebenheiten o. ä. in dem befahrenen Fahrbahnabschnitt zur Verfügung steht. Die Detektion der Oberflächenbeschaffenheit kann durch ein in dem Kraftfahrzeug verbautes optisches Detektionssystem (z. B. ein Kamerasystem zur Überwachung des Fahrzeug-Vorfelds) erfolgen. Mittels dieses Detektionssystems kann erfindungsgemäß auch gleichzeitig eine Fahrbahnkrümmung des gerade befahrenen kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts bestimmt werden, welche zur Berechnung der eigentlichen Soll-Kurvenneigung (ohne Reduzierung aufgrund der Oberflächenbeschaffenheit des Fahrbahnabschnitts) erforderlich ist.
Zur Bestimmung der Oberflächenbeschaffenheit können alternativ zum optischen Detektionssystem aber auch andere im Kraftfahrzeug verbaute Sensoren zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann das Ausgangssignal eines oder mehrerer an den jeweiligen Rädern des Kraftfahrzeugs verbauter Rad-Drehzahlmesser ausgewertet werden, die beispielsweise in Verbindung mit einem ABS-System des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Auch die Verwendung eines im Kraftfahrzeug verbauten Beschleunigungssensors, welcher eine beschleunigte Bewegung des Kraftfahrzeugs in eine Richtung orthogonal zur Fahrbahnebene bestimmt, kann zur Ermittlung der Oberflächenbeschaffenheit verwendet werden. Schließlich ist auch die Verwendung eines oder mehrerer Federbein-Positionssensoren denkbar, mittels welcher die aktuelle Position von Federbeinen des Fahrwerks des Kraftfahrzeugs ermittelt werden kann.
Allen diesen Sensoren ist gemeinsam, dass sich ihr Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Oberflächenbeschaffenheit der Fahrbahn ändern kann. Beispielsweise kann ein Schlagloch in der Fahrbahn, welches auf eine schlechte Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche hindeutet, zu einer kurzzeitigen Veränderung der Position eines oder mehrerer der Federbeine des Fahrwerks führen, was sich im Ausgangssignale der betreffenden Federbein-Positionssensoren widerspiegelt. Auch kann ein solches Schlagloch zu einer kurzzeitigen, geringfügigen Änderung der Raddrehzahl des Rades führen, welches über das Schlagloch rollt. Schließlich kann das Schlagloch auch eine beschleunigte Bewegung des gesamten Kraftfahrzeugs in eine Richtung orthogonal zur Fahrbahnoberfläche zur Folge haben.
Im Folgenden werden die vorangehend genannten Sensoren, also Federbein-Positionssensoren, Beschleunigungssensoren, Rad-Drehzahlsensoren unter dem Begriff ”nicht-optische Sensorik” zusammengefasst. Es ist klar, dass unter diesen Begriff auch noch weitere geeignete, in dem Kraftfahrzeug verbaute Sensoren fallen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in einem ersten Schritt a) eine momentane Fahrbahnkrümmung und eine momentane Oberflächenbeschaffenheit des zu befahrenden kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts mittels eines optischen Detektionssystems bestimmt. Die Bestimmung der momentanen Oberflächenbeschaffenheit kann alternativ zur Verwendung des optischen Detektionssystems auch mittels der nicht-optischen Sensorik erfolgen. In einem zweiten Schritt b) wird dann eine momentane Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs aus der in Schritt a) bestimmten momentanen Fahrbahnkrümmung und einer momentanen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bestimmt. In einem dritten Schritt c) wird eine momentane Soll-Kurvenneigung, die auch als momentaner Soll-Wankwinkel bezeichnet werden kann, für das Kraftfahrzeug aus der in Schritt b) berechneten momentanen Querbeschleunigung bestimmt. Diese momentane Soll-Kurvenneigung wird erfindungsgemäß in einem abschließenden Schritt d) durch Gewichtung mit einem Soll-Kurvenneigungs-Gewichtungsfaktor zu einer modifizierten momentanen Soll-Kurvenneigung modifiziert, wobei der Soll-Kurvenneigungs-Gewichtungsfaktor in Abhängigkeit von einer momentanen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs festgelegt ist. In einem weiteren Schritt e) wird eine reduzierte modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung aus der vorangehend in Schritt d) berechneten modifizierten momentanen Soll-Kurvenneigung in Abhängigkeit von der in Schritt a) bestimmten momentanen Oberflächenbeschaffenheit berechnet.
In einer vereinfachten Variante kann auf die Gewichtung gemäß Schritt d) auch verzichtet sein.
In einer weiterbildenden Ausführungsform kann aus der mittels des optischen Detektionssystems bzw. der nicht-optischen Sensorik ermittelten momentanen Oberflächenbeschaffenheit O ein Beschaffenheitswert B und aus diesem ein Reduktionswert R bestimmt werden, um welchen die modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung zu der reduzierten modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung reduziert wird. Die Oberflächenbeschaffenheit O ist dabei als Menge von verschiedenen Oberflächenbeschaffenheits-Elementen (z. B. ”glatt”, ”rauh”, ”uneben”, ”sehr uneben” ”mit Schlaglöchern”, usw.) aufzufassen. Diesen Oberflächenbeschaffenheits-Elemente werden verschiedene Beschaffenheitswerte B zugeordnet, z. B. B₀ für ”glatt”, B₁ für ”uneben”, usw. Jedem Beschaffenheitswert B kann wiederum, beispielsweise über einen definierten funktionalen Zusammenhang, ein Kennfeld o. ä., ein Reduktionswert R = R(B) zugeordnet werden, um welchen die modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung zu der reduzierten momentanen modifizierten Soll-Kurvenneigung reduziert werden soll.
Im Falle der ideal ”glatten” Fahrbahnoberfläche mit Beschaffenheitswert B₀ ist eine Reduktion der Soll-Kurvenneigung nicht erforderlich, da nicht zu erwarten ist, dass von den Federbeinen der Fahrwerk-Vorrichtung Unebenheiten in der Fahrbahnoberfläche ausgeglichen werden müssen. In diesem Falle wird keine Reduktion der modifizierten momentanen Soll-Kurvenneigung durchgeführt (d. h. R(B₀) = 0) und die modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung und die reduzierte modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung nehmen identische Werte an.
Demgegenüber ist bei einer ”nicht-glatten” Fahrbahnoberfläche der einer solchen Fahrbahnoberfläche zugeordnete Beschaffenheitswert B₁ von B₀ verschieden und eine Reduktion der modifizierten momentanen Soll-Kurvenneigung erforderlich, um in den Federbeinen der Fahrwerk-Vorrichtung genügend Federweg/Plungerweg zur Dämpfung beim Überfahren des Schlaglochs/der Schlaglöcher sicherzustellen, d. h. in diesem Fall gilt R(B₁) > 0. Vorzugsweise bietet es sich an, dass mit zunehmendem Wert für die Oberflächenbeschaffenheit B auch die Reduktion R der Soll-Kurvenneigung zunimmt, wobei hohe Beschaffenheitswerte B starke Unebenheiten in der Fahrbahnoberfläche des befahrenen Fahrbahnabschnitts repräsentieren. Entsprechend bedeuten kleinere Beschaffenheitswerte geringe Unebenheiten in der Fahrbahnoberfläche. Somit ist R = R(B) eine monoton steigende Funktion.
Zwischen Reduktionswert R und Beschaffenheitswert B kann in einer technisch besonders einfach zu realisierenden Ausführungsform ein linearer oder nicht-linearer Zusammenhang derart definiert sein, dass der Reduktionswert R(B) mit zunehmendem Beschaffenheitswert zunimmt. Ein solcher Zusammenhang kann beispielsweise analytisch definiert oder in einem Kennfeld festgelegt sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Bestimmen der momentanen Soll-Kurvenneigung gemäß Schritt c) aus der in Schritt b) berechneten momentanen Querbeschleunigung unter Verwendung eines Sollkurvenneigung-Querbeschleunigungskennfelds oder durch Verwendung einer vorbestimmten funktionalen Abhängigkeit der Soll-Kurvenneigung von der Querbeschleunigung erfolgen. Das Soll-Kurvenneigung-Querbeschleunigungskennfeld kann beispielsweise in der Art eines zweidimensionalen Feldes in einem Speicher eines Steuergeräts des Kraftfahrzeugs abgelegt sein, so dass es bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einfache Weise ausgelesen werden kann. Ein solches Sollkurvenneigung-Querbeschleunigungskennfeld kann eine Mehrzahl von Datenpaaren umfassen, wobei durch die einzelnen Datenpaare einer bestimmten Querbeschleunigung jeweils eine bestimmte momentane Soll-Kurvenneigung zugeordnet wird. Durch Verwendung eines Kennfelds lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren sehr flexibel, beispielsweise in unterschiedlichen Kraftfahrzeug-Typen, verwenden, wobei dann beispielsweise für einen Kleinwagen ein anderes Kennfeld als für eine Limousine in einer Speichereinheit des Steuergeräts abgelegt sein kann, so dass die Berechnung der gewünschten momentanen Soll-Kurvenneigung hinsichtlich verschiedener Kraftfahrzeug-Typen individualisierbar und optimierbar ist.
Optional kann daran gedacht sein, das Sollkurvenneigung-Querbeschleunigungskennfeld in einem beschreibbaren Speicher abzulegen, so dass dieses im Bedarfsfall auf einfache Weise modifiziert aktualisiert werden kann.
In einer alternativen Ausführungsform kann anstelle der Verwendung eines Sollkurvenneigung-Querbeschleunigungskennfelds zur Berechnung der momentanen Soll-Kurvenneigung eine definierte funktionale Abhängigkeit der Soll-Kurvenneigung von der Querbeschleunigung, beispielsweise in Form eines analytischen Zusammenhangs zwischen Sollkurvenneigung und Querbeschleunigung, herangezogen werden. Entsprechend kann auch eine solche funktionale Abhängigkeit in dem beschreibbaren Speicher abgelegt werden.
In einer weiterbildenden Ausführungsform kann der geschwindigkeitsabhängige Gewichtungsfaktor durch eine vorbestimmte funktionale Abhängigkeit des Gewichtungsfaktors von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs festgelegt sein. Auch bei der Berechnung des geschwindigkeitsabhängigen Gewichtungsfaktors kann der funktionale Zusammenhang zwischen dem geschwindigkeitsabhängigen Gewichtungsfaktor und der momentanen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Form eines Kennfelds o. ä. oder in Form einer analytischen Funktion festgelegt sein. Sowohl das Kennfeld als auch die analytische Funktion können dann wiederum in einer Speichereinheit des Steuergeräts des Kraftfahrzeugs abgelegt sein, und, wenn die Speichereinheit beschreibbar ist, im Bedarfsfall, beispielsweise zu Aktualisierungszwecken, modifiziert werden. Somit lässt sich auch die Definition des geschwindigkeitsabhängigen Gewichtungsfaktors hinsichtlich verschiedener Kraftfahrzeug-Typen, in welchen das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommen kann, individualisieren und optimieren.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Soll-Kurvenneigung eines Kraftfahrzeugs beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts. Die Vorrichtung umfasst ein Steuergerät welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet/programmiert ist, sowie ein mit dem Steuergerät in Kommunikationsverbindung stehendes optisches Detektionssystem und einen mit dem Steuergerät in Kommunikationsverbindung stehenden Geschwindigkeitssensor. Mittels des optischen Detektionssystems sind eine momentane Fahrbahnkrümmung sowie eine momentane Oberflächenbeschaffenheit des kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts bestimmbar, so dass diese an das Steuergerät übermittelt werden kann. Alternativ oder zusätzlich zum optischen Detektionssystem kann dieses auch eine nicht-optische Sensorik umfassen. Diese kann wenigstens einen Raddrehzahl-Sensor, wenigstens einen Beschleunigungssensor, oder/und wenigstens einen Federbein-Positionssensor umfassen. Mittels dieser Sensoren ist die Oberflächenbeschaffenheit des kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts ebenfalls bestimmbar; hierzu können die jeweiligen Sensor-Ausgangsdaten an das Steuergerät übermittelt und von diesem ausgewertet werden.
Vom Steuergerät wird aus der momentanen Fahrbahnkrümmung und der mittels des Geschwindigkeitssensors bestimmbaren momentanen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs eine momentane Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs berechnet. Aus der momentanen Querbeschleunigung kann dann eine momentane Soll-Kurvenneigung für das Kraftfahrzeug bestimmt und aus dieser durch Gewichtung mit einem geschwindigkeitsabhängigen Soll-Kurvenneigung-Gewichtungsfaktor eine modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung berechnet werden. Aus der modifizierten momentanen Soll-Kurvenneigung wird in Abhängigkeit von der momentanen Oberflächenbeschaffenheit eine reduzierte modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung bestimmt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung mit den vorangehend genannten Merkmalen sowie mit einer von dem Steuergerät dieser Vorrichtung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ansteuerbaren Fahrwerksvorrichtung, in welcher die von dem Steuergerät bestimmte reduzierte modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung des Kraftfahrzeugs einstellbar ist.
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.
1 ein grobschematisches Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2a/2b ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die 2a eine Draufsicht und die 2b eine Rückansicht des Kraftfahrzeugs zeigt.
In der 1 ist ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens grobschematisch dargestellt und mit 1 bezeichnet. Die 2 zeigt ein Kraftfahrzeug 10 beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts 20, wobei das Kraftfahrzeug 10 eine erfindungsgemäße Vorrichtung 11 mit einem Steuergerät 12 umfasst, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet/programmiert ist.
Die 2a zeigt das Kraftfahrzeug 10 in einer Draufsicht, die 2b in einer Rückansicht.
In einem ersten Schritt S1 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine momentane Fahrbahnkrümmung K und eine momentane Oberflächenbeschaffenheit O des von dem Kraftfahrzeug zu befahrenden kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts 20 bestimmt. Die Bestimmung der momentanen Fahrbahnkrümmung K und der momentanen Oberflächenbeschaffenheit O erfolgt mittels eines optischen Detektionssystems 2, beispielsweise in der Art eines in dem Kraftfahrzeug 10 verbauten Kamerasystems, von welchem ein Fahrzeugvorfeld des Kraftfahrzeugs 10 überwacht wird. Zur Bestimmung der Oberflächenbeschaffenheit O können die Sensor-Ausgangsdaten des optischen Detektionssystems 2, üblicherweise ein Bild des Fahrzeug-Vorfeldes, ausgewertet werden. Die Oberflächenbeschaffenheit O ist dabei als Menge von verschiedenen Oberflächenbeschaffenheits-Elementen (z. B. ”glatt”, ”rauh”, ”uneben”, ”sehr uneben” ”mit Schlaglöchern”, usw.) aufzufassen.
Zur Bestimmung der Oberflächenbeschaffenheit O können alternativ zum optischen Detektionssystem 2 weitere im Kraftfahrzeug 10 verbaute Sensoren zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann das Ausgangssignal eines oder mehrerer an den jeweiligen Rädern 17 des Kraftfahrzeugs 10 verbauter Rad-Drehzahlmesser ausgewertet werden, die beispielsweise in Verbindung mit einem ABS-System o. ä. des Kraftfahrzeugs 10 verwendet werden (vgl. 2). Auch ist auch die Verwendung eines oder mehrerer Federbein-Positionssensoren denkbar, mittels welcher die aktuelle Position von als Federbeinen ausgebildeten Aktoren 16 der Fahrwerksvorrichtung 15 des Kraftfahrzeugs 10 ermittelt werden kann. Schließlich kann zur Ermittlung der Oberflächenbeschaffenheit O auch ein im Kraftfahrzeug 10 verbauter Beschleunigungssensor verwendet werden, welcher eine beschleunigte Bewegung des Kraftfahrzeugs 10 in eine Richtung orthogonal zur Fahrbahnoberfläche 20 bestimmt.
Allen diesen Sensoren ist gemeinsam, dass sich ihr Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Oberflächenbeschaffenheit O des Fahrbahnabschnitts 20 ändern kann. Beispielsweise kann ein Schlagloch in der Fahrbahn, welches auf eine schlechte Beschaffenheit des Fahrbahnabschnitts hindeutet, zu einer kurzzeitigen Veränderung der Position eines oder mehrerer der Aktoren 16 der Fahrwerksvorrichtung 15 führen, was sich im Ausgangssignal der betreffenden Federbein-Positionssensoren widerspiegelt.
Auch kann ein solches Schlagloch zu einer kurzzeitigen, geringfügigen Änderung der Raddrehzahl des Rades 17 führen, welches über das Schlagloch rollt. Schließlich kann das Schlagloch auch eine beschleunigte Bewegung des gesamten Kraftfahrzeugs 10 in eine Richtung orthogonal zur Fahrbahnoberfläche zur Folge haben.
Im Folgenden werden die vorangehend genannten Sensoren, also Federbein-Positionssensoren, Beschleunigungssensoren, Rad-Drehzahlsensoren unter dem Begriff ”nicht-optische Sensorik” zusammengefasst. Es ist klar, dass unter diesen Begriff auch noch weitere geeignete im Kraftfahrzeug verbaute Sensoren fallen.
In einem zweiten Schritt S2 wird eine momentane Querbeschleunigung a_y des Kraftfahrzeugs aus der vorangehend bestimmten momentanen Fahrbahnkrümmung K und einer momentanen Geschwindigkeit v_x des Kraftfahrzeugs 10 berechnet. Die momentane Geschwindigkeit v_x wird hierfür mittels eines in dem Kraftfahrzeug verbauten Geschwindigkeitssensors 6 bestimmt. Die momentane Querbeschleunigung a_y berechnet sich in bekannter Weise gemäß der Formel a_y = K·v_x ². Durch die Verwendung verschiedener Indizes y und x soll hier zum Ausdruck gebracht werden, dass ein Richtungsvektor der momentanen Querbeschleunigung a_y (in Y-Richtung) in eine zu dem entsprechenden Richtungsvektor der momentanen Geschwindigkeit v_x des Kraftfahrzeugs 10 orthogonale Richtung (also in X-Richtung) weist (vgl. 2a).
In einem dritten Schritt S3 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus der vorangehend bestimmten momentanen Querbeschleunigung a_y eine momentane Soll-Kurvenneigung w(a_y) bestimmt. Die funktionale Abhängigkeit der momentanen Soll-Kurvenneigung w(a_y) von der momentanen Querbeschleunigung a_y kann in einem Kennfeld 4 festgelegt sein. Alternativ dazu kann aber auch ein analytischer Zusammenhang zwischen der momentanen Soll-Kurvenneigung w(a_y) und der momentanen Querbeschleunigung a_y definiert sein.
In einem vierten Schritt S4 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus der in Schritt S3 berechneten momentanen Soll-Kurvenneigung w(a_y) mittels Gewichtung mit einem geschwindigkeitsabhängigen Gewichtungsfaktor G(v_x) eine modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung w_G(a_x, v_y, K) berechnet. Hierzu wird der Soll-Kurvenneigung-Gewichtungsfaktor G(v_x) mit der vorangehend bestimmten momentanen Soll-Kurvenneigung w(a_y) multipliziert. Auch der geschwindigkeitsabhängige Gewichtungsfaktor G(v_x) kann durch ein Kennfeld 5 o. ä. festgelegt sein; alternativ dazu kann aber auch hier ein analytischer Zusammenhang zwischen dem Gewichtungsfaktor G(v_x) und der Geschwindigkeit v_x definiert sein.
In einem fünften Schritt S5 wird eine reduzierte modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung w_G(a_x, v_y, K) aus der vorangehend in Schritt S4 berechneten modifizierten momentanen Soll-Kurvenneigung w_R(a_x, v_y, K, O) in Abhängigkeit von der in Schritt S1 bestimmten momentanen Oberflächenbeschaffenheit O berechnet.
Den verschiedenen Oberflächenbeschaffenheits-Elementen der Oberflächenbeschaffenheit O (”glatt”, ”uneben” usw.) kann ein Beschaffenheitswert B zugeordnet werden. Jedem Beschaffenheitswert B kann wiederum, beispielsweise über einen definierten funktionalen Zusammenhang oder ein Kennfeld o. ä., ein Reduktionswert R = R(B) zugeordnet werden, um welchen die modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung w_G zu der reduzierten momentanen modifizierten Soll-Kurvenneigung w_R reduziert werden soll, d. h. es gilt w_R = w_G – R. Die Berechnung R = R(B) kann in einem Zwischenschritt S5a durchgeführt werden. Grundsätzlich kann zwischen Beschaffenheitswert B und Reduktionswert R(B) ein beliebiger geeigneter linearer oder auch nicht-linearer Zusammenhang derart definiert werden, dass der Reduktionswert R mit zunehmendem Beschaffenheitswert B zunimmt. Ein solcher Zusammenhang zwischen dem Beschaffenheitswert B und dem Reduktionswert R(B) kann analytisch definiert oder auch in einem in der 1 mit 7 bezeichneten Kennfeld festgelegt sein. Ein solches Kennfeld 7 kann insbesondere Fahrzeug- oder Fahrwerkspezifisch sein.
Insbesondere kann einer ideal ”glatten” Oberfläche des Fahrbahnabschnitts ein vorbestimmter Beschaffenheitswert B₀ zugeordnet werden. In diesem Falle erfolgt die Reduktion R gemäß Schritt S5 um den Wert R(B₀) = 0, d. h. es wird effektiv keine Reduktion R der modifizierten momentanen Soll-Kurvenneigung w_G durchgeführt und die modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung w_G und die reduzierte modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung w_R nehmen identische Werte an (also w_R = w_G). Da die Fahrbahnoberfläche ”glatt” ausgebildet ist, ist eine Reduktion der Soll-Kurvenneigung w_G auch nicht erforderlich, denn es ist nicht zu erwarten, dass von den Federbeinen der Fahrwerk-Vorrichtung Unebenheiten in der Fahrbahnoberfläche ausgeglichen oder gedämpft werden müssen.
Demgegenüber kann einer ”nicht-glatten” Fahrbahnoberfläche ein Beschaffenheits-Wert B₁ zugeordnet werden, dem wiederum ein von 0 verschiedener Reduktionswert zugeordnet ist, also R(B₁) > 0. Eine solche ”nicht-glatte” Fahrbahnoberfläche kann beispielsweise ein oder mehrere Schlaglöcher o. ä. aufweisen. Folglich wird die modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung w_G um R(B₁) zu der reduzierten modifizierten momentanen Soll-Kurvenneigung w_R reduziert, um in den Federbeinen 16 der Fahrwerk-Vorrichtung 15 genügend Federweg zur Dämpfung beim Überfahren des Schlaglochs/der Schlaglöcher sicherzustellen. Grundsätzlich bietet es sich an, dass mit zunehmendem Beschaffenheitswert B auch die Reduktion der Soll-Kurvenneigung zunimmt. Entsprechend bedeuten kleine Werte des Beschaffenheitswert B geringe Unebenheiten in der Fahrbahnoberfläche.
Es ist klar, dass das erfindungsgemäße Verfahren im Praxiseinsatz in einem Kraftfahrzeug iterativ durchgeführt wird, so dass beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens berechnete Soll-Kurvenneigung ständig aktualisiert werden und somit an sich ändernde Fahrbahn-Verhältnisse bzw. an Änderungen der momentanen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs angepasst werden kann.
In der Darstellung der 2 ist ein Kraftfahrzeug 10 beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts 20 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 11 zum Bestimmen einer reduzierten modifizierten momentanen Soll-Kurvenneigung w_R(a_y, v_x, K, O) gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gezeigt.
Die 2a zeigt das Kraftfahrzeug 10 dabei in einer Draufsicht und die 2b in einer Rückansicht. Die Vorrichtung 11 umfasst ein Steuergerät 12, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet/programmiert ist, sowie ein mit dem Steuergerät 12 in Kommunikationsverbindung stehendes optisches Detektionssystem 2, mittels welchem gemäß Schritt S1 des erfindungsgemäßen Verfahrens die momentane Fahrbahnkrümmung K des kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts 20 sowie dessen Oberflächenbeschaffenheit O bestimmt und an das Steuergerät 12 übermittelt werden kann. Alternativ oder zusätzlich zum optischen Detektionssystem 2 kann dieses auch eine nicht-optische Sensorik umfassen. Diese kann wenigstens einen Raddrehzahl-Sensor, wenigstens einen Beschleunigungssensor oder/und wenigstens einen Federbein-Positionssensor umfassen. Mittels dieser Sensoren ist die Oberflächenbeschaffenheit O des kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts 20 ebenfalls bestimmbar; hierzu können die jeweiligen Sensor-Ausgangsdaten an das Steuergerät 12 übermittelt und von diesem ausgewertet werden.
Das Steuergerät 12 steht des Weiteren auch mit einem Kraftfahrzeug-Geschwindigkeitssensor 6 in Kommunikationsverbindung, welcher die momentane Geschwindigkeit v_x des Kraftfahrzeugs 10 an das Steuergerät 12 übermittelt.
Das Steuergerät 12 kann eine Steuerungseinheit 13 (ECU) und eine mit der Steuerungseinheit 13 in Kommunikationsverbindung stehende Speichereinheit 14 umfassen. Die Steuerungseinheit 13 und die Speichereinheit 14 können in der Art eines herkömmlichen Mikrokontrollers ausgebildet sein, wobei dem Fachmann hierfür technische Realisierungsmöglichkeiten bekannt sind. Die Kennfelder 4 und 5 können in der Speichereinheit 14 abgelegt sein und von der Steuereinheit 12 zur Durchführung des Verfahrensschritts S3 ausgelesen werden. Für den Fall, dass die Speichereinheit 14 ein beschreibbarer Speicher ist, lassen sich die Kennfelder 4, 5, 7 durch Überschreiben des entsprechenden Speicherbereichs in der Speichereinheit 14 modifizieren, beispielsweise, wenn für verschiedene Kraftfahrzeug-Typen unterschiedliche Kennfelder 4, 5,7 verwendet oder diese aktualisiert werden sollen.
Das Kraftfahrzeug 10 umfasst eine von dem Steuergerät 12 ansteuerbare Fahrwerk-Vorrichtung 15, die in der Art eines elektro-hydraulisch aktiven Fahrwerks ausgebildet sein kann. Die Fahrwerksvorrichtung 15 umfasst vier als höhenverstellbare Federbeine ausgebildete Aktoren 16, wobei jedem Rad 17 des Kraftfahrzeugs ein Aktor 16 zugeordnet ist. Durch ein individuelles Einstellen der Stellhöhe der Aktoren 16 kann die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmte Soll-Kurvenneigung w_R(a, v_x, K, O) (also der gewünschte Wankwinkel) an dem Kraftfahrzeug 10 eingestellt werden.
Alternativ zur vorangehend beschriebenen elektro-hydraulischen Fahrwerk-Vorrichtung 15 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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010046317 A1 [0005]
DE 102006018978 A1 [0006]
DE 102004040876 A1 [0007]

Claims

Verfahren (1) zum Bestimmen einer Soll-Kurvenneigung (w_G) eines Kraftfahrzeugs (10) beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts (20), gemäß welchem eine Soll-Kurvenneigung (w_G) eines Kraftfahrzeugs (10) beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts (20) in Abhängigkeit von einer mittels eines optischen Detektionssystems (2) bestimmten momentanen Fahrbahnkrümmung (K) bestimmt wird und zusätzlich in Abhängigkeit von einer ebenfalls mittels des optischen Detektionssystems (2) bestimmten momentanen Oberflächenbeschaffenheit (O) des kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts (20) reduziert wird.
Verfahren (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Bestimmen einer momentanen Fahrbahnkrümmung (K) und Bestimmen einer momentanen Oberflächenbeschaffenheit (O) des kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts (20) mittels eines optischen Detektionssystems (2), b) Berechnen einer momentanen Querbeschleunigung (a_y(v_x, K)) des Kraftfahrzeugs (10) aus der in Schritt a) bestimmten momentanen Fahrbahnkrümmung (K) und einer momentanen Geschwindigkeit (v_x) des Kraftfahrzeugs (10), c) Bestimmen einer momentanen Soll-Kurvenneigung (w(a_y)) für das Kraftfahrzeug (10) aus der in Schritt b) berechneten momentanen Querbeschleunigung (a_y(v_x, K)), d) Berechnen einer modifizierten momentanen Soll-Kurvenneigung (w_G(a_y)) durch Gewichtung der in Schritt c) bestimmten momentanen Soll-Kurvenneigung (w(a_y)) mit einem Soll-Kurvenneigung-Gewichtungsfaktor (G(v_x)), wobei der Soll-Kurvenneigung-Gewichtungsfaktor (G) in Abhängigkeit von der momentanen Geschwindigkeit (v_x) des Kraftfahrzeugs (10) festgelegt wird, e) Berechnen einer reduzierten modifizierten momentanen Soll-Kurvenneigung (w_R(a_y, v_x, K, O)) aus der in Schritt d) berechneten modifizierten momentanen Soll-Kurvenneigung (w_G(a_y, v_x, K)) in Abhängigkeit von der in Schritt a) bestimmten momentanen Oberflächenbeschaffenheit (O).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus mittels des optischen Detektionssystems (2) ermittelten momentanen Oberflächenbeschaffenheit (O) ein Beschaffenheitswert (B) und daraus ein Reduktionswert (R) bestimmt wird, um welchen die modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung (w_G) zu der reduzierten modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung (w_R) reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Beschaffenheitswert (B) und Reduktionswert (R) ein linearer oder nichtlinearer Zusammenhang derart definiert ist, dass der Reduktionswert (R) mit zunehmendem Beschaffenheitswert (B) zunimmt.
Vorrichtung (11) zum Bestimmen einer Soll-Kurvenneigung (K) eines Kraftfahrzeugs (10) beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts (20), – mit einem Steuergerät (11), – mit einem mit dem Steuergerät (11) in Kommunikationsverbindung stehendes optischen Detektionssystem (2), – mit einer mit dem Steuergerät (11) in Kommunikationsverbindung stehenden Kraftfahrzeug-Geschwindigkeitssensor (6) zur Bestimmung einer momentanen Geschwindigkeit (v_x) des Kraftfahrzeugs, – wobei mittels des optischen Detektionssystems (2) eine momentanen Fahrbahnkrümmung (K) und eine momentane Oberflächenbeschaffenheit (O) des kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts (20) bestimmt und an das Steuergerät (12) übermittelt wird, – wobei von dem Steuergerät (12) aus der momentanen Fahrbahnkrümmung (K) und einer momentanen Geschwindigkeit (v_x) eine momentane Querbeschleunigung (a_y(v_x, K)) des Kraftfahrzeugs (10) berechnet wird, – wobei aus der momentanen Querbeschleunigung (a_y(v_x, K)) eine momentane Soll-Kurvenneigung (w(a_y)) für das Kraftfahrzeug bestimmt und aus dieser durch Gewichtung mit einem geschwindigkeitsabhängigen Soll-Kurvenneigung-Gewichtungsfaktor (G(v_x)) eine modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung (w_G(a_y, v_x, K)) berechnet wird, – wobei aus der modifizierten momentanen Soll-Kurvenneigung (w_G(a_y, v_x, K)) in Abhängigkeit von der momentanen Oberflächenbeschaffenheit (O) eine reduzierte modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung (w_R(a_y, v_x, K, O)) bestimmt wird.
Kraftfahrzeug (10), – mit einer Vorrichtung (11) nach Anspruch 5, – mit einer von dem Steuergerät (12) ansteuerbaren Fahrwerksvorrichtung (15), mittels welcher die von dem Steuergerät (12) berechnete reduzierte modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung (w_R(a_y, v_X, K, O)) des Kraftfahrzeugs (10) einstellbar ist.