DE102015011408B3

DE102015011408B3 - Verfahren zum Betreiben einer Lenkung eines Fahrzeugs und Lenkung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102015011408B3
Application number: DE102015011408.5A
Authority: DE
Inventors: Vitali Melechin
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2015-08-29
Filing date: 2015-08-29
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2035-08-30

Abstract

Lenkung für ein Fahrzeug (A) mit lenkbaren Vorderrädern (3, 4) an einer Vorderachse und lenkbaren Hinterrädern (1, 2) an einer Hinterachse, wobei die Räder (1, 2, 3, 4) jeweils einen Ist-Radlenkwinkel (14, 24, 34, 44) aufweisen und mittels Aktoren jeweils auf einen Soll-Radlenkwinkel (15, 25, 35, 45) einstellbar sind, wobei durch eine Verstellung der Ist-Radlenkwinkel (14, 24, 34, 44) an mindestens einer der Achsen ein Kurvenradius (R), den das Fahrzeug (A) momentan beschreibt, kontinuierlich geregelt wird, wobei eine Regelung der Soll-Radlenkwinkel (15, 25, 35, 45) mittels Betätigung einer Lenkhandhabe (Y) erfolgt, wobei die Lenkhandhabe (Y) eine Nullstellung (NU) aufweist und wobei bei Vorgabe eines Soll-Radlenkwinkels (15, 25, 35, 45) durch die Lenkhandhabe (Y) innerhalb eines um die Nullstellung (NU) liegenden Bereichs (X), bei konstantem Ist-Radlenkwinkel (34, 44) der Vorderräder (3, 4), die Hinterräder (1, 2) ihren Ist-Radlenkwinkel (14, 24) ändern, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkung eines Fahrzeugs und eine Lenkung für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 7.
Derartige Verfahren zum Betreiben einer Lenkung eines Fahrzeugs und Lenkungen für ein Fahrzeug sind für Kraftfahrzeuge, insbesondere für die Führung von Kraftfahrzeugen, vorgesehen. Prinzipiell befinden sich Vorderräder an einer Vorderachse und Hinterräder an einer Hinterachse, wobei die meisten Personenkraftwagen mindestens zwei Achsen und mindestens vier Räder aufweisen. Dabei sind sowohl Vorderachs- als auch Hinterachslenkungen bekannt. Lenkbare Räder einer Vorder- oder Hinterachse können einerseits mittels eines Lenkgestänges mechanisch miteinander verbunden sein, andererseits gibt es auch separat lenkbare und aktuierte Räder an einer Achse, welche keine mechanische Verbindung mittels eines Lenkgestänges aufweisen und somit unabhängig voneinander einstellbare Radlenkwinkel ermöglichen. Bekannt sind Lenkungen, die mittels eines Lenkrads bedient werden. Dabei kann ein Lenkrad mittels eines Lenkgetriebes mechanisch mit den Rädern verbunden sein. Es sind jedoch auch „steer-by-wire”-Lenkungen bekannt, die keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den zu lenkenden Rädern aufweisen. Eine „steer-by-wire”-Lenkung kann eine mechanische Rückfallebene aufweisen. Moderne Fahrzeuge weisen Assistenzsysteme auf, die auch auf die Lenkung Einfluss nehmen können. Generell muss ein Fahrzeug nicht von einem Menschen geführt werden, da ein Fahrzeug als ein autonom fahrbares Fahrzeug ausgeführt sein kann. Dabei kann zumindest eine Rechnereinheit, mittels vom Fahrzeug aufgenommener und/oder übermittelter Daten, eine Trajektorie vorgeben und zumindest den Antrieb und die Lenkung steuern oder regeln. Grundlegend kann eine Lenkung einen Radlenkwinkel an einem Rad einstellen, wobei in der Regel ein Spurwinkel, insbesondere ein Vor- oder Nachspurwinkel, für einen Geradeauslauf voreingestellt ist. Bei einer Kurvenfahrt hat ein kurveninneres gelenktes Rad meist einen größeren Radlenkeinschlag als ein kurvenäußeres gelenktes Rad. Möchte man einen tatsächlichen Lenkwinkel, welcher in einem dynamischen Fall vorliegt, abschätzen, so müssten auch die elastischen und kinematischen Einflüsse mitberücksichtigt werden. Ein positiver Radlenkwinkel bedeutet hierbei, dass die Radlängsachse eine Fahrzeuglängsachse, die durch eine Fahrzeugmitte verläuft, vor dem Rad schneidet und ein negativer Radlenkwinkel, dass die Radlängsachse die Fahrzeuglängsachse hinter dem Rad schneidet. Dies gilt für Radlenkwinkel die kleiner als 90° sind und für Räder, die nicht um einen Punkt, der sich auf der Fahrzeuglängsachse befindet, rotieren. Bei einer positiven Radlenkwinkeländerung vergrößert und bei einer negativen Radlenkwinkeländerung verkleinert sich ein Radlenkwinkel.
Die DE 10 2006 008 668 A1 offenbart ein Lenksystem für ein zweispuriges Fahrzeug mit einer Vorderradlenkung, welche zwei separat lenkbare Räder umfasst, und einer Erfassungsvorrichtung, welche zur Erfassung eines momentanen Fahrzeugzustands ausgebildet ist, wobei ein Lenkvorgang des Fahrzeugs abhängig von dem detektierten Fahrzeugzustand erfolgt, wobei die Räder abhängig vom erfassten Fahrzeugzustand mit einem im Wesentlichen gleich großen oder mit einem unterschiedlichen Lenkwinkel einstellbar sind.
Die DE 10 2013 200 132 A1 beschreibt ein Fahrspurhaltesystem für ein Fahrzeug, das einen Vorderradeinschlag-Controller, einen Hinterradeinschlag-Controller und einen Fahrspurhalteprozessor enthält. Der Vorderradeinschlag-Controller ist konfiguriert, um ein Vorderrad als Antwort auf einen Vorderradeinschlag-Drehmomentbefehl um einen Vorderradeinschlagwinkel einzuschlagen, während der Hinterradeinschlag-Controller konfiguriert ist, um ein Hinterrad des Fahrzeugs als Antwort auf einen Hinterradeinschlag-Drehmomentbefehl um einen Hinterradeinschlagwinkel einzuschlagen. Der Fahrspurhalteprozessor ist konfiguriert, um einen Sollkurs des Fahrzeugs längs einer Fahrbahn zu bestimmen, eine Bahn des Fahrzeugs anhand einer erfassten Fahrzeugbewegung zu schätzen, einen Fehler zwischen dem bestimmten Sollkurs und der geschätzten Bahn zu berechnen und einen Vorderradeinschlag-Drehmomentbefehl für den Vorderradeinschlag-Controller sowie einen Hinterradeinschlag-Drehmomentbefehl für den Hinterradeinschlag-Controller bereitzustellen, um den berechneten Fehler minimal zu machen.
Die nachveröffentlichte DE 10 2014 216 102 A1 zeigt ein Verfahren zum hochautomatisierten oder autonomen Fahren eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, dessen Vorderräder vom Fahrer mittels eines Lenkrads sowie mittels eines elektronisch angesteuerten Motors und dessen Hinterräder nur durch einen elektronisch angesteuerten Motor lenkbar sind, wobei der maximale Lenkwinkel der Vorderräder um ein Vielfaches größer als derjenige der Hinterräder ist und eine elektronische Steuereinheit das Lenken des Fahrzeugs längs einer geeignet festgelegten Bahn steuert. Dabei lenkt die elektronische Steuereinheit bei geringer Krümmung der Bahn, welcher alleine durch Lenken der Hinterräder gefolgt werden kann, unter Belassen der Vorderräder in Geradeausstellung und stillstehendem Lenkrad alleine die Hinterräder (= Modus mit stillstehendem Lenkrad), während bei einer stärkeren Bahn-Krümmung für das Folgen dieser Bahn zumindest anteilig die Vorderräder mit sich dann drehendem Lenkrad motorisch gelenkt werden (= Modus mit drehendem Lenkrad).
Die gattungsbildende DE 10 2013 220 921 A1 betrifft eine Lenkwinkelvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein erstes mechanisches Lenksystem, welches wenigstens eine Betätigungseinrichtung aufweist zum Einstellen eines Lenkwinkels an zwei Rädern einer ersten Fahrzeugachse, und eine Steuerungseinrichtung zum Steuern der Betätigungseinrichtung, und ein zweites „steer-by-wire-Lenksystem”, welches wenigstens eine Betätigungseinrichtung aufweist zum Einstellen eines Lenkwinkels an den zwei Rädern der ersten Fahrzeugachse oder zwei Rädern einer zweiten Fahrzeugachse, und eine Steuerungseinrichtung zum Steuern der Betätigungseinrichtung, wobei der Lenkwinkel an den zwei Rädern der jeweiligen Fahrzeugachse durch das erste und das zweite Lenksystem voneinander unabhängig einstellbar ist. Ebenso wird eine Steuerungseinrichtung vorgeschlagen, die derart ausgebildet ist, dass diese in Abhängigkeit von einem Geschwindigkeitsschwellenwert das erste Lenksystem und/oder das zweite Lenksystem steuert, um einen Lenkwinkel an einem jeweiligen Rad durch das erste und/oder zweite Lenksystem einzustellen, wobei die Steuerungseinrichtung ausgebildet ist, das erste Lenksystem und/oder das zweite Lenksystem unterhalb oder bis zum Erreichen des Geschwindigkeitsschwellenwerts zu steuern, um einen Lenkwinkel an einem jeweiligen Rad durch das erste und/oder zweite Lenksystem einzustellen und vorzugsweise wobei die Steuerungseinrichtung ausgebildet ist nur das erste Lenksystem zu steuern, um einen Lenkwinkel an einem jeweiligen Rad durch das erste Lenksystem einzustellen, wenn der Geschwindigkeitsschwellenwert überschritten ist. Ein Nachteil ist, dass nach Überschreiten des Geschwindigkeitsschwellenwerts die Steuerungseinrichtung nur noch das erste Lenksystem steuert. Desweiteren bleibt unklar was unterhalb oder oberhalb des Geschwindigkeitsschwellenwertes genau mit den Rädern passiert. Nachteilig ist, dass keine Richtungsänderungen der Radlenkwinkel und deren genaue Reihenfolgen offenbart werden. Vielmehr könnte sich eine Reihenfolge für die Steuervorrichtung, die von der Geschwindigkeit abhängig ist, ergeben. Zudem ist keine Einschränkung der Radlenkwinkel an einer Hinterachse vorgesehen, um das Fahrverhalten in der Kurve zu verbessern.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkung eines Fahrzeugs und eine Lenkung für ein Fahrzeug bereitzustellen, die ein verbessertes Verhalten eines Fahrzeugs in einer Kurvenfahrt ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Lenkung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.
Ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkung eines Fahrzeugs mit lenkbaren Vorderrädern an einer Vorderachse und lenkbaren Hinterrädern an einer Hinterachse, wobei die Räder jeweils einen Ist-Radlenkwinkel aufweisen und mittels Aktoren jeweils auf einen Soll-Radlenkwinkel einstellbar sind, wobei durch eine Verstellung der Ist-Radlenkwinkel an mindestens einer der Achsen ein Kurvenradius, den das Fahrzeug momentan beschreibt, kontinuierlich geregelt wird, wobei bei einem Übergang von einer Geradeausfahrt in eine Kurvenfahrt oder bei einer Verringerung des Kurvenradius in der Kurvenfahrt in einem ersten Schritt, bei konstantem Ist-Radlenkwinkel der Vorderräder, der Ist-Radlenkwinkel des kurveninneren Hinterrades eine positive Radlenkwinkeländerung und der Ist-Radlenkwinkel des kurvenäußeren Hinterrades eine negative Radlenkwinkeländerung erfahren und wenn ein erster Grenz-Radlenkwinkel an dem kurveninneren Hinterrad und/oder ein zweiter Grenz-Radlenkwinkel an dem kurvenäußeren Hinterrad erreicht oder überschritten wird in einem zweiten Schritt der Ist-Radlenkwinkel des kurveninneren Vorderrades eine negative Radlenkwinkeländerung und der Ist-Radlenkwinkel des kurvenäußeren Vorderrades eine positive Radlenkwinkeländerung erfahren.
Indem bei einem Einlenkvorgang zuerst die Hinterräder einlenken und die Vorderräder einen konstanten Radlenkwinkel aufweisen, bleibt bei gleichbleibendem Kraftübertragungspotential der Reifen mehr Potential für eine Antriebskraft der Vorderräder. Dies folgt aus der Einsicht, dass für ein fahrendes Fahrzeug beim Einlenken eines Rades die Seitenkraft erhöht wird und bei zusätzlichem Vorliegen oder Erhöhen einer Antriebs- oder Bremskraft eine größere Gesamtkraft übertragen wird, sodass für ein angetriebenes Rad, welches den Radlenkwinkel betragsmäßig erhöht, die Tendenz die Rutschgrenze zu erreichen, größer ist als für ein angetriebenes Rad mit konstantem Radlenkwinkel. Da jedoch bei größeren Radlenkwinkeln der Hinterräder eine extreme Lenkwilligkeit des Fahrzeugs vorliegt und somit die Übersteuertendenz erhöht wird, beschränken die Grenz-Radlenkwinkel ein Lenken der Hinterachse. Dabei wird das Antriebskraftpotential der Vorderräder auf einem hohen Niveau gehalten und die Stabilität während einer Kurvenfahrt gewährleistet. In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens ist das Verfahren abschaltbar. Hiermit könnte man es ermöglichen, dass das Fahrzeug optional auch gemäß einem anderen Verfahren betrieben wird. Die Abschaltung kann hierbei von einem Fahrer, durch eine manuelle Betätigung oder Eingabe, oder von einem Fahrerassistenzsystem ausgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens weist das Fahrzeug eine Lenkhandhabe auf, wobei die Hinter- und Vorderräder zumindest zeitweise keine mechanische Verbindung zu der Lenkhandhabe ausweisen. Dies hat den Vorteil, dass es steuerungstechnisch leichter beherrschbar ist bei einer Lenkeingabe die Hinterräder anzusteuern, ohne eine Radlenkwinkeländerung der Vorderräder einzustellen. Zum anderen kann es vom Gesetzgeber vorgeschrieben sein, eine mechanische Rückfallebene für die Lenkung vorzuhalten, da eine Redundanz die Sicherheit erhöht.
In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens entspricht der erste und/oder der zweite Grenz-Radlenkwinkel einem maximalen Einlenkwinkel der Hinterräder. Somit kann eine Lenkfähigkeit der Hinterachse vollständig ausgenutzt werden, bevor die Vorderräder ihren Radlenkwinkel verändern, um den Kurvenradius weiter zu verringern. Dies stellt sicher, dass in einer Kurvenfahrt die Seitenkräfte der Vorderachse so lange wie möglich auf einem Minimum gehalten werden.
In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens sind der erste und/oder der zweite Grenz-Radlenkwinkel zumindest von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig. So könnte man für höhere Geschwindigkeiten den Grenz-Radlenkwinkel verringern, um die Übersteuertendenz bei einem Einlenken der Hinterräder in Grenzen zu halten. Gleichzeitig kann man für kleinere Geschwindigkeiten die Grenz-Radlenkwinkel auf einem hohen Niveau halten, ohne ein unsicheres Fahrverhalten zu erzeugen.
In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens werden die Soll-Radlenkwinkel durch ein Fahrerassistenzsystem beeinflusst. Dieses kann einem Fahrer dabei helfen auf einer Fahrbahn zu bleiben oder ein Hindernis zu umfahren, wobei eine entsprechende Kurskorrektur vom Fahrzeug vorgenommen wird.
In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens ist das Fahrerassistenzsystem zum autonomen Betrieb des Fahrzeugs ausgebildet. Dabei kann das Fahrzeug vollständig ohne einen Fahrer das Fahrzeug führen und gemäß dem Verfahren die Lenkung betreiben.
Eine Lenkung für ein Fahrzeug mit lenkbaren Vorderrädern an einer Vorderachse und lenkbaren Hinterrädern an einer Hinterachse, wobei die Räder jeweils einen Ist-Radlenkwinkel aufweisen und mittels Aktoren jeweils auf einen Soll-Radlenkwinkel einstellbar sind, wobei durch eine Verstellung der Ist-Radlenkwinkel an mindestens einer der Achsen ein Kurvenradius, den das Fahrzeug momentan beschreibt, kontinuierlich geregelt wird, wobei eine Regelung der Soll-Radlenkwinkel mittels Drehbetätigung einer als Lenkrad ausgebildeten Lenkhandhabe erfolgt, wobei die Lenkhandhabe eine Nullstellung aufweist, wobei bei Vorgabe eines Soll-Radlenkwinkels durch die Lenkhandhabe innerhalb eines um die Nullstellung liegenden Bereichs, bei konstantem Ist-Radlenkwinkel der Vorderräder, die Hinterräder ihren Ist-Radlenkwinkel ändern.
Indem bei Betätigung der Lenkhandhabe innerhalb eines um die Nullstellung liegenden Bereichs, bei konstantem Ist-Radlenkwinkel der Vorderräder die Hinterräder ihren Ist-Radlenkwinkel ändern, kann das Fahrzeug eine erhöhte Antriebs- oder Bremskraft mittels der Vorderräder übertragen. Dies folgt aus der Einsicht, dass für ein fahrendes Fahrzeug beim Einlenken eines Rades die Seitenkraft erhöht wird und bei zusätzlichem Vorliegen oder Erhöhen einer Antriebs- oder Bremskraft eine größere Gesamtkraft übertragen wird, sodass für ein angetriebenes Rad, welches den Radlenkwinkel betragsmäßig erhöht, die Tendenz die Rutschgrenze zu erreichen, größer ist als für ein angetriebenes Rad mit konstantem Radlenkwinkel. Die Einschränkung, des um die Nullstellung liegenden Bereichs, hat eine direkte und intuitive Betätigungszuweisung für die Hinterräder zur Folge. Die Hinter- und Vorderräder können als separat lenkbare Räder ausgeführt werden, die mittels Aktoren jeweils einzeln betätigt werden können. Ausreichend sind jedoch unabhängig voneinander lenkbare Achsen. Dabei bietet sich zwar eine „steer-by-wire”-Lenkung für die Hinter- und Vorderachse an, es ist jedoch auch denkbar eine Lenkung mit mechanischer Kopplung für Vorder- und/oder Hinterräder vorzusehen. Eine spezielle Anpassung eines Lenkgetriebes, einer hydraulischen oder einer elektromechanischen Lenkung wäre dabei unabdingbar. So könnten mittels einer Überlagerungslenkung, durch eine Ausgleichsbewegung, für die Vorderachse die Radlenkwinkel trotz Betätigung einer Lenkhandhabe konstant gehalten werden, bei gleichzeitiger Betätigung der Hinterachse bzw. der Variation der entsprechenden Radlenkwinkel. Die vorgeschlagene Lenkung für ein Fahrzeug eignet sich zum Ausnutzen der Antriebskraft in einer Kurvenfahrt besonders für ein frontangetriebenes Fahrzeug oder einen frontlastig ausgelegten Allradantrieb. Für das Bremsen in der Kurvenfahrt gibt es Vorteile unabhängig davon, welche Antriebsart vorliegt.
In einer bevorzugten Ausführung der Lenkung ändern die Vorderräder ihren Ist-Radlenkwinkel, wenn eine Ist-Stellung der Lenkhandhabe außerhalb des Bereichs verändert wird. Dies bedeutet, dass die Vorderräder bei Verändern der Ist-Stellung der Lenkhandhabe außerhalb des Bereichs mitlenken. Zudem wird eine Reihenfolge vorgegeben, da bei einer Änderung der Ist-Stellung innerhalb des Bereichs die Ist-Radlenkwinkel der Vorderräder konstant bleiben.
In einer bevorzugten Ausführung der Lenkung ändern zusätzlich die Hinterräder ihren Ist-Radlenkwinkel, wenn die Ist-Stellung der Lenkhandhabe außerhalb des Bereichs verändert wird. Für diesen Fall ergibt sich für eine Betätigung der Lenkhandhabe außerhalb des Bereichs eine gewöhnliche Allradlenkung, die sowohl die Vorderräder als auch die Hinterräder betätigt.
In einer bevorzugten Ausführung der Lenkung weist der Bereich eine erste und zweite Bereichsgrenze auf, welche zumindest von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig sind. So könnte man für höhere Geschwindigkeiten den Bereich verkleinern und entsprechend die maximalen Radlenkwinkel der Hinterräder verringern, um die Übersteuertendenz bei einem Einlenken der Hinterräder in Grenzen zu halten. Gleichzeitig kann man für kleinere Geschwindigkeiten den Bereich vergrößern, ohne ein unsicheres Fahrverhalten zu erhalten.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Darin zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs;
2 ein Fahrzeug in schematischer Ansicht zu vier unterschiedlichen Zeitpunkten bei einer Kurvenfahrt;
3 eine Skizze einer als Lenkrad ausgebildeten Lenkhandhabe.
Gemäß der 1 umfasst ein Fahrzeug A eine Fahrzeugfront F, ein Fahrzeugheck H, eine durch die Fahrzeugmitte verlaufende Fahrzeuglängsachse L, einen Fahrzeugschwerpunkt S, ein kurveninneres Hinterrad 1, ein kurvenäußeres Hinterrad 2, ein kurveninneres Vorderrad 3 und ein kurvenäußeres Vorderrad 4. Ein Ist-Radlenkwinkel des kurveninneren Hinterrades 14 wird von einer Parallelen zur Fahrzeuglängsachse 11 und einer Längsachse des kurveninneren Hinterrades im Ist-Radlenkwinkel 12 eingeschlossen. Ein Soll-Radlenkwinkel des kurveninneren Hinterrades 15 wird von der Parallelen zur Fahrzeuglängsachse 11 und einer Längsachse des kurveninneren Hinterrades im Soll-Radlenkwinkel 13 eingeschlossen. Das kurveninnere Hinterrad 1 ist auf einen ersten Grenz-Radlenkwinkel 16 einstellbar. Ein Ist-Radlenkwinkel des kurvenäußeren Hinterrades 24 wird von einer Parallelen zur Fahrzeuglängsachse 21 und einer Längsachse des kurvenäußeren Hinterrades im Ist-Radlenkwinkel 22 eingeschlossen. Ein Soll-Radlenkwinkel des kurvenäußeren Hinterrades 25 wird von der Parallelen zur Fahrzeuglängsachse 21 und einer Längsachse des kurvenäußeren Hinterrades im Soll-Radlenkwinkel 23 eingeschlossen. Das kurvenäußere Hinterrad 2 ist auf einen zweiten Grenz-Radlenkwinkel 26 einstellbar. Ein Ist-Radlenkwinkel des kurveninneren Vorderrades 34 wird von einer Parallelen zur Fahrzeuglängsachse 31 und einer Längsachse des kurveninneren Vorderrades im Ist-Radlenkwinkel 32 eingeschlossen. Ein Soll-Radlenkwinkel des kurveninneren Vorderrades 35 wird von der Parallelen zur Fahrzeuglängsachse 31 und einer Längsachse des kurveninneren Vorderrades im Soll-Radlenkwinkel 33 eingeschlossen. Ein Ist-Radlenkwinkel des kurvenäußeren Vorderrades 44 wird von einer Parallelen zur Fahrzeuglängsachse 41 und einer Längsachse des kurvenäußeren Vorderrades im Ist-Radlenkwinkel 42 eingeschlossen. Ein Soll-Radlenkwinkel des kurvenäußeren Vorderrades 45 wird von der Parallelen zur Fahrzeuglängsachse 41 und einer Längsachse des kurvenäußeren Vorderrades im Soll-Radlenkwinkel 43 eingeschlossen. Aus den Ist-Radlenkwinkeln 14, 24, 34, 44, den elastischen Deformationen, insbesondere der Reifenverformungen, und dem Fahrzeugzustand, insbesondere der Fahrzeuggeschwindigkeit, stellt sich ein dynamischer Kurvenradius R um einen Momentanpol des Fahrzeugschwerpunktes MP ein. Der Betrag des Kurvenradius R und die Lage des Momentanpols des Fahrzeugschwerpunktes MP sind für ein bewegtes Fahrzeug in der Regel zeitabhängig.
Gemäß der 2 wird ein Fahrzeug A, A', A'', A''' in schematischer Ansicht zu vier unterschiedlichen Zeitpunkten t₀, t₁, t₂, t₃ bei einem Fahrmanöver Z, insbesondere einer Kurvenfahrt dargestellt. Das Fahrzeug A gemäß 1, aufweisend ein kurveninneres Hinterrad 1, ein kurvenäußeres Hinterrad 2, ein kurveninneres Vorderrad 3, ein kurvenäußeres Vorderrad 4, und einen Fahrzeugschwerpunkt S bewegt sich auf einer Fahrbahn, welche eine linke und rechte Fahrbahnbegrenzung TL, TR aufweist, wobei ein geradeaus verlaufender Fahrbahnabschnitt in eine Linkskurve mündet. Zum Zeitpunkt t₀ befindet sich das Fahrzeug A auf dem geradeaus verlaufenden Fahrbahnabschnitt, wobei sich alle vier Räder in der für die Geradeausfahrt vorgesehenen Stellung befinden. Zu dem Zeitpunkt t₁, der zeitlich nach dem Zeitpunkt t₀ liegt, befindet sich das Fahrzeug A' kurz vor der Linkskurve, bzw. am Kurveneingang. Dabei befinden sich das kurveninnere und kurvenäußere Vorderrad 3', 4' in einer für die Geradeausfahrt vorgesehenen Ist-Stellung, wobei der Ist-Radlenkwinkel des kurveninneren Hinterrades 14' einen positiven und der Ist-Radlenkwinkel des kurvenäußeren Hinterrades 24' einen negativen Wert aufweisen, sodass der Fahrzeugschwerpunkt S' einen Kurvenradius R' um den Momentanpol MP' beschreibt. Zu dem Zeitpunkt t₂, der zeitlich nach dem Zeitpunkt t₁ liegt, befindet sich das Fahrzeug A'' in der Linkskurve. Dabei befinden sich weiterhin das kurveninnere und kurvenäußere Vorderrad 3'', 4'' in einer für die Geradeausfahrt vorgesehenen Ist-Stellung, wobei der Ist-Radlenkwinkel des kurveninneren Hinterrades 14'' einen positiven und der Ist-Radlenkwinkel des kurvenäußeren Hinterrades 24'' einen negativen Wert aufweisen, sodass der Fahrzeugschwerpunkt S'' einen Kurvenradius R'' um den Momentanpol MP'' beschreibt. Da die Beträge der Ist-Radlenkwinkel des kurveninneren und kurvenäußeren Hinterrades 14'', 24'' zum Zeitpunkt t₂ größer sind als zu dem vorherigen Zeitpunkt t₁, liegt ein stärkeres Einlenkverhalten des Fahrzeugs A'' vor, sodass sich auch der Kurvenradius R'', den der Fahrzeugschwerpunkt S'' um den Momentanpol MP'' beschreibt, verringert. Zu dem Zeitpunkt t₃, der zeitlich nach dem Zeitpunkt t₂ liegt, befindet sich das Fahrzeug A''' in einem Linkskurvenabschnitt der im Vergleich zum Streckenabschnitt im Zeitpunkt t₂ einen geringeren Radius aufweist. Der Ist-Radlenkwinkel des kurveninneren Vorderrades 34''' weist dabei einen negativen und der Ist-Radlenkwinkel des kurvenäußeren Vorderrades 44''' einen positiven Wert auf. Zudem weist der Ist-Radlenkwinkel des kurveninneren Hinterrades 14''' einen positiven und der Ist-Radlenkwinkel des kurvenäußeren Hinterrades 24''' einen negativen Wert auf, sodass der Fahrzeugschwerpunkt S''' einen Kurvenradius R''' um den Momentanpol MP''' beschreibt. Zum Zeitpunkt t₃ lenken sowohl die Vorderräder 3''', 4''', als auch die Hinterräder 1''', 2''' ein und es liegt ein stärkeres Einlenkverhalten des Fahrzeugs A''' vor, sodass sich auch der Kurvenradius R''', den der Fahrzeugschwerpunkt S''' um den Momentanpol MP''' beschreibt, weiter verringert. Somit ergibt sich auch eine strickte Reihenfolge der zu lenkenden Räder 1, 2, 3, 4. Zum einen werden bis zum Erreichen eines gewissen Kurvenradius R nur die Ist-Radlenkwinkel der Hinterräder 14 und 24 variiert, zum anderen werden zum Unterschreiten eines bestimmten Kurvenradius R zusätzlich die Ist-Radlenkwinkel der Vorderräder 34 und 44 verändert. Dabei können bei Unterschreiten eines bestimmten Kurvenradius R die Hinterräder 1 und 2 in einer festen Stellung, beispielsweise einem maximalen oder berechneten Lenkeinschlag, verharren oder zusätzlich ihre Ist-Radlenkwinkel variieren. Der Kurvenradius R bezieht sich auf das Fahrzeug A, wohingegen jede Kurve einen Radius aufweist, der charakteristisch für einen Streckenabschnitt ist. Anhand der Gesamtdarstellung des Fahrmanövers Z in 2 wird der Zusammenhang veranschaulicht, dass geringe Radien einer Kurve nur mit dem Einlenken der Hinterräder 1 und 2 gefahren werden und nach dem Ausschöpfen eines Lenkbereichs, insbesondere bei Erreichen einer Einlenkgrenze der Hinterräder 1 und 2, zusätzlich die Vorderräder 3 und 4 einlenken. Hierbei wird ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkung eines Fahrzeugs A und eine Lenkung für ein Fahrzeug A bereitgestellt, die es ermöglichen einerseits mehr Antriebs- und Bremskraftpotential mittels der Vorderräder 3 und 4 in einer Kurvenfahrt übertragen zu können, andererseits eine sichere Lenkwilligkeit des Fahrzeugs zu gewährleisten.
Gemäß der 3 wird ein Lenkrad für eine Lenkhandhabe Y vorgeschlagen. Das Lenkrad weist einen Lenkradkranz LK und eine Drehachse DA auf. Weiterhin weist das Lenkrad eine Nullstellung NU, vorzugsweise für eine Geradeausfahrt, und eine Ist-Stellung IS in der sich das Lenkrad momentan befindet auf. Ferner ist ein Bereich X mit einer ersten und zweiten Bereichsgrenze XL, XR vorgesehen. In 3 befindet sich die Ist-Stellung IS innerhalb des Bereichs X, wobei auch eine Ist-Stellung IS außerhalb des Bereichs X möglich ist. Der Bereich X kann um die Nullstellung NU symmetrisch Bereichsgrenzen XL und XR aufweisen. Unter einer Lenkhandhabe fallen prinzipiell Begriffe wie eine Betätigungseinrichtung, ein Lenkrad, ein Joystick, eine Schiebeeinrichtung oder ein Lenkgetriebe.
Bezugszeichenliste

A: Fahrzeug
F: Fahrzeugfront
H: Fahrzeugheck
L: Fahrzeuglängsachse
R: Dynamischer Kurvenradius
S: Fahrzeugschwerpunkt
X: Bereich
Z: Fahrmanöver
Y: Lenkhandhabe
DA: Drehachse
LK: Lenkradkranz
NU: Nullstellung
IS: Ist-Stellung
MP: Momentanpol des Farhrzeugschwerpunktes
TL: Linke Fahrbahnbegrenzung
TR: Rechte Fahrbahnbegrenzung
XL: Erste Bereichsgrenze
XR: Zweite Bereichsgrenze
t₀: Zeitpunkt
t₁: Zeitpunkt nach t₀
t₂: Zeitpunkt nach t₁
t₃: Zeitpunkt nach t₂
1: Kurveninneres Hinterrad
2: Kurvenäußeres Hinterrad
3: Kurveninneres Vorderrad
4: Kurvenäußeres Vorderrad
11: Parallele zur Fahrzeuglängsachse
12: Längsachse des kurveninneren Hinterrades im Ist-Radlenkwinkel
13: Längsachse des kurveninneren Hinterrades im Soll-Radlenkwinkel
14: Ist-Radlenkwinkel des kurveninneren Hinterrades
15: Soll-Radlenkwinkel des kurveninneren Hinterrades
16: Erster Grenz-Radlenkwinkel
21: Parallele zur Fahrzeuglängsachse
22: Längsachse des kurvenäußeren Hinterrades im Ist-Radlenkwinkel
23: Längsachse des kurvenäußeren Hinterrades im Soll-Radlenkwinkel
24: Ist-Radlenkwinkel des kurvenäußeren Hinterrades
25: Soll-Radlenkwinkel des kurvenäußeren Hinterrades
26: Zweiter Grenz-Radlenkwinkel
31: Parallele zur Fahrzeuglängsachse
32: Längsachse des kurveninneren Vorderrades im Ist-Radlenkwinkel
33: Längsachse des kurveninneren Vorderrades im Soll-Radlenkwinkel
34: Ist-Radlenkwinkel des kurveninneren Vorderrades
35: Soll-Radlenkwinkel des kurveninneren Vorderrades
41: Parallele zur Fahrzeuglängsachse
42: Längsachse des kurvenäußeren Vorderrades im Ist-Radlenkwinkel
43: Längsachse des kurvenäußeren Vorderrades im Soll-Radlenkwinkel
44: Ist-Radlenkwinkel des kurvenäußeren Vorderrades
45: Soll-Radlenkwinkel des kurvenäußeren Vorderrades

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Lenkung eines Fahrzeugs (A) mit lenkbaren Vorderrädern (3, 4) an einer Vorderachse und lenkbaren Hinterrädern (1, 2) an einer Hinterachse, wobei die Räder (1, 2, 3, 4) jeweils einen Ist-Radlenkwinkel (14, 24, 34, 44) aufweisen und mittels Aktoren jeweils auf einen Soll-Radlenkwinkel (15, 25, 35, 45) einstellbar sind, wobei durch eine Verstellung der Ist-Radlenkwinkel (14, 24, 34, 44) an mindestens einer der Achsen ein Kurvenradius (R), den das Fahrzeug (A) momentan beschreibt, kontinuierlich geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Übergang von einer Geradeausfahrt in eine Kurvenfahrt oder bei einer Verringerung des Kurvenradius (R) in der Kurvenfahrt in einem ersten Schritt, bei konstantem Ist-Radlenkwinkel der Vorderräder (34, 44), der Ist-Radlenkwinkel des kurveninneren Hinterrades (14) eine positive Radlenkwinkeländerung und der Ist-Radlenkwinkel des kurvenäußeren Hinterrades (24) eine negative Radlenkwinkeländerung erfahren und dass wenn ein erster Grenz-Radlenkwinkel (16) an dem kurveninneren Hinterrad (1) und/oder ein zweiter Grenz-Radlenkwinkel (26) an dem kurvenäußeren Hinterrad (2) erreicht oder überschritten wird in einem zweiten Schritt der Ist-Radlenkwinkel des kurveninneren Vorderrades (34) eine negative Radlenkwinkeländerung und der Ist-Radlenkwinkel des kurvenäußeren Vorderrades (44) eine positive Radlenkwinkeländerung erfahren.
Verfahren zum Betreiben einer Lenkung eines Fahrzeugs (A) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (A) eine Lenkhandhabe (Y) aufweist, wobei die Hinter- und Vorderräder (1, 2, 3, 4) zumindest zeitweise keine mechanische Verbindung zu der Lenkhandhabe (Y) ausweisen.
Verfahren zum Betreiben einer Lenkung eines Fahrzeugs (A) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Grenz-Radlenkwinkel (17, 27) einem maximalen Einlenkwinkel der Hinterräder (1, 2) entspricht.
Verfahren zum Betreiben einer Lenkung eines Fahrzeugs (A) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Grenz-Radlenkwinkel (17, 27) zumindest von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig sind.
Verfahren zum Betreiben einer Lenkung eines Fahrzeugs (A) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Radlenkwinkel (15, 25, 35, 45) durch ein Fahrerassistenzsystem beeinflusst werden.
Verfahren zum Betreiben einer Lenkung eines Fahrzeugs (A) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerassistenzsystem zum autonomen Betrieb des Fahrzeugs (A) ausgebildet ist.
Lenkung für ein Fahrzeug (A) mit lenkbaren Vorderrädern (3, 4) an einer Vorderachse und lenkbaren Hinterrädern (1, 2) an einer Hinterachse, wobei die Räder (1, 2, 3, 4) jeweils einen Ist-Radlenkwinkel (14, 24, 34, 44) aufweisen und mittels Aktoren jeweils auf einen Soll-Radlenkwinkel (15, 25, 35, 45) einstellbar sind, wobei durch eine Verstellung der Ist-Radlenkwinkel (14, 24, 34, 44) an mindestens einer der Achsen ein Kurvenradius (R), den das Fahrzeug (A) momentan beschreibt, kontinuierlich geregelt wird, wobei eine Regelung der Soll-Radlenkwinkel (15, 25, 35, 45) mittels Drehbetätigung einer als Lenkrad ausgebildeten Lenkhandhabe (Y) erfolgt, wobei die Lenkhandhabe (Y) eine Nullstellung (NU) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorgabe eines Soll-Radlenkwinkels (15, 25, 35, 45) durch die Lenkhandhabe (Y) innerhalb eines um die Nullstellung (NU) liegenden Bereichs (X), bei konstantem Ist-Radlenkwinkel (34, 44) der Vorderräder (3, 4), die Hinterräder (1, 2) ihren Ist-Radlenkwinkel (14, 24) ändern.
Lenkung für ein Fahrzeug (A) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenn eine Ist-Stellung (IS) der Lenkhandhabe (Y) außerhalb des Bereichs (X) verändert wird, die Vorderräder (3, 4) ihren Ist-Radlenkwinkel ändern.
Lenkung für ein Fahrzeug (A) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Ist-Stellung (IS) der Lenkhandhabe (Y) außerhalb des Bereichs (X) verändert wird, zusätzlich die Hinterräder (1, 2) ihren Ist-Radlenkwinkel ändern.
Lenkung für eine Fahrzeugs (A) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (X) eine erste und zweite Bereichsgrenze (XL, XR) aufweist, welche zumindest von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig sind.