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Die Erfindung betrifft ein System zur dynamischen Einstellung der Fahreigenschaften eines Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren zur dynamischen Einstellung der Fahreigenschaften eines Kraftfahrzeugs.
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Kraftfahrzeuge geraten bei Fahrmanövern wie Einparken oder Fahren in engen Straßen häufig in Kontakt mit Bordsteinkanten, wobei besonders in Querrichtung des Kraftfahrzeugs Kräfte auf die Räder ausgeübt werden, die zu Fehlstellungen der Räder führen können. Auch bei Notbremsungen und bestimmten Lenkmanövern bei hohen Geschwindigkeiten werden entsprechende Kräfte auf die Räder ausgeübt. Durch Fehlstellung der Räder kann ein Kraftfahrzeug eine Tendenz bekommen, ohne aktives Lenken durch den Fahrer nach rechts oder links zu ziehen. Typische Fehlstellungen der Räder beruhen häufig auf Veränderungen in Spur und Sturz. Die Spur ist die Stellung der Räder auf der linken und rechten Kraftfahrzeugseite zueinander. Der Sturz eines Rades ist die von der Senkrechten abweichende Neigung eines Rades. Moderne Fahrerassistenzsysteme können Fehlstellungen der Räder beispielsweise ausgleichen, indem die Drift durch eine Steuerwinkelkorrektur mittels einer elektrisch unterstützten Servolenkung ausgeglichen wird, die eine zusätzliche Steuerbewegung durchführen oder einen Regelkreis aufweisen, der die Drift kompensiert. Allerdings wird dabei die Fehlstellung der Räder nicht beseitigt, was sich negativ auf die Lebensdauer der Reifen der Räder auswirkt.
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Die gattungsbildende Druckschrift
DE 10 2005 026 047 A1 offenbart eine Radführung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, die wenigstens ein Lager zur gelenkigen Verbindung eines Längslenkers oder Querlenkers mit einer Karosserie aufweist. Bei einer im Fahrbetrieb auftretenden Schwingung der Radführung wird diese sensorisch erfasst und mit einer durch einen Regler in Verbindung mit Linearmotoren erzeugte Kompensationsschwingung überlagert. Hierdurch erfolgt eine Schwingungsdämpfung. Auf diese Weise werden Schwingungen, die in die Karosserie übergeleitet werden, reduziert. Über die Linearmotoren sind zudem die Fahrwerkseinstellungen beispielsweise der Spurwerte während der Fahrt beeinflussbar.
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Die
DE 101 35 868 A1 offenbart einen Reibdämpfer, der Schwingungsenergie durch trockene Reibung verzehrt. Darüber hinaus ist die Dämpfer-Kennlinie regelbar. Der Reibdämpfer ist als Drehdämpfer ausgebildet, wobei die Reibflächen die Seitenflächen eines Kreisscheibensegments sind. Mit Hilfe eines Sensors und eines Aktors kann die Dämpfer-Kennlinie aktiv beeinflusst werden. Insbesondere wird die Radaufhängung für einen Personenkraftwagen verwendet.
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Es besteht darum die Aufgabe, eine Vorrichtung bereitzustellen, die einer Fehlstellung der Räder entgegenwirkt. Es besteht weiterhin die Aufgabe, ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen.
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Die erste Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die zweite Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus dem Nebenanspruch und den Unteransprüchen.
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Unter „Kraftfahrzeugen“ werden durch Motoren angetriebene, nicht an Spurführung gebundene Landfahrzeuge verstanden, in der vorliegenden Anmeldung insbesondere aber Kraftwagen.
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Ein „Aktuator“ ist eine Vorrichtung, die Steuerbefehle in mechanische Bewegung umsetzt und dabei einen Effekt bewirkt, wie beispielsweise in dieser Anmeldung die Kraftwirkung auf Radträger eines Kraftfahrzeugs.
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Ein „Energiewandler“ ist eine Vorrichtung zum Umwandeln von einer Energieform in eine andere. Piezoelektrische Einrichtungen können mechanische Energie in elektrische und elektrische Energie in mechanische umwandeln.
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Die „Kraftfahrzeugquerrichtung“ ist die Orientierung der Erstreckung eines Kraftfahrzeugs von der rechten zur linken Seite und umgekehrt.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein System zum dynamischen Erfassen und Einstellen von Fahreigenschaften eines Kraftfahrzeugs mit an Radträgern befestigten Rädern und einer Regelvorrichtung, wobei an jedem Radträger mindestens eine piezoelektrische Einrichtung angeordnet ist, die sowohl als Aktuator als auch als Energiewandler ausgebildet ist.
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Mit anderen Worten kann die piezoelektrische Einrichtung sowohl als Aktuator als auch als Energiewandler funktionieren. Das System ist vorteilhaft, weil es eine dynamische Einstellung bzw. Nachstellung der Räder ermöglicht, durch einen geringen Energieverbrauch ökonomisch ist und es zusätzlich die Gewinnung elektrischer Energie ermöglicht.
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Das System umfasst ferner eine Einrichtung zum Speichern von durch die piezoelektrischen Einrichtungen erzeugter elektrischer Energie. Die Einrichtung zum Speichern elektrischer Energie ist mit allen piezoelektrischen Einrichtungen des Systems durch Stromleitungen verbunden.
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Vorteilhafterweise kann durch das System auch eine an die Fahrweise angepasste Einstellung der Spur und des Sturzes durchgeführt werden. Dabei kann durch eine Einstellung der Räder in Richtung Vorspur eine gute Geradeausstabilität erreicht werden, die besonders bei Fahrzeugen für den Alltagsgebrauch angestrebt wird, und durch eine Einstellung der Räder in Richtung Nachspur eine schnelle Reaktionsfähigkeit auf einen Lenkbefehl erreicht werden, der besonders für Sportfahrzeuge angestrebt wird. Weiterhin kann durch beabsichtigte Zunahme des Sturzes bei Wanken eines Kraftfahrzeugs ein optimaler Fahrbahnkontakt der Räder gesichert werden.
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Vorzugsweise ist die Regeleinrichtung ausgebildet, vorgegebene Werte, die Kraftfahrzeug-spezifischen Werten bzw. Soll-Werten entsprechen, in einer ersten Tabelle abzuspeichern, die abgespeicherten Sensordaten mit später empfangenen Sensordaten zu vergleichen und Korrekturdaten zu erstellen sowie die erstellten Korrekturdaten an die piezoelektrische Einrichtung zu senden. Dabei sind vorteilhafterweise weitere Tabellen vorhanden, z. B. eine zweite Tabelle zur separaten Ablage von Korrekturdaten, auf die zu einem späteren Zeitpunkt zugegriffen werden kann. Die Regeleinrichtung umfasst dabei eine Speichereinrichtung, vorzugsweise eine Festplatte, auf der Tabellen und andere Daten abgelegt werden können.
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Weiterhin wird die Aktivität der piezoelektrischen Einrichtungen durch die Regeleinrichtung gesteuert. Dabei werden die piezoelektrischen Einrichtungen in ihrer Funktion als Aktuatoren in Abhängigkeit von Sensorwerten und eingestellten Sollwerten angesteuert. Die Regeleinrichtung ist dazu mit jeder piezoelektrischen Einrichtung des Systems durch eine Signalleitung verbunden. Weiterhin wird durch die Regeleinrichtung entschieden, wie eine bestimmte piezoelektrische Einrichtung zu einem bestimmten Zeitpunkt verwendet werden soll, also als Aktuator, Energieerzeuger oder Sensor.
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Bevorzugt ist die piezoelektrische Einrichtung zusätzlich als Sensor ausgebildet. Weiterhin sind in dem System zusätzliche Sensoren an den Radträgern, Lagern und anderen Stellen des Kraftfahrzeugs angeordnet. Dabei können die zusätzlichen Sensoren auch piezoelektrische Einrichtungen sein, sie können aber auch auf einer anderen Technologie basieren.
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Die piezoelektrischen Einrichtungen sind in ihrer Funktion als Sensoren vorzugsweise ausgebildet, Spur und Sturz der Räder zu erfassen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung sind die piezoelektrischen Einrichtungen im erfindungsgemäßen System mikroelektromechanische Systeme (MEMS, Mikrosysteme). Die MEMS sind miniaturisierte Geräte, deren Komponenten Abmessungen im Mikrometerbereich haben und als System zusammenwirken.
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Jeder Radträger im erfindungsgemäßen System ist mittels der piezoelektrischen Einrichtung in ihrer Eigenschaft als Aktuatoren relativ zur Kraftfahrzeugkarosserie derart beweglich, dass eine Änderung von Spur oder Sturz der Räder bewirkt oder einer Änderung von Spur oder Sturz der Räder entgegengewirkt wird.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen System. Bevorzugt ist gemäß der Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem System zum dynamischen Erfassen und Einstellen von Fahreigenschaften eines Kraftfahrzeugs mit an Radträgern befestigten Rädern und einer Regelvorrichtung, wobei an jedem Radträger mindestens eine piezoelektrische Einrichtung angeordnet ist, die sowohl als Aktuator als auch als Energiewandler ausgebildet ist.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum dynamischen Erfassen und Einstellen von Fahreigenschaften eines Fahrzeugs mit an Radträgern befestigten Rädern, einer Regelvorrichtung und mindestens einer sowohl als Aktuator als auch als Energiewandler ausgebildete piezoelektrische Einrichtung an jedem Radträger, umfassend die Schritte:
- - Bereitstellen einer ersten Tabelle mit Kraftfahrzeug-spezifischen Werten in der Regeleinrichtung,
- - Erfassen einer Anzahl von Messwerten durch mindestens einen Sensor und Übermitteln der Werte an die Regeleinrichtung,
- - Vergleich der ermittelten Werte mit den Werten in der ersten Tabelle,
- - Ermitteln von gegebenenfalls notwendigen Korrekturdaten für das Einstellen jedes Rades,
- - Ablegen der Korrekturdaten in einer zweiten Tabelle,
- - Einstellen der korrekten Radstellung auf der Basis der Korrekturdaten durch die Aktuatoren,
wobei durch eine Bewegung der Räder in eine Fehlstellung eine Energiegewinnung durch die piezoelektrischen Einrichtungen erfolgt.
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Die bereitgestellten und erfassten Werte betreffen dabei besonders die Radstellung des Kraftfahrzeugs, und ganz besonders Spur und Sturz der Räder.
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Die Vorteile des Verfahrens entsprechen denen des erfindungsgemäßen Systems.
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Bevorzugt wird das Einstellen der korrekten Radstellung bei einem nächsten Start des Kraftfahrzeugs durchgeführt. Es ist ebenfalls bevorzugt, wenn das Einstellen der korrekten Radstellung während des laufenden Betriebes des Kraftfahrzeugs erfolgt. Vorzugsweise wird der Fahrer des Kraftfahrzeugs über notwendige bzw. durchgeführte Korrekturen der Radstellung informiert wird. Dies kann beispielsweise über ein Display einer Armatureneinrichtung des Kraftfahrzeugs geschehen.
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Vorzugsweise werden in dem Verfahren von der piezoelektrische Einrichtung ebenfalls Sensorwerte ermittelt und an die Regelvorrichtung übermittelt. Auf der Basis der Sensorwerte werden von der Regeleinrichtung durch Abgleich mit vorgegebenen Werten bzw. Sollwerten notwendige Korrekturdaten ermittelt, die in Form einer einzustellenden Position der Räder an als Aktuatoren wirkende piezoelektrische Einrichtungen weitergegeben werden.
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Bevorzugt wird in dem Verfahren die Spur und der Sturz jedes Rades erfasst und korrigiert.
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Weiterhin ist es bevorzugt, wenn mittels der Regeleinrichtung verschiedene, dem Fahrverhalten angepasste Einstellungen der piezoelektrischen Einrichtungen vorgenommen werden. Das bedeutet, dass durch die Regeleinrichtung die Aktivität der piezoelektrischen Einrichtung in Abhängigkeit von durch einen Benutzer vorgegebenen Einstellungen kontrolliert wird. Dabei kann der Benutzer einen Betriebsmodus einstellen, der sich auf eine bestimmte Fahrweise bezieht. Beispielsweise kann der Benutzer des Kraftfahrzeugs einen sportlichen Modus einstellen, bei dem als Aktoren funktionierende piezoelektrische Einrichtungen früher auf ein Verstellen der Radeinstellungen reagieren. Dabei fließen die Voreinstellungen zusammen mit den durch die Sensoren gemessenen Daten und dem daraus ermittelten Status des Kfz in die Steuerbefehle des Steuergeräts ein.
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Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems in Draufsicht
- 2 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
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Die Ausführungsform eines Systems 1 in der Darstellung von 1 umfasst vier Räder 2 eines Kraftfahrzeugs, die an Radträgern 3 angebracht sind. Die Räder 2 umfassen Vorder- und Hinterräder. An jedem Radträger 3 ist mindestens eine piezoelektrische Einrichtung 4 angeordnet. Die Anzahl der piezoelektrischen Einrichtungen 4 wird dabei so gewählt, wie für das Bewirken einer Bewegung der Räder 2 notwendig ist. Die piezoelektrischen Einrichtungen 4 sind so an den Radträgern 3 angeordnet, dass sie bei Erhalten eines entsprechenden Befehls eine Bewegung der Räder 2 bewirken können.
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Die piezoelektrischen Einrichtungen 4 sind über Signalleitungen 5 mit einer Regeleinrichtung 6 verbunden. Über die Signalleitungen 5 werden den piezoelektrischen Einrichtungen 4 von der Regeleinrichtung 6 Steuerbefehle übermittelt. Weiterhin werden über die Signalleitungen 5 Daten von den piezoelektrischen Einrichtungen 4 an die Regeleinrichtung 6 übertragen, wenn diese als Sensoren ausgebildet sind. Über Stromleitungen 7 sind die piezoelektrischen Einrichtungen 4 mit einer Energiespeichereinrichtung 8 verbunden. Die Energiespeichereinrichtung 8 ist ein Akkumulator. Von den piezoelektrischen Einrichtungen 4 wird in ihrer Funktion als Energiewandler elektrische Energie an die Energiespeichereinrichtung 8 übertragen.
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Die piezoelektrischen Einrichtungen 4 sind in einer funktionellen Einheit sowohl Aktuatoren als auch Energiewandler. Somit funktionieren sie als Aktuatoren, wenn die Radstellung, besonders Spur und Sturz der Räder 2, eingestellt bzw. korrigiert werden soll. Durch äußere Kräfte bewirkte Bewegungen der Räder 2 relativ zur Kraftfahrzeugkarosserie, besonders seitlich bzw. in Querrichtung des Kraftfahrzeugs wirkende Kräfte, die Veränderungen in Spur und Sturz bewirken können, aber auch Vibrationen, werden mittels der piezoelektrischen Einrichtungen 4 in elektrische Energie umgewandelt. Die gewonnene Energie kann zum Betrieb der piezoelektrischen Einrichtungen 4 als Aktuatoren sowie zum Betrieb weiterer Systeme des Kraftfahrzeugs und zum Aufladen der Energiespeichereinrichtung 8 und einer Batterie des Kraftfahrzeugs genutzt werden.
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Zusätzlich funktionieren die piezoelektrischen Einrichtungen 4 auch als Sensoren. Dabei wird durch die permanente Krafteinwirkung durch die Fehlstellung der Räder 2 eine Spannung in der piezoelektrischen Einrichtung 4 induziert, deren Stärke als Maß einer Fehlstellung der Räder 2 dient. Daneben können auch weitere Sensoren, die den piezoelektrischen Effekt nutzen, sowie Sensoren, die nicht den piezoelektrischen Effekt nutzen, an den Rädern 2 sowie an anderen Stellen im System 1 angeordnet sein.
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Die Regeleinheit 6 erfasst die von den piezoelektrischen Einrichtungen 4 in ihrer Funktion als Sensoren aufgenommenen Werte. Die Werte sind dabei besonders Spur- und Sturzveränderungen der Räder 2. Die Regeleinheit 6 umfasst eine Speichereinrichtung, z. B. eine Festplatte, auf der in einer ersten Tabelle Kraftfahrzeug-spezifische Werte, auch als Soll-Werte bezeichnet, des abgelegt werden, besonders zu Spur und Sturz der Räder 2. In einer zweiten Tabelle werden Korrekturdaten abgelegt, die sich aus der Differenz zwischen den Soll-Werten und den aktuellen Werten ergeben. Auf diese kann zur Korrektur der veränderten Spur- und Sturzeinstellungen zurückgegriffen werden und entsprechende Steuerbefehle an die piezoelektrischen Einrichtungen 4 gesendet werden. Zum Erteilen der Steuerbefehle kann zusätzlich eine Steuereinrichtung im System 1 vorhanden sein (nicht gezeigt).
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In einer Ausführungsform eines Verfahren zum Korrigieren einer Fehlstellung der Räder 2 gemäß der Darstellung von 2 werden in einem ersten Schritt S1 Kraftfahrzeug-spezifische Werte, besonders zu Spur und Sturz der Räder 2, in einer ersten Tabelle in der Regeleinrichtung 6 bereitgestellt. In einem zweiten Schritt S2 werden durch die piezoelektrische Einrichtung 4 in ihrer Sensorfunktion Messwerte zu Spur und Sturz der Räder aufgenommen und an die Regelvorrichtung 6 übermittelt. In einem dritten Schritt S3 werden die aufgenommenen, d.h. aktuellen, Werte mit den in der ersten Tabelle abgelegten Werten verglichen. In einem vierten Schritt S4 werden bei Abweichungen von den Soll-Werten von Spur und Sturz Korrekturwerte ermittelt, die zur Einstellung der Radstellungen entsprechend der Soll-Werte notwendig sind. Diese Korrekturwerte werden in einem fünften Schritt in einer zweiten Tabelle abgelegt. Auf diese Werte kann vom System zurückgegriffen werden, um eine Fehlstellung der Räder 2 zu korrigieren bzw. eine bestimmte Einstellung von Spur und Sturz der Räder vorzunehmen. In einem sechsten Schritt S6 werden die Räder 2 dann durch die als Aktuatoren funktionierenden piezoelektrischen Einrichtungen in eine korrekte bzw. vorgegebenen Werten entsprechende Stellung eingestellt.
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Eine Korrektur der Stellung der Räder 2 erfolgt vorzugsweise beim nächsten Start des Kraftfahrzeugs. Der Fahrer wird informiert, z. B. über eine digitale Information oder Leuchten eines entsprechenden Signals auf einem Display im Bereich der Armaturen des Kraftfahrzeugs, dass eine Korrektur der Stellungen mindestens eines Rades 2 vorgenommen wurde. Der Fahrer kann dann z.B. kontrollieren, ob bei der Verstellung der Räder 2 durch Einwirken einer Kraft Beschädigungen an den Rädern 2 aufgetreten sind, z. B. an den Felgen. Die Korrektur der Stellung der Räder 2 kann alternativ auch während einer Fahrt bzw. im Betrieb des Kraftfahrzeugs erfolgen.
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Alternativ können mittels der Regeleinrichtung 6 verschiedene, dem Fahrverhalten angepasste Einstellungen der piezoelektrischen Einrichtungen 4 vorgenommen werden. Das bedeutet, dass durch die Regeleinrichtung 6 die Aktivität der piezoelektrischen Einrichtung 4 in Abhängigkeit von durch einen Benutzer vorgegebenen Einstellungen kontrolliert wird. Diese Einstellungen können als Betriebsmodus verstanden werden, der sich auf eine bestimmte Fahrweise bezieht. Beispielsweise kann der Benutzer des Kraftfahrzeugs einen sportlichen Modus einstellen, bei dem die piezoelektrischen Einrichtungen 4 in ihrer Eigenschaft als Aktoren früher auf ein Verstellen der Radeinstellungen reagieren. Dabei fließen die Voreinstellungen zusammen mit den durch die piezoelektrischen Einrichtungen 4 in ihrer Eigenschaft als Sensoren gemessenen Daten und dem daraus ermittelten Status des Kfz in die Steuerbefehle ein.
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Bezugszeichenliste
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- 1 =
- System
- 2 =
- Rad
- 3 =
- Radträger
- 4 =
- piezoelektrische Einrichtung
- 5 =
- Signalleitung
- 6 =
- Regeleinrichtung
- 7 =
- Stromleitung
- 8 =
- Energiespeichereinrichtung
