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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veränderung eines Lenkwinkels eines Kraftfahrzeugs, wobei zwei gelenkte Rädern einer Achse des Kraftfahrzeugs über eine Lenkmechanik zur Vorgabe der Radwinkel der gelenkten Räder um eine Hochachse des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit des Lenkwinkels gekoppelt sind, wobei durch eine Bremseinrichtung des Kraftfahrzeugs wenigstens ein Bremseingriff durchgeführt wird, durch den ein gebremstes der gelenkten Räder stärker gebremst wird als ein weiteres der gelenkten Räder, wobei auf die gelenkten Räder durch den Bremseingriff voneinander unterschiedliche Drehmomente zur Veränderung des jeweiligen Radwinkels wirken. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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In Kraftfahrzeugen werden zunehmend Fahrerassistenzsysteme genutzt, die den Fahrer bei Fahraufgaben unterstützen oder ihm einzelne Fahraufgaben abnehmen. Bei einer automatisierten oder assistierten Fahrt des Kraftfahrzeugs soll hierbei häufig die Querführung des Kraftfahrzeugs unabhängig von Bedieneingaben eines Fahrers durchgeführt werden. Sollen hohe Automatisierungsgrade erreicht werden, bei denen eine Führung des Kraftfahrzeugs auch über längere Zeiträume ohne einen Fahreingriff eines Fahrers möglich sein soll, ergeben sich hohe Anforderungen an die Ausfallsicherheit der genutzten Systeme, also vor allem der Sensoren, Steuergeräten und Aktoren. Eine Möglichkeit eine hohe Ausfallsicherheit zu erreichen ist es, entsprechende Systeme redundant auszulegen, das heißt beispielsweise mehrere unabhängige Aktoren im Kraftfahrzeug vorzusehen, um Lenkeingriffe durchzuführen. Entsprechende redundante Komponenten erhöhen jedoch die Komplexität des Kraftfahrzeugs und können hohe Kosten verursachen. Zudem sind Dopplungen von Bauteilen zur Erhöhung der Ausfallsicherheit aus Funktions- und Bauraumgründen häufig nicht ohne eine vollständige Neukonstruktion entsprechende Fahrzeugabschnitte möglich.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Veränderung eines Lenkwinkels eines Kraftfahrzeugs anzugeben, das dazu geeignet ist, als Rückfallebene für automatisierten Lenkeingriffe durch Aktoren zu dienen, ohne eine redundante Auslegung dieser Aktoren zu erfordern.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei der Bremseingriff derart durchgeführt wird, das eine aufgrund der unterschiedlichen auf die gelenkten Rädern wirkenden Drehmomente auf die Lenkmechanik wirkende Kraft in Querrichtung des Kraftfahrzeugs wenigstens 350 N beträgt, und/oder dass ein Bremsdruck der Bremseinrichtung für das gebremste Rad auf zumindest 60 bar und/oder zumindest bis zum Erreichen eines vorgegebenen Soll-Schlupfes für das gebremste Rad und/oder für maximal 0,5 s erhöht wird.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen Bremseingriff zu nutzen, um den Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs zu verstellen. Die Nutzung selektiver Bremseingriffe zur Übertragung eines Giermoments und auf das gesamte Kraftfahrzeug ist im Stand der Technik bekannt. Bei dem bekannten Vorgehen werden beispielsweise die linken und rechten Räder des Kraftfahrzeugs unterschiedlich stark gebremst, um ein Giermoment auf das gesamte Kraftfahrzeug auszuüben. Um ein Gieren des gesamten Kraftfahrzeugs zu erreichen wird, aufgrund der mechanischen Trägheit des Kraftfahrzeugs, ein langsam anschwellender, relativ geringer Bremsdruck genutzt. Im erfindungsgemäßen Verfahren sollen hingegen die Radwinkel der gelenkten Rädern und somit der Lenkwinkel gegenüber dem Kraftfahrzeug geändert werden. Dies wird erfindungsgemäß durch ein kurzes, starkes Bremsen erreicht.
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Bei den meisten Kraftfahrzeugen fällt der Schnittpunkt einer Lenkdrehachse des jeweiligen Rades mit der Fahrbahnebene nicht mit der Mitte der Radaufstandsfläche zusammen, das heißt der sogenannte Lenkrollradius beziehungsweise Lenkrollhalbmesser ist ungleich Null. Ist dies der Fall, so wirkt auf ein gebremstes Rad ein Drehmoment um eine Drehachse des Achsschenkels. Bei einem positiven Lenkrollradius, das heißt, wenn die Spurbreite größer als die Lenkspurbreite ist beziehungsweise wenn der Schnittpunkt der Lenkdrehachse mit der Fahrbahnebene näher an der Fahrzeugmitte liegt als die Mitte der Radaufstandsfläche, wirkt auf das gebremste Rad ein Drehmoment, dass die Vorderseite des gebremsten Rades zur Fahrzeugaußenseite hin dreht. Bei einem negativen Lenkrollradius wird die Vorderseite des gebremsten Rades hingegen zur Fahrzeugmitte hin gedreht. Da die beiden gelenkten Räder über die Lenkmechanik gekoppelt sind, können sich ihre Radwinkel nicht unabhängig voneinander ändern. Auf das gebremste Rad wirken, da es stärker gebremst wird, ein größeres Drehmomente als auf das weitere Rad, womit das weitere Rad der Rotation des gebremsten Rades folgt. Somit können durch den kurzen, starken Bremseingriff die Radwinkel beider Räder gemeinsam und somit der Lenkwinkel angepasst werden.
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Durch das erfindungsgemäße Vorgehen wird es ermöglicht, einen Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs anzupassen, ohne einen Aktor vorzusehen, der kraftfahrzeugsintern mit der Lenkmechanik gekoppelt ist. Die Anpassung des Lenkwinkels kann durch einen einzelnen der beschriebenen Bremseingriff erfolgen, es können jedoch auch mehrere zeitlich beabstandete Bremseingriffe durchgeführt werden, um größere Lenkwinkeländerungen zu erreichen und/oder eine Blockierung der Lenkung zu beheben. Da die erfindungsgemäße Anpassung des Lenkwinkels durch kurze, starke Bremseingriffe erfolgt, ist sie durch einen Nutzer des Kraftfahrzeugs typischerweise akustisch und/oder haptisch erfassbar. Sie ist daher besonders geeignet, als Rückfallebene für andere Verfahren zur Anpassung des Lenkwinkels zu dienen. Beispielsweise kann ein kraftfahrzeugintern mit der Lenkmechanik gekoppelter Aktor vorgesehen sein, um den Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs, insbesondere im Rahmen eines assistierten oder automatisierten Fahrbetriebs, anzupassen. Wird im Fahrbetrieb ermittelt, dass eine Lenkung des Kraftfahrzeugs durch diesen Aktor nicht möglich ist, da beispielsweise der Aktor nicht funktionsfähig ist und/oder eine Blockierung der Lenkung aufgetreten ist, die durch den Aktor nicht überwunden werden kann, kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Veränderung des Lenkwinkels genutzt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann als Rückfallebene die vollständige Anpassung des Lenkwinkels durchgeführt werden und/oder es können Blockierungen der Lenkung behoben werden, wonach ein weiterer Lenkbetrieb durch den Aktor möglich sein kann. Bei der Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Fahrer bereits durch das Verfahren selbst, das kurze, starke Bremseingriffe umfasst, darauf hingewiesen, dass sich das Kraftfahrzeug in einer Notbetriebsart befindet.
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Der Bremsdruck kann im Rahmen des Bremseingriffs insbesondere auf wenigstens 70 oder 80 bar erhöht werden. Der Bremseingriff kann ergänzend oder alternativ derart durchgeführt werden, dass auf die Lenkmechanik eine Kraft in Querrichtung des Kraftfahrzeugs von wenigstens 400 N, 450 N oder 500 N wirkt. Eine Erhöhung des Bremsdrucks kann vorzugsweise für ein Zeitintervall zwischen 0,1 s und 0,5 s erfolgen. Die Lenkmechanik kann eine oder mehrere Spurstangen und/oder eine Zahnstange umfassen, die in Querrichtung des Kraftfahrzeugs verschoben werden. Die Bremseinrichtung kann eine hydraulische oder pneumatische Bremse sein.
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Die Räder können derart an dem Kraftfahrzeug gelagert werden, dass Sie einen positiven Lenkrollradius aufweisen, wobei der Lenkwinkel in Richtung des gebremsten Rades verändert wird. In diesem Fall erfolgt die Lenkung des Kraftfahrzeugs in die gleiche Richtung, in die auch ein aufgrund des Bremseingriffs auf das Kraftfahrzeug wirkendes Giermoment wirkt, so dass sich das Gieren des Kraftfahrzeugs aufgrund des Bremseingriffs und des Lenkeingriffs ergänzen.
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In einer alternativen Ausführungsform ist es möglich, dass die Räder derart an dem Kraftfahrzeug gelagert werden, dass Sie einen negativen Lenkrollradius aufweisen, wobei der Lenkwinkel entgegen der Richtung des gebremsten Rades verändert wird. Negative Lenkrollradien ermöglichen eine höhere Spurstabilität des Kraftfahrzeugs, insbesondere bei starken Bremsungen. Ein negativer Lenkrollradius führt zwar dazu, dass das durch den Bremseingriff verursachte Gieren des Kraftfahrzeugs der Lenkrichtungsänderung entgegen gesetzt ist. Da erfindungsgemäß jedoch sehr kurze Bremseingriffe genutzt werden, kann das durch die Bremsung verursachte Giermoment gegenüber der erreichten Änderung des Lenkwinkels typischerweise vernachlässigt werden. Vorteilhaft wird bei einer Änderung des Lenkwinkels entgegen der Richtung des gebremsten Rades zudem die auf das kurvenäußere Rad wirkende Gewichtskraft erhöht, womit die Reibung zwischen dem kurvenäußeren Rad und der Fahrbahn erhöht wird und somit die Gefahr eines Untersteuerns verringert wird.
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Im Rahmen des Bremseingriffs kann der Bremsdruck für das gebremste Rad wiederholt abwechselnd erhöht und gesenkt werden. Durch eine intermittierende Bremsung, bei der der Bremsdruck pulsförmig zwischen einem Grunddruck, bei dem keine Bremsung erfolgt, und einem maximalen Bremsdruck variiert wird, oder durch eine schwellende Bremsung, bei der demgegenüber weichere Übergänge zwischen den Bremsdrücken genutzt werden, können besonders effizient Blockierungen der Lenkung behoben werden. Zudem führt eine derartige Bremsung dazu, dass die Bremsung im Wesentlichen ausschließlich zu einer Verstellung des Lenkwinkels führt und nur ein verhältnismäßig geringes Giermoment auf das Gesamtfahrzeug übertragen wird. Bei einer intermittierenden beziehungsweise schwellenden Bremsung ist zudem für einen Nutzer besonders leicht erkennbar, dass es sich um einen Notbremsbetrieb handelt. Die Variation des Bremsdruckes kann insbesondere periodisch erfolgen. Die Erhöhung und Senkung des Bremsdruckes kann derart erfolgen, dass der Bremsdruck für das gebremste Rad im Rahmen des Bremseingriffs mehrmals zwischen einem oberen Grenzwert und einem unteren Grenzwert wechselt.
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Es ist im erfindungsgemäßen Verfahren möglich, dass der Bremseingriff derart durchgeführt wird, dass aufgrund eines Schlupfs des gebremsten Rades ein Antiblockiersystem des Kraftfahrzeugs ausgelöst wird, durch das der Bremsdruck für das gebremste Rad automatisch gesenkt wird. Ein Bremsen erfolgt somit bis zu einem durch das Antiblockiersystem vorgegebenen Soll-Schlupf. Wird ein ausreichend hoher Bremsdruck vorgegeben, führt dies dazu, dass der Bremsdruck durch das Antiblockiersystem intermittierend gesenkt wird, wodurch, wie vorangehend erläutert, das erfindungsgemäße Verfahren besonders effizient durchgeführt werden kann.
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Vor dem Bremseingriff kann ein vorbereitender Bremseingriff durchgeführt werden, durch den wenigstens eines der gelenkten Räder und/oder wenigstens ein nicht lenkbares Rad des Kraftfahrzeugs gebremst werden, wobei der Bremseingriff um ein vorgegebenes Zeitintervall nach dem vorbereiteten Bremseingriff erfolgt, so dass während des Bremseingriffs eine durch wenigstens eines der gelenkten Räder auf eine Fahrbahn übertragene Gewichtskraft höher ist als während des vorbereitenden Bremseingriffs. Bei dem beschriebenen Vorgehen wird die Trägheit der Kraftfahrzeugkomponenten ausgenutzt. Der vorbereitende Bremseingriff führt zu einer Gewichtsverlagerung des Kraftfahrzeugs. Aufgrund der Trägheit der Kraftfahrzeugkomponenten, insbesondere der Karosserie des Kraftfahrzeugs, und der nicht vollständig steifen Kopplung der Kraftfahrzeugkomponente untereinander setzt sich eine durch den vorbereiteten Bremseingriff eingeleitete Gewichtsverlagerung nach diesem vorbereiteten Bremseingriff zunächst fort. Beispielsweise führt ein kurzes und starkes Bremsen des Kraftfahrzeugs zu einem „Nicken” der Karosserie gegenüber dem Fahrwerk. Durch eine passende Wahl des Zeitintervalls, das durch vorangehende Versuche oder dynamisch in Abhängigkeit der Fahrsituation, beispielsweise durch Auswertung einer Geschwindigkeit und/oder einer Beladung des Kraftfahrzeugs, ermittelt werden kann, kann die zum Zeitpunkt des Bremseingriffs durch wenigstens eines der gelenkten Räder übertragene Gewichtskraft maximiert werden. Dies führt zu einer höheren Reibung zwischen dem zusätzlich belasteten gelenkten Rad und der Fahrbahn. Wird das gebremste Rad zusätzlich belastet, führt dies aufgrund der stärkeren Interaktion mit der Fahrbahn bei dem Bremseingriff zu einem stärkeren auf das gebremste Rad wirkenden Drehmoment und somit zu einer stärkeren Veränderung des Lenkwinkels bei ansonsten gleichen Parametern im erfindungsgemäßen Verfahren. Der vorbereitende Bremseingriff kann somit dazu dienen, die Effizienz der Anpassung des Lenkwinkels durch das erfindungsgemäße Verfahren zu verbessern. Zugleich kann durch eine höhere Gewichtskraft auf die gelenkten Räder, insbesondere auf ein kurvenäußeres Rad, ein Untersteuern verhindert oder reduziert werden, so dass ein stärkeres Einlenken in bestimmten Fahrsituationen ermöglicht wird.
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Im erfindungsgemäßen Verfahren kann nach dem Bremseingriff eine weitere Veränderung des Lenkwinkels dadurch erfolgen, dass der Lenkwinkel durch einen kraftfahrzeugsintern mit der Lenkmechanik gekoppelten Aktor verändert wird und/oder dass wenigstens ein nichtgelenktes Rad des Kraftfahrzeugs oder wenigstens eines der gelenkten Räder durch einen nachnachfolgenden Bremseingriff selektiv gebremst wird, wobei der nachfolgende Bremseingriff derart durchgeführt wird, dass eine aufgrund des nachfolgenden Bremseingriffs auf die Lenkmechanik wirkende Kraft in Querrichtung des Kraftfahrzeugs weniger als 350 N beträgt, und/oder dass ein Bremsdruck für das durch den nachfolgenden Bremseingriff gebremste Rad 60 bar nicht überschreitet und/oder für mehr als 0,5 s erhöht wird. Diese Vorgehen ist insbesondere in Fällen vorteilhaft, in denen durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Blockierung einer Lenkung aufgehoben werden soll, so dass anschließend ein Lenken des Kraftfahrzeugs durch einen mit der Lenkmechanik gekoppelten Aktor, beispielsweise einen Motor, der auf eine Lenkachse wirkt, oder durch relative milde Bremseingriffe möglich ist. Es ist auch möglich, dass der Aktor zwar weithin funktionsfähig ist, jedoch in seiner Leistungsfähigkeit eingeschränkt ist, so dass zunächst die Veränderung des Lenkwinkels durch den erfindungsgemäßen Bremseingriff eingeleitet wird, wonach die weitere Verstellung des Lenkwinkels, die weniger Kraft beziehungsweise Drehmoment erfordert, durch den Aktor erfolgt.
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Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Achse mit zwei gelenkten Rädern, einer Lenkmechanik zur Vorgabe von Radwinkeln der Räder um eine Hochachse des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit eines Lenkwinkels und einer Bremseinrichtung, durch die ein Bremseingriff durchführbar ist, durch den ein gebremstes der gelenkten Räder stärker gebremst wird als ein weiteres der gelenkten Räder, wobei die Bremseinrichtung durch eine Steuerungseinrichtung des Kraftfahrzeugs zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ansteuerbar ist.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann mit den zum erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Merkmalen mit den dort erläuterten Vorteilen weitergebildet werden. Zudem lassen sich zu dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug erläuterte Merkmale mit den entsprechenden Vorteilen auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen.
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Es ist möglich, dass durch die Steuereinrichtung der Lenkwinkel zur zumindest teilweise automatisierten und/oder assistierten Führung des Kraftfahrzeugs anpassbar ist, wobei der Lenkwinkel in einem ersten Betriebsmodus der Steuereinrichtung durch eine Ansteuerung eines kraftfahrzeugsintern mit der Lenkmechanik gekoppelten Aktors und in einem zweiten Betriebsmodus der Steuereinrichtung durch eine Ansteuerung der Bremseinrichtung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren veränderbar ist. Der Aktor kann ein Motor, insbesondere ein Elektromotor, sein. Der Aktor kann beispielsweise an einer Achse angreifen, die ein Lenkrad mit der Lenkmechanik verbindet. Es ist jedoch auch möglich, dass ein Drive-by-Wire-System genutzt wird, wobei der Aktor in jenem Fall, in dem eine Querführung des Kraftfahrzeugs durch einen Fahrer erfolgt, gemäß einer Benutzereingabe des Fahrers gesteuert werden kann, um den Lenkwinkel zu ändern. Der Aktor kann in die Lenkmechanik integriert sein und beispielsweise eine Zahnstange und/oder eine Spurstange bewegen.
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Durch die Steuereinrichtung kann eine Blockierung des Aktors und/oder der Lenkmechanik erkennbar sein, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, bei einem Erkennen einer Blockierung in den zweiten Betriebsmodus zu wechseln. Eine Blockade kann beispielsweise erkannt werden, indem Steuersignale des Aktors ausgewertet werden. Beispielsweise kann eine Phasenlage zwischen einer Betriebsspannung und einem Betriebsstrom des Aktors ausgewertet werden. Es ist jedoch auch möglich, dass ein tatsächlich eingestellter Lenkwinkel und/oder Radwinkel erfasst werden, womit erkennbar ist, wenn diese einem entsprechenden Steuersignal nicht folgen.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden Ausführungsbeispiel sowie den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, durch das eine Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführbar ist, und
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2 und 3 verschieden Fahrwerksgeometrien für das in 1 gezeigte Kraftfahrzeug.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, das zur Veränderung eines Lenkwinkels des Kraftfahrzeugs 1 durch gezielte Bremseingriffe an gelenkten Rädern 2 des Kraftfahrzeugs eingerichtet ist. Eine derartige Anpassung des Lenkwinkels des Kraftfahrzeugs 1 kann insbesondere als Rückfallebene in einem assistierten oder automatisierten Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 genutzt werden, falls andere Komponenten der Steuerung des Kraftfahrzeugs 1 ausfallen.
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Bei einem normalen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 erfolgt eine Lenkwinkelvorgabe über die Lenkstange 5, durch deren Rotation eine Zahnstange 6 der Lenkmechanik 3 in Querrichtung des Kraftfahrzeugs 1 verschiebbar ist. Die durch die Verschiebung der Zahnstange 6 werden die über eine nicht dargestellte Mechanik mit den lenkbaren Rädern 2 gekoppelten Spurstangen 7 der Lenkmechanik 3 bewegt, über die der jeweilige Radwinkel der gelenkten Räder 2 eingestellt wird. Die Vorgabe des Lenkwinkels kann durch eine Bedienhandlung an dem Lenkrad 8 erfolgen. Durch eine Steuereinrichtung 10 kann, insbesondere während eines assistierten oder automatisierten Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs 1, zudem ein Aktor 9 an der Lenkstange 5 angesteuert werden, um den Lenkwinkel einzustellen.
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Sollen hohe Automatisierungsgrade genutzt werden, ist es erforderlich, dass das Kraftfahrzeug auch bei Fehlfunktionen einzelner Komponenten zumindest für kurze Zeiträume, insbesondere jedoch bis zur Führung des Kraftfahrzeugs in einen sicheren Zustand, ohne einen Fahreingriff des Fahrers geführt werden kann. Eine Möglichkeit dies zu erreichen ist es, relevante Komponenten, in diesem Fall den Aktor 9 zur Einstellung des Lenkwinkels, redundant auszulegen. Eine derartige redundante Auslegung kann jedoch zu hohen Kosten und hohem Bauraumverbrauch im Kraftfahrzeug 1 führen. Im Kraftfahrzeug 1 wird eine Redundanz der Lenkwinkeleinstellung daher über ein anders Fahrzeugsystem, nämlich über die ohnehin an den lenkbaren Rädern 2 vorgesehenen Bremseinrichtungen 11 erreicht.
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Erkennt die Steuereinrichtung 10 einen Ausfall des Aktors 9 oder eine Blockierung der Lenkmechanik 3, beispielsweise durch eine Überwachung der Betriebsspannung und des Betriebsstroms des Aktors und/oder durch eine sensorische Erfassung eines tatsächlichen Radwinkels, so erfolgt eine weitere Änderung des Lenkwinkels durch wenigstens einen gezielten Bremseingriff.
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Durch die Steuereinrichtung 10 wird die Bremseinrichtung 11, die einem gebremsten der gelenkten Räder zugeordnet ist, derart angesteuert, dass das gebremste Rad 2 stärker gebremst wird als ein weiteres der gelenkten Räder 2. Im Gegensatz zu asymmetrischen Bremseingriffen zur Verbesserung der Spurführung soll durch diesen Bremseingriff das Rad selbst gedreht werden und somit ein Lenkwinkel eingestellt werden, während bei spurkontrollierenden Bremseingriffen im Wesentlichen ein Giermoment auf das gesamte Kraftfahrzeug 1 übertragen wird. Um eine Verdrehung der gelenkten Räder 2 gegenüber dem Kraftfahrzeug 1 zu erreichen, werden kurze und starke Bremseingriffe genutzt. Hierbei soll auf die Lenkmechanik 3 eine Kraft in Querrichtung des Kraftfahrzeugs von wenigstens 350 N, vorzugsweise von wenigstens von 450 oder 500 N, aufgebracht werden, um eine Reibung in der Lenkmechanik und/oder eine Blockierung der Lenkmechanik zu überwinden. Hierzu kann das gebremste Rad 2 bis zur einer Blockiergrenze und darüber hinaus gebremst werden, beispielsweise indem ein Bremsdruck für das Rad 2 auf zumindest 60 bar, vorzugsweise auf zumindest 70 oder 80 bar, und/oder bis zu einem vorgegebenen Soll-Schlupf erhöht wird. Eine Begrenzung auf einen vorgegebenen Soll-Schlupf kann durch eine Mitbenutzung eines Antiblockiersystems des Kraftfahrzeugs 1 erfolgen.
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Die erläuterten Bremseingriffe sollen im Wesentlichen ausschließlich die gelenkten Räder 2 gegenüber dem Kraftfahrzeug 1 verdrehen. Eine Übertragung vom Drehmoment auf das gesamte Kraftfahrzeug 1 ist zunächst nicht gewünscht. Daher kann der Bremseingriff zeitlich sehr kurz, beispielsweise kürzer als 0,5 s, vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,5 s, sein, wodurch der Beitrag des Bremseingriffs zum Gieren des gesamten Kraftfahrzeugs 1 aufgrund der Trägheit des Kraftfahrzeugs 1 und der elastischen Kopplung der gelenkten Räder 2 mit dem Kraftfahrzeug 1 gering ist.
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Die Steuereinrichtung 10 kann die Bremseinrichtung 11 derart steuern, dass der Bremsdruck für das gebremste Rad wiederholt abwechselnd erhöht und gesenkt wird, wobei er vorzugsweise mehrmals zwischen einem oberen Grenzwert und einem unteren Grenzwert wechselt. Durch eine derartige intermittierende oder schwellende Bremsung wird eine stärkere Einwirkung des Bremseingriffs auf den Rad- bzw. Lenkwinkel und eine geringere Auswirkung auf das Giermoment des gesamten Kraftfahrzeugs 1 erreicht.
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Die Auswirkungen des Bremseingriffs auf den Radwinkel und somit auf den Lenkwinkel werden für verschiedene Fahrwerksgeometrien im Folgenden mit Bezug auf 2 und 3 erläutert. 2 zeigt eine Fahrwerksgeometrie mit positivem Lenkrollradius 18. Die Lenkdrehachse 14 ist leicht geneigt, wobei eine Verlängerung des Lenkdrehachse 14 die Fahrbahn 16 an einem Schnittpunkt 15 schneidet, der näher an der Fahrzeugmitte liegt als ein Mittelpunkt 17 der Aufstandsfläche des gelenkten Rades 2. Wird das Rad 2 gebremst, so wirkt auf das Rad 2 ein Drehmoment in die durch den Pfeil 19 angezeigte Richtung, das heißt die Vorderseite des Rades 2 würde, wenn das Rad von der Lenkmechanik 3 entkoppelt wäre, zur Außenseite des Kraftahrzeugs 1 hingedreht. Da die gelenkten Räder 2 über die Lenkmechanik 3 gekoppelt sind, müssen ihre Radwinkel bezüglich der Fahrzeughochachsen 4 jeweils in die gleiche Richtung geschwenkt werden, das heißt ein Verschwenken der Vorderseite eines der gelenkten Räder 2 zur Außenseite des Kraftfahrzeugs 1 hin führt zu einem Schwenken des weiteren der gelenkten Räder 2 zur Innenseite des Kraftfahrzeugs 1 hin.
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Würden in der in 2 gezeigten Fahrwerksgeometrie beide gelenkten Räder 2 gleichmäßig gebremst, würden sich die durch den Pfeil 19 gezeigten Drehmomente und somit die auf die Lenkmechanik 3 wirkenden Querkräfte gegenseitig aufheben, so dass sich der Lenkwinkel nicht verändern würde. Wird jedoch beispielsweise das linke der Räder 2 stärker gebremst, so ist das durch den Pfeil 19 gezeigte Drehmoment am linken Rad 2 stärker als am rechten Rad 2, so dass in der Summe eine Kraft auf die Lenkmechanik 3 in Querrichtung des Kraftfahrzeugs 1 ausgeübt wird, die zu einer Veränderung der Radwinkel und somit des Lenkwinkels nach links führt. Die Bremsung wird wie erläutert vorzugsweise derart ausgeführt, dass diese Querkraft wenigstens 350 N trägt.
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Die in 2 gezeigte Lenkgeometrie führt dazu, dass die Änderung des Lenkwinkels in jene Richtung erfolgt, in die auch ein aufgrund des Bremseingriffs auf das Kraftfahrzeug 1 wirkendes Giermoment wirkt. Die Veränderung des Lenkwinkels und das auf das Kraftfahrzeug 1 übertragene Giermoment aufgrund des Bremseingriffs wirken somit zusammen, um die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 1 zu ändern.
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3 zeigt eine andere Fahrgeometrie, bei der der Lenkrollradius 20, also der Abstand von der Mitte 17 der Lauffläche des gelenkten Rades 2 zu dem Schnittpunkt 15 der Verlängerung des Lenkdrehachse 14 mit der Fahrbahn 16 negativ ist, womit der Schnittpunkt 15 weiter von der Fahrzeugmitte beabstandet ist als die Mitte 17 der Lauffläche. Ein Bremsen des Rades 2 führt in diesem Fall zu einem durch den Pfeil 21 gezeigten Drehmoment, das bei einer Entkopplung des Rades 2 von der Lenkmechanik 3 das Rad 2 zur Fahrzeugmitte hin drehen würde.
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Die in 3 gezeigte Fahrwerksgeometrie wird in vielen Kraftfahrzeugen verwendet, da eine Veränderung eines Lenkwinkels bei einem ungleichmäßigen Bremsen der Vorderräder und ein auf das Kraftfahrzeug 1 wirkendes Giermoment in unterschiedliche Richtungen wirken und sich somit weitgehend gegenseitig kompensieren. Das Kraftfahrzeug ist bei einem starken ungleichmäßigen Bremsen somit spurstabiler als mit der in 2 gezeigten Fahrwerksgeometrie. Zugleich schränkt eine derartige Fahrwerksgeometrie jedoch die Wirksamkeit üblicher bremsbasierter Spurstabilisierungssysteme ein, da ein dort übliches Bremsen mit relativ geringen Bremskräften über längere Zeiträume zu einander kompensierenden Giermomenten und Lenkwinkeländerungen führen kann. Da wie vorangehend erläutert im Kraftfahrzeug 1 jedoch kurze, starke Bremseingriffe genutzt werden, ist die Auswirkung dieser Bremseingriffe auf den Lenkwinkel weit stärker als auf das Giermoment des gesamten Kraftfahrzeugs 1, so dass das erläutere Vorgehen auch bei der in 3 gezeigten Fahrwerksgeometrie nutzbar ist. In diesem Fall ist das von der Lenkrichtung abgewandte Rad anzubremsen, also beispielsweise das rechte Rad 2, um den Lenkwinkel nach links zu verändern. Dies führt zudem dazu, dass aufgrund der Trägheit des Kraftfahrzeugs 1 in einem Zeitinterball nach dem Bremseingriff eine Gewichtsverlagerung in Richtung des gebremsten Rades 2 erfolgt, womit nach der Veränderung des Lenkwinkels das Außenrad des Kraftfahrzeugs 1 stärker belastet ist und somit eine höhere Reibung mit der Fahrbahn 16 aufweist. Dies ermöglicht eine Nutzung größerer Lenkwinkel ohne ein Untersteuern des Kraftfahrzeugs 1.
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Das Lenkverhalten des Kraftfahrzeugs 1 kann weiter verbessert werden, wenn durch die Steuereinrichtung 10 vor dem Bremseingriff zur Anpassung des Lenkwinkels ein vorbereitender Bremseingriff durchgeführt wird, durch den zumindest eines der gelenkten Räder, vorzugsweise beide gelenkten Räder, gebremst werden. Durch diese Bremsung erfolgt eine Gewichtsverlagerung des Kraftfahrzeugs bezüglich der gelenkten Räder 2, so dass die Gewichtskraft auf die gelenkten Räder 2 und somit die Reibung an den gelenkten Rädern 2 und somit die Reibung an den gelenkten Räder 2 während des vorbereitenden Bremseingriffs und, aufgrund der Trägheit des Kraftfahrzeugs, auch nach dem vorbereitenden Bremseingriff auf einen höheren Wert steigt. Das Zeitintervall zwischen dem vorbereitenden Bremseingriff und dem Bremseingriff kann so gewählt werden, dass zu dem Zeitpunkt des Bremseingriffs oder zu einem nachfolgenden Zeitpunkt die an den gelenkten Rädern zwei wirkende Gewichtskraft maximal ist. Durch die Erhöhung der Reibung an den gebremsten Rädern 2 ist bei einer gleichen Stärke des asymmetrischen Bremseingriffs zur Anpassung des Lenkwinkels der Schlupf geringer, womit eine stärkere Veränderung des Rad- und somit des Lenkwinkels erreicht werden kann. Wird das Zeitintervall so gewählt, dass die Reibung an den Rädern 2 aufgrund des vorbereitenden Bremseingriffs auch in einem Zeitintervall nach dem Bremseingriff zur Anpassung des Lenkwinkels noch erhöht ist, können bei gleicher Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 engere Kurvenradien erreicht werden, ohne dass das Kraftfahrzeug 1 untersteuert.
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Das beschrieben Vorgehen zur Anpassung des Lenkwinkels kann, wenn ein Ausfall oder eine eingeschränkte Funktion des Aktors 9 durch die Steuereinrichtung 10 ermittelt wird, bis zum Abschluss des assistierten oder automatisierten Fahrbetriebs durch einen Eingriff des Fahrers beziehungsweise bis zu einem sicheren Abstellen des Kraftfahrzeugs fortgesetzt werden. Durch die kurzen, starken Bremseingriffe ist den Fahrzeuginsassen in diesem Fall stets bewusst, dass ein Notbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 erfolgt. Es kann jedoch gewünscht sein, die Führung des Kraftfahrzeugs 1 nach der Korrektur des Lenkwinkels durch den Bremseingriff mit geringeren Komforteinbußen für die Fahrzeuginsassen fortzusetzen. Dies kann ermöglicht werden, indem im weiteren Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 folgende Fahrtrichtungskorrekturen im Wesentlichen durch Bremseingriffe erfolgen, die zu einem Gieren des gesamten Kraftfahrzeugs führen. Hierbei handelt es sich um Bremseingriffe, bei denen die Querkraft auf die Lenkmechanik 3 typischerweise weniger als 350 N beträgt und/oder bei denen ein Bremsdruck von weniger als 60 bar genutzt wird beziehungsweise eine Bremsung von mehr als 0,5 s erfolgt. Für diese Bremseingriffe können zusätzlich oder alternativ zu den Bremseinrichtungen 11 die Bremseinrichtungen 13 genutzt werden, die nicht lenkbare Ränder 12 des Kraftfahrzeugs 1 bremsen.
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Es ist auch möglich, dass der Aktor 9 nach dem Bremseingriff zur Lenkwinkelkorrektur wieder verwendbar ist. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Lenkmechanik 3 blockiert war, wobei die Blockade durch den Lenkeingriff aufgehoben wurde. In diesem Fall kann die folgende Führung des Kraftfahrzeugs wieder durch den durch die Steuereinrichtung 10 gesteuerten Aktor 9 erfolgen. Es sind auch Fälle denkbar, in denen der Aktor 9 weiterhin teilweise funktionsfähig bleibt jedoch ein geringeres Drehmoment auf die Lenkachse 5 übertragen kann. In diesem Fall kann eine Veränderung eines Lenkwinkels durch den erläuterten Bremseingriff eingeleitet werden, um die Lenkmechanik 3 in Bewegung zu setzen und beispielsweise eine Haftreibung zu überwinden. Die folgende weitere Anpassung des Lenkwinkels kann in diesem Fall durch den Aktor 9 erfolgen.
