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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einer aktiv steuerbaren Hinterachslenkung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug mit einer Steuerungs-/Regelungseinrichtung, die zur Durchführung dieses Verfahrens eingerichtet/programmiert ist.
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Kraftfahrzeuge mit einer aktiv steuerbaren Hinterachslenkung erlauben eine Manipulation der Giergeschwindigkeit sowie der Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs durch Verstellen des in den Hinterrädern des Kraftfahrzeugs eingestellten, sogenannten Lenkwinkels.
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Vor diesem Hintergrund behandelt die
WO 2005/044650 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung eines Drehpunkts eines Kraftfahrzeugs um eine momentane Gierachse (Fahrzeughochachse). Die Vorrichtung ist dabei derart konfiguriert, dass sie den Drehpunkt in Abhängigkeit von einer momentanen Giergeschwindigkeit und einem momentanen Schwimmwinkel des Kraftfahrzeugs bestimmt.
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Das Verhältnis der genannten beiden Zustandsgrößen, also Giergeschwindigkeit und Quergeschwindigkeit, kann durch die momentane Position des Drehpunkts des Kraftfahrzeugs um seine Hochachse entlang der Mittellängsachse des Kraftfahrzeugs beschrieben werden. Besagte Position kann aber gerade bei Kurvenfahrten des Kraftfahrfahrzeugs und bei hierfür erforderlichen Lenkeingriffen durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs entlang der Mittellängsachse variieren. Typisch ist gerade bei Kurvenfahrten des Kraftfahrzeugs ein ausgeprägtes Einschwingverhalten der Position des Drehpunkts entlang der Mittellängsachse, welches vom Fahrer als nicht intuitiv und somit als unangenehm wahrgenommen wird.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Entwicklung von Verfahren zur Steuerung von Kraftfahrzeugen mit aktiver Hinterachslenkung bei Kurvenfahrten neue Wege aufzuzeigen und insbesondere ein Verfahren zu schaffen, bei welchem Kurvenfahrten vom Fahrer eines Kraftfahrzeugs mit aktiver Hinterachslenkung als besonders intuitiv und somit als besonders angenehm wahrgenommen werden.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundgedanke der Erfindung ist demnach, die Position eines Drehpunkts des Kraftfahrzeugs um eine Hochachse entlang der Mittellängsachse konstant zu halten oder zumindest gezielt, also kontrolliert dynamisch zu beeinflussen. Eine solche Konstanthaltung entspricht einer Synchronisation von Gier- und Quergeschwindigkeit. Damit vereinfacht sich für den Fahrer des Kraftfahrzeugs die Fahraufgabe. Als Drehpunkt wird derjenige Punkt auf der Mittellängsachse des Kraftfahrzeugs definiert, in welchem die momentane Quergeschwindigkeit bei der Kurvenfahrt einen Null-Wert aufweist.
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Die Fixierung oder gezielte, dynamische Beeinflussung des Drehpunkts erfolgt beim hier vorgestellten, erfindungsgemäßen Verfahren im Sinne einer Regelung der Position des Drehpunkts auf der Mittellängsachse als Regelgröße. Als Stellgröße eines solchen Regelkreises kann die momentane Giergeschwindigkeit sowie die Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs herangezogen werden. Diese Soll- bzw. Referenzgrößen können beim erfindungsgemäßen Verfahren durch eine entsprechende Ansteuerung einer aktiven Hinterachslenkung des Kraftfahrzeugs variiert werden, so dass sich der in den Hinterrädern des Kraftfahrzeugs eingestellte momentan hintere Lenkwinkel ändert, was wiederum eine Änderung der Position des Drehpunkts auf der Mittellängsachse bewirkt. Der hintere Lenkwinkel/Hinterachslenkwinkel ist also bei einer solchen Regelung die Stellgröße. Die Ansteuerung der Hinterachslenkung erfolgt dabei typischerweise mit Hilfe einer im Kraftfahrzeug verbauten Steuerungs-/Regelungseinrichtung, die als herkömmliches Steuergerät ausgebildet sein und auch andere, im Zusammenhang mit der Steuerung der Hinterachslenkung wichtige Funktionalitäten bereitstellen kann.
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Das mit der vorangehend beschrieben Regelung der Drehpunkt-Position einhergehende Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs wird vom Fahrer als besonders angenehm und intuitiv, also „nachvollziehbar” empfunden, so dass der Fahrer das Kraftfahrzeug als besonders einfach steuerbar wahrnimmt.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einer aktiv steuerbaren Hinterachslenkung wird bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs ein Drehpunkt des Kraftfahrzeugs als Regelgröße auf eine bezüglich der Mittellängsachse des Kraftfahrzeugs konstante Position geregelt. Dabei ist der Drehpunkt als derjenige Punkt auf der Mittellängsachse des Kraftfahrzeugs definiert, in welchem die momentane Quergeschwindigkeit bei der Kurvenfahrt einen Null-Wert aufweist. Als momentane Quergeschwindigkeit wird vorliegend die Vektorkomponente des momentanen Geschwindigkeitsvektors des Kraftfahrzeugs quer zur Mittellängsachse des Kraftfahrzeugs verstanden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Regelung der Position des Drehpunkts durch Anpassung eines mittels der aktiv steuerbaren Hinterachslenkung einstellbaren momentanen hinteren Lenkwinkels der Hinterräder des Kraftfahrzeugs. Diese Maßnahme erlaubt eine präzise Anpassung des tatsächlichen Ist-Werts der Position des Drehpunkts an den im Zuge der Regelung vorgegebenen, konstanten Soll-Wert.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung wird zur Bestimmung eines momentanen Ist-Wertes des Drehpunkts auf der Mittellängsachse die momentane Giergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bestimmt und ausgewertet. Dies kann mithilfe eines serienmäßig im Kraftfahrzeug verbauten Gierratensensors geschehen. Die separate Bereitstellung eines solchen Gierratensensors im Kraftfahrzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit entfallen. Daraus ergeben sich Kostenvorteile bei der Herstellung des Kraftfahrzeugs.
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Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung wird zur Bestimmung eines momentanen Ist-Wertes des Drehpunkts auf der Mittellängsachse die momentane Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bestimmt und ausgewertet. Dies kann mithilfe eines oder mehrerer serienmäßig im Kraftfahrzeug verbauten Geschwindigkeitssensoren geschehen. Die separate Bereitstellung eines solchen Geschwindigkeitssensors im Kraftfahrzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit entfallen. Auch daraus ergeben sich Kostenvorteile bei der Herstellung des Kraftfahrzeugs.
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Bevorzugt erfolgt die Regelung der momentanen Position des Drehpunkts des Drehpunkts entlang der Mittellängsachse durch aktive Änderung der momentanen Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs mittels der aktiven Hinterachslenkung.
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Besonders bevorzugt erfolgt die Regelung der momentanen Position des Drehpunkts entlang der Mittellängsachse durch simultane Änderung der momentanen Quergeschwindigkeit und der momentanen Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs mittels der aktiven Hinterachslenkung.
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Besonders zweckmäßig kann eine separate Änderung der momentanen Giergeschwindigkeit ohne Änderung der Quergeschwindigkeit durch Verstellen eines momentanen vorderen Lenkwinkels der Vorderräder des Kraftfahrzeugs mittels einer aktiv steuerbaren Vorderachslenkung des Kraftfahrzeugs erfolgen. Auf diese Weise kann die vom Kraftfahrzeug während der Kurvenfahrt befahrene Trajektorie dynamisch geändert und aktuellen Erfordernissen angepasst werden, ohne dass dadurch die erfindungswesentliche Regelung der Drehpunkt-Position beeinträchtigt würde.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die konstante Position des Drehpunkts auf der Mittellängsachse in Abhängigkeit von wenigstens einem vorbestimmten Parameter festgelegt.
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Zweckmäßig kann der wenigstens eine vorbestimmte Parameter die Geschwindigkeit oder die Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs sein. In weiteren Varianten können aber auch andere Parameter herangezogen werden. Dies ermöglicht eine sehr flexible Drehpunkts-Regelung in Abhängigkeit von verschiedenen Größen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Abhängigkeit der konstanten Position von dem vorbestimmten Parameter in einem Kennfeld definiert und/oder abgelegt.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug mit einer Steuerungs-/Regelungseinrichtung, welche zur Durchführung des vorangehend vorgestellten Verfahrens eingerichtet/programmiert ist. Die vorangehend erläuterten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens übertragen sich daher auch auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine Vorderachslenkung, mittels welcher durch Betätigung eines im Kraftfahrzeug vorhandenen Handlenkrads ein momentaner Lenkwinkel der Vorderräder des Kraftfahrzeugs einstellbar ist. Weiterhin umfasst das Kraftfahrzeug eine Hinterachslenkung, mittels welcher von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung des Kraftfahrzeugs ein momentaner hinterer Lenkwinkel der beiden Hinterräder des Kraftfahrzeugs einstellbar ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorderachslenkung als aktive Vorderachslenkung ausgebildet oder umfasst eine aktive Vorderachslenkung, mittels welcher der vordere Lenkwinkel zusätzlich zur Betätigung mittels des Handlenkrads auch von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung verstellbar ist. Mittels einer aktiven Vorderachslenkung, welche zusätzlich zur Steuerung mittels des Handlenkrads durch den Fahrer zusätzlich – in analoger Weise zur Hinterachslenkung – auch durch die Steuerungs-/Regelungseinrichtung gesteuert werden kann. Darunter ist vorliegend zu verstehen, dass der momentan in den Vorderrädern eingestellte vordere Lenkwinkel der Vorderräder unabhängig von dem mittels des Handlenkrads vom Fahrer eingestellten Lenkwinkels von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung innerhalb eines vorbestimmten, typischerweise stark begrenzten Winkelbereichs verändert werden kann. Dies kann dazu genutzt werden, die vom Kraftfahrzeug während der Kurvenfahrt tatsächlich befahrene Trajektorie dynamisch zu beeinflussen und insbesondere zu ändern.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Kraftfahrzeug einen Gierratensensor zur Bestimmung der momentanen Giergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder einen Geschwindigkeitssensor zur Bestimmung der momentanen Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. Beide Maßnahmen, für sich genommen oder in Kombination, ermöglichen eine einfache Bestimmung der genannten beiden Größen, also der momentanen Giergeschwindigkeit sowie der momentanen Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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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.
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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.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch:
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1 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs in einer Seitenansicht.
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2 das Kraftfahrzeug der 1 in einer Draufsicht während einer Kurvenfahrt.
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1 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1 in einer Seitenansicht. Die 2 zeigt das Kraftfahrzeug 1 in einer Draufsicht während einer Kurvenfahrt. Die Trajektorie dieser Kurvenfahrt ist in 2 durch einen Pfeil mit dem Bezugszeichen 13 angedeutet. Das Kraftfahrzeug 1 durchfährt demnach eine Linkskurve.
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Das Kraftfahrzeug 1 umfasst einen in 1 nur grob schematisch dargestellten Fahrzeugrahmen 2 sowie Vorderräder 3 und Hinterräder 4. Wie die Draufsicht der 2 erkennen lässt, sind die Vorderräder 3 an einer Vorderachse 5 des Kraftfahrzeugs 1 und die hintere der 4 an einer Hinterachse 6 des Kraftfahrzeugs angeordnet. An der Vorderachse 5 ist eine Vorderachslenkung 7 ausgebildet, die in 2 nur grob schematisch angedeutet ist. Mittels der Vorderachslenkung 7 kann der Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 durch Betätigung eines ebenfalls nur schematisch angedeuteten Handlenkrads 8 den momentanen Lenkwinkel der Vorderräder 5 verstellen. An der Hinterachse 6 ist eine aktive Hinterachslenkung 9 ausgebildet, mittels welcher der momentane hintere Lenkwinkel der beiden Hinterräder 5 des Kraftfahrzeugs 1 einstellbar ist. Die aktive Hinterachslenkung 9 wird von einer im Kraftfahrzeug 1 vorgesehenen Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10, die als herkömmliches Steuergerät ausgebildet sein kann, angesteuert. Die Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 kann eine Steuerungseinheit 11 und eine Speichereinheit 12 umfassen, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren in Form eines geeigneten Algorithmus und als Computerprogrammcode abgelegt ist, sodass die Steuerungseinheit 11 das erfindungsgemäße Verfahren während der Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs ausführen kann.
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Gemäß diesem Verfahren wird bei der in 2 gezeigten Kurvenfahrt entlang der Trajektorie 13 ein Drehpunkt 14 des Kraftfahrzeugs 1 um seine momentane Gierachse in Hochachse H als Regelgröße auf eine bezüglich der Mittellängsachse M des Kraftfahrzeugs 1 konstante Position geregelt. Der Drehpunkt 14 ist dabei als derjenige Punkt auf der Mittellängsachse M definiert, in welchem die momentane Quergeschwindigkeit vq bei der Kurvenfahrt einen Null-Wert aufweist.
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Durch den Drehpunkt 14 ist also eine momentane Gierachse G entlang der Hochrichtung H des Kraftfahrzeugs 1 festgelegt, um welche das Kraftfahrzeug 1 eine Drehbewegung ausführt. Beim Befahren der Trajektorie 13, beispielsweise in Form einer Linkskurve kann aufgrund des Lenkeingriffs mittels der Vorderachslenkung 7 durch den Fahrer die Position des Drehpunkts 14 entlang der Mittellängsachse M variieren, was in 2 durch weitere, exemplarisch eingezeichnete Drehpunkte 14* angedeutet wird.
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Um die Position des Drehpunktes 14 nun auf der Mittellängsachse M konstant zu halten, ist es zunächst erforderlich, den momentanen Ist-Wert des Drehpunkts 14 auf der Mittellängsachse M zu ermitteln. Dies kann durch Auswertung der momentanen Quergeschwindigkeit vq und der momentanen Giergeschwindigkeit d/dt ψ geschehen. Hierzu kann das Kraftfahrzeug 1 einen Gierratensensor 16 zur Bestimmung der momentanen Giergeschwindigkeit d/dt ψ des Kraftfahrzeugs 1 und/oder einen Geschwindigkeitssensor 15 zur Bestimmung der momentanen Quergeschwindigkeit vq des Kraftfahrzeugs 1 quer zur Mittellängsachse M umfassen.
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Um nun die Position des Drehpunkt 14 unabhängig von der vom Fahrer mittels des Handlenkrads 8 erzeugten Verstellung des vorderen Lenkwinkels der Vorderräder 3 auf der Mittellängsachse M konstant zu halten, wird der mittels der aktiven Hinterachslenkung 9 einstellbare hintere Lenkwinkel der beiden Hinterräder 4 von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 entsprechend angepasst.
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Zusätzlich zur aktiven Hinterachslenkung 9 kann auch die Vorderachslenkung 7 als aktive Lenkung ausgelegt sein, die nicht nur mittels des Handlenkrads 8, sondern auch von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 gesteuert werden kann. Dies kann dazu genutzt werden, die vom Kraftfahrzeug 1 während der Kurvenfahrt tatsächlich befahrene Trajektorie 13 dynamisch zu beeinflussen und aktuellen Gegebenheiten anzupassen. Mittels der Vorderachslenkung 7 kann die momentanen Giergeschwindigkeit d/dt ψ unabhängig von der momentanen Quergeschwindigkeit vq beeinflusst werden und umgekehrt.
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Die Position des Drehpunkts G auf der Mittellängsachse M, also der Ort der Gierachse, kann in Abhängigkeit von einem oder mehreren vorbestimmten Parametern festgelegt sein. Als geeignete Parameter kommen insbesondere die Geschwindigkeit sowie die Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs 1 in Betracht. In weiteren Varianten können aber auch weitere, andere Parameter herangezogen werden. Eine solche funktionale Abhängigkeit der konstanten Position von dem vorbestimmten Parameter kann beispielsweise in einem Kennfeld definiert sein, welches in einem in der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 vorhandenen Speicher abgelegt sein kann. In der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 können mehrere Kennfelder abgelegt sind, wobei jedes Kennfeld einem bestimmten Fahrprogramm des Kraftfahrzeugs zugeordnet sein kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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