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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wenden eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Steuereinrichtung, ein Lenksystem sowie ein computerlesbares Medium nach den nebengeordneten Ansprüchen.
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Stand der Technik
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Besonders in Ballungsräumen ist das Wenden von Fahrzeugen oft problematisch. Einerseits steht typischerweise wenig Platz zur Verfügung, z. B. aufgrund von hohem Verkehrsaufkommen, parkenden Fahrzeugen oder auch in Parkhäusern. Andererseits haben konventionelle Kraftfahrzeuge typischerweise Wendekreise, welche im Bereich von 10 Metern und mehr liegen. Lange Zeit war eine Reduzierung dieser Wendekreise, speziell bei grösseren Kraftfahrzeugen, kaum möglich, da mit herkömmlichen Querlenkern lediglich Lenkwinkel von maximal ungefähr 50 Grad möglich waren und die einzelnen Räder eines Fahrzeugs auch nicht separat voneinander lenkbar waren.
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Seit einiger Zeit sind jedoch Einzelradsteller bekannt, mittels welcher eine unabhängige Lenkung der einzelnen Räder eines Fahrzeugs möglich ist, insbesondere mittels sogenannter Steer-by-Wire Systeme.
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Solche Systeme eröffnen auch neue Möglichkeiten zum Wenden eines Fahrzeugs. So ist in der
US2014305715A1 z. B. die Möglichkeit offenbart, die einzelnen Räder eines Fahrzeugs derart auszurichten, dass ein Lenkpol in der Fahrzeugmitte entsteht, und das Fahrezeug dann um diesen Lenkpol zu rotieren und so zu wenden. Zwar wird auf diese Weise ein verhältnismässig kleiner Wendekreis erreicht, jedoch müssen dazu alle Räder des Fahrzeugs unabhängig voneinander lenkbar sein. Das wirkt sich negativ auf die Fahrzeugkosten aus. Zudem ist ein Rotieren des Fahrzeugs um den Fahrzeugmittelpunkt für Fahrzeuginsassen ausgesprochen ungewohnt und kann dadurch insbesondere für den Fahrzeuglenker verwirrend und somit gefährlich sein. Ferner kann dieses Wendemanöver nicht aus der Fahrt heraus angefahren werden.
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Allgemeine Beschreibung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Stands der Technik zu beheben oder zumindest zu vermindern.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Wenden eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug mindestens vier Räder umfasst, und wobei ein Lenkpol in einem Aufstandspunkt eines der Räder angeordnet wird.
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Unter dem Wenden eines Fahrzeugs ist hierbei ein Fahrmanöver zu verstehen, bei dem eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs signifikant geändert wird, beispielsweise um 180 Grad. Jedoch sollen prinzipiell auch solche Fahrmanöver unter den Begriff „Wenden“ fallen, bei denen die Fahrtrichtung um weniger als 180 Grad geändert wird, beispielsweise lediglich um 90 Grad oder um 120 Grad. Das Fahrzeug ist dabei typischerweise ein Kraftfahrzeug. Das Fahrzeug umfasst typischerweise mindestens drei Räder. Unter dem Begriff „Lenkpol“ ist dabei der Momentanpol der Drehbewegung des Fahrzeugs während des Wendens zu verstehen. Bei einem Fahrzeug ist der Lenkpol dabei der Punkt, in dem sich die gedachten Rotationsachsen aller Räder des Fahrzeugs schneiden. Der Lenkpol kann dabei dann auch als Angelpunkt einer Fahrzeugdrehung bezeichnet werden.
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Typischerweise haben die Räder eines Fahrzeugs, welche typischerweise luftgefüllte Gummireifen umfassen, keinen Aufstandspunkt im wörtlichen Sinn; vielmehr steht typischerweise eine ganze Aufstandsfläche mit dem Boden in Kontakt. Vorliegend soll unter dem Ausdruck „Aufstandspunkt“ der geometrische Mittelpunkt dieser Aufstandsfläche verstanden werden. Somit liegt der Lenkpol streng genommen auch nicht im Aufstandspunkt, sondern senkrecht darüber, nämlich im Mittelpunkt der Radnabe. Grund dafür ist, dass die gedachten Rotationsachsen der Räder auf Höhe der Radnaben verlaufen, und nicht am Boden, wo die eigentlichen Aufstandsflächen der Räder liegen. Da es vorliegend aber um Drehungen mit voller Bodenhaftung (d. h. im zweidimensionalen Raum) geht, macht es keinen Unterschied, ob der Lenkpol am Boden oder senkrecht darüber auf Höhe der Radnaben der Räder des Fahrzeugs liegt.
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Typischerweise werden während des Verfahrens Einzelradsteller eines oder mehrerer der Räder des Fahrzeugs derart angesteuert, dass die einzelnen Räder in die gewünschten Positionen geschwenkt werden und, soweit nötig, jeweils einzeln in die gewünschte Richtung angetrieben werden. Unter einem Einzelradsteller ist dabei eine Vorrichtung zu verstehen, mittels welcher ein Lenkwinkel eines einzelnen Rads eines Fahrzeugs unabhängig von den Lenkwinkeln anderer Räder eingestellt werden kann. Die Ansteuerung wird dabei typischerweise mittels eines Steer-by-Wire Konzepts bewerkstelligt.
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Eine solche Anordnung des Lenkpols hat den Vorteil, dass der Wendekreis des Fahrzeugs gegenüber konventionellen Wendemanövern signifikant verringert wird, typischerweise um ca. 40%. Zudem wird so sichergestellt, dass die Kosten niedrig gehalten werden, denn das Verfahren ist auch bei Fahrzeugen durchführbar, bei denen nicht jedes Rad einzeln lenkbar ist.
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Bei vorteilhaften Ausführungsformen liegt der Lenkpol im Wesentlichen für die Dauer des gesamten Verfahrens in dem Aufstandspunkt. Der Begriff „im Wesentlichen“ ist dabei derart zu verstehen, dass nicht zwangsweise während des kompletten Wendens der Lenkpol in der Mitte der Verbindunglinie liegt, sondern dass vielmehr z. B. eine kurze „Einwanderphase“ zu Beginn des Wendens und/oder eine kurze „Auswanderphase“ am Ende des Wendens tolerierbar ist. Bei vorteilhaften Ausführungsformen liegt der Lenkpol während zumindest 90% des Verfahrens in dem Aufstandspunkt. Dabei ist „90%“ bevorzugt räumlich zu verstehen, also beispielsweise derart, dass bei einem Wendemanöver über 100 Grad über einen Winkelbereich von zumindest 90 Grad der Lenkpol in dem Aufstandspunkt liegt. Der Vorteil davon, dass der Lenkpol im Wesentlichen während des gesamten Verfahrens in dem Aufstandspunkt liegt, liegt darin, dass das Verfahren auf diese Weise ausgesprochen einfach zu steuern ist: Zu Beginn werden so viele Räder wie nötig derart eingelenkt, dass der Lenkpol in den Aufstandspunkt eines Rades wandert, und wenn der gewünschte Wendewinkel abgefahren wurde, werden die Räder wieder ausgelenkt. Ein zusätzlicher Vorteil ist die Tatsache, dass der Wendekreis auf diese Weise so klein wie möglich ist. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, das Verfahren in unterschiedliche Phasen aufzuteilen und die einzelnen Räder schrittweise einzulenken, so dass der Lenkpol zunächst wandert und nur während beispielsweise 50% des Verfahrens tatsächlich in Aufstandspunkt eines der Räder liegt.
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Bei vorteilhaften Ausführungsformen wird wenigstens ein Rad während des Verfahrens angetrieben. Es werden/wird während des Verfahrens höchstens drei Räder, mit Vorteil höchstens zwei Räder, vorteilhafterweise höchstens ein Rad angetrieben. Dadurch, dass nicht alle Räder beim Wenden angetrieben werden, ergibt sich der Vorteil einer Energieeinsparung. Bei vorteilhaften Ausführungsformen wird das Rad, in dessen Aufstandspunkt der Lenkpol liegt, nicht angetrieben. Dies hat den Vorteil, dass dieses Rad in jedem Fall stillsteht. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, alle Räder des Fahrzeugs während des Wendeverfahrens anzutreiben.
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Bei vorteilhaften Ausführungsformen ist der Aufstandspunkt ein Aufstandspunkt eines Hinterrades des Fahrzeugs. Mit anderen Worten wird also der Lenkpol in den Aufstandspunkt eines der Hinterräder des Fahrzeugs gelegt. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass beide Hinterräder des Fahrzeugs nicht lenkbar sein müssen. Die gesamte Hinterradanordnung des Fahrzeugs kann somit konventionell aufgebaut sein, das heisst mit starr aufgehängten, ungelenkten Rädern. Alternativ dazu wäre es jedoch auch denkbar, den Lenkpol in den Aufstandspunkt eines der Vorderräder des Fahrzeugs zu legen.
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Bei vorteilhaften Ausführungsformen wird das Rad, in dessen Aufstandspunkt der Lenkpol angeordnet wird, zu Beginn des Verfahrens ausgewählt, bevorzugt von einem Fahrzeuglenker und/oder zumindest teilweise automatisch. Dabei erfolgt die zumindest teilweise automatische Auswahl beispielsweise derart, dass während eines autonomen Fahrprozesses ein Wendemanöver angekündigt wird, für welches der Fahrzeuglenker dann eine Wenderichtung bestimmt und somit den Aufstandspunkt definiert. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass eine Fahrzeugsteuerung im Rahmen des autonomen Fahrprozesses ein Wendemanöver beschliesst und, typischerweise auf Basis von Kamera- und/oder Sensorinformationen, entscheidet, in welchen Aufstandspunkt der Lenkpol gelegt wird. Eine solche Auswahl hat in jedem Fall den Vorteil, dass das Verfahren den jeweiligen Verkehrsbedingungen optimal angepasst werden kann. Alternativ dazu ist es jedoch auch denkbar, dass der Lenkpol stets im Aufstandspunkt des gleichen Rads angeordnet wird, beispielsweise in dem des linken Hinterrads.
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Bei vorteilhaften Ausführungsformen beträgt eine Wendegeschwindigkeit zumindest zeitweise weniger als 15 km/h, mit Vorteil weniger als 10 km/h, vorteilhafterweise weniger als 7 km/h. Als Wendegeschwindigkeit wird hierbei ein arithmetischer Mittelwert aus allen Einzelgeschwindigkeiten der Räder des Fahrzeugs bezeichnet. Die Erfinder haben im Rahmen von Versuchen festgestellt, dass es aus Gründen des Fahrkomforts für Fahrzeuginsassen vorteilhaft ist, wenn die maximalen Wendegeschwindigkeiten derart begrenzt werden.
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Bei vorteilhaften Ausführungsformen überschreitet die Wendegeschwindigkeit 15 km/h, mit Vorteil 10 km/h, vorteilhafterweise 7 km/h nicht. Dies hat den Vorteil, dass zu jedwedem Zeitpunkt ein adäquater Insassenkomfort gewährleistet wird. Bei vorteilhaften Ausführungsformen überschreitet die Wendegeschwindigkeit 3 km/h nicht.
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Bei vorteilhaften Ausführungsformen wird die Wendegeschwindigkeit derart begrenzt, dass eine Maximalbeschleunigung der Fahrzeuginsassen 0,3 g beträgt.
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Bei vorteilhaften Ausführungsformen wird das Verfahren aus der Fahrt heraus begonnen. Das bedeutet, dass vor der Einleitung des Verfahrens das Fahrzeug nicht angehalten wird. Dies hat den Vorteil einer Zeitersparnis und eines besseren Fahrkomforts für die Fahrzeuginsassen, weil so fließende Bewegungen erreicht werden und insbesondere kein unangenehmes Ruckeln auftritt. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, das Fahrzeug vor dem Wenden in jedem Fall zu stoppen.
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Bei vorteilhaften Ausführungsformen wird das Fahrzeug zu Beginn des Verfahrens durch eine bewusste Handlung eines Fahrzeuglenkers aus einem Normalmodus in einen Wendemodus überführt. Eine solche bewusste Handlung kann beispielsweise das Drücken eines Knopfes oder das Aussprechen eines bestimmten Sprachbefehls sein. Der Normalmodus ist dabei typischerweise ein Fahrmodus des Fahrzeugs, der typische Fahrzustände wie Vorwärtsfahrt, Rückwärtsfahrt und Abbiegen umfasst. Der Wendemodus ist typischerweise ein Fahrmodus, in welchem das Fahrzeug ein Wendemanöver ausführt. Der Vorteil einer solchen bewussten Handlung liegt darin, dass das Wendeverfahren nicht oder nur schwer unbeabsichtigt eingeleitet werden kann. Dies verbessert die Fahrzeugsicherheit, denn sowohl bei manuellem Betrieb des Fahrzeugs durch den Fahrzeuglenker, als auch bei autonomem Fahrbetrieb kann ein unbeabsichtigtes Einleiten eines Wendeverfahrens Gefahren bergen, beispielsweise bei schneller Fahrt oder bei starkem Verkehrsaufkommen.
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Bei vorteilhaften Ausführungsformen wird das Verfahren zum Wenden des Fahrzeugs nur dann ausgeführt, wenn eine Abfrage von Sensorinformationen und/oder Kamerainformationen von Fahrzeugsensoren und/oder einer Fahrzeugkamera ergeben hat, dass das Verfahren voraussichtlich gefahrlos durchgeführt werden kann. Bei vorteilhaften Ausführungsformen wird das Verfahren abgebrochen, sobald Sensorinformationen und/oder Kamerainformationen vorliegen, welche Zweifel am gefahrlosen Durchführen des Verfahrens begründen.
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Eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Wendens eines Fahrzeugs ist geeignet, ein Verfahren zum Wenden eines Fahrzeugs durchzuführen, wobei das Fahrzeug eine Mehrzahl an Rädern umfasst und wobei ein Lenkpol in einem Aufstandspunkt eines der Räder angeordnet wird. Vorteilhafterweise umfasst die Steuereinrichtung Computerprogrammcode zur Durchführung des Verfahrens. Die Steuereinrichtung ist vorteilhafterweise Teil einer Fahrzeugsteuerung oder eine separate Steuereinrichtung. Mit Vorteil umfasst die Steuereinrichtung eine digitale Kontrolleinheit.
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Bei vorteilhaften Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung geeignet, ein Verfahren zum Wenden eines Fahrzeugs nach zumindest einem der vorgenannten Ausführungsbeispiele durchzuführen. Hierzu umfasst die Steuereinrichtung vorteilhafterweise geeignete Komponenten, zum Beispiel eine Radwinkelerfassungseinrichtung zum Erfassen von aktuellen Lenkwinkeln der Räder des Fahrzeugs und/oder eine Radwinkeleinstelleinrichtung zum Senden von Steuerbefehlen an die Einzelradsteller und/oder eine Wendegeschwindigkeitsregeleinrichtung zum Regeln der Drehgeschwindigkeit des Fahrzeugs während des Wendens und/oder eine Beschleunigungsbegrenzungseinrichtung zum Begrenzen der Beschleunigung während des Wendens und/oder eine Wendewinkelerfassung zum Erfassen des Winkels, der im Rahmen des Verfahrens bereits vom Fahrzeug abgefahren wurde, und/oder eine Radantriebseinrichtung zum bevorzugt separaten Ansteuern von Radantrieben. Mit Vorteil sind in der Steuereinrichtung zumindest einige der vorgenannten Komponenten mittels des Computerprogrammcodes implementiert.
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Ein Lenksystem für ein Fahrzeug umfasst in einer Ausführungsform der Erfindung eine vorgenannte Steuereinrichtung.
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Ein computerlesbares Medium umfasst in einer Ausführungsform der Erfindung Computerprogrammcode zur Durchführung eines der vorgenannten Verfahren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen kurz erläutert, wobei zeigen:
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1: eine schematische Draufsicht eines Fahrzeugs mit vier Rädern bei einem konventionellen Wendemanöver,
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2: eine schematische Draufsicht eines Fahrzeugs mit vier Rädern zu Beginn der Durchführung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
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3: eine weitere schematische Draufsicht des in 2 gezeigten Fahrzeugs während der Durchführung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und
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4: eine schematische Draufsicht eines Fahrzeugs mit drei Rädern zu Beginn der Durchführung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine schematische Draufsicht eines Fahrzeugs F bei einem konventionellen Wendemanöver. Das Fahrzeug F umfasst ein erstes Rad 1, ein zweites Rad 2, ein drittes Rad 3 und ein viertes Rad 4.
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Das erste Rad 1 und das dritte Rad 3 sind nahe einer Vorderseite 5 des Fahrzeugs F angeordnet. Sie werden als Vorderräder bezeichnet. Die Vorderseite 5 umfasst zwei Frontscheinwerfer 9 (von welchen zur besseren Übersicht nur einer mit einem Bezugszeichen versehen ist). Das zweite Rad 2 und das vierte Rad 4 sind nahe einer Hinterseite 6 des Fahrzeugs F angeordnet. Sie werden als Hinterräder bezeichnet. Die Hinterseite 6 umfasst zwei Rücklichter 10 (von welchen zur besseren Übersicht nur eines mit einem Bezugszeichen versehen ist).
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Das erste Rad 1 und das zweite Rad 2 sind an einer linken Seite 7 des Fahrzeugs F angeordnet. Das dritte Rad 3 und das vierte Rad 4 sind an einer rechten Seite 8 des Fahrzeugs F angeordnet.
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Das Fahrzeug F ist ein konventionelles Fahrzeug mit einer konventionellen Lenkung der Vorderräder 1, 3, d. h. ohne Einzelradsteller. Die Hinterräder 2, 4 sind starr aufgehängt, oder mit anderen Worten: sie können nicht gelenkt werden, weder gemeinsam noch separat.
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Das Fahrzeug F ist in einem Zustand gezeigt, in dem es ein konventionelles Wendemanöver durchführt. Die Vorderräder 1, 3 sind nach links eingeschlagen, wodurch das erste Rad 1 nach aussen geschwenkt ist und wobei das dritte Rad 3 nach innen geschwenkt ist. Die Hinterräder 2, 4 sind nicht geschwenkt und stehen in Geradeausrichtung.
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In 1 sind ferner die gedachten Rotationsachsen 11 der einzelnen Räder 1, 2, 3, 4 gezeigt. Der besseren Übersicht halber ist lediglich eine dieser Rotationsachsen 11 mit einem Bezugszeichen versehen. Die Rotationsachsen der Hinterräder 2, 4 fallen zusammen, denn die kreisrunden Radseitenflächen dieser Hinterräder 2, 4 stehen sich genau gegenüber. Die Rotationsachsen 11 schneiden sich in einem Lenkpol 12, welcher der Momentanpol der durch das Wendemanöver bedingten Drehung des Fahrzeugs F ist.
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Das in 1 dargestellte Wendemanöver führt typischerweise zu einem Wendekreis zwischen ca. 7 m für einen Kleinstwagen und ca. 12,5 m für einen Grossraumvan.
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2 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug F, welches dem in 1 gezeigten sehr ähnlich ist. Im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten Fahrzeug F umfasst das in 2 gezeigte Fahrzeug F jedoch für jedes Vorderrad 1, 3 einen Einzelradsteller (nicht dargestellt). Dadurch können die Vorderräder 1, 3 separat voneinander gelenkt werden.
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Im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten konventionellen Wendemanöver ist das Fahrzeug F in 2 zu Beginn eines erfindungsgemäßen Wendeverfahrens gezeigt.
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Das an der linken Fahrzeugseite 7 angeordnete erste Rad 1, welches auch als linkes Vorderrad bezeichnet wird, ist bezüglich einer nicht dargestellten Geradeausrichtung, welche in Richtung einer Fahrzeuglängsrichtung verläuft, welche wiederum parallel zur linken Seite 7 und zur rechten Seite 8 verläuft, um 90 Grad nach aussen geschwenkt. Das an der rechten Fahrzeugseite 8 angeordnete dritte Rad 3, welches auch als rechtes Vorderrad bezeichnet wird, ist bezüglich der Geradeausrichtung um einen nicht näher bezeichneten Winkel (welcher typischerweise im Bereich von ca. 50 bis 65 Grad liegt) nach innen geschwenkt. Die Hinterräder 2, 4 sind starr aufgehängt und nicht lenkbar. Sie sind daher entlang der Geradeausrichtung ausgerichtet. Diese Ausrichtung der vier Räder 1, 2, 3, 4 führt dazu, dass sich die gedachten Rotationsachsen 11.1, 11.2, 11.3, 11.4 der vier Räder 1 2, 3, 4 im Aufstandspunkt (genauer: senkrecht oberhalb des Radaufstandspunkt auf Höhe der Radnabe) des zweiten Rads 2 schneiden, nämlich im Lenkpol 12. Wird bei dieser Radstellung zumindest eines der Räder 1, 2, 3, 4 angetrieben, so dreht sich das Fahrzeug F um den Lenkpol 12 und wendet.
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In 3 ist dasselbe Fahrzeug F zu einem späteren Zeitpunkt während des Wendeverfahrens gezeigt. Die jeweiligen Einschlagswinkel der Räder 1, 2, 3, 4 entsprechen den bereits in 2 gezeigten, und der Lenkpol 12 hat seine Position beibehalten. Das Fahrzeug F hat bezüglich der in 3 dargestellten Ausrichtung bereits um ca. 60 Grad gewendet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Erstes Rad
- 2
- Zweites Rad
- 3
- Drittes Rad
- 4
- Viertes Rad
- 5
- Vorderseite
- 6
- Hinterseite
- 7
- Linke Seite
- 8
- Rechte Seite
- 9
- Frontscheinwerfer
- 10
- Rücklicht
- 11
- Rotationsachse
- 11.1
- Rotationsachse
- 11.2
- Rotationsachse
- 11.3
- Rotationsachse
- 11.4
- Rotationsachse
- 12
- Lenkpol
- F
- Fahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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