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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung des Fahrverhaltens eines Fahrzeuges nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 5.
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Es ist bekannt, zur Stabilisierung des Fahrverhaltens von Fahrzeugen, insbesondere um einer Wankneigung des Fahrzeuges bei Kurvenfahrt oder einer Schlechtwegstrecke entgegenzuwirken, neben ungeregelten oder passiven Wankstabilisatoren, geregelte, auch genannt aktive, Wankstabilisierungen einzusetzen, wie sie beispielsweise durch die
DE 10 2011 075 890 A1 bekannt wurde. Durch die
EP 1 820 675 A1 der Anmelderin wurde ein Schwenkmotor bekannt, auch Aktuator genannt, der für eine aktive, elektromechanische Wankstabilisierung eingesetzt wird. Mit einem passiven Wankstabilisator wird ein Kopierverhalten beim gegenüberliegenden Rad einer Achse erzeugt, so dass beim Einfedern z.B. eines Vorderrades das gegenüberliegende Rad ebenfalls ein Stück weit einfedert. Bei Einlenken in eine Kurve wird somit bspw. die Neigung des Fahrzeugs in die kurvenäußere Richtung vermindert. Mit einer elektronischen Wankstabilisierung kann dieses Verhalten weiter optimiert werden.
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Es ist ferner bekannt, dass Fahrzeuge zusätzlich zu einer Vorderachslenkung mit einer Hinterachslenkung ausgerüstet werden, welche die Lenkfähigkeit des Fahrzeuges und die Stabilität des Fahrverhaltens verbessern. Durch die
DE 10 2014 206 934 A1 der Anmelderin wurde ein Stellmotor, auch Aktuator genannt, für eine Hinterachslenkung bekannt, wobei der Aktuator über einen Elektromotor angetrieben wird und über einen Spindelantrieb auf das Lenkgestänge der Hinterräder zur Verstellung der Lenkwinkel einwirkt.
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In der Praxis kann der Fall auftreten, dass eine aktive Wankstabilisierung – sei es an der Vorderachse oder an der Hinterachse oder an beiden Achsen – in ihrer Funktion gestört ist oder ganz ausfällt. Dadurch ergibt sich mehr oder minder ein verändertes Fahrverhalten durch gesteigerte Wankneigung des Fahrzeuges, was nicht erwünscht ist. Fällt beispielsweise die Wankstabilisierung an der Vorderachse aus, so neigt sich bzw. wankt das Fahrzeug bei Kurvenfahrt in die kurvenäußere Richtung und wird als Folge tendenziell übersteuern.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Fahrverhalten des Fahrzeuges bei Störung einer geregelten Wankstabilisierung zu verbessern.
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Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1, 5 und 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei Störung der aktiven Wankstabilisierung an der Vorderachse kann die aktive Wankstabilisierung an beiden Achsen abgeschaltet werden (oder umgekehrt), um damit eine Art Symmetrie herzustellen. Im Ergebnis verbleibt sowohl an der Vorder- als auch an der Hinterachse die Wirkung eines passiven Wankstabilisators, davon ausgehend, dass sich die Stabilisatorprofile bei Abschalten der Aktuatoren wie herkömmliche ungeregelte Wankstabilisatoren verhalten. Diese Profile sind bekanntlich torsionsweich ausgebildet und der passive Wankstabilisator bewirkt das bekannte Kopierverhalten, welches ein Wanken in engen Grenzen zulässt. Das Fahrzeug neigt jedoch möglicherweise verstärkt zum Wanken, wenn die stromlosen Aktuatoren nur ein geringes Schleppmoment aufweisen, mit anderen Worten sich nicht starr verhalten und es somit nicht zu einer Wirkung eines passiven Wankstabilisators kommt.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass bei einer Störung der zumindest einen aktiven bzw. geregelten Wankstabilisierung an der Vorderachse und/oder an der Hinterachse sowohl die geregelte Wankstabilisierung als auch Hinterachslenkung in ihrer Wirkung derart koordiniert bzw. gekoppelt werden, dass durch die Hinterachslenkung ein Ausgleich durch entsprechendes Ändern der Lenkwinkel an der Hinterachse erfolgt. Die Hinterachslenkung wird damit – abweichend von ihrer originären Funktion – dazu eingesetzt, Abweichungen des Fahrverhaltens durch Wanken aufgrund einer Störung der aktiven Wankstabilisierung zu korrigieren. Somit wird der Lenker des Fahrzeuges vor unerwünschtem und unerwartetem Wankverhalten des Fahrzeugs und dadurch bedingten Lenkmanövern bewahrt und nach Möglichkeit ein vom Lenker erwartetes Wankverhalten beibehalten. Die Koordinierung bzw. Koppelung wird erreicht durch Kommunikation der Wankstabilisatoren mit der Hinterachslenkung. Dieses wird erreicht durch Bereitstellung von Zustandssignalen der beiden Wankstabilisierungen, die, bevorzugt über ein Fahrzeugbussystem wie z.B. CAN-Bus, an ein Steuergerät gesendet werden, welches für die Steuerung der Hinterachslenkung vorgesehen ist. In Abhängigkeit der Zustandssignale ändert das Steuergerät die Lenkwinkel an der Hinterachse. Wird jedes Rad an der Hinterachse anstatt von einem zentralen Aktuator von einem separatem, dem Rad zugeordneten einzelnen Aktuator verstellt, so sind neben einer synchronen gleichen Lenkwinkeländerung auch geringfügig unterschiedliche Lenkwinkeländerungen an den Hinterrädern denkbar, um das Fahrverhalten noch differenzierter beeinflussen zu können.
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Wenn von Störung der einen oder beiden geregelten Wankstabilisierungen gesprochen wird, so kann dieses einen temporären, z.B. kurzzeitigen Ausfall oder eine verminderte Leistungsfähigkeit bedeuten. Es kann aber auch einen kompletten Ausfall bedeuten. Als Folge tritt eine kurzzeitige oder vollständige Änderung der Wankneigung des Fahrzeugs ein.
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Einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Fall zu Grunde, dass die Wankstabilisierung an der Vorderachse gestört ist, was tendenziell zu einem Übersteuern des Fahrzeuges führen kann. Diesem Übersteuerungsverhalten wirkt die Hinterachslenkung durch eine entsprechende Änderung der Lenkwinkel der Hinterräder entgegen. Tendenziell liegt beim Übersteuern eine erhöhte Gierrate vor, so dass zu deren Abbau zumindest temporär bevorzugt ein zu den Vorderrädern gleichsinniger Lenkwinkel eingestellt wird, um die Gierrate abzubauen.
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Übersteuern heißt, dass das Fahrzeug in Richtung des Kurvenmittelpunkts drängt und über die Hinterräder in eine kurvenäußere Richtung schiebt und damit das Heck des Fahrzeuges ausbricht. Durch einen entsprechenden Lenkwinkel bzw. Radeinschlag an der Hinterachse wird dieser Tendenz entgegengewirkt, so dass sich das Fahrzeug wieder auf der vorgegebenen Trajektorie, z.B. dem vorgegebenen Kurvenradius bewegt.
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Einer weiteren bevorzugten Variante liegt der Fall zu Grunde, dass die Wankstabilisierung an der Hinterachse eine Störung aufweist und dabei tendenziell ein Untersteuerungsverhalten des Fahrzeuges auftritt – das Fahrzeug schiebt beim Untersteuern über die Vorderräder aus der Kurve heraus bzw. versucht sich vom Kurvenmittelpunkt zu entfernen. Diesem Verhalten wirkt die Hinterachslenkung durch eine entsprechende Änderung der Lenkwinkel der Hinterräder entgegen. Tendenziell liegt beim Untersteuern kein Gieren vor, so dass zum Abbau zumindest temporär ein zu den Vorderrädern bevorzugt gegensinniger Lenkwinkel eingestellt wird. Mit anderen Worten wird durch einen entsprechenden, vorzugsweise zum Radeinschlag der Vorderräder gegensinnigen, Radeinschlag der Hinterachslenkung dem Untersteuern entgegengewirkt, so dass das Fahrzeug wieder auf die vorgegebene Trajektorie bzw. der vorgegebenen Kurvenbahn gelangt.
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Einer weiteren bevorzugten Variante liegt der Fall zu Grunde, dass die Wankstabilisierung sowohl an der Vorderachse als auch an der Hinterachse gestört ist. Auch hier ist von einem Übersteuerungsverhalten auszugehen, welches sich aufgrund der einsetzenden vergleichsweise höheren Wankneigung noch stärker auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs auswirken kann. Durch die Hinterradlenkung wird dem Übersteuern durch einen entsprechenden, bevorzugt zu den Vorderrädern gleichsinnigen, Radeinschlag entgegengewirkt, wodurch das Wankverhalten korrigiert und das Fahrzeug stabilisiert wird.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung erfolgt eine Korrektur des Wankverhaltens bei Störung der geregelten Wankstabilisierung durch verstellbare Dämpfungselemente des Fahrwerks. Für den Fall, dass die Wankstabilisierung an der Vorderachse ausfällt und dem zu Folge eine Tendenz zum Übersteuern auftritt, kann diesem durch eine Verstellung der Dämpfungscharakteristik einzelner Dämpfungselemente entgegengewirkt werden. Neigt das Fahrzeug beispielsweise zu einem verstärkten Wanken einseitig in Richtung eines Vorderrades, so kann das betreffende Dämpfungselement am Vorderrad derart verstellt werden, dass eine verstärkte Dämpfung auftritt, die einer Wankbewegung entgegenwirkt. Mit anderen Worten wird der Dämpfer härter eingestellt, um die fehlende Wankstabilisierung zu ersetzen.
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Die vorgenannten Betrachtungen verstehen sich ohne die Berücksichtigung eines möglichen Eingriffs durch den Fahrer. Durch Gegenlenken kann ein geübter Fahrer z.B. ein Übersteuern durch gezieltes Gegenlenken ausgleichen. Ein ungeübter Fahrer wäre damit in der Regel überfordert – erst recht, wenn die durch eine aktive Wankstabilisierung gewohnten guten Fahreigenschaften des Fahrzeugs sich bei einem Ausfall schlagartig verändern, wenn die aktive Wankstabilisierung an einer oder an beiden Achsen schlagartig komplett ausfällt.
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Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung zumindest ein Steuergerät zum Ausführen von Schritten eines vorgenannten Verfahrens zur Stabilisierung des Wankverhaltens eines Fahrzeuges. Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs (application specific integrated circuit – Anwendungsspezifischer Schaltkreis) sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Da die Hinterachslenkung an sich, d.h. ohne Störung an der geregelten Wankstabilisierung zumindest in Abhängigkeit von Parametern wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Gierrate und Lenkwinkel am Lenkrad bzw. an den Vorderrädern sowie einem in dem Steuergerät hinterlegten Fahrzeugmodell gesteuert wird, muss dem Steuergerät zusätzlich zumindest ein weiteres Signal über den Zustand der geregelten Wankstabilisierung und dem Wankverhalten des Fahrzeugs (z.B. Wankwinkel, Fahrzeugneigung um Längs- und Querachse) zugeführt werden (Zustandssignal). Das Steuergerät kann somit in Abhängigkeit der Funktion der geregelten Wankstabilisierung(en) gezielt Änderungen der Lenkwinkel an der Hinterachse bewirken. Je nach erfasster Fahrzeugsituation wird die Hinterachslenkung einen, zumindest temporären, zum Lenkwinkel der Vorderräder gleichsinnigen oder gegensinnigen Lenkwinkel an den Hinterrädern einstellen, um das Wanken zu reduzieren. Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs,
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2 ein Flussdiagramm mit unterschiedlichen Verfahrensschritten.
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Aus 1 geht ein schematisch dargestelltes Fahrzeug 1 mit zwei vorderen gelenkten Rädern 2 (Vorderachse) und zwei hinteren gelenkten Rädern 3 (Hinterachse) hervor. Die vorderen Räder 2 und die hinteren Räder 3 werden durch die schematisch dargestellten Lenkungen 4, 5 mittels eines zentralen Aktuators bzw. einer zentralen Kraftunterstützung gelenkt. Die jeweilige Anlenkung der Räder 2, 3 wird über ein Gestänge 41, 51, wie z.B. der üblichen Spurstangen, erreicht, wobei Steuersignale der Steuerung SG an die Lenkung geleitet werden. Die Vorderachs- und Hinterachslenkung 4, 5 sind kinematisch voneinander unabhängig. Im Fahrzeug 1 mittig liegt der Schwerpunkt S des Fahrzeuges. Sowohl an der Vorderachse als auch an der Hinterachse sind voneinander unabhängig wirkende geregelte Wankstabilisierungen WST angeordnet. Diese Wankstabilisierungen WST weisen jeweils einen Aktuator auf, der Torsionsprofile 61, 62 und Torsionsprofile 71, 72 gegeneinander verdrehen kann, um der jeweiligen Achse ein Wankmoment aufzuprägen. Beide Wankstabilisierungen WST sind ebenfalls mit dem Steuergerät SG verbunden.
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Durch gleichsinniges oder gegensinniges Lenken an der Vorderachse VA im Vergleich zur Hinterachse HA kann ein Giermoment MG um den Schwerpunkt S beeinflusst werden. Die Lenkeingriffe erfolgen aufgrund bzw. in Abhängigkeit von Signalen einer Steuerung SG. Im vorliegenden Fall werden zumindest Daten von einem ESC (Electronic Stability Control) wie z.B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Beschleunigung, Gierrate und Zustandssignale von den beiden Wankstabilisierungen WST ermittelt und bspw. via CAN-Bus an das Steuergerät SG gesendet.
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In 1 ist folgende Situation gezeigt: Die Wankstabilisierung WST an der Vorderachse VA ist gestört oder ausgefallen und an der Hinterachse intakt – es hat sich ein Übersteuern an der Hinterachse HA ergeben. Das Steuergerät hat diese Störung per Zustandssignal von der Wankstabilisierung WST registriert. Die hinteren Räder 3 sind aufgrund eines Steuersignals der Steuerung SG mittels Lenkung 5 über die Spurstangen 51 nach rechts gelenkt worden (gleichsinnig zur Vorderachse VA). An der Hinterachse liegt an den Hinterrädern ein Radlenkwinkel δh an. Dadurch wird ein Giermoment MG beeinflusst, welches auf das Fahrzeug 1 um die Hochachse bzw. den Schwerpunkt S gegen den Uhrzeigersinn wirkt. Der Effekt der beabsichtigten und durch die Steuerung SG eingebrachten Lenkwinkelkorrektur an der Hinterachse HA wirkt einem Übersteuern entgegen und wurde aufgrund der Zustandssignale der beiden Wankstabilisierungen WST bewirkt.
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Die 2 zeigt ein Flussdiagramm, auch Blockschaltbild genannt, welches das erfindungsgemäße Zusammenwirken der Wankstabilisierung und der Hinterachslenkung am Fahrzeug verdeutlicht. Das Blockschaltbild zeigt verschiedene, in drei Ebenen angeordnete Rechtecke, welche mit den Buchstaben A, B1, B2, C1, C2 und C3 bezeichnet und teilweise durch Pfeile miteinander verbunden sind. Die Rechtecke enthalten Verfahrensschritte, wobei folgende Abkürzungen verwendet werden: WST = Wankstabilisierung, VA = Vorderachse, HA = Hinterachse, HAL = Hinterachslenkung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet wie folgt: Es wird die Wankstabilisierung an der Vorderachse auf Funktion geprüft (Schritt A). In einem weiteren Schritt wird die Funktion der Wankstabilisierung an der Hinterachse (Schritt B1 bzw. B2) geprüft.
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Sind beide Wankstabilisierungen WST gestört oder ausgefallen, so wird Schritt C1 ausgeführt, woraus sich folgende Fahrsituation ergibt: Das Fahrzeug 1 erfährt eine Wankneigung und übersteuert tendenziell, wobei die Hinterachslenkung HAL das übersteuernde Verhalten durch gezieltes temporäres Lenken an der Hinterachslenkung HAL und damit die erhöhte Wankneigung ausgleicht. Dabei kann insbesondere ein zur Vorderachse VA gleichsinniges Lenken vorgenommen werden.
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Bei Störung oder Ausfall lediglich der Wankstabilisierung WST an Vorderachse VA ergäbe sich tendenziell ein Übersteuern. Dieses führt zu Schritt C1. Abhängig davon, ob hier die Wankstabilisierung WST zusätzlich auch an der Hinterachse HA ausfällt, tritt ein in seiner Auswirkung unterschiedliches tendenzielles Übersteuern auf. Dieses wird in Abhängigkeit von der am Steuergerät SG anliegenden Zustandsinformation von den Wankstabilisierungen WST in angepasster Weise über die Hinterachslenkung HA korrigiert und die Wankneigung somit nach Möglichkeit ausgeglichen.
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Ist gemäß Prüfung in Schritt B2 die Wankstabilisierung WST an der Hinterachse HA ausgefallen, so führt dieses zu Schritt C2: Das Fahrzeug 1 neigt verstärkt zum Untersteuern, und die Hinterachslenkung HAL gleicht das untersteuernde Verhalten bevorzugt mit zu den vorderen Rädern 2 gegensinnigem Lenken der Hinterräder 3 aus.
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Ergibt sich gemäß Schritt B2 eine intakte Hinterachslenkung HAL, so führt dieses zu Schritt C3, d. h. es herrscht normaler Fahrbetrieb. Alle Systeme sind aktiv und die Wankstabilisierungen WST an Vorder- und Hinterachse VA, HA sowie die Hinterachslenkung HAL verbleiben in ihrer originären Funktion.
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In dem dargestellten Blockschaltbild wird davon ausgegangen, dass bei Störung oder Ausfall der Wankstabilisierung WST an der Vorderachse VA ein Übersteuern und bei Störung oder Ausfall der Wankstabilisierung WST an der Hinterachse HA ein Untersteuern des Fahrzeuges 1 auftritt. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass z.B. in Abhängigkeit des Schwerpunkts S bestimmte Fahrzeugtypen ein abweichendes Fahrverhalten zeigen. In diesem Falle müssen die Schritte dem Fahrzeugverhalten angepasst werden, so dass das Fahrverhalten bei Störung oder Ausfall der zumindest einen geregelten Wankstabilisierung WST durch entsprechende Aktivierung der Hinterachslenkung HAL in einem korrigierenden Sinne optimiert wird, um die Wankneigung zu minimieren bzw. den Erwartungen an eine funktionierende Wankstabilisierung gerecht zu werden.
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Eine Alternative, welche nicht dargestellt ist, besteht darin, dass anstelle der Hinterachslenkung oder zusätzlich zu dieser verstellbare Dämpfungselemente zur Korrektur des Fahrverhaltens bei Störung oder Ausfall der Wankstabilisierung eingesetzt werden. Durch Verstärkung der Dämpfung einzelner Dämpfungselemente am Fahrwerk kann somit einer verstärkten Wankneigung des Fahrzeuges entgegengewirkt werden. Mit anderen Worten können die Dämpfer in Teilen oder ganz die Wankstabilisierung übernehmen. Die Hinterachslenkung trägt zu einem verbesserten Fahrverhalten bei und kann bei Störung oder Ausfall der Dämpfer die oben beschriebenen Funktionen übernehmen bzw. ausgleichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Vorderräder
- 3
- Hinterräder
- 4
- Vorderachslenkung
- 41
- Gestänge
- 5
- Hinterachslenkung
- 51
- Gestänge
- 61
- Torsionsprofil
- 62
- Torsionsprofil
- 71
- Torsionsprofil
- 72
- Torsionsprofil
- A
- Verfahrensschritt (Ebene 1)
- B1
- Verfahrensschritt (Ebene 2)
- B2
- Verfahrensschritt (Ebene 2)
- C1
- Verfahrensschritt (Ebene 3)
- C2
- Verfahrensschritt (Ebene 3)
- C3
- Verfahrensschritt (Ebene 3)
- VA
- Vorderachse
- HA
- Hinterachse
- HAL
- Hinterachslenkung
- WST
- Wankstabilisierung
- SG
- Steuerung
- ESC
- Electronic Stability Control
- MG
- Giermoment
- δv
- Radlenkwinkel vorne
- δh
- Radlenkwinkel hinten
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011075890 A1 [0002]
- EP 1820675 A1 [0002]
- DE 102014206934 A1 [0003]