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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer Wankbewegung eines zweispurigen Fahrzeuges. Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die
DE 10 2014 215 128 A1 und die
DE 10 2009 014 747 A1 verwiesen.
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Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Arten und Funktionsweisen von Systemen zur Wankstabilisierung eines zweispurigen Fahrzeuges bekannt. Man kann dabei zwischen zwei Grund-Ausführungen von Stabilisatoren unterscheiden. Ein sogenannter passiver Stabilisator arbeitet nach dem Drehstabprinzip. Dabei ist ein einteilig ausgeführter Drehstab parallel zur Fahrzeugachskonstruktion angeordnet und an beiden Enden an einer Radaufhängung befestigt. Unterschiedliche Vertikalbewegungen der Räder werden durch elastisches Verformen bzw. Verdrehen dieses Drehstab-Stabilisators angeglichen. Der passive Stabilisator kann jedoch die aufgenommene kinetische Energie nur zeitweise speichern und gibt diese dann wieder ab. Die von dem System aufgenommenen Gegenkräfte können dabei nicht geregelt werden, sondern resultieren aus den Relativbewegungen, die sich je nach Fahrsituation einstellen. Passive Stabilisatoren sind somit in ihrer Dimensionierung und in ihrer Materialbeschaffenheit auf eine vorbestimmte Federrate ausgelegt, sodass sie Torsionskräfte nur in einer bestimmten Größenordnung aufnehmen und entsprechende Gegenkräfte aufbringen können.
Neben den genannten passiven Stabilisatoren existieren außerdem sogenannte aktive Stabilisatoren, welche üblicherweise mindestens zweiteilig ausgeführt sind. Dabei ist jeweils ein Ende einer Stabilisatorhälfte mit einem Fahrzeugrad bzw. einer Radaufhängung verbunden. Die beiden Stabilisatorhälften sind dann üblicherweise durch einen geeigneten Aktuator miteinander verbunden, welcher mittels einer geeigneten Ansteuerung die beiden Stabilisatorhälften aktiv gegeneinander verdreht. Im Gegensatz zu den passiven Stabilisatoren können aktive Stabilisatoren je nach Bedarf zwischen dem Fahrzeugaufbau und dem Fahrwerk Kräfte und Momente einleiten und gewünschte Stellwege erzeugen. Diese Kräfte sind dann nicht mehr die Folge von Aufbaubewegungen, sondern sind Funktionen beliebiger Variablen, wie beispielsweise einer Querbeschleunigung oder einem Wankwinkel. Durch das Aufbringen gezielter Gegenwankmomente und das dabei aktive Verdrehen des Stabilisators, beispielsweise bei Kurvenfahrten, kann der Wankwinkel reduziert und der Fahrzeugaufbau horizontiert werden. Eine Entkopplung bei Geradeausfahrt des Fahrzeuges reduziert Kopiereffekte, da keine Vertikalmomente an der Fahrzeugachse gestellt werden, wobei der Fahrkomfort wesentlich erhöht werden kann. Eine ähnliche Ausführung existiert auch für Federsysteme zur Federung bzw. Dämpfung von Kräften und Bewegungen in Fahrzeughochrichtung, welche dann also sogenannte aktive Feder-Dämpfer-Systeme bezeichnet werden.
Insbesondere im Hinblick auf das teil-, hoch- und vollautomatisierte Fahren, in welchen das Fahrzeug zumindest teilweise die Fahrzeugführung übernimmt, ist ein solches aktives Stabilisierungs- bzw. Feder-Dämpfersystem gut geeignet.
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Beispielsweise wird in der
DE 10 2014 215 128 A1 ein Verfahren vorgeschlagen, welches bei einer Übernahme von einem automatischen Fahrbetrieb zurück in einen manuellen Fahrbetrieb (also wenn der Fahrer die Fahrzeugführung wieder selbst übernimmt) eine Wankbewegung des Fahrzeuges generiert, um den Fahrer darüber zu informieren bzw. zu signalisieren, dass ein manueller Eingriff in den Fahrbetrieb erforderlich ist. Es wird also vorgeschlagen den Fahrer eines im automatisierten Betriebsmodus befindlichen Fahrzeuges durch künstliche Erzeugung ungewohnter und übertriebener und somit wahrnehmbarer Bewegungen des Fahrzeuges, beispielsweise durch ungewohnt hohe Wankbewegungen des Fahrzeuges, auf eine erforderliche Übernahme des Fahrbetriebs durch den Fahrer aufmerksam zu machen. Der Fahrer wird zwar bei einem Wechsel zwischen den Fahrsituationen üblicherweise über eine Übernahme informiert, jedoch sobald sich der Fahrbetrieb wieder über einen längeren Zeitraum eingestellt hat, nimmt der Fahrer hinsichtlich Fahrgefühl keinen Unterschied zwischen einem automatischen, teilautomatischen oder manuellem Fahrbetrieb wahr.
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Auch aus der
DE 10 2009 014 747 A1 ist ein Verfahren zur Beeinflussung des Wankwinkels eines mit einer automatischen oder teilautomatischen Fahrzeugführung ausgestattetes Fahrzeug bekannt, das ein komfortables und für die Insassen querbeschleunigungsfreies oder querbeschleunigungsreduziertes automatisches oder teilautomatisches Fahren ermöglicht.
Zwar wird dabei zu jeder Zeit in allen Fahrsituationen situationsbedingt ein hoher Fahrkomfort an den Fahrer gewährleistet, jedoch ist die subjektive Wahrnehmung des Fahrers bzw. der Insassen dadurch in jeder Fahrsituation konstant gleich. Der Fahrer kann so hinsichtlich seiner subjektiven Empfindung des Fahrverhaltens, insbesondere der Wankbewegungen und Neigungen des Fahrzeuges, keine Unterschiede zwischen den einzelnen Betriebs- bzw. Fahrmodi wahrnehmen.
Hieraus ist es zwar bekannt die Wankbewegungen eines Fahrzeuges in einem automatisierten oder teilautomatisierten Betriebsmodus gezielt so einzustellen, dass Querbeschleunigungen reduziert werden können. Jedoch werden derartige Wankbewegungen situationsabhängig, in diesem konkreten Beispiel durch Ermittlung von zukünftig tatsächlich eintretenden und die Querbeschleunigung des Fahrzeuges beeinflussende Größen, eingeleitet. Dabei wird dann die Querneigung berechnet, welcher zur wenigstens teilweisen Kompensation des zukünftigen Verlaufs der auf die Insassen wirkenden Querbeschleunigung für eine Vorausschauzeitdauer erforderlich ist. Die Einstellung passiert demnach immer situationsabhängig, mit dem Ziel dem Fahrer zu jeder Zeit (also unabhängig in welchem Betriebsmodus sich das Fahrzeug befindet) in jeder Situation eine komfortable Querbeschleunigung zu vermitteln.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Ansteuerung einer Wankbewegung eines Fahrzeuges aufzuzeigen, welches gezielt ein unterschiedliches Wank- bzw. Neigungsverhalten des Fahrzeuges bzw. eine unterschiedliche auf den Fahrer wirkende Querbeschleunigung in verschiedenen Betriebsmodis veranlasst und dadurch einzelnen Betriebsmodis eine vom Fahrer und den Insassen wiedererkennbare Querbeschleunigung situationsunabhängig zuordnet.
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Die Lösung der Aufgabe ergibt sich durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
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Es wird ein Verfahren zur aktiven Einstellung einer Wankbewegung eines zweispurigen Fahrzeuges welches in unterschiedlichen Betriebsmodis betreibbar ist aufgezeigt. Diese aktive Einstellung erfolgt insbesondere zur Wiedererkennung bzw. subjektiven Wahrnehmung eines Fahrers bzw. eines Fahrzeuginsassen des Betriebsmodus, in welchem sich das Fahrzeug aktuell befindet. In einem ersten Schritt des Verfahrens, wird der aktuelle Betriebsmodus des Fahrzeuges von einer Erfassungsvorrichtung erfasst bzw. ermittelt.
Daran anschließend wird eine auf den Fahrer wirkende und für den jeweils erfassten Betriebsmodus des Fahrzeuges hinterlegte Querbeschleunigung innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs durch aktives Einstellen der Wankbewegung des Fahrzeuges mittels eines aktiven Stabilisatorsystems und/oder eines aktives Feder-Dämpfer-Systems eingestellt.
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Eine derartige aktive Einstellung der Wankbewegung des Fahrzeuges wird durch die bereits im Stand der Technik erläuterten aktiven Stabilisierungs- und Federsysteme realisiert. Mittels geeigneter Ansteuerung von Aktuatoren sind diese in der Lage gezielt und genau Kräfte zu stellen und damit Wankbewegungen des Fahrzeuges zu generieren bzw. auszulöschen oder zu vermindern. Durch gezielt eingebrachte Wankbewegungen beispielsweise in Kurvenfahrten des Fahrzeuges, ist es beispielsweise möglich das Fahrzeug mehr in die Kurve zu neigen und die auf die Insassen bzw. den Fahrer wirkende Querbeschleunigung damit zu verringern.
Der Unterschied bei dieser Erfindung zum genannten Stand der Technik ist jedoch, dass die Einstellung der Querbeschleunigung nicht situationsabhängig, also beispielsweise abhängig von einer bestimmten zukünftigen oder vorhergesehenen Kurvenfahrt (ggf. unter Zuhilfenahme von Prädikationsdaten oder Navigationsinformationen) des Fahrzeuges geschieht, sondern dass die auf den Fahrer wirkende Querbeschleunigung situationsunabhängig (also beispielsweise bei gleicher Strecke) je nach entweder einen gewählten oder voreingestellten Betriebsmodus des Fahrzeuges einen zu diesem vorgegebenen Wertebereich eingestellt wird. Die Einstellung der Wankbewegung des Fahrzeuges bzw. der Querbeschleunigungseinstellung geschieht somit modusorientiert.
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Ein solcher Betriebsmodus ist ein automatisierter bzw. hochautomatisierter Fahrmodus oder ein teilautomatisierter Fahrmodus oder ein Sportmodus oder ein Komfortmodus oder ein Verbrauchsoptimierender-Modus oder ein Übergang von einem der genannten Betriebsmodi in einen anderen.
Dabei ist für jeden Betriebsmodus des Fahrzeuges eine in einem bestimmten Wertebereich befindliche auf den Fahrer wirkende Querbeschleunigung vorgegeben bzw. voreingestellt. Das heißt, dass sich die auf den Fahrer wirkende Querbeschleunigung in jedem Betriebsmodus des Fahrzeuges in einem unterschiedlichen Wertebereich befindet, unabhängig von vorausschauenden die Querbeschleunigung beeinflussende Größen oder Faktoren. Dies ermöglicht es dem Fahrer (zumindest nach einer gewissen zeitlichen Benutzung des Fahrzeuges) einen gewissen „Memory-effect“ zu erlangen und anhand des Wank- bzw. Neigungsverhaltens des Fahrzeuges zu jeder Zeit den aktuellen Betriebsmodus des Fahrzeuges wiederzuerkennen.
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Die genannten bevorzugten Betriebsmodi, in welchen das Fahrzeug betreibbar ist, können dabei entweder vom Fahrer selbst, beispielsweise über einen Fahrerlebnisschalter eingestellt werden, bereits voreingestellt, quasi standardmäßig herrschen oder automatisch durch ein Fahrerassistenzsystem adaptiv eingestellt werden.
Die genannten bevorzugten Betriebsmodi automatisiertes, teilautomatisiertes und manuelles Fahren geben an in wie weit der der Fahrer selbst oder das Fahrzeug die Fahrzeugführung übernimmt. Beim manuellen Fahrmodus beispielsweise übernimmt der Fahrer selbst die gesamte Fahrzeugführung (u.U. wird dieser durch bestimmte Assistenzsysteme unterstützt, welche bei der Fahrzeugbedienung helfen). Beim teilautomatisierten Fahren bzw. im teilautomatisierten Fahrmodus unterstützen bzw. übernehmen bereits mehrere Fahrerassistenzsysteme gewissen Fahrzeugführungsaufgaben, während beim (voll)automatisierten bzw. autonomen Fahren die Führung des Fahrzeuges dauerhaft vom Fahrzeug bzw. vom System übernommen wird. Je nach Ausprägungsgrad und Unterstützungs- bzw. Übernahmeanteil der Funktionen vom Fahrzeug sind so unterschiedliche Automatisierungsgrade bekannt. Jeder dieser Automatisierungsgrade können dabei im Sinne dieser Erfindung einen eigenen Betriebsmodus des Fahrzeuges darstellen.
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So ist es in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass auf den Fahrer eine geringere voreingestellte Querbeschleunigung in einem teilautomatisierten bzw. automatisierten Fahrmodus als in einem manuellen Fahrmodus des Fahrzeuges eingestellt wird. Eine geringere auf den Fahrer wirkende Querbeschleunigung bedeutet im Sinne der Erfindung, dass sich das Fahrzeug beispielsweise in Kurvenfahrten mehr in Richtung des Kurveninneren neigt. Dabei ist ein bestimmter Wertebereich der auf den Fahrer wirkenden Querbeschleunigung für jeden der Betriebsmodi vorgesehen. Dabei ist es bevorzugt, dass dieser Wertebereich der Querbeschleunigung mit steigendem Automatisierungsgrad der einzelnen Betriebsmodi sinkt, d.h. mit steigendem Automatisierungsgrad auch die auf den Fahrer wirkende Querbeschleunigung sinkt. Das Fahrzeug neigt sich also beispielsweise bei Kurvenfahrten mehr in die Kurve, wenn sich das Fahrzeug in einem automatisierten Fahrmodus befindet, als wenn es sich nur in einem teilautomatisierten oder gar einem manuellem Fahrmodus befindet.
Im manuellen Fahrbetrieb des Fahrzeuges, in welchem der Fahrer die Fahrzeugführung überwiegend selbst übernimmt, wirkt dann bevorzugt eine größere Querbeschleunigung auf den Fahrer. Die aktiv gestellte Wankbewegung, welche eine geringe Neigung in Kurven verursacht, ist damit bevorzugt geringer als in einem automatisierten oder teilautomatisierten Fahrbetrieb. Umgekehrt ist es jedoch genauso denkbar, die auf den Fahrer bzw. die Fahrzeuginsassen wirkende Querbeschleunigung in einem manuellen Fahrbetrieb geringer zu gestalten und dementsprechend die Wankbewegung in diesem Betriebsmodus zu erhöhen und mit ansteigendem Automatisierungsgrad der Betriebsmodi diese Querbeschleunigung zu vergrößern.
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Gemeinsam haben die genannten Ausführungen, dass sich die Querbeschleunigung in den einzelnen Betriebsmodi voneinander unterscheidet, damit der Fahrzeugführer (bzw. die Insassen) anhand des Querbeschleunigungs-, bzw. Wank- bzw. Neigungsverhaltens des Fahrzeuges den aktuellen Betriebsmodus des Fahrzeuges erkennt.
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Durch eine solche voreingestellte modusorientierte Querbeschleunigungseinstellung durch Erhöhen oder Erniedrigen der Wankbewegung des Fahrzeuges in den einzelnen Betriebsmodis, ist es dem Fahrer und den Fahrzeuginsassen möglich anhand dem Fahrverhalten des Fahrzeuges, insbesondere anhand dem Wank- und Neigungsverhalten des Fahrzeuges und der herrschenden auf den Fahrer und die Insassen wirkenden Querbeschleunigung, der Fahrsituation einen bestimmten Betriebsmodus zuzuordnen, ohne dass es dem Fahrer verbal oder akustisch mitgeteilt werden muss.
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Die weiteren genannten bevorzugten Betriebsmodis, wie beispielsweise „Sportmodus“, „Komfortmodus“ und ein „Verbrauchsoptimierender-Modus“ können beispielsweise vordefinierte Setups im Fahrzeug darstellen, welche vom Fahrer selbst, beispielsweise mittels eines sogenannten Fahrerlebnisschalters eingestellt werden. Dabei werden beispielsweise Fahrwerkseinstellungen an den jeweils gewählt Modus abgestimmt um das vom Fahrer gewünschte Fahrverhalten des Fahrzeuges zu erlangen. In einem Sportmodus beispielsweise werden Fahrwerkseinstellung und weitere dahin geändert bzw. angepasst, dass ein dynamischeres Fahren ermöglicht wird, während in einem Verbrauchsoptimierender-Modus beispielsweise die Kennlinien für ein Gaspedal und ein Getriebe sowie Heiz- und Klimastrategie intelligent angepasst werden können, sodass das Fahrverhalten hinsichtlich Verbrauch optimiert werden kann.
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Dabei ist es in einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass auf den Fahrer eine geringere voreingestellte Querbeschleunigung im Sportmodus des Fahrzeuges wirkt, als im Komfortmodus des Fahrzeuges. Befindet sich also das Fahrzeug beispielsweise in einer Kurvenfahrt, so neigt sich dieses im Sportmodus mehr in die Kurve, als im Komfortmodus bzw. als im Verbrauchsoptimierendem-Modus. Dabei wird zum einen ein sportlicheres und dynamischeres Fahrverhalten des Fahrzeuges unterstützt und zum anderen ermöglicht es dem Fahrer eine Zuordnung, in welchem Betriebsmodus sich das Fahrzeug befindet.
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Es ist dabei bevorzugt vorgesehen, dass die Wankbewegungen bzw. die auf den Fahrer bzw. die Fahrzeuginsassen wirkende Querbeschleunigung in den einzelnen Betriebsmodis zwar derart deutlich unterschiedlich ausgeprägt sind dass für den Fahrer ein Unterschied zwischen den einzelnen Betriebsmodis wahrgenommen werden kann, jedoch diese keine überzogenen oder für den Fahrer spürbar unangenehmen Bewegungen darstellen.
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Beim Erfassen, dass sich das Fahrzeug in einem Übergang von einem Betriebsmodus in einen anderen Betriebsmodus befindet, ist es bevorzugt, dass die Wankbewegungen des Fahrzeuges aktiv erhöht wird. Dabei ist es, umgekehrt zu der soeben genannten Ausführung, durchaus bevorzugt die Wankbewegungen des Fahrzeuges sogar zu überzeichnen bzw. ungewöhnlich zu erhöhen. Dabei kann dem Fahrer der Übergang zwischen zwei Betriebsmodi auf vorteilhafte Weise signalisiert werden. Befindet sich das Fahrzeug beispielsweise in einem Übergang von einem manuellen Fahren in ein teil- oder vollautomatisierten Fahrzustand, so kann durch erhöhte bzw. überzogene Wankbewegungen des Fahrzeug innerhalb dieses Zeitabschnittes dem Fahrer klar signalisiert werden, dass ein Wechsel zwischen zwei Betriebsmodi stattfindet. Der Fahrer kann sich dann besser auf den zukünftigen Betriebsmodus einstellen.
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Daneben kann eine solche überzogene Wankbewegung auch als Bestätigung für den Fahrer dienen, dass der beispielsweise von ihm selbst veranlasste Moduswechsel nun tatsächlich stattfindet bzw. stattgefunden hat.
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Daneben ist es außerdem denkbar, dass bei Erfassen, dass sich der Fahrmodus in näherer Zukunft ändern wird, die Wankbewegung des Fahrzeuges bereits vor dieser Änderung entsprechend dem künftigen Modus umgestellt wird. Eine solche Einstellung ist insbesondere in einer automatisierten oder teilautomatisierten Fahrsituation hilfreich, in welchen eine gewünschte frühzeitige Aufmerksamkeit des Fahrers vor einer potentiellen Übernahme erfolgen soll. Eine solche Situation könnte beispielsweise eine unerwartet auftretende Baustelle sein. Der Fahrer wird somit in derartigen Situationen, bei welcher das System erkennt, dass eventuell eine Übernahme stattfinden könnte oder stattfinden wird, durch ein Umstellen der Wankbewegung auf den darauf folgenden Fahrmodus, beispielweise einen manuellen Fahrmodus, frühzeitig informiert. Der Fahrer hat so die Möglichkeit sich besser auf zukünftig mögliche Fahrsituationen vorzubereiten. Das Rückholen des Fahrers von einem automatisierten oder teilautomatisierten Fahrmodus in einen manuellen Fahrmodus kann durch diese Vorwarnung bzw. diese frühzeitige Umstellung der Wankbewegung beispielsweise sanfter gestaltet werden, wobei Reaktionszeiten des Fahrers verkürzt werden können.
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Dabei ist die auf den Fahrer wirkende Querbeschleunigung bzw. die Wankbewegung des Fahrzeuges zu jeder Zeit derart eingestellt, dass ein sicheres Fahrverhalten ermöglicht ist.
Mitunter aufgrund zuletzt genannter Bedingung ist es in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass eine exakte Einstellung der Querbeschleunigung in dem genannten vorgegebenen Wertebereich wiederrum situationsabhängig geschieht. Die grobe Einstellung auf den Wertebereich geschieht, wie bereits genannt erfindungsgemäß situationsunabhängig bzw. nur in Abhängigkeit der eingestellten Betriebsmodis. Die Feineinstellung, also welche Querbeschleunigung dann exakt auf den Fahrer und die Fahrzeuginsassen (innerhalb des jeweiligen Wertebereichs für den gewählten Betriebsmodus) wirkt, kann situationsabhängig geschehen.
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Beispielsweise kann diese exakte Einstellung der Querbeschleunigung in Abhängigkeit äußerer Bedingungen, wie beispielsweise des Kurvenradius, der befahrenen Strecke, der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder den Wetter- und Straßenbedingungen erfolgen.
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Durch das genannte Verfahren zur aktiven Einstellung der Wankbewegung eines zweispurigen Fahrzeuges derart, dass die auf den Fahrer wirkende Querbeschleunigung in Abhängigkeit eines bestimmten Betriebsmodus auf einen vorgegeben Wertbereiche von anderen Einflüssen (wie beispielsweise eine bestimmte Strecke oder Straßenbedingungen) unabhängig eingestellt wird, kann der Fahrer zu jeder Zeit den Betriebsmodus in welchem sich das Fahrzeug aktuell befindet wiedererkennen.
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Des Weiteren ist es bevorzugt, dass in bestimmten Situationen, in welchen die modusorientierte Einstellung der auf den Fahrer wirkenden Querbeschleunigung bzw. der Wankbewegung des Fahrzeuges unpassend bzw. ineffizient bzw. nicht optimal ist, von dieser modusorientierten Einstellung abgewichen werden kann. So kann beispielsweise obwohl sich das Fahrzeug gerade in einem automatisierten Fahrmodus befindet, von einem in diesem Fahrmodus hinterlegtem Wertebereich der Querbeschleunigung bzw. der Wankbewegung zu Gunsten der Fahrstabilität und Fahrsicherheit bzw. zur Optimierung einzelner Federwege und Radaufstandskräfte abgewichen werden. Statt einer sehr geringen Querbeschleunigung in einem automatisierten Fahrmodus wird dann beispielsweise eine höhere Querbeschleunigung gewählt. Eine solche Abweichung kann beispielsweise bei einer plötzlich auftretenden unerwarteten Situation in einem automatisierten Fahrmodus geschehen, die die Umwelt- und Gefahrensituation neu bewerten lässt. Eine solche Situation kann beispielsweise eintreten wenn sich plötzlich unvorhergesehen Personen (beispielsweise bei Autobahnausfahrten in der Kurve) auf der Fahrbahn befinden oder die Straßenverhältnisse unerwartet schlecht sind.