DE102017211949A1 - Verfahren zum Lenken eines vierrädrigen Kraftfahrzeugs und Kraftfahrzeug - Google Patents

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Max von Groll
Ludwig Seethaler
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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Lenken eines vierrädrigen Kraftfahrzeugs (10) angegeben, wobei das Kraftfahrzeug (10) einen radindividuellen Antrieb, mit dem ein Antriebsmoment jedes Rades des Kraftfahrzeugs (10) individuell einstellbar ist, und Verstellmittel zur Veränderung einer Radlastverteilung, mit denen eine Radaufstandskraft individuell einstellbar ist, aufweist, wobei in einem Schritt des Verfahrens die Radaufstandskraft von zwei diagonal gegenüberliegenden Rädern (12, 14) des Kraftfahrzeugs verringert wird, in einem weiteren Schritt mindestens eines der zwei weiteren Räder (16, 18) eingeschlagen wird, und in einem weiteren Schritt mindestens eines der zwei weiteren Räder (16, 18) angetrieben wird. Des weiteren wird ein Kraftfahrzeug (10) zur Durchführung des genannten Verfahrens angegeben, aufweisend einen radindividuellen Antrieb, mit dem ein Antriebsmoment jedes Rades des Fahrzeugs individuell einstellbar ist und aufweisend Verstellmittel zur Veränderung einer Radlastverteilung, mit denen eine Radaufstandskraft individuell einstellbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lenken eines vierrädrigen Kraftfahrzeugs und ein Kraftfahrzeug.
  • Im Stadtverkehr ist es aufgrund von hohem Verkehrsaufkommen und geringer Platzverhältnisse wünschenswert, dass ein Fahrzeug möglichst flexibel gelenkt werden kann. Insbesondere beim Wenden und Einparken eines Fahrzeugs ist es von Vorteil, wenn der benötigte Platz, um beispielsweise in engen Straßen wenden zu können oder um in enge Parklücken einzuparken, möglichst gering ist.
  • Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Lenken eines Kraftfahrzeugs auf engem Raum sowie ein Fahrzeug mit einem möglichst kleinen Wendekreis anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Lenken eines vierrädrigen Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug einen radindividuellen Antrieb, mit dem ein Antriebsmoment jedes Rades des Fahrzeugs individuell einstellbar ist, und Verstellmittel zur Veränderung einer Radlastverteilung, mit denen eine Radaufstandskraft individuell einstellbar ist, aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
    • - Verringern der Radaufstandskraft von zwei diagonal gegenüberliegenden Rädern des Kraftfahrzeugs,
    • - Einschlagen von mindestens einem der zwei weiteren Räder und
    • - Antreiben von mindestens einem der zwei weiteren Räder.
  • Indem die Radaufstandskraft von zwei diagonal gegenüberliegenden Rädern des Kraftfahrzeugs verringert wird, wird an den jeweiligen Rädern auch die Kontaktreibung zwischen Rad und Straße verringert. Dadurch kann ein Reifenabrieb, der durch eine Relativbewegung zwischen Rad und Fahrbahn in Querrichtung verursacht wird, verringert beziehungsweise vermieden werden. Außerdem können so die Antriebsdrehmomente, die benötigt werden, um eine Richtungsänderung durchzuführen, gering gehalten werden, da aufgrund der Nichtlinearität des Zusammenhangs der Reifenaufstandskraft mit der Reifenseitenkraft insgesamt geringere Seitenkräfte überwunden werden müssen.
  • Durch den radindividuellen Antrieb kann das Kraftfahrzeug besonders flexibel gelenkt werden. Beispielsweise ist sogar ein Wenden auf der Stelle möglich. Auch beim Einparken eines Fahrzeugs erweist sich ein derartiges Verfahren als vorteilhaft, da mittels des radindividuellen Antriebs besonders gut rangiert werden kann.
  • Beispielsweise kann das eingeschlagene Rad angetrieben werden. Das zum eingeschlagenen Rad diagonal gegenüberliegende Rad kann gebremst werden. Alternativ kann auch das zum eingeschlagenen Rad diagonal gegenüberliegende Rad angetrieben werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt können beide diagonal gegenüberliegenden Räder eingeschlagen und angetrieben werden. Diese Konstellation ist vor allem beim Wenden des Fahrzeugs vorteilhaft, um einen möglichst kleinen Wendekreis zu ermöglichen.
  • Wird im Folgenden auf eingeschlagene und/oder angetriebene Räder eingegangen, sind damit immer die diagonal gegenüberliegenden Räder gemeint, bei denen die Radaufstandskraft nicht verringert wurde.
  • Gemäß einem Aspekt werden die Räder gegensinnig angetrieben. Dabei wird beispielsweise ein dem eingeschlagenen Rad diagonal gegenüberliegendes Rad mit einem Gegenmoment gehalten, so dass es auf einer Stelle stehen bleibt. Der Radius des Wendekreises entspricht dabei im Wesentlichen der Diagonale zwischen den Radaufstandspunkten der angetriebenen Räder.
  • Alternativ können beide diagonal gegenüberliegenden Räder eingeschlagen und gegensinnig angetrieben werden, um ein Wendemanöver auf engem Raum durchzuführen.
  • Die angetriebenen Räder können mit unterschiedlichen Antriebsmomenten oder mit demselben Antriebsmoment angetrieben werden, je nachdem welches Fahrmanöver ausgeführt werden soll.
  • Das Antreiben der Räder mit unterschiedlichem Antriebsmoment ist beispielsweise beim Einparken von Vorteil.
  • Um ein Wenden auf der Stelle zu ermöglichen, können zwei diagonal gegenüberliegende Räder eingeschlagen und mit demselben Antriebsdrehmoment gegensinnig angetrieben werden. Insbesondere wird das Fahrzeug dabei um seinen Fahrzeugmittelpunkt gedreht.
  • Gemäß einem Aspekt kann durch die Verstellmittel zur Veränderung der Radlastverteilung ein Abheben der Räder von der Fahrbahn erreicht werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da hierbei ein Verschleiß der abgehobenen Räder komplett vermieden werden kann. Die Radaufstandskraft der verbleibenden Räder mit Bodenkontakt wird folglich erhöht.
  • In einem Zustand mit nur zwei Rädern mit Bodenkontakt können regelungstechnisch ein Antriebsmoment am Vorderrad und ein ausgleichendes Antriebsmoment am diagonal gegenüberliegenden Hinterrad so eingestellt werden, dass sich das Fahrzeug im Gleichgewicht befindet und zwei Räder immer in der Luft bleiben, ähnlich wie bei einem Segway. Allerdings ist die Genauigkeit der Regelung nicht sicherheitsrelevant, da bei Verlassen der Gleichgewichtslage ein drittes Rad in Kontakt mit dem Boden kommt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden Antriebsmomente und/oder Bremsmomente an den Rädern mit Bodenkontakt genutzt, um das Kraftfahrzeug im Gleichgewicht zu halten.
  • Alternativ oder zusätzlich können Lenkbewegungen an den Rädern mit Bodenkontakt genutzt werden, um das Kraftfahrzeug im Gleichgewicht zu halten.
  • Des Weiteren können Antriebsmomente und/oder Bremsmomente an den abgehobenen Rädern ohne Bodenkontakt genutzt werden, um das Kraftfahrzeug im Gleichgewicht zu halten.
  • Alternativ oder zusätzlich können Lenkbewegungen an den abgehobenen Rädern ohne Bodenkontakt genutzt werden, um das Kraftfahrzeug im Gleichgewicht zu halten.
  • Durch Antreiben und Abbremsen der Räder ohne Bodenkontakt können zusätzliche Stabilisierungsmomente erzeugt werden. Diese vergleichsweise kleinen Stabilisierungsmomente können durch gleichzeitige radindividuelle Lenkbewegungen verstärkt werden.
  • Die Verstellmittel zur Veränderung der Radlastverteilung können beispielsweise an jedem Rad eine Federfußpunktverstellung aufweisen. Neben der Einstellung der Radaufstandskraft können diese auch genutzt werden, um einen Höhenstand beladungsunabhängig konstant zu halten oder um die Bodenfreiheit beim Überfahren eines Hindernisses zu erhöhen.
  • Alternativ oder zusätzlich können die Verstellmittel radindividuell angesteuerte Luftfedern aufweisen. Ebenso können alternativ oder zusätzlich aktive Stabilisatoren eingesetzt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das Kraftfahrzeug eine Vorder- und eine Hinterachse auf, an welchen jeweils beidseitig ein Rad aufgehängt ist, wobei mindestens eine Achse lenkbar ist. Dadurch können auf bekannte Art und Weise die Räder des Kraftfahrzeugs gelenkt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind beide Achsen lenkbar. Mit zwei lenkbaren Achsen kann ein kleinerer Wendekreis erreicht werden als mit nur einer lenkbaren Achse.
  • Das Kraftfahrzeug kann mindestens einen Einzelaktuator zur individuellen Lenkung der Räder aufweisen. Vorzugsweise weist das Kraftfahrzeug vier Einzelaktuatoren auf, einen an jedem Rad des Kraftfahrzeugs. Eine Lenkung mit Einzelaktuatoren ist noch flexibler als eine Lenkung mit gelenkten Achsen, da jedes Rad einzeln und unabhängig von den anderen Rädern des Kraftfahrzeugs eingeschlagen werden kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Kraftfahrzeug auch eine lenkbare Achse und einen oder zwei Einzelaktuatoren an den Rädern der ungelenkten Achse aufweisen.
  • Ein Radeinschlagswinkel der eingeschlagenen Räder kann beispielsweise bis zu 60° betragen. Dabei sind unterschiedliche Szenarien möglich. Beispielsweise kann bei einem Lenkmanöver ein Radeinschlagswinkel eines ersten Rades, beispielsweise des Vorderrades, zwischen 45° und 55°, insbesondere 50° betragen und ein Radeinschlagswinkel eines zweiten Rades, beispielsweise des Hinterrades, zwischen 3° und 5°. Bei einem anderen Lenkmanöver kann der Radeinschlagswinkel sowohl am Vorderrad als auch am Hinterrad zwischen 45° und 55°, insbesondere 50°, betragen.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst der radindividuelle Antrieb Radnabenmotoren. Insbesondere ist an jedem Rad ein Radnabenmotor angeordnet. Dadurch kann auf zuverlässige Weise das Antriebsmoment der Räder einzeln gesteuert werden.
  • Die Lenkung des Kraftfahrzeugs erfolgt vorzugsweise automatisiert. Auf diese Weise kann durch eine Steuerung immer der optimale Radeinschlagswinkel und das optimale Antriebsmoment für ein Lenkmanöver eingestellt werden. Vor allem Einparkvorgänge können besonders gut automatisiert erfolgen. Dabei können Sensoren die Umgebung um das Kraftfahrzeug herum erfassen und basierend auf den von den Sensoren gelieferten Informationen kann ein optimaler Lenkvorgang errechnet und die Räder entsprechend gelenkt werden. Ein Lenkvorgang kann so viel präziser erfolgen, als ein Benutzer ihn von Hand ausführen könnte. Somit können schwierige Lenkmanöver auch bei beengten Platzverhältnissen präzise ausgeführt werden.
  • Die Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug zur Durchführung eines wie vorhergehend beschriebenen Verfahrens, aufweisend einen radindividuellen Antrieb, mit dem ein Antriebsmoment jedes Rades des Fahrzeugs individuell einstellbar ist und aufweisend Verstellmittel zur Veränderung einer Radlastverteilung, mit denen eine Radaufstandskraft individuell einstellbar ist.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
    • - 1 schematisch ein Kraftfahrzeug zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Lenken eines Kraftahrzeugs,
    • - 2 und 3 unterschiedliche Szenarien bei der Lenkung des Kraftfahrzeugs aus 1,
    • - 4 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einer alternativen Lenkung,
    • - 5 ein Kraftfahrzeug mit einer weiteren alternativen Lenkung und
    • - 6 ein Rad mit einem Einzelaktuator.
  • 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 10 mit vier Rädern 12, 14, 16, 18 in einer Draufsicht. Die Räder sind 12, 14, 16, 18 beidseitig an einer Vorderachse 20 und einer Hinterachse 22 aufgehängt. Dabei sind die Räder 16, 18 mit stärkeren Linien dargestellt als die Räder 12, 14. Dies soll symbolisieren, dass eine Radaufstandskraft der Räder 12, 14 durch Verstellmittel zur Veränderung einer Radlastverteilung verringert wurde. Dadurch hat sich automatisch die Radaufstandskraft der Räder 16, 18 erhöht, da das Fahrzeuggewicht nun vermehrt auf diesen Rädern ruht. Im Idealfall sind die Räder 12, 14 komplett von einer Fahrbahn abgehoben und haben keinen Bodenkontakt mehr.
  • Die Verstellmittel sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Es gibt jedoch unterschiedliche Möglichkeiten, solche Verstellmittel auszubilden, beispielsweise mittels Federfußpunktverstellungen, mittels radindividuell angesteuerter Luftfedern oder mittels aktiver Stabilisatoren mit einem geeigneten Aktuator-Stellweg.
  • Das Kraftfahrzeug 10 kann nur dann auf den zwei Rädern 18, 16 im Gleichgewicht stehen, wenn dort mindestens ein Radmoment wirkt; ansonsten würde das Kraftfahrzeug 10 kippen und auf drei Rädern zum Stehen kommen. Durch geeignete Steuerung der Antriebsmomente an den beiden Rädern 16, 18 mit Bodenkontakt kann jedoch ein Gleichgewicht erhalten werden, ähnlich wie man es von einem Segway kennt.
  • Der radindividuelle Antrieb kann beispielsweise über Radnabenmotoren an jedem der Räder 12, 14, 16, 18 realisiert werden. Die Radnabenmotoren sind der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt. Allerdings sind Radnabenmotoren für Allradfahrzeuge aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt.
  • 2 veranschaulicht ein erstes Szenario im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Lenken eines Kraftfahrzeugs.
  • Die Radaufstandskraft der beiden Räder 12, 14 ist durch die Verstellmittel verringert, insbesondere sind die Räder 12, 14 von der Fahrbahn abgehoben.
  • Die Vorderachse ist 20 gelenkt, wodurch das Rad 18 eingeschlagen ist, beispielsweise um einen Lenkwinkel von 50°. Die Hinterachse 22 hingegen ist ungelenkt.
  • Dabei werden die Räder 16, 18 individuell angetrieben. Insbesondere wird über ein Antriebsmoment am eingeschlagenen Vorderrad 18 und ein ausgleichendes Antriebsmoment am ungelenkten Hinterrad 16 ein kleiner Wendekreis erreicht, dessen Radius der Diagonale zwischen den Radaufstandspunkten 24, 26 der Räder 16, 18 entspricht. Die Radaufstandspunkte 24, 26 liegen in einer Draufsicht genau in der Mitte der Räder 16, 18. Beispielsweise kann das Rad 16 durch ein Gegenmoment im Wesentlichen auf einer Stelle gehalten werden, während sich das Fahrzeug 10 durch das angetriebene Vorderrad 18 um den Radaufstandspunkt 24 dreht.
  • Dabei wird das Kraftfahrzeug 10 derart im Gleichgewicht gehalten, dass die Räder 12, 14 nicht in Kontakt mit dem Boden kommen. Zum Aufrechterhalten des Gleichgewichts können auch die Radnabenmotoren der beiden Räder 12, 14 ohne Bodenkontakt genutzt werden, da deren Abstützmoment einer Kippneigung des Kraftfahrzeug 10 entgegenwirken kann.
  • 3 veranschaulicht ein weiteres Szenario im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Lenken eines Kraftfahrzeugs.
  • Genau wie bei dem Szenario in 2 ist die Radaufstandskraft der beiden Räder 12, 14 ist durch die Verstellmittel verringert, und die Vorderachse 20 ist ebenfalls eingeschlagen, wodurch auch das Rad 18 eingeschlagen ist.
  • Zusätzlich dazu ist diesem Szenario auch die Hinterachse 22 gelenkt, wodurch das Rad 16 ebenfalls eingeschlagen ist, vorzugsweise in dem gleichen Lenkwinkel wie das Rad 18.
  • Hierbei ist der Wendekreis im Vergleich zu dem ersten in Bezug auf 2 beschriebenen Szenario noch geringer. Eine Verringerung des Wendekreises kann bereits erreicht werden, wenn das Hinterrad 16 nur um wenige Grad eingeschlagen wird, beispielsweise in einem Winkel zwischen 3° und 5°.
  • Werden sowohl das Vorderrad 18 als auch das Hinterrad 16 im gleichen Winkel eingeschlagen, beispielsweise in einem Winkel von 50°, kann nahezu das Wenden auf der Stelle erreicht werden. Idealerweise werden dabei die Räder 18, 16 gegensinnig mit demselben Antriebsmoment angetrieben.
  • 4 veranschaulicht ein weiteres Szenario, bei dem die Vorderachse 20 gelenkt ist. An den Rädern 16, 18, die an der Hinterachse 22 aufgehängt sind, sind Einzelaktuatoren 24 angeordnet. Dadurch kann das Rad 16 unabhängig vom Rad 14 gelenkt werden. Die Hinterachse 22 dient in diesem Fall nur zur Aufhängung der Räder 14, 16 und trägt nicht zur Lenkung bei. Die Einzelaktuatoren sind in 4 nicht dargestellt, allerdings zeigt 6 ein Rad mit einem solchen Einzelaktuator 24.
  • Abgesehen von der unterschiedlichen Lenkung der Hinterräder 16, 18 entspricht das Szenario in 4 in seiner Wirkweise dem Szenario in 3.
  • Dieselbe Wirkweise kann erreicht werden, wenn alle 4 Räder 12, 14, 16 18 mit Einzelaktuatoren 24 ausgestattet sind. In diesem Fall können die Räder 16, 18 mit Bodenkontakt gelenkt werden, während die von der Fahrbahn abgehobenen Räder 12, 14 ungelenkt bleiben. Dies ist in 5 dargestellt.
  • 6 zeigt ein einzelnes Rad an einer Aufhängung 26. An der Aufhängung 16 ist ein Verstellmittel 28 zur Veränderung einer Radlastverteilung angeordnet. Insbesondere kann mit dem Verstellmittel 28 das Rad von der Fahrbahn abgehoben werden. Das Verstellmittel 28 kann beispielsweise als Federfußpunktverstellung, als Luftfeder oder als aktiver Stabilisator ausgebildet sein.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Lenken eines vierrädrigen Kraftfahrzeugs (10), wobei das Kraftfahrzeug (10) einen radindividuellen Antrieb, mit dem ein Antriebsmoment jedes Rades des Kraftfahrzeugs (10) individuell einstellbar ist, und Verstellmittel (28) zur Veränderung einer Radlastverteilung, mit denen eine Radaufstandskraft individuell einstellbar ist, aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Verringern der Radaufstandskraft von zwei diagonal gegenüberliegenden Rädern (12, 14) des Kraftfahrzeugs (10), - Einschlagen von mindestens einem der zwei weiteren Räder (16, 18) und - Antreiben von mindestens einem der zwei weiteren Räder (16, 18).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die angetriebenen Räder (16, 18) gegensinnig angetrieben werden.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die angetriebenen Räder (16, 18) mit unterschiedlichen Antriebsmomenten angetrieben werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verstellmittel (28) zur Veränderung der Radlastverteilung ein Abheben der Räder (12, 14) von der Fahrbahn erreicht wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Antriebsmomente und/oder Bremsmomente an den Rädern (16, 18) mit Bodenkontakt genutzt werden, um das Kraftfahrzeug (10) im Gleichgewicht zu halten.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Lenkbewegungen an den Rädern (16, 18) mit Bodenkontakt genutzt werden, um das Kraftfahrzeug 10 im Gleichgewicht zu halten.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Antriebsmomente und/oder Bremsmomente an den abgehobenen Rädern (12, 14) ohne Bodenkontakt genutzt werden, um das Kraftfahrzeug (10) im Gleichgewicht zu halten.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Lenkbewegungen an den abgehobenen Rädern (12, 14) ohne Bodenkontakt genutzt werden, um das Kraftfahrzeug (10) im Gleichgewicht zu halten.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (10) eine Vorder- und eine Hinterachse (20, 22) aufweist, an welchen jeweils beidseitig ein Rad (12, 14, 16, 18) aufgehängt ist, wobei mindestens eine Achse (20, 22) lenkbar ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beide Achsen (20, 22) lenkbar sind.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (10) mindestens einen Einzelaktuator (24) zur individuellen Lenkung der Räder (12, 14, 16, 18) aufweist.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Radeinschlagswinkel bis zu 60° beträgt.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der radindividuelle Antrieb Radnabenmotoren umfasst.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lenkung des Kraftfahrzeugs (10) automatisiert erfolgt.
  15. Kraftfahrzeug (10) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen radindividuellen Antrieb, mit dem ein Antriebsmoment jedes Rades des Fahrzeugs individuell einstellbar ist und aufweisend Verstellmittel (28) zur Veränderung einer Radlastverteilung, mit denen eine Radaufstandskraft individuell einstellbar ist.
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DE102019003008A1 (de) * 2019-04-26 2020-10-29 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben eines Fahrerassistenzsystems eines zumindest teilweise elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs zum Ansteuern von vier Rädern, Fahrerassistenzsystem sowie Kraftfahrzeug

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