DE102017220603A1

DE102017220603A1 - Verfahren zum Ändern der Fahrtrichtung eines zweispurigen Fahrzeugs bei Ausfall des Lenksystems

Info

Publication number: DE102017220603A1
Application number: DE102017220603.9A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Krauss; Martin Schäfer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2019-05-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ändern der Fahrtrichtung eines zweispurigen Fahrzeugs bei Ausfall eines Fahrzeug-Lenksystems, mit dem durch eine Radführungskinematik lenkbare Fahrzeug-Räder zur Darstellung eines anderen Spurwinkels um eine zur Rad-Drehachse zumindest annährend senkrechte Rad-Lenkachse verschwenkbar sind, wobei durch bezüglich der Fahrzeug-Längsachse einseitiges Verringern der Drehzahl zumindest eines Rades ein bezüglich der Fahrzeug-Hochachse wirkendes Giermoment erzeugt wird. Bei Ausfall des Fahrzeug-Lenksystems wird die Radführungskinematik solchermaßen geändert, dass ein durch einseitiges Bremsen erzeugtes Giermoment gegenüber dem Zustand bei funktionsfähigem Lenksystem verstärkt eine Fahrtrichtungs-Änderung bewirkt

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ändern der Fahrtrichtung eines zweispurigen Fahrzeugs bei Ausfall eines Fahrzeug-Lenksystems, mit dem durch eine Radführungskinematik lenkbare Fahrzeug-Räder zur Darstellung eines anderen Spurwinkels um eine zur Rad-Drehachse zumindest annährend senkrechte Rad-Lenkachse verschwenkbar sind, wobei durch bezüglich der Fahrzeug-Längsachse einseitiges Verringern oder Erhöhen der Drehzahl zumindest eines Rades ein bezüglich der Fahrzeug-Hochachse wirkendes Giermoment erzeugt wird.
Während bei rein mechanischen Fahrzeug-Lenksystemen, bei denen das Lenkgestänge eines bspw. Personenkraftwagens über ein mechanisches Getriebe und eine Lenkspindel mit dem Lenkrad des Fahrers verbunden ist, praktisch kein Systemausfall zu befürchten ist, ist bei den sog. Steer-by-wire-Systemen, bei denen der Fahrer mit seinem Lenkrad auf elektronischem Wege einen Lenkwunsch vorgibt, welcher dann von einem elektronisch angesteuerten Aktuator, insbesondere in Form eines Elektromotors, umgesetzt wird, eine Sicherheitsmaßnahme für den Fall eines Systemausfalls vorzusehen. Üblicherweise kann hierfür ein mechanischer Durchtrieb zwischen dem Lenkrad und den lenkbaren Rädern freigeschaltet werden, jedoch kann es erwünscht sein, zusätzlich zu dieser ersten mechanischen Rückfallebene (im Hinblick auf ein echtes fail-operational Konzept) oder auch anstelle dieser eine weitere Möglichkeit zum Ändern der Fahrtrichtung eines zweispurigen Fahrzeugs zur Verfügung zu haben. Wie beispielsweise in der den nächstkommenden Stand der Technik bildenden EP 0 999 117 A2 beschrieben ist, kann hierfür durch bezüglich der Fahrzeug-Längsachse einseitiges Verringern oder Erhöhen der Drehzahl zumindest eines Rades, d.h. durch Abbremsen oder Beschleunigen desselben, ein bezüglich der Fahrzeug-Hochachse wirkendes Giermoment erzeugt werden, welches die gewünschte Fahrtrichtungsänderung bewirkt.
Als weiterer Stand der Technik, welcher auf später noch erläuterte Weise einen Bezug zur vorliegenden Erfindung hat oder haben kann, seinen noch die folgenden Schriften genannt:

Die EP 1369 338 A1 beschreibt ein Steer-by-wire-System mit positivem Lenkrollradius, aufgrund dessen bei einem Systemausfall durch individuelles Bremsen des jeweiligen Rades - so bspw. des rechten Vorderrades des Fahrzeugs dieses in der gewünschten Richtung - nämlich dann nach rechts - eingeschlagen, d.h. gelenkt wird.
Die EP 1 997 715 B1 beschreibt eine aktives Fahrwerkssystem eines zweispurigen Fahrzeugs mit verlagerbaren radführenden Lenkern und damit ein Fahrzeug mit einer veränderbaren Radführungskinematik. Ein Beispiel für einen längenveränderlichen radführenden Lenker, mit dem gleiches erzielbar ist, zeigt die DE 10 2005 039 318 A1 .
Die Radführungskinematik eines zweispurigen Fahrzeugs mit radführenden Lenkern ist aber auch dadurch veränderbar, dass die Charakteristik eines Lenker-Lagers verändert wird, wofür Beispiele in der DE 10 2015 208 451 A1 oder in der DE 10 2015 223 988 A1 gezeigt sind.

Nunmehr auf den Oberbegriff des vorliegenden Patentanspruchs 1 sowie auf die hierfür beispielhaft genannte EP 0 999 117 A2 zurückkommend hat sich gezeigt, dass jedenfalls bei üblicher Auslegung oder Gestaltung des Fahrwerks, genauer von dessen Radführungskinematik, die Reaktion des Fahrzeugs auf ein einseitiges (bspw. nur rechtsseitiges) Bremsen der Räder ein stark nichtlineares Verhalten zeigt und somit ein gezieltes Lenken über eine individuelle Abbremsung einzelner Räder nicht immer praktikabel umsetzbar ist. Ursächlich hierfür ist insbesondere, dass das Fahrzeug aufgrund seiner Lenkkinematik bzw. Radführungskinematik eine eigentlich gewünschte Eigenstabilität für Geradeauslauf besitzt, was jedoch einem bei Ausfall des Steer-by-wire-Systems gewünschten und durch asymmetrische Bremsung der Räder hervorgerufenen Giermoment stabilisierende Kräfte entgegen setzt.
Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs und ist für ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall des Fahrzeug-Lenksystems die Radführungskinematik solchermaßen geändert wird, dass ein durch einseitiges Bremsen erzeugtes Giermoment gegenüber dem Zustand bei funktionsfähigem Lenksystem verstärkt eine Fahrtrichtungs-Änderung bewirkt. So kann vorgesehen sein, dass bei Ausfall des Fahrzeug-Lenksystems die Radführungskinematik solchermaßen geändert wird, dass diese eine gegenüber dem Zustand bei funktionsfähigem Lenksystem verringerte Eigenstabilität für Geradeauslauf aufweist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der weiteren Unteransprüche. Beansprucht wird ferner eine elektronische Steuer- und Recheneinheit oder auf einer solchen installierbares Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt, welche(s) ausführbaren Programmcode umfasst und gestaltet ist, ein Verfahren nach einem der (erfindungsgemäßen) Verfahrensansprüche auszuführen, sowie weiterhin eine Achse eines Fahrzeugs mit einem Lenksystem und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Verfahrensansprüche sowie zumindest einem der darin oder in der vorliegenden ausführlichen Beschreibung enthaltenen gegenständlichen Merkmale.
Grundsätzlich wir vorgeschlagen, die Radführungskinematik bzw. die quasi einen Bestandteil derselben bildenden Lenkkinematik durch einen schaltbaren mechanischen Eingriff so zu verändern, dass ein einseitiges Bremsen der Räder, d.h. bspw. nur eines oder beider rechtsseitiger Fahrzeugräder, den gewünschten Aufbau eines Giermoments positiv unterstützt. Die weiter oben als hinderlich erkannte Eigenstabilität für den Geradeauslauf des Fahrzeugs kann in diesem Sinne gezielt verringert werden. Dabei bestehen mehre Möglichkeiten, in welcher Weise die Radführungskinematik verändert werden kann, wobei das Ausmaß der Wirksamkeit dieser Möglichkeiten oder Maßnahmen von der konkreten Ausgestaltung der jeweiligen Radführungskinematik abhängt. Vorliegend beansprucht wird aber auch keine konkrete Maßnahme zur Veränderung der Radführungskinematik, sondern es wird vorliegend beansprucht, im Fehlerfall eines Lenksystems (und insbesondere eines Steer-by-wire-Systems) die Radführungskinematik solchermaßen zu verändern, dass ein durch einseitiges Bremsen erzeugtes Giermoment gegenüber dem Zustand bei funktionsfähigem Lenksystem verstärkt eine Fahrtrichtungs-Änderung des Fahrzeugs bewirkt. Beispielsweise kann bei einem (und vorzugsweise zeitlich direkt anschließend an einen) Ausfall des Fahrzeug-Lenksystems die Radführungskinematik solchermaßen geändert werden, dass diese eine gegenüber dem Zustand bei funktionsfähigem Lenksystem verringerte Eigenstabilität für Geradeauslauf aufweist.
Dabei kann zur Veränderung der Radführungskinematik eine Änderung der Vorspur oder der Nachspur oder der Nachlaufstrecke oder des Nachlaufwinkels oder des Lenkrollradius des jeweiligen Rades bewirkt werden. Selbstverständlich ist auch eine geeignete Kombination mehrerer dieser Maßnahmen möglich. Dabei sind die vorstehend genannten Größen, welche am jeweiligen Rad gemessen werden können und durch die Radführung (in Konstruktionslage) bestimmt sind, dem Fachmann (für Fahrzeug-Radaufhängungen) bekannt.
Erzielt werden kann eine solche gewünschte Veränderung der Radführungskinematik durch eine geeignete Maßnahme an zumindest einem der zumeist mehreren radführenden Elemente, insbesondere Lenker. So kann mit oder bei einem bzw. zeitlich möglichst direkt anschließend an einen Ausfall des Fahrzeug-Lenksystems ein radführender Lenker der Radführungskinematik zumindest geringfügig anders positioniert oder in seiner Gestalt verändert werden, um eine Radführungskinematik mit der gewünschten Eigenschaftsänderung zu erhalten. Mögliche Beispiele für eine solche Lenker-Verlagerung oder Veränderung sind weiter oben in Form veröffentlichter Schriften angegeben. Beispielsweise kann ein Lager eines Lenkers verlagert werden, was bspw. mit einer exzentrischen Lageranordnung relativ einfach darstellbar ist. Daneben kann ein Lenker teleskopartig ausgeführt sein. Es ist aber auch möglich, mit einem Ausfall des Fahrzeug-Lenksystems ein Lager eines radführenden Lenkers der Radführungskinematik zumindest geringfügig hinsichtlich seiner Charakteristik und/oder seiner Geometrie zu verändern, wofür weiter oben ebenfalls mögliche Beispiele angegeben sind.
Vorzugsweise wird die bei einem Ausfall des Lenksystems gewünschte Veränderung oder veränderte Positionierung mittels eines Aktors bewirkt, der entweder elektrisch oder hydraulisch betätigt wird. Geeignet angesteuert wird dieser Aktor von einer elektronischen Steuereinheit, welche den Ausfall des Lenksystems registriert. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Aktor gegen ein Kraftspeicherelement wirkt, welches bei Ausfall des Fahrzeug-Bremssystems oder der Energieversorgung des Aktors die ursprüngliche, bei funktionsfähigem Lenksystem vorliegende Radführungskinematik wieder herstellt. Für diesen worst-case eines Totalausfalls mehrerer Komponenten wird dann automatisch die ursprüngliche Lenkkinematik oder Radführungskinematik wieder eingestellt, welche sich durch stabile Geradeausfahrt und selbsttätigem Rücklauf der Räder in Neutralposition auszeichnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0999117 A2 [0002, 0004]
EP 1369338 A1 [0003]
EP 1997715 B1 [0003]
DE 102005039318 A1 [0003]
DE 102015208451 A1 [0003]
DE 102015223988 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Ändern der Fahrtrichtung eines zweispurigen Fahrzeugs bei Ausfall eines Fahrzeug-Lenksystems, mit dem durch eine Radführungskinematik lenkbare Fahrzeug-Räder zur Darstellung eines anderen Spurwinkels um eine zur Rad-Drehachse zumindest annährend senkrechte Rad-Lenkachse verschwenkbar sind, wobei durch bezüglich der Fahrzeug-Längsachse einseitiges Verringern der Drehzahl zumindest eines Rades ein bezüglich der Fahrzeug-Hochachse wirkendes Giermoment erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall des Fahrzeug-Lenksystems die Radführungskinematik solchermaßen geändert wird, dass ein durch einseitiges Bremsen erzeugtes Giermoment gegenüber dem Zustand bei funktionsfähigem Lenksystem verstärkt eine Fahrtrichtungs-Änderung bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Radführungskinematik solchermaßen geändert wird, dass diese eine gegenüber dem Zustand bei funktionsfähigem Lenksystem verringerte Eigenstabilität für Geradeauslauf aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei mit Ausfall des Fahrzeug-Lenksystems ein radführender Lenker der Radführungskinematik zumindest geringfügig anders positioniert oder in seiner Gestalt verändert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei mit Ausfall des Fahrzeug-Lenksystems ein Lager eines radführender Lenkers der Radführungskinematik zumindest geringfügig hinsichtlich seiner Charakteristik und/oder seiner Geometrie verändert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Veränderung oder geänderte Positionierung durch ein durch einen elektrisch oder hydraulisch betriebenen Aktor hergestellt wird, der von einer einen Ausfall eines Fahrzeug-Lenksystems erkennenden elektronischen Steuereinheit angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Aktor gegen ein Kraftspeicherelement wirkt, welches bei Ausfall des Fahrzeug-Bremssystems oder der Energieversorgung des Aktors die bei funktionsfähigem Lenksystem vorliegende Radführungskinematik wieder herstellt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zur Veränderung der Radführungskinematik eine Änderung der Vorspur oder der Nachspur oder der Nachlaufstrecke oder des Nachlaufwinkels oder des Lenkrollradius des jeweiligen Rades bewirkt wird.
Elektronische Steuer- und Recheneinheit oder auf einer solchen installierbares Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt, welche(s) ausführbaren Programmcode umfasst und gestaltet ist, ein Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen.
Achse eines Fahrzeugs mit einem Lenksystem und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-7 sowie zumindest einem der darin enthaltenen gegenständlichen Merkmale.