DE102018201189A1

DE102018201189A1 - Verfahren zum Betrieb eines Fahrerassistenzsystems

Info

Publication number: DE102018201189A1
Application number: DE102018201189.3A
Authority: DE
Inventors: Adrian Mihailescu; Stephan Poltersdorf; Stefan Berners
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2019-07-25

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Fahrerassistenzsystems (2) eines Kraftfahrzeugs (1), wobei das Kraftfahrzeug (1) wenigstens eine Fahrzeugeinrichtung (3 - 6) umfasst, durch deren Betrieb eine Gierrate des Kraftfahrzeugs (1) veränderbar ist, wobei die Fahrzeugeinrichtung (3 - 6) durch das Fahrerassistenzsystem (2) in Abhängigkeit eines ermittelten, eine Sollgierratenänderung oder ein Sollgiermoment beschreibenden Sollgierwerts angesteuert wird, wobei der Sollgierwert in Abhängigkeit sowohl eines vorgegebenen Lenkwinkels und/oder einer Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs (1) als auch wenigstens einer eine Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs (1) betreffenden Beschleunigungsgröße ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrerassistenzsystems eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug wenigstens eine Fahrzeugeinrichtung umfasst, durch deren Betrieb eine Gierrate des Kraftfahrzeugs veränderbar ist, wobei die Fahrzeugeinrichtung durch das Fahrerassistenzsystem in Abhängigkeit eines ermittelten, eine Sollgierratenänderung oder ein Sollgiermoment beschreibenden Sollgierwerts angesteuert wird. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
Es sind eine Vielzahl von Fahrdynamikregelsystemen bekannt, die aktiv ein Giermoment um eine Hochachse eines Kraftfahrzeugs erzeugen können, insbesondere, indem gezielt Brems- oder Antriebsmomente an bestimmten Reifen beeinflusst werden. Zudem ist es bekannt, durch aktive Lenksysteme in die Querdynamik eines Kraftfahrzeugs einzugreifen.
Um ein Unter- oder Übersteuern eines Kraftfahrzeugs zu vermeiden und das Kraftfahrzeug gemäß dem vom Fahrer eingestellten Lenkwinkel zu führen, werden Stand der Technik im Wesentlichen zwei Ansätze genutzt, die beispielsweise der Druckschrift DE 10 2005 037 479 A1 zu entnehmen sind. Einerseits ist es möglich, eine Regelung, also einen Soll-Ist-Vergleich bezüglich der Gierdynamik des Kraftfahrzeugs durchzuführen. Nachteilig an diesem Ansatz ist, dass erst bei Auftreten einer Abweichung der Gierrate von einer gewünschten Giererate hierauf reagiert werden kann. Dies kann insbesondere in hochdynamischen Fahrsituationen das Fahrverhalten negativ beeinflussen. Alternativ hierzu wird vorgeschlagen, eine Vorsteuerung durchzuführen, bei der Aktoren unmittelbar in Abhängigkeit eines vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkels und der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert werden. Eine solche Vorsteuerung führt jedoch nicht in allen Fahrsituationen zu dem gewünschten Ergebnis, so dass entweder eine manuelle Korrektur der Gierbewegung durch den Fahrer oder eine zusätzliche Regelung erforderlich ist.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Verfahren anzugeben, um Fahrzeugeinrichtungen zur Gierratenanpassung zu steuern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei der Sollgierwert in Abhängigkeit sowohl eines vorgegebenen Lenkwinkels und/oder einer Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs als auch wenigstens einer eine Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs betreffenden Beschleunigungsgröße ermittelt wird.
Eine Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs führt dazu, dass sich das Gewicht des Kraftfahrzeugs verlagert, womit sich z. B. bei einem zweiachsigen Fahrzeug die an der Vorder- und Hinterachse auf die Fahrbahn übertragenen Gewichtskräfte verändern. Somit ändert sich auch die resultierende Reibung an den einzelnen Rädern und somit der Schlupf an den einzelnen Rädern. Wird das Fahrverhalten näherungsweise durch ein Einspurmodell beschrieben, resultiert hieraus eine Veränderung der Schräglaufsteifigkeit, also des Zusammenhangs zwischen einer Achsenseitenkraft und einem Schräglaufwinkel für die jeweilige Achse.
Solche Gewichtsverlagerungen treten insbesondere bei Lastwechseln auf, also bei plötzlichen Änderungen der Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, wie sie beispielsweise beim Anbremsen vor einer Kurve oder bei einem plötzlichen Loslassen des Gaspedals aufgrund des Schleppmoments des Motors auftreten können. Auch Schalt- oder Ein- und Auskoppelvorgänge können zu entsprechenden Lastwechseln führen. Ein ausgeprägter Einfluss von Lastwechseln auf das Gieren des Kraftfahrzeugs kann unerfahrene Fahrer überfordern bzw. als unkomfortabel empfunden werden, da das Kraftfahrzeug zum Übersteuern neigen kann, was korrigierende Lenkeingriffe erfordern kann. Andererseits ermöglicht ein stärkerer Einfluss eines Lastwechsels auf das Gierverhalten eines Kraftfahrzeugs erfahrenen Fahrern Lastwechsel gezielt zu nutzen, um das Fahrzeug zu agilisieren und beispielsweise kleinere Kurvenradien mit höheren Geschwindigkeiten zu durchfahren. Dies führt zu einem Interessenkonflikt bei der Fahrzeugauslegung.
Da im erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich zu den Lenkwinkeln bzw. Querbeschleunigungen des Kraftfahrzeugs wenigstens eine eine Längsbeschleunigung betreffende Beschleunigungsgröße berücksichtigt wird, kann gezielt das Gierverhalten des Kraftfahrzeugs bei Lastwechseln beeinflusst werden. Dies ermöglicht es insbesondere, das Kraftfahrzeug derart zu konstruieren bzw. auslegen, dass sich Lastwechsel ohne einen Eingriff des Fahrerassistenzsystems nur geringfügig auf das Gierverhalten des Kraftfahrzeugs auswirken. Das Fahrerassistenzsystem kann in diesem Fall Lastwechselsituationen erkennen und in diesen die Fahrzeugeinrichtung oder Fahrzeugeinrichtungen gezielt derart ansteuern, dass ein stärkerer Einfluss des Lastwechsels auf das Gierverhalten resultiert, wenn eine Agilisierung des Fahrbetriebs, beispielsweise in einem Sportmodus, gewünscht ist.
Prinzipiell wäre es möglich, eine Lastwechselsituation bei Erfüllung einer entsprechenden Bedingung zu erkennen und in anderen Fällen davon auszugehen, dass kein Lastwechsel vorliegt. Vorzugsweise wird jedoch ein Situations- bzw. Lastwechselkennwert ermittelt, der beschreibt, inwieweit in einer momentanen Fahr- bzw. Lastwechselsituation ein Einfluss auf das Gierverhalten des Kraftfahrzeugs zu erwarten ist. Beispielsweise kann ein solcher Lastwechsel- bzw. Situationskennwert stets Null sein, wenn eine geringe Längsbeschleunigung vorliegt bzw. aufgrund der Beschleunigungsgröße prognostiziert wird. Sobald jedoch ein Lastwechsel auftritt, sich also der Betrag der tatsächlichen oder prognostizierten Längsbeschleunigung, insbesondere bei einem Bremsen des Kraftfahrzeugs, über einen Grenzwert erhöht, kann der Lastwechsel- bzw. Situationskennwert sowohl von der Beschleunigungsgröße als auch von dem Lenkwinkel bzw. der Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs abhängen, da beide Größen einen Einfluss auf das Gierverhalten des Kraftfahrzeugs haben.
Die Steuerung der Fahrzeugeinrichtung durch das Fahrerassistenzsystem kann vorzugsweise derart erfolgen, dass ein definierter Einfluss eines Lastwechsels auf das Gierverhalten realisiert wird, wobei insbesondere ein Gierverhalten bei einem Lastwechsel eines Vergleichsfahrzeugs nachgebildet werden kann.
Der Lenkwinkel kann ein fahrerseitig an einem Lenkrad vorgegebener Lenkwinkel, jedoch auch ein Lenkwinkel von Rädern einer Achse sein. Werden mehrere Achsen mit gelenkten Rädern genutzt, kann der Sollgierwert in Abhängigkeit der Lenkwinkel für alle entsprechenden Achsen ermittelt werden.
In Abhängigkeit sowohl des Lenkwinkels und/oder der Querbeschleunigung als auch der Beschleunigungsgröße kann ein Situationskennwert ermittelt werden, wobei ein zeitlicher Verlauf des Sollgierwerts ermittelt wird, indem auf einen zeitlichen Verlauf des Situationskennwerts wenigstens eine der folgenden Operationen angewandt wird: eine Verzögerung um eine vorgegebene Verzögerungszeit, eine Begrenzung der Änderungsrate, ein Halten von Maximalwerten für ein vorgegebenes Zeitintervall und/oder eine Filterung. Durch eine entsprechende Parametrisierung der angewandten Operation oder Operationen, also z. B. durch Wahl einer entsprechenden Verzögerungszeit und/oder Ratenlimitierung und/oder Haltezeit für Maximalwerte und/oder Filterfrequenz, kann das Gierverhalten des Kraftfahrzeugs bei Lastwechseln wunschgemäß gestaltet werden bzw. ein Gierverhalten eines Vergleichsfahrzeugs kann nachgeahmt werden. Der ermittelte Verlauf des Sollgierwertes kann insbesondere proportional zur Gierratenänderung bzw. zu dem Giermoment sein, die bzw. das durch Ansteuerung der Fahrzeugeinrichtung bzw. der Fahrzeugeinrichtungen eingestellt werden soll.
Die Beschleunigungsgröße oder eine jeweilige Beschleunigungsgröße kann eine Fahrpedalstellung und/oder eine Bremspedalstellung und/oder ein erfasstes oder prognostiziertes Antriebsmoment und/oder eine erfasste oder prognostizierte Längsbeschleunigung beschreiben. Im einfachsten Fall kann die aktuelle Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs, beispielsweise durch einen kraftfahrzeugseitigen Beschleunigungssensor, gemessen werden. Die Fahreingriffe des Fahrerassistenzsystems können jedoch noch dynamischer gestaltet werden, wenn eine prognostizierte Längsbeschleunigung berücksichtigt wird, indem in Abhängigkeit von Fahrzeugparametern ermittelt wird, welche Längsbeschleunigung künftig zu erwarten ist.
Die prognostizierte Längsbeschleunigung kann in Abhängigkeit eines durch einen Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs bereitgestellten Antriebsmoments oder in Abhängigkeit einer Fahrpedalstellung oder in Abhängigkeit sowohl der Fahrpedalstellung als auch einer Motordrehzahl des Antriebsmotors ermittelt werden. Hierbei kann eine bekannte Kennlinie des Motors genutzt werden, die einen Zusammenhang zwischen einem Antriebsmoment des Motors und einer Drehzahl und/oder einer Gaspedalstellung beschreibt. Eine solche Prognose ist z. B. zweckmäßig, wenn eine positive Längsbeschleunigung prognostiziert werden soll. Für eine Prognose von negativen Längsbeschleunigungen können beispielsweise eine Bremspedalstellung, ein Bremsdruck oder Ähnliches berücksichtigt werden bzw. es kann beispielsweise eine Look-up-Tabelle oder eine andere Datenquelle mit Informationen über Schleppmomente eines Motors bei unterschiedlichen Drehzahlen und/oder Gaspedalstellungen zur Ermittlung von Bremsmomenten genutzt werden.
Der Sollgierwert oder der Situationskennwert können zusätzlich von einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abhängen. Eine Berücksichtigung der Fahrzeuggeschwindigkeit ist vorteilhaft, da sowohl eine aus einem bestimmten Lenkwinkel der Vorder- und/oder Hinterachse resultierende Gierrate als auch die Querbeschleunigung bei einem bestimmten gefahrenen Kurvenradius von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, womit die Berücksichtigung dieser Geschwindigkeit eine situationsgerechtere Steuerung der Fahrzeugeinrichtung ermöglicht.
Durch die Ansteuerung der Fahrzeugeinrichtung kann ein Lenkwinkel an wenigstens einer Achse des Kraftfahrzeugs und/oder ein an wenigstens einem Rad des Kraftfahrzeugs bereitgestelltes Drehmoment und/oder eine durch wenigstens eines der Räder des Kraftfahrzeugs auf einen Untergrund übertragene Normalkraft modifiziert werden. Unterschiedliche Antriebs- bzw. Bremsmomente an unterschiedlichen Rädern einer Achse eines Kraftfahrzeugs führen dazu, dass ein Giermoment um eine Hochachse des Kraftfahrzeugs wirkt. Hieraus resultiert wiederum eine veränderte Gierrate des Kraftfahrzeugs. Durch eine Modifikation der Normalkraft an den einzelnen Rädern, also jener Kraft, die im Wesentlichen senkrecht zum Untergrund bzw. in Hochrichtung des Kraftfahrzeugs wirkt, ändert sich auch die resultierende Reibung für das entsprechende Rad und somit ein Schlupf. Wird durch ein aktives Fahrwerk, beispielsweise durch eine aktive Wankwinkelstabilisierung, eine unterschiedliche Normalkraft über die linken und rechten Räder einer Achse übertragen, variiert hiermit auch der Schlupf zwischen diesen Rädern, womit sowohl beim Beschleunigen als auch beim Bremsen jeweils ein Drehmoment um die Hochachse des Kraftfahrzeugs resultiert.
Es ist möglich, dass das Fahrerassistenzsystem mehrere Fahrzeugeinrichtungen ansteuert, um gemeinsam die Gierrate des Kraftfahrzeugs zu beeinflussen, insbesondere um eine Sollgierratenänderung herbeizuführen. Hierbei können die verschiedenen Fahrzeugeinrichtungen den jeweiligen Beitrag zur Gierratenänderung auf die gleiche oder auf verschiedene Weisen erzeugen. Beispielsweise kann eine der Fahrzeugeinrichtungen einen Lenkwinkel an der Vorderachse, eine der Fahrzeugeinrichtungen einen Lenkwinkel an der Hinterachse, eine der Fahrzeugeinrichtungen Bremsmomente an einzelnen Rädern, eine der Fahrzeugeinrichtungen eine Verteilung eines Antriebsmoments auf die einzelnen Räder und eine der Fahrzeugeinrichtungen die auf den Untergrund übertragene Normalkraft an den einzelnen Rädern modifizieren. Es ist auch möglich, dass nur eine oder nur einige der genannten Fahrzeugeinrichtungen genutzt werden.
Als die Fahrzeugeinrichtung oder als eine der Fahrzeugeinrichtungen kann eine Einrichtung zur Anpassung der Momentverteilung zwischen den Rädern einer Achse und/oder eine Vorder- und/oder Hinterradlenkung und/oder eine Bremseinrichtung, die ein individuelles Bremsen von Rädern des Kraftfahrzeugs ermöglicht, und/oder ein aktives Fahrwerk verwendet werden. Bei vielen Fahrzeugen wird ein durch den Fahrer vorgegebener Lenkwinkel an der Vorderachse des Kraftfahrzeugs eingestellt. Dieser kann durch die Überlagerung eines zusätzlichen Lenkwinkels modifiziert werden. Alternativ oder ergänzend kann ein Lenkwinkel an der Hinterachse eines Kraftfahrzeugs eingestellt oder modifiziert werden.
Durch ein Bremsen von Einzelrädern bzw. die Anpassung einer Momentverteilung, beispielsweise über ein aktives Differential, kann ebenfalls ein Drehmoment um eine Hochachse des Kraftfahrzeugs erzeugt werden. Aktive Differentiale können beispielsweise dadurch realisiert werden, dass ein separater Elektromotor genutzt wird, um die Momentverteilung zwischen zwei Abtriebswellen zu steuern oder indem die Abtriebswellen über eine zusätzliche Kopplungseinrichtung, beispielsweise eine Lamellenkupplung, zusätzlich zu der Kopplung über das Differential direkt mit einer Antriebswelle koppelbar sind. Entsprechende Überlagerungsgetriebe bzw. Vorrichtungen zum Torque-Vectoring sind aus dem Stand der Technik bekannt und sollen daher nicht detailliert geschildert werden.
Eine Modifikation von Drehmomenten bzw. Normalkräften an den Rädern erfolgt vorzugsweise an einer Achse, deren Räder nicht gelenkt sind bzw. weniger stark gelenkt werden als Räder einer anderen Achse, beispielsweise an Rädern der Hinterachse.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren können mehrere Fahrzeugeinrichtungen des Kraftfahrzeugs angesteuert werden, um eine Gierrate des Kraftfahrzeugs gemäß dem Sollgierwert zu verändern.
Unabhängig von dem Sollgierwert kann genau eine Fahrzeugeinrichtung ausgewählt werden oder sein, wobei in Abhängigkeit des Sollgierwerts gewählt wird, ob ausschließlich die ausgewählte Fahrzeugeinrichtung oder mehrere Fahrzeugeinrichtungen betrieben werden, um die Gierrate des Kraftfahrzeugs gemäß dem Sollgierwert zu verändern. Insbesondere bei niedrigen Sollgierratenänderungen bzw. Sollgiermomenten ist es einerseits für die Vorhersehbarkeit des Fahrverhaltens und andererseits für die Effizienz des Eingriffs vorteilhaft, genau eine Fahrzeugeinrichtung zu betreiben, um die Gierratenanpassung durchzuführen. Bei hohen Gierratenanforderungen kann es jedoch zweckmäßig sein, mehrere Fahrzeugeinrichtungen zu nutzen, beispielsweise wenn die ausgewählte Fahrzeugeinrichtung ihre Systemgrenzen erreicht oder wenn eine weitere Erhöhung der Gierratenänderung bzw. des Giermoments durch diese Fahrzeugeinrichtung zu erheblichen Komforteinbußen führen würde.
Um ein hartes Umschalten der genutzten Fahrzeugeinrichtungen zu vermeiden und somit insbesondere eine hohe Vorhersagbarkeit des Fahrverhaltens zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn bei Erreichen oder Überschreiten eines Grenzwerts durch den Sollgierwert sowohl die ausgewählte Fahrzeugeinrichtung als auch wenigstens eine weitere Fahrzeugeinrichtung zur Veränderung der Gierrate des Kraftfahrzeugs betrieben werden. Hierbei kann die ausgewählte Fahrzeugeinrichtung insbesondere derart angesteuert werden, dass das Kraftfahrzeug durch sie mit einer dem Grenzwert entsprechenden Gierratenänderung beaufschlagt wird. Der Grenzwert und/oder die ausgewählte und/oder die weitere Fahrzeugeinrichtung können in Abhängigkeit einer ermittelten Fahrsituation des Kraftfahrzeugs bestimmt werden. Ansätze zur Ermittlung einer Fahrsituation sind im Stand der Technik bekannt und sollen nicht detailliert erläutert werden. Alternativ wäre es möglich, alle oder Teile dieser Größen fest, beispielsweise herstellerseitig oder durch einen Nutzer des Fahrzeugs, vorzugeben.
Die Auswahl der ausgewählten bzw. weiteren Fahrzeugeinrichtung kann gemäß einer vorgegebenen oder dynamisch ermittelten Prioritätsreihenfolge erfolgen. Diese kann beispielsweise herstellerseitig oder durch einen Nutzer vorgegeben sein oder in Abhängigkeit einer Fahrsituation ermittelt werden. Die Prioritätsreihenfolge kann hierbei wenigstens eine Fahrzeugeinrichtung umfassen, die nicht in dem Kraftfahrzeug implementiert oder deren Nutzung gesperrt ist. Diese kann bei der Auswahl übersprungen werden. Somit kann beispielsweise ein Hersteller Prioritätsreihenfolgen für alle Fahrzeuge oder alle Fahrzeuge einer bestimmten Baureihe unabhängig von der konkret vorhandenen Ausstattung vorgeben und nicht vorhandene Fahrzeugeinrichtungen werden bei der Auswahl schlicht nicht berücksichtigt. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Prioritätsreihenfolge dynamisch in Abhängigkeit der Fahrzeugsituation ermittelt werden soll, da in diesem Fall der Algorithmus zur Ermittlung der Prioritätsreihenfolge nicht an die konkrete Fahrzeugausstattung angepasst werden muss.
Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem und wenigstens einer Fahrzeugeinrichtung, durch deren Betrieb eine Gierrate des Kraftfahrzeugs veränderbar ist, wobei das Fahrerassistenzsystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann mit den zum erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Merkmalen weitergebildet werden und umgekehrt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, mit dem ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführbar ist,
2 die Verarbeitung von Sensorwerten und die Bereitstellung von Steuersignalen für verschiedene Fahrzeugeinrichtungen in dem in 1 gezeigten Kraftfahrzeug,
3 ein Einspurmodell für das in 1 gezeigte Kraftfahrzeug, und
4 beispielshaft den Verlauf eines Situationskennwerts für eine Fahrsituation und ein hieraus ermittelter Verlauf eines Sollgierwerts.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, das ein Fahrerassistenzsystem 2 umfasst, das beispielsweise durch eine Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs 1 implementiert sein kann und dazu dienen kann, das Gierverhalten des Kraftfahrzeugs 1 in Lastwechselsituationen, also beispielsweise bei einer plötzlichen Gasrücknahme oder bei einem Anbremsen vor einer Kurve, anzupassen. Die Fahrzeuggeometrie des Kraftfahrzeugs 1 ist vorzugsweise so ausgelegt, dass Beschleunigungs- und Bremsvorgänge und hieraus resultierende Gewichtsverlagerungen einen geringen Einfluss auf das Gierverhalten des Kraftfahrzeugs 1 haben, womit das Kraftfahrzeug 1 auch durch unerfahrene Fahrer leicht führbar ist.
Da erfahrene und insbesondere sportlich orientierte Fahrer Lastwechsel gerne gezielt nutzen, um das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs 1 zu agilisieren, kann der Einfluss von Lastwechseln auf das Gierverhalten des Kraftfahrzeugs 1 mit Hilfe des Fahrerassistenzsystems 2 künstlich verstärkt werden bzw. an die Wünsche eines Fahrers angepasst werden. Hierzu erfasst das Fahrerassistenzsystem 2 durch einen Beschleunigungssensor 17 und/oder einen Fahrpedalsensor 8 Beschleunigungsgrößen, die eine Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs betreffen. Beispielsweise können eine plötzliche Gasrücknahme und ein daraus resultierendes Schleppmoment erkannt werden.
Eine Erfassung der Beschleunigungsgröße über einen Fahrpedalsensor 8 oder andere indirekte Arten der Erfassung, beispielsweise durch eine Erfassung von Antriebsmomenten der Antriebsmaschine 16, kann aus mehreren Gründen vorteilhaft sein. Zum einen kann durch eine Prädiktion der Längsbeschleunigung statt einer Messung ein schnelleres Ansprechen des Fahrerassistenzsystems 2 erreicht werden. Zum anderen können auch Lastwechsel simuliert werden, die im Kraftfahrzeug 1 nicht tatsächlich oder nur verringert auftreten. Beispielsweise treten bei Elektrofahrzeugen verglichen mit Fahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor im Wesentlichen keine Schleppmomente auf. Das Fahrerassistenzsystem 2 kann bei diesen Fahrzeugen jedoch erkennen, dass der Fahrer vom Gas geht und das Gierverhalten des Kraftfahrzeugs an das Gierverhalten eines Kraftfahrzeugs mit größerem Schleppmoment anpassen.
Das Gierverhalten des Kraftfahrzeugs 1 in Lastwechselsituationen ist zudem von einem Lenkwinkel abhängig, der über einen Lenkwinkelsensor 7 erfasst werden kann. Alternativ oder ergänzend könnte beispielsweise eine Querbeschleunigung erfasst werden, aus der bei Berücksichtigung der Fahrzeuggeschwindigkeit ein gefahrener Kurvenradius ermittelt werden kann. In Abhängigkeit der Beschleunigungsgröße und des Lenkwinkels bzw. der Querbeschleunigung wird durch das Fahrerassistenzsystem 2 ein Sollgierwert berechnet, der eine Sollgierratenänderung oder ein Sollgiermoment beschreibt, mit dem das Kraftfahrzeug zusätzlich beaufschlagt werden soll, insbesondere wenn eine Lastwechselsituation erkannt wird. In Abhängigkeit dieses Sollgierwertes können Fahrzeugeinrichtungen 3 - 6 angesteuert werden, durch deren Betrieb eine Gierrate des Kraftfahrzeugs veränderbar ist. Durch das beschriebene Vorgehen kann das Verhalten des Kraftfahrzeugs 1 in Lastwechselsituationen nahezu beliebig angepasst werden und beispielsweise an das Lastwechselverhalten eines anderen Fahrzeugs angeglichen werden.
Die Verarbeitung der Beschleunigungsgröße und des Lenkwinkels wird im Folgenden schematisch mit Bezug auf 2, 3 und 4 erläutert. Wie in 2 gezeigt ist, werden die Messwerte des Beschleunigungssensors 17 und/oder des Fahrpedalsensors 8 sowie des Lenkwinkelsensors 7 durch eine Lastwechselerkennung 18, die durch das Fahrerassistenzsystem 2 implementiert wird, ausgewertet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird durch diese Lastwechselerkennung 18 ein Situationskennwert ermittelt, der angibt, wie stark eine aktuelle Fahrsituation bzw. Lastwechselsituation voraussichtlich die Gierrate des Kraftfahrzeugs 1 beeinflussen wird. Eine Möglichkeit, diese Beeinflussung zu berechnen, wird im Folgenden mit Bezug auf 3 erläutert.
3 zeigt schematisch im Einspurmodell die Geometrie des Kraftfahrzeugs 1. I ist der Radstand des Kraftfahrzeugs, I_h der Abstand zwischen dem Schwerpunkt 11 des Kraftfahrzeugs 1 und einem Drehpunkt 13 des Hinterrads 9 und I_v der Abstand zwischen dem Schwerpunkt 11 und dem Drehpunkt 12 des Vorderrades 10. Mit dem Gewicht m des Kraftfahrzeugs 1 und der Fallbeschleunigung g können die Achslasten bzw. Gewichtskräfte an der Vorder- und Hinterachse bei einem stehenden bzw. mit konstanter Geschwindigkeit bewegten Kraftfahrzeug 1 G_v,stat und G_h,stat, wie folgt berechnet werden: $G_{v, s t a t} = m \cdot g \cdot \frac{l_{h}}{l}$
$G_{h, s t a t} = m \cdot g \cdot \frac{l_{v}}{l}$
Wird das Kraftfahrzeug nun beschleunigt oder abgebremst, so verändert sich die Achslast bzw. Gewichtskraft in Abhängigkeit der Längsbeschleunigung a wie folgt: $G_{v, a} = G_{v, s t a t} - Δ G_{a}$
$G_{h, a} = G_{h, s t a t} + Δ G_{a}$
$Δ G_{a} = m \cdot a \cdot \frac{h_{s}}{l}$
Hierbei ist h_s die Höhe des Schwerpunkts 11 des Kraftfahrzeugs 1 über der Fahrebene bzw. der durch die Aufstandspunkte der Räder 9, 10 definierten Ebene.
Bei der Beschreibung des Kraftfahrzeugs 1 im Einspurmodell werden die Proportionalitätsfaktoren c_Sv und c_Sh verwendet, um den Zusammenhang zwischen einer jeweiligen Achsenseitenkraft S_v und S_h und einem Schräglaufwinkel einer entsprechenden Achse anzugeben. Die Schräglaufsteifigkeit hängt offensichtlich von der Reibung an den Rädern der Vorder- und Hinterachse ab, die wiederum von der jeweiligen Achslast bzw. Gewichtskraft an der jeweiligen Achse abhängt. Die Schräglaufsteifigkeiten bei Vorliegen einer Längsbeschleunigung a, c_Sv,a und c_Sh,a, können aus den Schräglaufsteifigkeiten c_Sv und c_Sh bei einem mit konstanter Geschwindigkeit bewegten Kraftfahrzeug wie folgt berechnet werden: $c_{S v, a} = c_{S v} \cdot \frac{G_{v, a}}{G_{v, s t a t}}$
$c_{S h, a} = c_{S h} \cdot \frac{G_{h, a}}{G_{h, s t a t}}$
Mit diesen beschleunigungsabhängigen Schräglaufsteifigkeiten kann eine von dem fahrerseitig vorgegebenen Lenkwinkel δ_F, der Längsbeschleunigung a und der Geschwindigkeit v abhängige prognostizierte Gierrate gemäß dem bekannten Einspurmodell wie folgt berechnet werden: ${\dot{ψ}}_{P} = \frac{δ_{F} \cdot v}{l + \frac{m}{l} (\frac{l_{h}}{c_{S v, a}} - \frac{l_{v}}{c_{S h, a}}) \cdot v^{2}}$
Von dieser prognostizierten Gierrate kann eine prognostizierte Gierrate Ψ̇ ₀ subtrahiert werden, die eine Gierrate bei gleichem Lenkwinkel δ_F und unbeschleunigter Fahrt beschreibt, um einen Situationskennwert zu ermitteln, der einen aktuellen Einfluss des Lastwechsels auf das Gierverhalten beschreibt. Die Gierrate Ψ̇₀ kann anhand des Einspurmodells wie folgt errechnet werden: ${\dot{ψ}}_{0} = \frac{δ_{F} \cdot v}{l + \frac{m}{l} (\frac{l_{h}}{c_{S v}} - \frac{l_{v}}{c_{S h}}) \cdot v^{2}}$
Ein beispielhafter Verlauf 21 eines so berechneten Situationskennwerts ist in 4 für eine Fahrsituation gezeigt, in der ein Fahrer während einer Kurvenfahrt plötzlich vom Gas geht. In Abschnitt 27 steigt die aus dem Lastwechsel resultierende Gierrate sprunghaft an, bis sie, da das Kraftfahrzeug 1 wie eingangs erläutert derart konstruiert ist, dass Lastwechsel zu einer relativ geringen Beeinflussung des Gierverhaltens führen, bei einem relativ niedrigen Wert sättigt. Im weiteren Verlauf kann der Situationskennwert, wie beispielsweise im Bereich 28 gezeigt ist, leicht moduliert werden, beispielsweise bei einem Auskuppeln bei einem Herunterschalten. Mit einem Rückgang der Beschleunigung sinkt im Bereich 29 der Situationskennwert wieder ab.
Um ein agileres Fahrverhalten zu erreichen, soll der Einfluss des Lastwechsels auf das Gierverhalten durch das Fahrerassistenzsystem 2 künstlich verstärkt werden. Im einfachsten Fall könnte eine Sollgierratenänderung, die durch Ansteuerung von Fahrzeugeinrichtungen 3 - 6 erreicht werden soll, vorgegeben werden, indem die Kurve 21 skaliert wird. Um jedoch bei dieser Agilisierung ein gut beherrschbares Fahrverhalten zu erreichen bzw. das Verhalten unter Lastwechseln an bestimmte Fahrervorstellungen oder andere Fahrzeuge anzupassen, werden im Verarbeitungsblock 19, der ebenfalls durch das Fahrerassistenzsystem 2 implementiert wird, mehrere Operationen auf den zeitlichen Verlauf des Situationskennwerts angewandt. Hieraus resultiert der Verlauf 22 des Sollgierwerts, wobei dieser typischerweise zusätzlich skaliert ist, um ein stärkeres Gieren zu realisieren. Wie in Abschnitt 23 zu erkennen ist, wird der Verlauf 22 gegenüber dem Verlauf 21 um ein vorgegebenes Zeitintervall verzögert. Wie im Bereich 24 zu erkennen ist, wird zudem eine Steigerungsrate des Verlaufs 22 begrenzt. Zudem wurde im Bereich 25 durch ein Halteglied der Maximalwert des Verlaufs 22 für ein vorgegebenes Zeitintervall gehalten. Zudem wird, wie insbesondere im Bereich 26 zu erkennen ist, der Verlauf 22 tiefpassgefiltert, um plötzliche Sprünge der Gierrate zu vermeiden und somit insgesamt ein angenehmeres Fahrgefühl zu erreichen.
Nach Ermittlung dieses Sollgierwerts, der die gewünschte Sollgierratenänderung bzw. das gewünschte Sollgiermoment beschreibt, werden durch eine Verteilungseinrichtung 20 des Fahrerassistenzsystems 2 eine oder mehrere der Fahrzeugeinrichtungen 3 - 6 angesteuert, um die Gierrate des Kraftfahrzeugs anzupassen.
Hierbei können die Fahrzeugeinrichtungen 3 - 6 in einer Prioritätsreihenfolge genutzt werden, die durch den Fahrzeughersteller oder einen Nutzer des Kraftfahrzeugs 1 und/oder in Abhängigkeit einer Fahrsituation vorgegeben werden kann. Hierbei kann zunächst eine der Fahrzeugeinrichtungen 3 - 6 ausgewählt werden und ausschließlich diese Fahrzeugeinrichtung kann zur Anpassung der Gierrate genutzt werden. Werden die Systemgrenzen dieser Fahrzeugeinrichtung oder ein anderer, beispielsweise komfortbedingter Grenzwert erreicht, so kann zusätzlich die nächst prioritätsniedrigere der Fahrzeugeinrichtungen 3 - 6 genutzt werden, um die Gierrate weiter anzupassen.
Im Folgenden wird die Funktion der einzelnen Fahrzeugeinrichtungen 3 - 6 weiter erläutert. Insbesondere in Fahrsituationen, in denen das Kraftfahrzeug 1 beschleunigt, ist eine Anpassung der Gierrate besonders komfortabel und ohne Geschwindigkeitseinbußen möglich, wenn zur Anpassung der Gierrate an den Hinterrädern 9 des Kraftfahrzeugs bereitgestellte Antriebsmomente modifiziert werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Fahrzeugeinrichtung 5, ein aktives Differential, das das Antriebsmoment des Antriebsmotors 16 auf die Hinterräder 9 verteilt, durch das Fahrerassistenzsystem 2 angesteuert wird. Hierbei kann das aktive Differential ein Überlagerungsdifferential sein, bei dem durch nichtgezeigte Kupplungseinrichtungen ein zusätzlicher Kupplungspfad zwischen einer Antriebswelle 15 und einer jeweiligen Abtriebswelle 14 geschlossen werden kann, so dass Teile des über die Antriebswelle 15 bereitgestellten Drehmoments an dem Differential vorbei direkt zu einer der Abtriebswellen 14 geführt werden können. Alternativ kann auch ein Differential als Fahrzeugeinrichtung 5 genutzt werden, das ein Torque-Vectoring über einen Elektromotor ermöglicht. Hierbei kann z. B. eine der Abtriebswellen 14 unmittelbar mit einem zusätzlichen positiven oder negativen Drehmoment beaufschlagt werden, wodurch die Momentverteilung zwischen den Abtriebswellen 14 geändert wird.
Durch die unterschiedlichen an den hinteren Rädern anliegenden Drehmomente resultiert ein Drehmoment M_z um den Schwerpunkt 11 des Kraftfahrzeugs 1. Aus diesem Drehmoment M_z resultiert, wie in der 2 schematisch dargestellt ist, eine zusätzliche Gierrate Δ Ψ̇, durch die eine momentane Gierrate des Kraftfahrzeugs erhöht oder erniedrigt werden kann. Der Proportionalitätsfaktor berechnet sich aus der Fahrzeuggeschwindigkeit v und den bereits oben erläuterten, die Fahrzeuggeometrie betreffenden Variablen wie folgt: ${(\frac{\dot{Ψ}}{M_{z}})}_{a} = \frac{c_{S v, a} + c_{S h, a}}{c_{S v, a} \cdot c_{S h, a} \cdot l} \cdot \frac{v}{l + \frac{m}{l} (\frac{l_{h}}{c_{S v, a}} - \frac{l_{v}}{c_{S h, a}}) \cdot v^{2}}$
Eine weitere Möglichkeit, Drehmomente um den Schwerpunkt 11 zu induzieren und somit die Gierrate des Kraftfahrzeugs 1 anzupassen, sind die Fahrzeugeinrichtungen 6, die Einzelradbremsen darstellen, durch die die hinteren Räder 9 des Kraftfahrzeugs separat bremsbar sind. Ein Drehmoment um den Schwerpunkt 11 kann zudem auch dadurch induziert werden, dass der Schlupf an den Rädern 9, 10 durch eine Gewichtsverlagerung des Kraftfahrzeugs verändert wird. Hierzu kann als Fahrzeugeinrichtung 3 beispielsweise ein Aktor eines aktiven Fahrwerks, insbesondere einer aktiven Wankwinkelstabilisierung, angesteuert werden. Hierdurch kann die auf den Untergrund wirkende Normalkraft an den linken und rechten Rädern 9, 10 voneinander unterschiedlich sein, wodurch auch die Reibung und somit ein Schlupf an diesen Rädern voneinander unterschiedlich ist. Somit führen Antriebs- bzw. Bremsmomente an den Rädern 9, 10 je nach Normalkraft an dem jeweiligen Rad jeweils zu unterschiedlichen Beschleunigungs- oder Bremskräften, womit ein Drehmoment um den Schwerpunkt 11 resultiert. Zusätzlich hat eine Gewichtsverlagerung bzw. eine Variation der Normalkraft auf den Untergrund an den verschiedenen Rädern 9, 10 den Effekt, dass die Schräglaufsteifigkeit zwischen dem jeweiligen linken und rechten Rad 9, 10 unterschiedlich ist, womit zusätzliche Drehmomente resultieren können.
Eine weitere Möglichkeit, eine Gierrate des Kraftfahrzeugs zu verändern, ist, den an den Vorderrädern 10 eingestellten Lenkwinkel derart einzustellen, dass er von einem von dem Fahrer geforderten Lenkwinkel abweicht bzw., falls eine Hinterradlenkung vorhanden ist, zusätzlich einen Lenkwinkel an den Hinterrädern 9 einzustellen. Eine Veränderung des Lenkwinkels an den Vorderrädern 10 ist mit der Fahrzeugeinrichtung 4 möglich. Eine Hinterradlenkung ist in dem gezeigten Kraftfahrzeug 1 nicht implementiert. Dennoch könnte sie in einer genutzten Prioritätsreihenfolge aufgeführt sein und, wie vorangehend erläutert, ausgelassen werden. Eine Änderung des Lenkwinkels an den Vorderrädern δ_v bzw. eine Änderung des Lenkwinkels an den Hinterrädern δ_h führt in dem in 2 gezeigten Einspurmodell des Kraftfahrzeugs 1 zu den folgenden zusätzlichen Gierraten Ψ̇: ${(\frac{\dot{Ψ}}{δ_{v}})}_{a} = {(\frac{\dot{Ψ}}{δ_{h}})}_{a} = \frac{v}{l + \frac{m}{l} (\frac{l_{h}}{c_{S v, a}} - \frac{l_{v}}{c_{S h, a}}) \cdot v^{2}}$
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005037479 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Fahrerassistenzsystems (2) eines Kraftfahrzeugs (1), wobei das Kraftfahrzeug (1) wenigstens eine Fahrzeugeinrichtung (3 - 6) umfasst, durch deren Betrieb eine Gierrate des Kraftfahrzeugs (1) veränderbar ist, wobei die Fahrzeugeinrichtung (3 - 6) durch das Fahrerassistenzsystem (2) in Abhängigkeit eines ermittelten, eine Sollgierratenänderung oder ein Sollgiermoment beschreibenden Sollgierwerts angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollgierwert in Abhängigkeit sowohl eines vorgegebenen Lenkwinkels und/oder einer Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs (1) als auch wenigstens einer eine Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs (1) betreffenden Beschleunigungsgröße ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit sowohl des Lenkwinkels und/oder der Querbeschleunigung als auch der Beschleunigungsgröße ein Situationskennwert ermittelt wird, wobei ein zeitlicher Verlauf (22) des Sollgierwerts ermittelt wird, indem auf einen zeitlichen Verlauf (21) des Situationskennwerts wenigstens eine der folgenden Operationen angewandt wird: eine Verzögerung um eine vorgegebene Verzögerungszeit, eine Begrenzung der Änderungsrate, ein Halten von Maximalwerten für ein vorgegebenes Zeitintervall und/oder eine Filterung.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsgröße oder eine jeweilige Beschleunigungsgröße eine Fahrpedalstellung und/oder eine Bremspedalstellung und/oder ein erfasstes oder prognostiziertes Antriebsmoment und/oder eine erfasste oder prognostizierte Längsbeschleunigung beschreibt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollgierwert oder der Situationskennwert zusätzlich von einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (1) abhängt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ansteuerung der Fahrzeugeinrichtung (3 - 6) ein Lenkwinkel an wenigstens einer Achse des Kraftfahrzeugs (1) und/oder ein an wenigstens einem Rad (9, 10) des Kraftfahrzeugs (1) bereitgestelltes Drehmoment und/oder eine durch wenigstens eines der Räder (9, 10) des Kraftfahrzeugs (1) auf einen Untergrund übertragene Normalkraft modifiziert werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Fahrzeugeinrichtung (3 - 6) eine Einrichtung zur Anpassung der Momentverteilung zwischen den Rädern (9, 10) einer Achse und/oder eine Vorder- und/oder Hinterradlenkung und/oder eine Bremseinrichtung, die ein individuelles Bremsen von Rädern (9, 10) des Kraftfahrzeugs (1) ermöglicht, und/oder ein aktives Fahrwerk verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Fahrzeugeinrichtungen (3 - 6) des Kraftfahrzeugs (1) angesteuert werden, um eine Gierrate des Kraftfahrzeugs (1) gemäß dem Sollgierwert zu verändern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass unabhängig von dem Sollgierwert genau eine Fahrzeugeinrichtung (3 - 6) ausgewählt wird oder ist, wobei in Abhängigkeit des Sollgierwerts gewählt wird, ob ausschließlich die ausgewählte Fahrzeugeinrichtung (3 - 6) oder mehrere Fahrzeugeinrichtungen (3 - 6) betrieben werden, um die Gierrate des Kraftfahrzeugs (1) gemäß des Sollgierwerts zu verändern.
Kraftfahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem (2) und wenigstens einer Fahrzeugeinrichtung (3 - 6) durch deren Betrieb eine Gierrate des Kraftfahrzeugs (1) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerassistenzsystem (2) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet ist.