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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Zudem betrifft die Erfindung ein Steuergerät sowie ein Fahrzeug mit einer Recheneinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
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Typischerweise treten beim Lenken im Stillstand die höchsten Lenkkräfte bzw. Lenkmomente auf, da das Lenksystem in diesem Fall gegen das stehende Fahrzeugrad arbeiten muss. Demzufolge stellt das Manöver „Lenken im Stillstand“ die höchsten Anforderungen an das Lenksystem und dient somit als Hauptauslegungspunkt für die einzelnen Lenkungskomponenten. Dies führt jedoch dazu, dass relativ große und im Vergleich zu den sonstigen Anforderungen im Betrieb überdimensionierte Lenkungskomponenten benötigt werden. Zudem führt das Lenken im Stillstand zu einer hohen Bauteilebelastung, wodurch insbesondere das Lenksystem sowie die Fahrzeugräder stark belastet werden und zudem schneller verschleißen.
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Zur Vermeidung des Manövers „Lenken im Stillstand“ existieren unterschiedliche Lösungsansätze. So schlägt beispielsweise die
DE 10 2010 000 964 A1 ein Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs bei einem Rangiermanöver vor, wobei für das Rangiermanöver notwendige Trajektorien derart berechnet werden, dass die Fahrzeugräder kurz vor Ende der Rangierbewegung in eine definierte Stellung gebracht werden. In diesem Fall muss eine entsprechende Trajektorie des Fahrzeugs jedoch bereits vorab festgelegt werden, wodurch eine Belastung des Lenksystems nur in einer speziellen Fahrsituation reduziert werden kann.
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Ferner ist aus der
DE 10 2010 028 714 A1 ein Verfahren zum Einparken eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei das Kraftfahrzeugs wenigstens zwei lenkbare Fahrzeugräder, ein Antriebssystem zur Bewegung des Fahrzeugs in Längsrichtung und ein Lenksystem zur Änderung eines Radlenkwinkels der Fahrzeugräder in Abhängigkeit von einer Lenkvorgabe umfasst, und wobei zur Vermeidung eines Lenkens im Stillstand nur dann Steuersignale an das Lenksystem zum Verändern des Lenkwinkels der lenkbaren Fahrzeugräder gesendet werden, wenn das Kraftfahrzeugs in Bewegung ist.
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Darüber hinaus beschreibt die
DE 10 2016 103 805 A1 ein Verfahren zum Betrieb eines Flurförderzeugs, wobei das Flurförderzeug ein einzelnes lenkbares Fahrzeugrad, einen Fahrmotor zur Bewegung des Flurförderzeugs in Längsrichtung und eine Lenkvorrichtung zur Änderung eines Radlenkwinkels des Fahrzeugrads in Abhängigkeit von einer Lenkvorgabe umfasst, und wobei das Flurförderzeug in einem Betriebszustand, in welchem sich das Flurförderzeug im Stillstand befindet und eine Lenkvorgabe empfangen wird, durch Ansteuerung des Fahrmotors in Bewegung versetzt wird.
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Des Weiteren offenbart die
DE 10 2011 113 610 A1 ein selbstlenkendes Parkassistenzsystem für ein Fahrzeug, wobei bei einem Lenkvorgang im Stillstand des Fahrzeugs wenigstens eine Anweisung zum Anfahren des Fahrzeugs ausgegeben wird, wenn eine maximale Lenkkraft eines Lenksystems vor Erreichen des Endanschlages erreicht wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, ein Verfahren mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Effizienz bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 8 und 9 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei das Fahrzeug ein Antriebssystem zur Bewegung des Fahrzeugs in Längsrichtung und ein, insbesondere mit dem Antriebssystem zusammenwirkendes und vorteilhaft mit dem Antriebssystem vernetztes, Lenksystem zur Änderung eines Radlenkwinkels wenigstens eines, insbesondere lenkbaren, Fahrzeugrads in Abhängigkeit von einer Lenkvorgabe umfasst.
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Es wird vorgeschlagen, dass das Fahrzeug in zumindest einem Betriebszustand, in welchem sich das Fahrzeug im Stillstand befindet, insbesondere mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit von Null, und eine Lenkvorgabe empfangen wird, insbesondere automatisiert und/oder automatisch, durch Ansteuerung des Antriebssystems in Bewegung versetzt wird, um Lenkkräfte und/oder Lenkmomente, welche zur Änderung des Radlenkwinkels benötigt werden, zu reduzieren und insbesondere eine Änderung des Radlenkwinkels im Stillstand zu vermeiden. Insbesondere kann eine Bewegung des Fahrzeugs dabei sowohl in eine als Vorwärtsrichtung ausgebildete erste Bewegungsrichtung als auch in eine als Rückwärtsrichtung ausgebildete zweite Bewegungsrichtung erfolgen. Zudem wird das Fahrzeug in dem Betriebszustand insbesondere derart in Bewegung versetzt, dass das Fahrzeug langsam, vorteilhaft mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit von höchstens 1 km/h und bevorzugt höchstens 0,5 km/h, rollt. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere eine Effizienz, insbesondere eine Materialeffizienz, eine Leistungseffizienz, eine Gewichtseffizienz, eine Bauraumeffizienz und/oder eine Kosteneffizienz, verbessert werden. Zudem kann vorteilhaft eine Flexibilität erhöht werden, da das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf bestimmte Fahrmanöver und/oder Rangiermanöver mit einer festgelegten Trajektorie begrenzt ist. Darüber hinaus kann insbesondere eine Belastung des Lenksystems sowie der Fahrzeugräder minimiert und ein Verschleiß reduziert werden.
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Unter einem „Antriebssystem“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein, insbesondere mit Fahrzeugrädern des Fahrzeugs in Wirkverbindung stehendes, System des Fahrzeugs verstanden werden, welches dazu vorgesehen, eine Antriebsfunktionalität zur Bewegung des Fahrzeugs in Längsrichtung und/oder zur Längsbewegung des Fahrzeugs bereitzustellen. Dazu kann das Antriebssystem wenigstens einen Antriebsmotor, beispielsweise einen Verbrennungsmotor und/oder einen Elektromotor, und/oder wenigstens ein, insbesondere mit dem Antriebsmotor zusammenwirkendes, Fahrzeuggetriebe, insbesondere mit mehreren schaltbaren Gängen, umfassen. Ferner soll unter einem „Lenksystem“ insbesondere ein, insbesondere mit lenkbaren Fahrzeugrädern des Fahrzeugs in Wirkverbindung stehendes, System des Fahrzeugs verstanden werden, welches dazu vorgesehen ist, eine Lenkfunktionalität zur Beeinflussung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs bereitzustellen. Dazu kann das Lenksystem wenigstens ein, beispielsweise als Lenkrad ausgebildetes, Lenkeingabeelement zur manuellen Eingabe einer Lenkvorgabe und/oder wenigstens einen Radlenkwinkelsteller umfassen, welcher insbesondere dazu vorgesehen ist, durch Änderung eines Radlenkwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads eine Lenkvorgabe an die lenkbaren Fahrzeugräder zu übertragen und hierdurch vorteilhaft eine Ausrichtung des Fahrzeugrads und/oder der Fahrzeugräder zu steuern. Der Radlenkwinkelsteller kann insbesondere als Einzelradsteller ausgebildet sein und genau einem, insbesondere als Hinterrad oder vorzugsweise als Vorderrad ausgebildeten, Fahrzeugrad zugeordnet sein oder als Zentralsteller ausgebildet sein und zumindest zwei Fahrzeugrädern, insbesondere zwei Hinterrädern oder vorzugsweise zwei Vorderrädern, zugeordnet sein. Ferner kann das Lenksystem insbesondere als konventionelles Lenksystem oder als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet sein. Das konventionelle Lenksystem ist insbesondere mit einem mechanischen Durchgriff ausgebildet und weist demnach insbesondere eine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkeingabeelement und dem Radlenkwinkelsteller und/oder den gelenkten Fahrzeugrädern auf, während das Steer-by-Wire-Lenksystem insbesondere in zumindest einem Betriebszustand frei von einer mechanischen Verbindung zwischen dem Lenkeingabeelement und dem, insbesondere in diesem Fall auch als „Steering Rack Actuator“ bezeichneten, Radlenkwinkelsteller und/oder den gelenkten Fahrzeugrädern ist.
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Des Weiteren umfasst das Fahrzeug insbesondere wenigstens eine, insbesondere mit dem Antriebssystem und mit dem Lenksystem vernetzte, Recheneinheit und/oder wenigstens ein Steuergerät mit wenigstens einer, insbesondere mit dem Antriebssystem und mit dem Lenksystem vernetzten, Recheneinheit, wobei die Recheneinheit, insbesondere dazu vorgesehen ist, das Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs durchzuführen. Unter einer „Recheneinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine elektrische und/oder elektronische Einheit verstanden werden, welche einen Informationseingang, eine Informationsverarbeitung und eine Informationsausgabe aufweist. Vorteilhaft weist die Recheneinheit ferner zumindest einen Prozessor, zumindest einen Betriebsspeicher, zumindest ein Ein- und/oder Ausgabemittel, zumindest ein Betriebsprogramm, zumindest eine Steuerroutine, zumindest eine Regelroutine und/oder zumindest eine Berechnungsroutine auf. Insbesondere ist die Recheneinheit dazu vorgesehen, wenigstens einen aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs, insbesondere zumindest einen Fahrzustand, in welchem sich das Fahrzeug im Stillstand befindet, zu ermitteln. Zudem ist die Recheneinheit insbesondere dazu vorgesehen, eine Lenkvorgabe zu ermitteln und/oder zu empfangen. Darüber hinaus ist die Recheneinheit insbesondere dazu vorgesehen, das Fahrzeug in zumindest einem Betriebszustand, in welchem sich das Fahrzeug im Stillstand befindet, insbesondere mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit von Null, und eine Lenkvorgabe empfangen wird, durch Ansteuerung des Antriebssystems in Bewegung zu versetzen und zwar insbesondere automatisiert und/oder automatisch und ohne Eingreifen eines Fahrers, insbesondere um Lenkkräfte und/oder Lenkmomente, welche zur Änderung des Radlenkwinkels benötigt werden, zu reduzieren. Vorteilhaft wird der Radlenkwinkel somit zumindest im Wesentlichen während der Bewegung des Fahrzeugs, insbesondere mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit ungleich Null, geändert, insbesondere durch Ansteuerung des Lenksystems und vorzugsweise des wenigstens einen Radlenkwinkelstellers, und insbesondere nicht im Stillstand des Fahrzeugs. Unter der Wendung, dass der Radlenkwinkel „zumindest im Wesentlichen während der Bewegung des Fahrzeugs geändert wird“ soll dabei insbesondere verstanden werden, dass leichte Anpassungen des Radlenkwinkels des Fahrzeugrads im Stillstand des Fahrzeugs noch möglich sind, insbesondere zum Verhindern eines Anfahrens gegen ein Umgebungsobjekt und/oder ein Hindernis, wie beispielsweise einen Randstein. Prinzipiell könnte auf eine Änderung eines Radlenkwinkels des Fahrzeugrads im Stillstand des Fahrzeugs jedoch auch vollständig verzichtet werden. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Fahrzeug unmittelbar nach Empfang der Lenkvorgabe, insbesondere höchstens 1 s, vorzugsweise höchstens 0,5 s und besonders vorteilhaft höchstens 0,2 s nach Empfang der Lenkvorgabe, in Bewegung versetzt wird, wodurch insbesondere ein übermäßiger Verschleiß vermieden werden kann. Vorteilhaft wird dabei auf eine vorhergehende Trajektorienplanung, insbesondere zur Ermittlung einer definierten Trajektorie für das Fahrzeug, verzichtet.
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Eine Überwachung eines Fahrzeugumfelds des Fahrzeugs könnte beispielsweise durch den Fahrer selbst erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann das Fahrzeug jedoch auch ein Sensoriksystem zur Überwachung des Fahrzeugumfelds umfassen. In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass in dem Betriebszustand wenigstens eine Sensorikkenngröße des Sensoriksystems zur Überwachung des Fahrzeugumfelds ermittelt und bei der Ansteuerung des Antriebssystems berücksichtigt wird, wodurch insbesondere eine Betriebssicherheit verbessert werden kann. Das Sensoriksystem umfasst insbesondere wenigstens ein, insbesondere als Umgebungssensor ausgebildetes, Sensorelement, wie beispielsweise einen Schallsensor, einen Radarsensor, einen Infrarotsensor, einen LIDAR-Sensor, einen kapazitiven Sensor und/oder einen optischer Sensor. Vorteilhaft kann das Sensoriksystem auch mehrere, insbesondere baugleiche oder verschiedene, Sensorelemente umfassen, welche vorteilhaft zur Überwachung des Fahrzeugumfelds zusammenwirken können. Bevorzugt ist das Sensoriksystem, insbesondere abhängig von einer vorgegebenen und/oder geplanten Bewegungsrichtung des Fahrzeugs in dem Betriebszustand, zumindest zur Überwachung eines Frontbereichs und/oder eines Heckbereichs des Fahrzeugs vorgesehen. Besonders bevorzugt ist das Sensoriksystem jedoch zur Überwachung eines gesamten Fahrzeugumfelds vorgesehen. Zudem ist das Sensoriksystem vorteilhaft mit dem Antriebssystem, mit dem Lenksystem und mit der Recheneinheit vernetzt. Ferner soll unter einer „Sensorikkenngröße“ insbesondere eine Kenngröße verstanden werden, welche mit einem Erfassungssignal des Sensoriksystems korreliert ist. Insbesondere können wenigstens anhand der Sensorikkenngröße Umgebungsobjekte und/oder Hindernisse im Fahrzeugumfeld, insbesondere zumindest in einem Frontbereich und einem Heckbereich des Fahrzeugs, erkannt werden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird die Sensorikkenngröße derart bei der Ansteuerung des Antriebssystems berücksichtigt, dass eine Bewegung des Fahrzeugs nur nach einer Bewegungsfreigabe durch die Sensorikkenngröße und/oder das Sensoriksystem unter Berücksichtigung der Sensorikkenngröße erfolgt. Besonders bevorzugt erfolgt eine Ansteuerung des Antriebssystems in eine geplante Bewegungsrichtung dabei nur, wenn die Sensorikkenngröße des Sensoriksystems die geplante Bewegungsrichtung des Fahrzeugs als kollisionsfrei erkennt und somit die Bewegungsrichtung freigibt. Hierdurch kann insbesondere eine besonders hohe Betriebssicherheit bei einer Überwachung des Fahrzeugumfelds erreicht werden.
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Eine Bewegung des Fahrzeugs könnte beispielsweise in Abhängigkeit eines aktuell ausgewählten Gangs des Fahrzeuggetriebes automatisch in die als Vorwärtsrichtung ausgebildete erste Bewegungsrichtung oder in die als Rückwärtsrichtung ausgebildete zweite Bewegungsrichtung erfolgen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird jedoch vorgeschlagen, dass in dem Betriebszustand in Abhängigkeit von wenigstens einer Sensorikkenngröße eines Sensoriksystems zur Überwachung eines Fahrzeugumfelds, insbesondere des bereits zuvor genannten Sensoriksystems, eine bevorzugte Bewegungsrichtung des Fahrzeugs bestimmt wird und das Antriebssystem, vorteilhaft das Fahrzeuggetriebe, derart angesteuert wird, dass eine Bewegung des Fahrzeugs in die bevorzugte Bewegungsrichtung erfolgt. Die Sensorikkenngröße kann dabei insbesondere identisch mit der bereits zuvor genannten Sensorikkenngröße sein oder einer weiteren Sensorikkenngröße des Sensoriksystems entsprechen. Zudem entspricht die bevorzugte Bewegungsrichtung insbesondere der als Vorwärtsrichtung ausgebildeten erste Bewegungsrichtung und/oder der als Rückwärtsrichtung ausgebildeten zweite Bewegungsrichtung und wird vorteilhaft von der Recheneinheit beispielsweise in Abhängigkeit von erkannten Umgebungsobjekten und/oder Hindernissen im Fahrzeugumfeld bestimmt. Ferner kann insbesondere im Fall, dass ein aktuell ausgewählter Gang des Fahrzeuggetriebes nicht mit der bevorzugten Bewegungsrichtung übereinstimmt, vorteilhaft automatisiert und/oder automatisch, durch Ansteuerung des Fahrzeuggetriebes ein mit der bevorzugten Bewegungsrichtung des Fahrzeugs verknüpfter, automatisierter Gangwechsel durchgeführt werden. Hierdurch kann insbesondere ein besonders flexibles Verfahren bereitgestellt werden, bei welchem eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs vorteilhaft in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen automatisiert und/oder automatisch variiert werden kann.
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Weist das Lenksystem zumindest ein Lenkeingabeelement zur manuellen Eingabe der Lenkvorgabe, insbesondere das bereits zuvor genannte Lenkeingabeelement, auf, kann vorteilhaft auch bei einem manuellen Lenkvorgang eine Radlenkwinkeländerung des Fahrzeugrads im Stillstand vermieden werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Lenkvorgabe, insbesondere zur Änderung des Radlenkwinkels, in zumindest einem Anwendungszustand von einer autonom arbeitenden Assistenzfunktion bereitgestellt wird und zwar insbesondere ohne manuelle Eingabe von einem Fahrer an dem Lenkeingabeelement. Die Assistenzfunktion kann dabei beispielsweise als Parkassistent oder dergleichen ausgebildet sein. Vorzugsweise weist die Recheneinheit dabei die Assistenzfunktion zur autonomen Bereitstellung der Lenkvorgabe auf. Hierdurch kann insbesondere auch bei autonomen Lenkvorgängen und/oder Fahrvorgängen eine Radlenkwinkeländerung des Fahrzeugrads im Stillstand vermieden werden.
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Vorliegend weist das Fahrzeug wenigstens zwei lenkbare Fahrzeugräder auf, welche vorteilhaft derselben Fahrzeugachse des Fahrzeugs zugeordnet und insbesondere an verschiedenen Seiten des Fahrzeugs angeordnet sind, wobei die Fahrzeugräder in dem Betriebszustand, insbesondere zur Bewegung des Fahrzeugs, durch das Antriebssystem individuell, insbesondere in entgegengesetzte Richtungen, angetrieben werden, wodurch insbesondere eine vorteilhafte radindividuelle Fahrstrategie realisiert werden kann. Vorteilhaft ist das Lenksystem in diesem Fall als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet und umfasst wenigstens zwei als Einzelradsteller ausgebildete Radlenkwinkelsteller, welche insbesondere den zwei lenkbaren Fahrzeugrädern zugeordnet sind.
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Das Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs, das Steuergerät und das Fahrzeug sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können das Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs, das Steuergerät und das Fahrzeug zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
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Zeichnungen
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Aspekte der Erfindung. Der Fachmann wird diese Aspekte zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
- 1 ein Fahrzeug mit einem Antriebssystem und einem beispielhaft als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildeten Lenksystem in einer vereinfachten Darstellung,
- 2 das Antriebssystem und das Lenksystem in einer Detaildarstellung und
- 3 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm mit Hauptverfahrensschritten eines Verfahrens zum Betrieb des Fahrzeugs.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Die 1 und 2 zeigen ein beispielhaft als Personenkraftfahrzeug ausgebildetes Fahrzeug 10 mit mehreren Fahrzeugrädern 16, 18, mit einem Antriebssystem 12 und mit einem Lenksystem 14 in einer schematischen Darstellung (vgl. 1) sowie in einer Detaildarstellung (vgl. 2).
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Das Antriebssystem 12 ist als Fahrzeugantrieb ausgebildet und im vorliegenden Fall beispielhaft einer Vorderachse des Fahrzeugs 10 zugeordnet. Das Antriebssystem 12 weist folglich eine Wirkverbindung mit den, insbesondere als Vorderrädern ausgebildeten, Fahrzeugrädern 16, 18 auf. Das Antriebssystem 12 ist dazu vorgesehen, eine Antriebsfunktionalität zur Bewegung des Fahrzeugs 10 in Längsrichtung bereitzustellen. Dazu umfasst das Antriebssystem 12 einen, im vorliegenden Fall beispielhaft als Verbrennungsmotor ausgebildeten, Antriebsmotor (nicht dargestellt) und ein mit dem Antriebsmotor zusammenwirkendes Fahrzeuggetriebe (nicht dargestellt) mit mehreren Gängen. Alternativ könnte ein Antriebssystem jedoch auch einen als Elektromotor ausgebildeten Antriebsmotor und/oder mehrere Antriebsmotoren, beispielsweise zum individuellen Antrieb der Fahrzeugräder, umfassen. Zudem ist denkbar, ein Antriebssystem alternativ oder zusätzlich einer Hinterachse eines Fahrzeugs zuzuordnen.
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Das Lenksystem 14 ist der Vorderachse des Fahrzeugs 10 zugeordnet und weist demnach eine Wirkverbindung mit den, insbesondere als Vorderrädern ausgebildeten, Fahrzeugrädern 16, 18 auf. Das Lenksystem 14 ist dazu vorgesehen, eine Lenkfunktionalität zum Lenken des Fahrzeugs 10 und insbesondere zur Beeinflussung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs 10 bereitzustellen. Ferner ist das Lenksystem 14 im vorliegenden Fall als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet, sodass eine Lenkvorgabe 20, 22 in zumindest einem Betriebszustand ausschließlich elektrisch an die Fahrzeugräder 16, 18 weitergeleitet wird. Grundsätzlich kann ein Lenksystem jedoch auch als konventionelles Lenksystem mit einem mechanischen Durchgriff sowie einer elektrischen Lenkunterstützung ausgebildet sein. Zudem könnte ein Lenksystem alternativ oder zusätzlich auch einer Hinterachse eines Fahrzeugs zugeordnet sein.
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Das Lenksystem 14 umfasst mehrere, im vorliegenden Fall beispielhaft wenigstens zwei, Radlenkwinkelsteller 36, 38, welche insbesondere beispielhaft als Einzelradsteller ausgebildet sind. Die Radlenkwinkelsteller 36, 38 sind zumindest im Wesentlichen baugleich ausgebildet. Die Radlenkwinkelsteller 36, 38 sind unabhängig voneinander ansteuerbar. Jeder der Radlenkwinkelsteller 36, 38 weist eine Wirkverbindung mit genau einem der Fahrzeugräder 16, 18, im vorliegenden Fall insbesondere einem als Vorderrad ausgebildeten Fahrzeugrad 16, 18, auf und ist zur Steuerung eines Radlenkwinkels des entsprechenden Fahrzeugrads 16, 18 in Abhängigkeit von der Lenkvorgabe 20, 22 vorgesehen. Im vorliegenden Fall ist jeder der Radlenkwinkelsteller 36, 38 dazu vorgesehen, eine Schwenkbewegung des entsprechenden Fahrzeugrads 16, 18 zu bewirken und insbesondere die Lenkvorgabe 20, 22 in eine Lenkbewegung des entsprechenden Fahrzeugrads 16, 18 umzusetzen.
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Dazu umfasst jeder der Radlenkwinkelsteller 36, 38 wenigstens ein Lenkungsstellelement 40, 42, welches beispielsweise als Zahnstange ausgebildet sein kann, und wenigstens einen mit dem entsprechenden Lenkungsstellelement 40, 42 wirkverbundenen Lenkaktuator 44, 46, welcher beispielsweise als Elektromotor ausgebildet sein kann. Grundsätzlich kann ein Lenksystem auch einen als Zentralsteller ausgebildeten Radlenkwinkelsteller, wie beispielsweise ein an sich bekanntes Lenkgetriebe, und/oder wenigstens vier als Einzelradsteller ausgebildete Radlenkwinkelsteller umfassen. Ferner könnte ein Lenksystem auch eine Kombination aus einem als Einzelradsteller ausgebildeten Radlenkwinkelsteller und einem als Zentralsteller ausgebildeten Radlenkwinkelsteller umfassen. In diesem Zusammenhang könnte insbesondere auch wenigstens ein Radlenkwinkelsteller einem als Hinterrad ausgebildeten Fahrzeugrad zugeordnet sein.
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Zudem weist das Lenksystem 14 eine Lenkeingabeeinheit 48 auf. Die Lenkeingabeeinheit 48 ist im vorliegenden Fall rein elektrisch mit den Radlenkwinkelstellern 36, 38 verbunden. Die Lenkeingabeeinheit 48 umfasst wenigstens ein Lenkeingabeelement 28, beispielsweise in Form eines Lenkrads, zur manuellen Eingabe einer Lenkvorgabe 20. Zudem umfasst die Lenkeingabeeinheit 48 einen Lenkeingabeaktuator 50, welcher mechanisch mit dem Lenkeingabeelement 28 verbunden ist. Der Lenkeingabeaktuator 50 ist dazu vorgesehen, Signale, Kräfte und/oder Momente von dem Lenkeingabeelement 28, insbesondere direkt, zu erfassen und/oder an das Lenkeingabeelement 28, insbesondere direkt, zu übertragen. Alternativ könnte ein Lenkeingabeelement auch als Lenkhebel und/oder Lenkkugel oder dergleichen ausgebildet sein. Auch könnte ein Lenksystem prinzipiell frei von einem Lenkeingabeelement und/oder einer Lenkeingabeeinheit sein, beispielsweise bei einem rein autonom fahrenden Fahrzeug. Ferner kann bei einem konventionellen Lenksystem auch auf einen Lenkeingabeaktuator verzichtet werden.
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Darüber hinaus umfasst das Fahrzeug 10 ein Sensoriksystem 24. Das Sensoriksystem 24 ist als Umfeldsensorik ausgebildet und zur Überwachung eines Fahrzeugumfelds 26, im vorliegenden Fall insbesondere eines gesamten Fahrzeugumfelds, vorgesehen. Zudem ist das Sensoriksystem 24 dazu vorgesehen, wenigstens eine mit der Überwachung des Fahrzeugumfelds 26 korrelierte Sensorikkenngröße 25 zu ermitteln und/oder bereitzustellen, anhand welcher insbesondere Umgebungsobjekte und/oder Hindernisse im Fahrzeugumfeld erkannt werden können. Dazu umfasst das Sensoriksystem 24 eine Vielzahl von Sensorelementen, welche als Umgebungssensoren ausgebildet sind und insbesondere zumindest in einem Frontbereich und einem Heckbereich des Fahrzeugs 10 angeordnet sind. Die Sensorelemente können dabei beispielsweise als Radarsensoren, als LIDAR-Sensoren, als Schallsensoren und/oder als Kamerasensoren oder dergleichen ausgebildet sein. Prinzipiell könnte auf ein Sensoriksystem jedoch auch verzichtet werden und eine Überwachung eines Fahrzeugumfelds durch einen Fahrer selbst erfolgen.
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Darüber hinaus weist das Fahrzeug 10 ein Steuergerät 32 auf. Das Steuergerät 32 ist beispielhaft als Lenkungssteuergerät ausgebildet und folglich Teil des Lenksystems 14. Das Steuergerät 32 weist einerseits eine Wirkverbindung mit den Radlenkwinkelstellern 36, 38 und andererseits eine Wirkverbindung mit der Lenkeingabeeinheit 48 auf. Zudem weist das Steuergerät 32 eine Wirkverbindung mit dem Antriebssystem 12 und mit dem Sensoriksystem 24 auf. Das Steuergerät 32 dient im vorliegenden Fall zur Vernetzung des Antriebssystem 12, des Lenksystems 14 und des Sensoriksystems 24. Das Steuergerät 32 ist zumindest zu einer Ansteuerung des Antriebssystems 12 sowie zur Ansteuerung der Radlenkwinkelsteller 36, 38 in Abhängigkeit von einer Lenkvorgabe 20, 22 vorgesehen.
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Dazu umfasst das Steuergerät 32 eine Recheneinheit 34. Die Recheneinheit 34 umfasst zumindest einen Prozessor (nicht dargestellt), beispielsweise in Form eines Mikroprozessors, und zumindest einen Betriebsspeicher (nicht dargestellt). Zudem umfasst die Recheneinheit 34 zumindest ein im Betriebsspeicher hinterlegtes Betriebsprogramm mit zumindest einer Berechnungsroutine, zumindest einer Steuerroutine und zumindest einer Regelroutine. Prinzipiell ist jedoch auch denkbar, ein Steuergerät getrennt von einem Lenksystem auszubilden. In diesem Zusammenhang könnte ein Fahrzeug beispielsweise ein einzelnes zentrales Steuergerät mit einer zentralen Recheneinheit aufweisen.
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In bestimmten Situationen, wie beispielsweise bei einem Parkiervorgang, einem Rangiervorgang und/oder einem Anfahrvorgang, kann es nun vorkommen, dass auch im Stillstand des Fahrzeugs 10 ein Radlenkwinkel der Fahrzeugräder 16, 18, im vorliegenden Fall insbesondere der als Vorderräder ausgebildeten Fahrzeugräder 16, 18, geändert werden soll, beispielsweise aufgrund einer manuellen Lenkvorgabe 20 an dem Lenkeingabeelement 28 durch einen Fahrer des Fahrzeugs 10. Ein derartiges Lenken im Stillstand des Fahrzeugs 10 beansprucht jedoch eine Lenkungsmechanik des Lenksystems 14 sowie die Fahrzeugräder 16, 18 stark und führt gleichzeitig zu einem stark erhöhten Leistungsbedarf. Um eine Änderung des Radlenkwinkels im Stillstand des Fahrzeugs 10 überhaupt zu erreichen, werden folglich relativ große und im Vergleich zu den sonstigen Anforderungen im Betrieb überdimensionierte Lenkaktuatoren benötigt. Dies führt zu höheren Kosten, größeren und schwereren Lenkaktuatoren sowie einem höheren Energieaufwand, sodass ein Lenken im Stillstand des Fahrzeugs 10, wenn möglich, vermieden werden sollte.
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Aus diesem Grund wird im Folgenden ein Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs 10 beschrieben, welches es erlaubt, Lenkkräfte und/oder Lenkmomente, welche zur Änderung der Radlenkwinkel der Fahrzeugräder 16, 18 benötigt werden, zu reduzieren. Dabei ist Recheneinheit 34 dazu vorgesehen, das Verfahren auszuführen und weist dazu insbesondere ein Computerprogramm mit entsprechenden Programmcodemitteln auf.
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Um derartige Lenkkräfte und/oder Lenkmomente zu reduzieren und insbesondere eine Änderung eines Radlenkwinkels im Stillstand zu vermeiden, wird das Fahrzeug 10 im vorliegenden Fall erfindungsgemäß in zumindest einem Betriebszustand, in welchem sich das Fahrzeug 10 im Stillstand befindet und eine Lenkvorgabe 20, 22 empfangen wird, durch Ansteuerung des Antriebssystems 12 in Bewegung versetzt, insbesondere derart, dass das Fahrzeug 10 mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit von höchstens 0,5 km/h rollt. Das Fahrzeug 10 wird dabei unmittelbar nach Empfang der Lenkvorgabe 20, 22, insbesondere höchstens 0,5 s nach Empfang der Lenkvorgabe 20, 22, in Bewegung versetzt. Eine Bewegung des Fahrzeugs 10 kann sowohl in eine als Vorwärtsrichtung ausgebildete erste Bewegungsrichtung als auch in eine als Rückwärtsrichtung ausgebildete zweite Bewegungsrichtung erfolgen. Die Ansteuerung des Antriebssystems 12 erfolgt ferner automatisiert und/oder automatisch und insbesondere ohne direktes Eingreifen eines Fahrers. Im vorliegenden Fall ist das Antriebssystem 12 dabei zu einem gleichförmigen Antrieb der Fahrzeugräder 16, 18 vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich könnten die Fahrzeugräder 16, 18 in dem Betriebszustand durch das Antriebssystem 12 jedoch auch individuell, insbesondere in entgegengesetzte Richtungen, angetrieben werden, wodurch insbesondere eine vorteilhafte radindividuelle Fahrstrategie realisiert werden kann. In diesem Zusammenhang könnte beispielsweise bei einem Lenkvorgang gleichzeitig ein kurveninneres Fahrzeugrad rückwärts und ein kurvenäußeres Fahrzeugrad vorwärts angetrieben werden. Zudem ist denkbar, eine Bewegung des Fahrzeugs 10 ausschließlich in eine als Vorwärtsrichtung ausgebildete erste Bewegungsrichtung oder eine als Rückwärtsrichtung ausgebildete Bewegungsrichtung zu erlauben.
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Die Überwachung des Fahrzeugumfelds 26 und die Vorgabe der Bewegungsrichtung, beispielsweise durch eine entsprechende Gangwahl, kann entweder durch den Fahrer selbst und/oder durch den Einsatz des Sensoriksystems 24 zur Überwachung des Fahrzeugumfelds 26 erfolgen. Im vorliegenden Fall wird in dem Betriebszustand, in welchem sich das Fahrzeug 10 im Stillstand befindet und eine Lenkvorgabe 20, 22 empfangen wird, wenigstens eine Sensorikkenngröße 25 des Sensoriksystems 24 ermittelt und bei der Ansteuerung des Antriebssystems 12 berücksichtigt. Dabei wird die Sensorikkenngröße 25 derart berücksichtigt, dass eine Bewegung des Fahrzeugs 10 nur nach einer Bewegungsfreigabe durch die Sensorikkenngröße 25 und/oder durch das Sensoriksystem 24 unter Berücksichtigung der Sensorikkenngröße 25 erfolgt. Eine Ansteuerung des Antriebssystems 12 in eine geplante Bewegungsrichtung erfolgt somit nur, wenn die Sensorikkenngröße 25 des Sensoriksystems 24 die geplante Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 10 als kollisionsfrei erkennt und folglich die Bewegungsrichtung freigibt.
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Zudem ist die Recheneinheit 34 dazu vorgesehen, in dem Betriebszustand in Abhängigkeit von der Sensorikkenngröße 25 des Sensoriksystems 24 und insbesondere in Abhängigkeit von erkannten Umgebungsobjekten und/oder Hindernissen im Fahrzeugumfeld 26, eine bevorzugte Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 10 zu bestimmen und das Antriebssystem 12 derart anzusteuern, dass eine Bewegung des Fahrzeugs 10 in die bevorzugte Bewegungsrichtung erfolgt. Dabei ist die Recheneinheit 34 dazu vorgesehen, durch Ansteuerung des Fahrzeuggetriebes des Antriebssystems 12 einen automatischen Gangwechsel durchzuführen, beispielsweise von einem Vorwärtsgang in einen Rückwärtsgang oder umgekehrt, falls ein aktuell ausgewählter Gang des Fahrzeuggetriebes nicht mit der bevorzugten Bewegungsrichtung übereinstimmt.
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Ferner kann die Lenkvorgabe 20, 22 in einem ersten Anwendungszustand einer manuellen Lenkvorgabe 20 entsprechen, welche insbesondere von einem Fahrer an dem Lenkeingabeelement 28 aufgebracht wird und welche beispielsweise mittels einer entsprechenden Erfassungssensorik (nicht dargestellt) erfasst werden kann. In einem zweiten Anwendungszustand kann die Lenkvorgabe 20, 22 jedoch auch einer autonom bereitgestellten Lenkvorgabe 22 entsprechen, welche zur Änderung des Radlenkwinkels direkt von der Recheneinheit 34, insbesondere von einer autonom arbeitenden Assistenzfunktion 30, wie beispielsweise einem Parkassistenten, der Recheneinheit 34, bereitgestellt wird.
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3 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm mit Hauptverfahrensschritten des Verfahrens zum Betrieb des Fahrzeugs 10.
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In einem Verfahrensschritt 60 befindet sich das Fahrzeug 10 im Stillstand. Wird in diesem Fall eine Lenkvorgabe 20, 22 von dem Lenkeingabeelement 28 und/oder von der autonom arbeitenden Assistenzfunktion 30 empfangen und/oder ermittelt, so folgt ein Verfahrensschritt 62.
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Im Verfahrensschritt 62 wird die Sensorikkenngröße 25 des Sensoriksystems 24 zur Überwachung des Fahrzeugumfelds 26 ermittelt und anhand der Sensorikkenngröße 25 geprüft, ob eine Bewegung des Fahrzeugs 10 in eine als Vorwärtsrichtung ausgebildete erste Bewegungsrichtung oder in eine als Rückwärtsrichtung ausgebildete zweite Bewegungsrichtung möglich ist oder ob Umgebungsobjekte und/oder Hindernisse eine derartige Bewegung des Fahrzeugs 10 verhindern.
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Ist eine Bewegung des Fahrzeugs 10 in zumindest eine der Bewegungsrichtungen kollisionsfrei möglich, wird diese Bewegungsrichtung als geplante und/oder bevorzugte Bewegungsrichtung definiert und durch die Sensorikkenngröße 25 und/oder das Sensoriksystem 24 freigegeben und es folgt ein Verfahrensschritt 64.
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Ist eine kollisionsfreie Bewegung des Fahrzeugs 10 hingegen nicht möglich, so folgt ein Verfahrensschritt 70, in welchem ein Lenken im Stillstand erfolgt oder eine Änderung des Radlenkwinkels trotz einer empfangenen Lenkvorgabe 20, 22 unterbleibt und/oder blockiert wird, wie beispielsweise durch die fehlende mechanische Kopplung bei dem als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildeten Lenksystem 14 prinzipiell möglich.
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Im Verfahrensschritt 64 wird geprüft, ob ein aktuell ausgewählter Gang des Fahrzeuggetriebes mit der geplanten und/oder bevorzugten Bewegungsrichtung übereinstimmt.
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Stimmt der aktuell ausgewählter Gang des Fahrzeuggetriebes mit der geplanten und/oder bevorzugten Bewegungsrichtung überein, so folgt direkt ein Verfahrensschritt 68, in welchem das Fahrzeug 10 automatisiert und/oder automatisch durch Ansteuerung des Antriebssystems 12 in die geplante und/oder bevorzugte Bewegungsrichtung in Bewegung versetzt wird.
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Stimmt der aktuell ausgewählter Gang des Fahrzeuggetriebes mit der geplanten und/oder bevorzugten Bewegungsrichtung nicht überein, so folgt vorab ein Verfahrensschritt 66, in welchem durch Ansteuerung des Fahrzeuggetriebes des Antriebssystems 12 ein automatischer Gangwechsel durchgeführt wird. Anschließend folgt auch in diesem Fall der Verfahrensschritt 68, in welchem das Fahrzeug 10 automatisiert und/oder automatisch durch Ansteuerung des Antriebssystems 12 in die geplante und/oder bevorzugte Bewegungsrichtung in Bewegung versetzt wird.
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Das beispielhafte Ablaufdiagramm in 3 soll dabei insbesondere lediglich beispielhaft ein Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs 10 beschreiben. Insbesondere können einzelne Verfahrensschritte und/oder eine Abfolge der Verfahrensschritte variieren. In diesem Zusammenhang könnte beispielsweise auf eine Ermittlung und/oder eine Berücksichtigung der Sensorikkenngröße 25 auch verzichtet werden.
