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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, ein Computerprogramm, ein Fahrzeug und eine Vorrichtung zur Aufbauberuhigung eines Fahrzeugs bei und/oder nach Überfahren einer in der Fahrstrecke des Fahrzeugs befindlichen Unebenheit, insbesondere aber nicht ausschließlich, auf ein Reduzieren einer durch Überfahren der Unebenheit hervorgerufenen Beschleunigung des Fahrzeugs.
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Fortbewegungsmittel und Fahrzeuge unterliegen einer ständigen Entwicklung hinsichtlich einer Fahrdynamik und eines Fahrkomforts. Um sowohl eine gute Fahrdynamik, als auch einen für einen Fahrer angenehmen Fahrkomfort zu gewährleisten, können Fortbewegungsmittel oder Fahrzeuge mit Dämpfern, Federn, einem semi- oder voll aktiven Fahrwerk oder weiteren Fahrwerkskomponenten ausgestattet sein, die auf eine Verbesserung des Fahrkomforts abzielen.
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Das Dokument
US 6569059 B1 beschreibt eine Kontrolleinheit mit einer Motorsteuerung und einer Steuerung eines stufenlosen Getriebes. Die Kontrolleinheit ist ausgebildet, um bei einem Last- oder Gangwechsel einen stufenlosen Drehmoment- und Drehzahlausgleich zwischen Rädern und einem Motor eines Fahrzeugs zu schaffen. Durch Bewegungsspiel eines Getriebes auftretende Schwingungen in Längsrichtung des Fahrzeugs werden damit bei Last- und/oder Gangwechseln reduziert.
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Ein Konzept zum Reduzieren von Schwingungen in einem Antriebsstrang wird in dem Dokument
US 7396314 B2 dargelegt. Solche Schwingungen können beispielsweise durch Komponenten eines Antriebsstrangs, zum Beispiel von einer schleifenden Kupplung, oder Motorkomponenten, wie einer axial schwingenden Kurbelwelle, hervorgerufen werden. Die Amplitude der Schwingungen kann zumindest teilweise durch Gegenschwingungen reduziert werden. Die Schwingungen und Gegenschwingungen stimmen hinsichtlich ihrer Amplitude und Frequenz überein, weisen jedoch einen Phasenunterschied auf, so dass es zu einer Kompensation der Schwingungen kommt. Die Gegenschwingungen werden hierbei über ein periodisches Antreiben oder Abbremsen einer Anfahrkupplung oder eines Getriebes in den Antriebsstrang eingeleitet.
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Die Druckschrift
US 2017/0369293 A1 beschreibt ein Fahrzeug, insbesondere ein Industriefahrzeug, mit einem Hubmast mit einem Ausleger und einer Vorrichtung, welche Vibrationen in Längsrichtung des Auslegers dämpft. Die Vorrichtung umfasst hierfür ein Dämpferelement, wie zum Beispiel eine Spiralfeder oder einen hydraulischen Dämpfer, welche jeweils in Längsrichtung des Auslegers, diesen mit dem Industriefahrzeug verbinden. Mittels einer Steuereinrichtung kann das Dämpferelement hinsichtlich von Dämpfereigenschaften an Betriebsdaten, wie Geschwindigkeit des Industriefahrzeugs oder Höhe des Hubmastes, angepasst werden.
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Die im Stand der Technik beschriebenen Konzepte beschäftigen sich mit einer Dämpfung von verschiedenen Schwingungen, die in einem Fahrzeug auftreten können. Dabei werden andere Beschleunigungen, die im Fahrbetrieb des Fahrzeugs vorkommen nicht berücksichtigt.
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Daraus ergibt sich die Aufgabe ein verbessertes Konzept zur Aufbauberuhigung eines Fortbewegungsmittels oder eines Fahrzeugs zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst gemäß den abhängigen und den unabhängigen Ansprüchen.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Konzept, welches der Aufbauberuhigung eines Fahrzeugs und damit einem erhöhten Fahrkomfort und einer verbesserten Fahrdynamik dient. Grundidee des Konzepts ist es auf das Fahrzeug wirkende Beschleunigungen zu bestimmen bevor sie, ggf. an einem Rad oder Achse des Fahrzeugs, auftreten und diese durch gezielt eingeleitete Gegenbeschleunigungen zu reduzieren. Im Fahrbetrieb des Fahrzeugs werden vor allem durch Überfahren von Unebenheiten einer Fahrbahn jedwede translatorische Beschleunigungen und Rotationsbeschleunigungen auf den Aufbau (Chassis, Fahrerkabine) des Fahrzeugs übertragen, insbesondere Beschleunigungen wie Vertikal-, Gier- und/oder Längsbeschleunigungen Das Konzept der Aufbauberuhigung sieht daher vor anhand von Informationen über Beschaffenheit und Lage der Unebenheiten (zum Beispiel Schlaglöcher oder Bodenschwellen) bevorstehende, auf das Fahrzeug wirkende Beschleunigungen (Vertikal-,Gier- und/oder Längsbeschleunigungen), abzuschätzen. Eine Reduzierung der Beschleunigungen wird durch Gegenbeschleunigungen erreicht. Gegenbeschleunigungen können zum Beispiel durch Bremsen oder eine Drehmomenterhöhung eines Motors oder an einzelnen oder mehreren Rädern erzeugt werden. Hierdurch kann eine zumindest teilweise Kompensation von Beschleunigungen und Gegenbeschleunigungen und somit eine Beruhigung des Aufbaus des Fahrzeugs erreicht werden.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Verfahren zur Aufbauberuhigung eines Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst ein Erfassen von Informationen über eine in einer Fahrstrecke des Fahrzeugs befindliche Unebenheit. Darüber hinaus umfasst das Verfahren ein Bestimmen einer bevorstehenden durch Überfahren der Unebenheit hervorgerufenen Beschleunigung basierend auf den Informationen über die Unebenheit. Des Weiteren umfasst das Verfahren ein Reduzieren der Beschleunigung durch Erzeugen einer Gegenbeschleunigung zu der bestimmten bevorstehenden Beschleunigung.
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Die Informationen können beispielsweise Art, Lage, Größe, Ausprägung und Gestalt der Unebenheit umfassen. Zum Beispiel im Fall einer Unebenheit in Form einer Senke oder Erhöhung in der Fahrstrecke kann abhängig davon, ob die Unebenheit in einer Kurve oder auf einer Geraden liegt und abhängig davon wie tief eine Senke oder wie hoch eine Erhöhung ist, durch Überfahren der Unebenheit eine unterschiedlich starke und unterschiedlich gerichtete Beschleunigung auf das Fahrzeug wirken.
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Durch Unebenheiten hervorgerufene Beschleunigungen können zum Beispiel Längs-, Gier- oder Vertikalbeschleunigungen sein. Typischerweise wirkt sich im realen Fahrbetrieb des Fahrzeugs eine Kombination der genannten Beschleunigungen auf den Aufbau des Fahrzeugs und damit auf Insassen des Fahrzeugs aus.
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Die Beschleunigung kann sowohl während des Überfahrens der Unebenheit, als auch nach Überfahren der Unebenheit auf das Fahrzeug übertragen werden. Die beim Überfahren der Unebenheit auftretende Energie kann teilweise von einem Fahrwerk an den Aufbau des Fahrzeugs weitergeleitet werden und teilweise im Fahrwerk (Dämpfer, Federn) gespeichert werden. Bei Speicherung der Energie werden im Fahrwerk Rückstellkräfte erzeugt. Durch Rückstellkräfte des Fahrwerks kann sich dadurch auch nach Überfahren der Unebenheit noch die Beschleunigung auf den Aufbau des Fahrzeugs auswirken. Ein Reduzieren der Beschleunigung meint daher eine Verringerung der Beschleunigung, welche während und/oder nach Überfahren der Unebenheit auftreten kann.
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In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Verfahren das Erfassen der Informationen über die in der Fahrstrecke des Fahrzeugs befindliche Unebenheit durch Übermitteln der Informationen von einem Sender an das Fahrzeug umfassen. Durch Übermitteln der Informationen von einem Sender (beispielsweise ein voranfahrendes Fahrzeug) an das Fahrzeug kann das Fahrzeug frühzeitig eine bevorstehende Beschleunigung bestimmen bevor es in die unmittelbare Nähe der Unebenheit kommt. Sender können beispielsweise feststehende Sender, wie zum Beispiel eine lokal feststehende Antenne mit einem Datenspeicher, einem Prozessor und einer Funkeinheit, oder ein mobiler Sender, wie beispielsweise ein vorausfahrendes Fahrzeug, sein. In einem Ausführungsbeispiel könnte zum Beispiel ein vorausfahrendes Fahrzeug über Sensorik Informationen über die in der Fahrstrecke des vorausfahrenden Fahrzeugs befindliche Unebenheit erfassen und an ein hinterherfahrendes Fahrzeug übermitteln. Das hinterherfahrende Fahrzeug kann damit frühzeitig eine bevorstehende Beschleunigung bestimmen noch bevor Vorderräder des Fahrzeugs die Unebenheit überfahren. Damit können Beschleunigungen, die auf die Vorderachse und auf eine Hinterachse wirken, durch Gegenbeschleunigungen reduziert werden können.
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In manchen Ausführungsbeispielen kann das Verfahren das Erfassen der Informationen über die in der Fahrstrecke des Fahrzeugs befindliche Unebenheit durch Übermitteln von zumindest einem fahrzeuginternen Sensor umfassen. Fahrzeuginterne Sensoren können beispielsweise an der Front des Fahrzeugs angebracht sein und die vor dem Fahrzeug liegende Fahrstrecke auf Unebenheiten prüfen und Informationen über die Unebenheiten messen. Die von zumindest einem Sensor gemessenen Informationen können schließlich zum Bestimmen einer Beschleunigung herangezogen werden, welche sich durch Überfahren der gemessenen Unebenheit ergibt. Mindestens ein Sensor könnte beispielsweise eine Time-Of-Flight-Kamera, ein Lidar- (von engl. „Light detection and Range“) oder Radarsensor sein. Eine weitere Möglichkeit besteht darin mehrere Sensoren eines gleichen oder eines unterschiedlichen Typs zur Erfassung der Informationen zu verwenden.
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Bei einer Verwendung von Sensoren zum Erfassen der Informationen kann ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens ein Erfassen von Auswirkungen auf zumindest ein Rad und/oder eine Radaufhängung des Fahrzeugs mit dem fahrzeuginternen Sensor umfassen. Hierbei kann der fahrzeuginterne Sensor beispielsweise ein Beschleunigungssensor sein, der eine Radbeschleunigung messen kann. Beim Überfahren der Unebenheit kann zum Beispiel eine vertikale Radbeschleunigung auf zumindest eines der Räder oder die Radaufhängung wirken, welche von dem Beschleunigungssensor gemessen werden kann. Die aus der Radbeschleunigung erfassten Informationen können dazu dienen eine Beschleunigung zu bestimmen, die beim Überfahren eines anderen Rades beim Überfahren der Unebenheit auf das Fahrzeug wirkt.
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In einem konkreten Fall kann beispielsweise ein rechtes Vorderrad des Fahrzeugs eine Unebenheit überfahren, wodurch auf dieses Rad eine Radbeschleunigung wirkt, welche von dem Beschleunigungssensor gemessen werden kann. Da ein rechtes Hinterrad des Fahrzeugs zum Beispiel im Fall einer Geradeausfahrt dieselbe Unebenheit überfährt, kann die gemessene Radbeschleunigung dazu herangezogen werden, um die Beschleunigung zu bestimmen, welche beim Überfahren der Unebenheit durch das rechte Hinterrad auf das Fahrzeug wirkt. Auf diese Weise kann zum Beispiel zwischen Beschleunigungen unterschieden werden, welche durch Überfahren von Unebenheiten durch das rechte beziehungsweise linke Hinterrad auf das Fahrzeug wirken.
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In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Verfahren das Erfassen der Informationen über die Unebenheit an Vorderrädern des Fahrzeugs durchgeführt werden. Das Erzeugen der Gegenbeschleunigung kann dann ein Ändern und ein Vorbereiten des Änderns eines Drehmomentes an zumindest einem Hinterrad umfassen. Beispielsweise können Informationen über die in der Fahrstrecke befindliche Unebenheit beim Überfahren der Unebenheit durch die Vorderräder erfasst werden. Das Erfassen der Informationen kann beispielsweise durch Messen mit an den Vorderrädern angebrachten Beschleunigungssensoren oder auch anderen Sensoren (beispielsweise zur Bestimmung der Einfederung) erreicht werden. Die erfassten Informationen dienen dem Bestimmen der Beschleunigung, die dadurch auf das Fahrzeug wirkt, dass die Hinterräder die Unebenheit überfahren. Durch Ändern des Drehmoments an zumindest einem Rad, insbesondere dem Hinterrad, kann bei, vor, und/oder nach Überfahren der Unebenheit durch die Hinterräder die Gegenbeschleunigung auf das Fahrzeug ausgeübt werden. Die Gegenbeschleunigung wirkt der Beschleunigung, welche durch Überfahren der Unebenheit durch die Hinterräder auftritt, entgegen, so dass die auf das Fahrzeug wirkende Beschleunigung reduziert oder in einem theoretischen Idealfall getilgt wird.
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Ein Reduzieren der Beschleunigung kann durch eine Änderung des an zumindest einem Rad des Fahrzeugs anliegenden Drehmoments erreicht werden, zum Beispiel durch Anlegen eines erhöhten Motordrehmoments. Da Motoren, wie zum Beispiel Verbrennungsmotoren, nicht in der Lage sind beispielsweise das ausgehende Motordrehmoment stufenweise zu regeln, können manche Ausführungsbeispiele der Erfindung ein Vorbereiten des Änderns des am Rad anliegenden Drehmoments aufweisen. Das Vorbereiten könnte etwa eine Vorsteuerung von Komponenten des Fahrzeugs sein. Zum Beispiel könnte der Motor des Fahrzeugs schon vor Erzeugen der Gegenbeschleunigung auf eine bestimmte Drehzahl geregelt werden, um bei Einleiten der Gegenbeschleunigung ein von der Drehzahl abhängiges Motordrehmoment abzugeben. Beispielsweise könnte aber auch ein Gangwechsel vollzogen werden, ein Reibmoment der Kupplung geändert werden oder im Fall von Elektromotoren von Motor- auf Generatorbetrieb umgeschaltet werden.
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In manchen Ausführungsbeispielen kann das Verfahren ein Auslesen der Informationen über die in der Fahrstrecke des Fahrzeugs befindliche Unebenheit aus einem Datenspeicher umfassen. Die von einem Sender übermittelten oder von zumindest einem Sensor erfassten Informationen über die in der Fahrstrecke eines Fahrzeugs befindliche Unebenheit können in einem lokalen oder netzwerkgebundenen Speicher, sprich auf einem dementsprechend angepassten Speicher (z.B. Festplattenlaufwerk oder in einer Cloud), abgespeichert werden. Dies hat den Vorteil, dass das Fahrzeug bei einem wiederholten Befahren einer gleichen Strecke Informationen über Unebenheiten frühzeitig auslesen und beispielsweise eine beim Überfahren von Vorder- und Hinterachse auftretende Beschleunigung durch Gegenbeschleunigung ausregeln kann. In diesem Fall könnten am Fahrzeug angebrachte Sensoren beim wiederholten Befahren einer gleichen Strecke Informationen über Unebenheiten der Strecke messen und mit gespeicherten Informationen vergleichen, diese korrigieren, anpassen oder einen Mittelwert aus gemessenen und gespeicherten Informationen bilden.
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Zusätzlich dazu können manche Ausführungsbeispiele des Verfahrens ein Erfassen einer bei und/oder nach Überfahren der Unebenheit auftretenden Restbeschleunigung des Fahrzeugs und Berücksichtigen der Restbeschleunigung bei einem späteren Erzeugen einer Gegenbeschleunigung umfassen. Die Restbeschleunigung tritt auf, falls die Gegenbeschleunigung die durch Überfahren der Unebenheit auftretenden Beschleunigung nicht vollständig kompensiert. Das Auftreten einer Restbeschleunigung kann zum Beispiel auf Messfehlern, auf einer fehlerhaften Bestimmung der bevorstehenden Beschleunigung oder auf Umwelteinflüssen beruhen. Unter Berücksichtigung der Restbeschleunigung können dann bei wiederholtem Befahren der gleichen Fahrstrecke, beispielsweise festgestellte Messfehler beim Bestimmen der auf das Fahrzeug wirkenden Beschleunigung, mit einbezogen werden. Auch kann eine zeitliche Veränderung der auf der Fahrstrecke befindlichen Unebenheiten festgestellt werden. Zum Beispiel kann eine veränderte Tiefe oder Größe einer in der Fahrstrecke befindlichen Senke festgestellt werden und über die Senke abgespeicherte Informationen können damit basierend auf der gemessenen Restbeschleunigung aktualisiert werden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ein Computerprogramm zur Durchführung eines hierin beschriebenen Verfahrens, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft. Eine Vorrichtung mit einer Kontrolleinrichtung, die ausgebildet ist, um eines der hierin beschriebenen Verfahren auszuführen ist ebenfalls ein weiteres Ausführungsbeispiel. Manche Ausführungsbeispiele umfassen ein Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele, auf welche Ausführungsbeispiele generell jedoch nicht insgesamt beschränkt sind, näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Aufbauberuhigung eines Fahrzeugs.
- 2 ein Schaubild zur Illustration von Ausführungsbeispielen eines Fahrzeugs und einer Vorrichtung zur Aufbauberuhigung des Fahrzeugs.
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Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Optionale Merkmale oder Komponenten sind dabei in gestrichelten Linien dargestellt.
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Obwohl Ausführungsbeispiele auf verschiedene Weise modifiziert und abgeändert werden können, sind Ausführungsbeispiele in den Figuren als Beispiele dargestellt und werden hierin ausführlich beschrieben. Es sei jedoch klargestellt, dass nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die jeweils offenbarten Formen zu beschränken, sondern dass Ausführungsbeispiele vielmehr sämtliche funktionale und/oder strukturelle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die im Bereich der Erfindung liegen, abdecken sollen.
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Man beachte, dass ein Element, das als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „verkoppelt“ bezeichnet wird, mit dem anderen Element direkt verbunden oder verkoppelt sein kann oder dass dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn ein Element dagegen als „direkt verbunden“ oder „direkt verkoppelt“ mit einem anderen Element bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Andere Begriffe, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten auf ähnliche Weise interpretiert werden (z.B., „zwischen“ gegenüber „direkt dazwischen“, „angrenzend“ gegenüber „direkt angrenzend“ usw.).
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Die Terminologie, die hierin verwendet wird, dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll die Ausführungsbeispiele nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „einer“, „eine“, „eines“ und „der“, „die“, „das“ auch die Pluralformen beinhalten, solange der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Ferner sei klargestellt, dass die Ausdrücke wie z.B. „beinhaltet“, „beinhaltend“, „aufweist“, „umfasst“, „umfassend“ und/oder „aufweisend“, wie hierin verwendet, das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem bzw. einer oder mehreren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
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1 zeigt ein Ablaufprogramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 10 zur Aufbauberuhigung eines Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst ein Erfassen 11 von Informationen über eine in einer Fahrstrecke des Fahrzeugs befindliche Unebenheit. Darüber hinaus umfasst das Verfahren ein Bestimmen 12 einer bevorstehenden durch Überfahren der Unebenheit hervorgerufenen Beschleunigung basierend auf den Informationen über die Unebenheit. Des Weiteren umfasst das Verfahren ein Reduzieren 13 der Beschleunigung durch Erzeugen einer Gegenbeschleunigung zu der bestimmten bevorstehenden Beschleunigung.
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In Ausführungsbeispielen kommen als Fahrzeuge jedwede bodengebundenen Fortbewegungsmittel in Betracht, Beispiele sind Personenkraftwagen, Lastkraftwagen oder Zweiräder. Eine Aufbauberuhigung des Fahrzeugs im Sinne von Ausführungsbeispielen meint dabei eine Reduzierung der Beschleunigungen, die beim Fahren von den Rädern auf ein Chassis und eine Fahrerkabine übertragen werden. Vor allem durch Überfahren der Unebenheit (zum Beispiel Senke oder Bodenwelle) wirken für Insassen spürbare Beschleunigungen auf das Fahrzeug und insbesondere auf die Fahrzeugkabine, welche durch das Verfahren 10 reduziert werden sollen.
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Das hierin beschriebene Verfahren 10 zur Aufbauberuhigung umfasst insbesondere ein Erfassen 11 von Informationen über die Unebenheit. Informationen über die Unebenheit können dabei Informationen über Art, Lage, Größe, Ausprägung und Gestalt der Unebenheit umfassen. Die Informationen können beispielsweise gemessen werden, sich aus Messwerten ergeben, gespeichert sein oder aber auch auf Erfahrungswerten basieren wie die folgende Erläuterung zeigen wird.
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Die erfassten Informationen ermöglichen ein Bestimmen 12 einer bevorstehenden durch Überfahren der Unebenheit hervorgerufenen Beschleunigung. Beim Bestimmen 12 können in manchen Ausführungsbeispielen neben den erfassten Informationen über die Unebenheit außerdem Fahrzeugdaten, Fahrdaten und/oder äußere Bedingungen in die Bestimmung der Beschleunigung mit einbezogen werden. So wirkt zum Beispiel abhängig von Fahrzeuglänge, Fahrzeuggewicht, Radaufhängung, Federweg, Antriebsart, Fahrzeugbereifung und weiteren möglichen fahrzeugspezifischen Merkmalen eine unterschiedliche Beschleunigung auf unterschiedliche Fahrzeuge. Genauso ist es möglich, dass beim Bestimmen 12 der Beschleunigung in manchen Ausführungsbeispielen Fahrdaten wie zum Beispiel Geschwindigkeit und/oder Einlenkwinkel oder äußere Umstände wie Wettereinflüsse oder Anzahl und Gewicht der Insassen dabei berücksichtigt werden.
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Anhand der Bestimmung der bevorstehenden Beschleunigung umfasst das Verfahren 10 außerdem ein Reduzieren 13 der Beschleunigung durch Erzeugen einer Gegenbeschleunigung. Die Gegenbeschleunigung entspricht typischerweise der Beschleunigung in entgegengesetzter Richtung. Sprich, eine nach oben gerichtete Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugs kann durch eine nach unten gerichtete Vertikalbeschleunigung reduziert oder idealerweise kompensiert werden. Auf gleiche Weise können Gier- und Längsbeschleunigungen reduziert werden. Gegenbeschleunigungen können in dem Fahrzeug zum Beispiel über eine positive oder negative Änderung des Drehmoments an den Rädern eingeleitet werden. Eine negative Änderung des Drehmoments kann beispielsweise ein Bremsvorgang, eine positive Änderung ein Beschleunigungsvorgang sein. Die durch den Bremsvorgang eingeleitete Gegenbeschleunigung entspricht einer Längsbeschleunigung entgegen, und die des Beschleunigungsvorgangs einer Längsbeschleunigung entlang einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs. Zudem kommt es durch Trägheitskräfte zu sogenannten Nickbewegungen des Fahrzeugs, bei denen der Brems- oder Beschleunigungsvorgang unterschiedliche Vertikalbeschleunigungen auf eine Hinter- und eine Vorderachse des Fahrzeugs erzeugen. Beim Bremsvorgang erfährt das Chassis des Fahrzeugs im Bereich der Hinterachse eine nach oben gerichtete Vertikalbeschleunigung und die Vorderachse eine nach unten gerichtete Vertikalbeschleunigung. Beim Beschleunigungsvorgang wirken gegenüber dem Bremsvorgang jeweils Vertikalbeschleunigungen in umgekehrter Richtung auf die Bereiche des Chassis'. Durch eine unterschiedliche oder unterschiedlich starke negative oder positive Änderung des Drehmoments an einzelnen Rädern des Fahrzeugs kann außerdem eine Gierbeschleunigung auf das Fahrzeug ausgeübt werden. Das Reduzieren 13 der auf das Fahrzeug wirkenden Beschleunigungen kann solche Effekte nutzen, um gezielte Gegenbeschleunigungen in das Fahrzeug einzuleiten, die den durch Unebenheiten hervorgerufenen Beschleunigungen entgegenwirken. Im tatsächlichen Betrieb sind Kombinationen der verschiedenen Beschleunigungen denkbar und auch zu erwarten. Ausführungsbeispiele können durch entsprechende Gegenbeschleunigungen entsprechend auch auf solche Beschleunigungen reagieren.
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In einem Ausführungsbeispiel könnten zum Beispiel Informationen über die in der Fahrstrecke befindliche Unebenheit durch Sensoren an den Vorderrädern des Fahrzeugs erfasst werden. Die Sensoren könnten beispielsweise eine auf die Vorderräder wirkende Radbeschleunigung oder eine Änderung eines Federweges an den Vorderrädern messen. Ein Beispiel für die Unebenheit könnte etwa eine Erhöhung wie eine Bodenschwelle sein. Anhand der an den Vorderrädern erfassten Informationen kann die Beschleunigung bestimmt werden, welche auf das Fahrzeug wirkt, sobald die Hinterräder die Bodenschwelle überfahren. Typischerweise wirken durch Überfahren der Bodenschwelle mit den Hinterrädern insbesondere eine der Fahrtrichtung entgegen gerichtete Längsbeschleunigung auf das Fahrzeug, eine nach oben gerichtete Vertikalbeschleunigung auf das Chassis im Bereich der Hinterachse und eine nach unten gerichtete Vertikalbeschleunigung im Bereich der Vorderachse. Durch eine gezielte Erhöhung des Drehmoments (Beschleunigungsvorgang) an den Hinterrädern und/oder an den Vorderrädern kann, wie oben erwähnt, eine Gegenbeschleunigung erzeugt werden, die sowohl der durch die Unebenheiten erzeugten Längsbeschleunigung, als auch der dadurch hervorgerufenen Vertikalbeschleunigungen entgegenwirkt und diese somit reduziert oder tilgt. Auf diese Weise können auch Beschleunigungen reduziert werden, die durch Überfahren von Unebenheiten wie Schlaglöchern, Senken oder Bordsteinkanten hervorgerufen werden. Um eine Gierbeschleunigung des Fahrzeugs zu reduzieren kann es vorteilhaft sein die Räder, zum Beispiel über sogenanntes „Torque Vectoring“ einzeln anzusteuern. Darüber hinaus können ein oder mehrere Maßnahmen zum Vorbereiten der Gegenbeschleunigung ergriffen werden. Diese können ein Vorsteuern von Fahrzeugkomponenten sein bevor die Gegenbeschleunigung eingeleitet wird, um physikalische Kenngrößen des Motors (z.B. Drehzahl, Drehmoment, Leistung, Übersetzung) auf die bevorstehende Gegenbeschleunigung anzupassen. Zum Beispiel könnte das ein Anpassen einer Motordrehzahl, ein Umschalten eines Elektromotors vom Motor- zum Generatorbetrieb, ein Ändern eines Reibmoments einer Kupplung oder ein Gangwechsel sein.
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Insbesondere kann durch eine Erhöhung der Motordrehzahl eine Verspannung in einem Triebstrang erzeugt werden. Verzögert zur Erhöhung der Motordrehzahl kann dadurch eine Drehmomenterhöhung an einem Rad oder mehreren Rädern erzeugt werden. Durch gezielte Verringerung des Motordrehmoments kann nach Überfahren der Unebenheit ein Überschwingen des an den Rädern anliegenden Drehmoments vermieden werden.
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Des Weiteren kann beim Vorbereiten der Gegenbeschleunigung ein Schlupf der Räder berücksichtigt werden, welcher bei einer Drehmomenterhöhung an den Rädern entstehen kann.
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Der Schlupf erfordert beispielsweise ein kurzzeitig höheres Motordrehmoment, um eine Drehzahlerhöhung der Räder und damit eine Gegenbeschleunigung einzuleiten.
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Die Erfassung der Informationen an den Vorderrädern des Fahrzeugs ermöglicht in dem genannten Ausführungsbeispiel lediglich eine Aufbauberuhigung bei und/oder nach Überfahren der Unebenheit durch die Hinterräder des Fahrzeugs. Für eine Aufbauberuhigung an den Vorder- und Hinterrädern des Fahrzeugs ist eine frühzeitige Erfassung der Informationen notwendig bevor die Vorderräder die Unebenheit überfahren.
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Weitere Ausführungsbeispiele, welche in 2 dargestellt sind, ermöglichen eine frühzeitige Erfassung der Informationen und können somit auch eine Aufbauberuhigung an den Vorder- und Hinterrädern erwirken.
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In 2 ist neben dem Fahrzeug 220, ein weiteres Fahrzeug 230 und ein feststehender Sender 210 abgebildet. Zusätzlich oder alternativ kann das Fahrzeug 220 neben dem Sensor 224, welcher Informationen über die Unebenheit 240 an dem Vorderrad erfasst, mit einem Sensor 223 ausgestattet sein, der ausgebildet ist, die vor dem Fahrzeug 220 liegende Fahrstrecke zu prüfen. So kann der Sensor 223 Informationen über die in der Fahrstrecke vor dem Fahrzeug befindliche Unebenheit 240 erfassen. Wie schon erwähnt, kann ein solcher Sensor 223 zum Beispiel eine Time-Of-Flight-Kamera, ein Lidar- oder Radarsensor sein. Des Weiteren ist ein solcher Sensor 223 ausgebildet die erfassten Informationen an eine Vorrichtung 222 zu übermitteln.
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Die Vorrichtung 222 umfasst eine oder mehrere Schnittstellen, welche ausgebildet sind, um Informationen über die Unebenheit zu erfassen. Zum Beispiel kann die Vorrichtung 222 die Informationen durch die Übermittlung der Informationen von den Sensoren 223 und 224 erfassen. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 222 eine Kontrolleinrichtung (hier nicht gezeigt), die ausgebildet ist, um die Schnittstellen zu kontrollieren. Einerseits könnte die Kontrolleinrichtung die Informationen von den Sensoren 223 und 224 empfangen, aber diese auch steuern. So könnten beispielsweise die Sensoren 223 und 224 derart gesteuert werden, so dass diese zum Beispiel gepulste Messungen durchführen.
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Die Kontrolleinrichtung ist des Weiteren ausgebildet, um anhand der erfassten Informationen die Beschleunigung zu bestimmen, die das Fahrzeug 220 durch Überfahren der Unebenheit 240 mit einem oder mehreren Rädern erfährt. Basierend auf der bestimmten Beschleunigung kann die Kontrolleinrichtung dann eine Gegenbeschleunigung bestimmen und über die Änderung des Drehmoments an den einzelnen Rädern einleiten. Für eine Änderung des Drehmoments können typischerweise ein Motor oder einzelne Radbremsen angesteuert werden. Durch Ansteuerung des Motors kann zum Beispiel eine positive Änderung (Beschleunigungsvorgang) aber auch eine negative Änderung (Motorbremse) des Drehmoments erreicht werden. Mithilfe von Radbremsen kann typischerweise eine größere negative Änderung des Drehmoments an einem oder mehreren Rädern erreicht werden. Insbesondere bei Elektrofahrzeugen, bei denen jedes Rad über einen separaten Motor angetrieben wird, ergeben sich hinsichtlich der Erzeugung der Gegenbeschleunigung vielerlei Möglichkeiten, z.B. einzelnen Räder im Generatorbetrieb (negative Beschleunigung) während andere Räder im Motorbetrieb (positive Beschleunigung) sind.
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Die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele beschäftigen sich vor allem mit dem Erfassen 11 der Informationen über die Unebenheit 240 über fahrzeuginterne Sensoren 223 und 224. In 2 sind neben der Erfassung der Informationen durch Sensoren 223 und 224 drei weitere grundsätzliche Möglichkeiten des Erfassens 11 von Informationen über die Unebenheit 240 abgebildet. Die unterschiedlichen Erfassungsvarianten für die verschiedenen Ausführungsbeispiele sind dabei mit gestrichelten Linien dargestellt. In manchen Ausführungsbeispielen können auch Kombinationen der Varianten vorkommen.
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In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die Informationen über die in der Fahrstrecke befindliche Unebenheit 240 zum Beispiel von dem Sensor 231 eines vorausfahrenden Fahrzeugs 230 erfasst werden. Die erfassten Informationen können dann über einen Sender 232 an die Vorrichtung 222 des hinterherfahrenden Fahrzeugs 220 übermittelt werden. Dieses Erfassen 11 der Informationen über die Unebenheit 240 kann alternativ oder zusätzlich zum Erfassen 11 der Informationen mittels Sensoren 223 und 224 passieren. So können etwa die Informationen des Sensors 231 mit Informationen der Sensoren 223 und 224 verglichen werden, um eine Beschaffenheit der Unebenheit 240 genauer abzuschätzen. Eine weitere Möglichkeit wäre, dass die Vorrichtung 222 ausschließlich die Information des Senders 232 erfasst und die Sensoren 223 und 224 somit inaktiv oder gar nicht vorhanden sein können.
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In weiteren Ausführungsbeispielen könnten die Informationen über die in der Fahrstrecke befindliche Unebenheit 240 durch Übermittlung der Informationen von einem feststehenden Sender 210 an die Vorrichtung 222 erfasst werden. Der feststehende Sender 210 könnte dabei die Informationen auf einem Datenspeicher (hier nicht gezeigt) gespeichert haben, aus dem Datenspeicher abrufen und an die Vorrichtung 222 per Funk übermitteln. Die auf dem Datenspeicher gespeicherten Informationen könnten wiederum von dem Sensor 231 des Fahrzeugs 230 erfasst und über den Sender 232 an ein Empfangsmodul (hier nicht gezeigt) übermittelt und in dem Datenspeicher des feststehenden Senders 210 gespeichert worden sein. Als Technologien für die die schnurloses Datenübermittlung sind dabei jedwede Funktechnologien denkbar. Beispiele sind Car-to-Car (C2C), 802.11p, Vehicle-to-Vehicle (V2V), usw.
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Ein Datenspeicher (digitales Speichermedium) 221 könnte in manchen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung auch direkt mit dem Fahrzeug 220 verbunden sein. Der Datenspeicher 221 könnte dabei in dem Fahrzeug 220 verbaut sein (zum Beispiel ein lokales Festplattenlaufwerk oder ein anderer lokal verbauter Speicher) oder über ein Netzwerk mit dem Fahrzeug 220 verbunden sein (wie zum Beispiel eine Cloud). Auf dem Datenspeicher 221 könnten Informationen über eine in der Fahrstrecke befindliche Unebenheit, die beispielsweise von den Sensoren 223 und 224 gemessen oder von Sendern 232 oder 210 an die Vorrichtung 222 übermittelt wurden, gespeichert werden. Bei einem erneuten Befahren der gleichen Fahrstrecke können diese Informationen dann vom Datenspeicher 221 an die Vorrichtung 222 übermittelt und verarbeitet werden.
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Weitere Ausführungsbeispiele können ausgebildet sein, um eine Kombination der Erfassung von Informationen über die Unebenheit 240 zu ermöglichen. Beispielsweise könnten die Informationen sowohl von Sensoren, wie 223 und 224, als auch von Sendern, wie 210 und 232 erfasst werden. Durch eine solche Kombination der Erfassung der Informationen könnte die Bestimmung der Gegenbeschleunigung präzisiert werden, zum Beispiel basierend auf einem Mittelwert der erfassten Informationen. Basierend darauf kann die Vorrichtung 222 dann die Gegenbeschleunigung zur Aufbauberuhigung in das Fahrzeug einleiten.
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Trotz eingeleiteter Gegenbeschleunigung kann bei und/oder nach Überfahren der Unebenheit 240 eine Restbeschleunigung auf das Fahrzeug wirken, da es in der Praxis vorkommt, dass die vorherbestimmte Beschleunigung oder die Gegenbeschleunigung gegenüber den tatsächlichen Verhältnissen Abweichungen aufweisen. Ein Auftreten der Restbeschleunigung kann mehrere Ursachen haben.
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Eine Möglichkeit könnte sein, dass eine Ausprägung oder Kombination von auf das Fahrzeug wirkenden Längs-, Gier- und Vertikalbeschleunigungen nicht durch Ändern des Drehmoments an den einzelnen Rädern ausgeglichen werden kann. Dies kann der Fall sein, wenn zum Beispiel ein tiefes und großes Schlagloch mit hoher Geschwindigkeit durchfahren wird. Auch Beschleunigungen, die bei einer Fahrt über Kopfsteinpflaster auftreten, können aufgrund einer hohen Frequenz möglicherweise nicht so reduziert werden, wie Beschleunigungen mit einer geringeren Änderungsrate.
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Eine andere Möglichkeit ist, dass die durch Überfahren der Unebenheit 240 auftretende Beschleunigung fehlerhaft geschätzt oder bestimmt wird, so dass basierend darauf eine fehlerhafte Gegenbeschleunigung bestimmt und eingeleitet wird. Die fehlerhafte Bestimmung der Beschleunigung kann wiederum auf fehlerhaften oder veralteten gemessenen oder übermittelten Informationen über die Unebenheit 240 basieren. Dies hat möglicherweise zur Folge, dass die auftretende Beschleunigung nicht optimal reduziert werden kann und die Restbeschleunigung bestehen bleibt. In diesem Fall könnte die Restbeschleunigung durch zusätzliche oder im Fahrzeug vorhandene Sensoren (zum Beispiel Beschleunigungssensoren) erfasst und in dem Datenspeicher 221 gespeichert werden. Bei einem erneuten Befahren der gleichen Strecke, könnten gespeicherte Werte der gemessenen Restbeschleunigung herangezogen werden, um eine genauere Bestimmung der Gegenbeschleunigung zu erreichen. So könnten von Sensoren 223 und/oder 224 und/oder Sendern, wie 210 oder 232, erfasste fehlerhafte Informationen anhand von Werten der Restbeschleunigungen korrigiert werden, um den Fahrkomfort für Insassen des Fahrzeugs zu steigern. Ausführungsbeispiele können so ggf. lernfähige Systeme schaffen.
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Weitere Ausführungsbeispiele sind Computerprogramme zur Durchführung eines der hierin beschriebenen Verfahren, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, einem Prozessor, oder einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft. Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-Ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einer programmierbaren Hardwarekomponente derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird.
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Eine programmierbare Hardwarekomponente kann durch einen Prozessor, einen Computerprozessor (CPU = Central Processing Unit), einen Grafikprozessor (GPU = Graphics Processing Unit), einen Computer, ein Computersystem, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC = Application-Specific Integrated Circuit), einen integrierten Schaltkreis (IC = Integrated Circuit), ein Ein-Chip-System (SOC = System on Chip), ein programmierbares Logikelement oder ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor (FPGA = Field Programmable Gate Array) gebildet sein.
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Das digitale Speichermedium kann daher maschinen- oder computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem oder einer programmierbare Hardwarekomponente derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Ein Ausführungsbeispiel ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
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Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Programm, Firmware, Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode oder als Daten implementiert sein, wobei der Programmcode oder die Daten dahin gehend wirksam ist bzw. sind, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft. Der Programmcode oder die Daten kann bzw. können beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger oder Datenträger gespeichert sein. Der Programmcode oder die Daten können unter anderem als Quellcode, Maschinencode oder Bytecode sowie als anderer Zwischencode vorliegen.
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
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Bezugszeichenliste
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- Verfahren zur Aufbauberuhigung eines Fahrzeugs
- 11
- Erfassen von Informationen über eine in der Fahrstrecke befindliche Unebenheit
- 12
- Bestimmen einer bevorstehenden durch Überfahren des Unebenheit hervorgerufenen Beschleunigung basierend auf den Informationen über die Unebenheit
- 13
- Reduzieren der Beschleunigung bei Überfahren der Unebenheit durch Erzeugen einer Gegenbeschleunigung zu der bestimmten bevorstehenden Beschleunigung
- 210
- Feststehender Sender
- 220
- Fahrzeug
- 221
- Datenspeicher
- 222
- Vorrichtung zur Aufbauberuhigung
- 223
- Sensor zur Erfassung von Informationen über die vor dem Fahrzeug befindliche Unebenheit
- 224
- Sensor zur Erfassung von Informationen der Unebenheit an einem Vorderrad
- 230
- Vorausfahrendes Fahrzeug
- 231
- Sensor des vorausfahrenden Fahrzeugs zur Erfassung der Unebenheit
- 232
- Sender
- 240
- Unebenheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6569059 B1 [0003]
- US 7396314 B2 [0004]
- US 2017/0369293 A1 [0005]
