EP4676790A1 - Verfahren und steuergerät zum kombinierten ansteuern von pflugbremse und antrieb/betriebsbremse - Google Patents

Verfahren und steuergerät zum kombinierten ansteuern von pflugbremse und antrieb/betriebsbremse

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Publication number
EP4676790A1
EP4676790A1 EP23728299.1A EP23728299A EP4676790A1 EP 4676790 A1 EP4676790 A1 EP 4676790A1 EP 23728299 A EP23728299 A EP 23728299A EP 4676790 A1 EP4676790 A1 EP 4676790A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
steered
brake
wheels
plow
Prior art date
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Pending
Application number
EP23728299.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Riese
Thomas Kurz
Matthias Ehrmann
Tobias Ritz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4676790A1 publication Critical patent/EP4676790A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D9/00—Steering deflectable wheels not otherwise provided for
    • B62D9/007—Emergency systems using the steering system for braking

Definitions

  • the invention relates to a method for the combined control of plough brake and drive and/or service brake, a corresponding control device, and a corresponding computer program product
  • a right wheel and a left wheel on an axle are traditionally steered by a steering wheel of the vehicle through a common steering gear.
  • a "steer-by-wire" version of the steering there is no mechanical connection between the steering wheel and the steering gear and thus to the steered wheels.
  • Steering movements are converted into electrical signals at the steering wheel and transmitted to the control unit of the actual steering actuator.
  • the right and left wheels are still steered by a common steering gear in a central steer-by-wire system and are thus kinematically coupled.
  • each wheel in "steer-by-wire" steering systems can be controlled by an individual wheel steering actuator.
  • toe angles can be set independently of each other on each steered wheel of a vehicle.
  • the different toe angles make it possible to utilize the kinematics of the chassis and to control a vertical movement of the vehicle's axle kinematics over the respective wheels individually.
  • the wheels on one axle roll in different directions due to different toe angles when the vehicle is moving. Since the vehicle, including the wheels, can only move in one resulting direction, the different toe angles create slip angles on the steered wheels in relation to the vehicle orientation and thus lateral forces or transverse forces. Depending on the extent of these lateral forces, the chassis is tensioned. The tension can also raise or lower the vehicle at the steered wheels. The components of the lateral forces directed in the direction of vehicle movement when the toe angles of the individual wheels are adjusted symmetrically produce a braking effect.
  • the raising or lowering of the vehicle by the kinematics and/or bracing of the chassis is used by wheel-individual toe angle actuation to at least partially compensate for the raising or lowering due to a pitching moment.
  • the pitching movement of the vehicle can be influenced by targeted driving or braking of the vehicle.
  • the approach presented here can at least partially prevent pitching movements of the vehicle body. By setting a balance between the pitching moment caused by driving or braking and the toe angles in the plow position, the pitching movements can even be essentially completely compensated.
  • a method of combined control of the plow brake and drive/service brake is presented, wherein when a braking torque is applied to braked wheels of the vehicle at low speed, a steered right wheel and a steered left wheel of the vehicle are steered with opposite toe angles in order to at least partially compensate for a pitching movement of the vehicle caused by the braking torque by a vertical movement due to the oppositely steered wheels, wherein when a drive torque is applied to driven wheels of the vehicle, the steered wheels are steered back in order to at least partially compensate for a pitching movement caused by the drive torque by an opposite vertical movement due to the steering back.
  • a plow angle or a V-angle can be set between the wheels.
  • the plow angle or the V-angle tensions the chassis of the axle.
  • the plow angle can cause a lateral pressure force on the chassis of the axle in the y-direction of the center of the axle.
  • the wheels move apart outwards.
  • the V-angle can cause a pulling force on the chassis in the y-direction of the vehicle away from the center.
  • a pitching movement caused by starting off can be compensated for by lowering the chassis when steering back.
  • the drive torque can be applied to the unsteered wheels and/or the steered wheels.
  • no braking torque can be applied to the steered wheels.
  • the steered wheels are either driven or are free-rolling. This means that low steering forces may be required.
  • the steered wheels can be steered with different opposing toe angles if the vehicle pulls to one side during deceleration.
  • the resulting plough angle or V-angle can remain constant in magnitude.
  • the vehicle can be kept under control by using variable toe angles.
  • the different track angles allow the vehicle to be steered straight ahead.
  • the steered wheels can be steered with different opposing toe angles when the vehicle is steered in one direction during deceleration.
  • a resulting plough angle or V-angle can remain the same in magnitude.
  • the different toe angles allow the vehicle to be steered on a predetermined trajectory even when using the approach presented here.
  • a braking torque can be applied asymmetrically to at least one right wheel of the vehicle and to at least one left wheel of the vehicle if the vehicle pulls to one side during deceleration.
  • a stabilizing yaw moment can be generated by asymmetric braking intervention. The wheels can still be steered differently.
  • the steered wheels can be turned with opposite toe angles to hold the vehicle.
  • the oppositely turned wheels can prevent the vehicle from rolling away due to the resulting lateral forces in the vehicle's longitudinal direction.
  • the stopping can be supported by wheel brakes.
  • the method is preferably computer-implemented and can be implemented, for example, in software or hardware or in a hybrid form of software and hardware, for example in a driver assistance system.
  • control device is designed to carry out, control or implement the steps of a variant of the method presented here in corresponding devices.
  • the control unit can be an electrical device with at least one computing unit for processing signals or data, at least one storage unit for storing signals or data, and at least one interface and/or a communication interface for reading in or outputting data that is embedded in a communication protocol.
  • the computing unit can be, for example, a signal processor, a so-called system ASIC or a microcontroller for processing sensor signals and outputting Data signals depending on the sensor signals.
  • the storage unit can be, for example, a flash memory, an EPROM or a magnetic storage unit.
  • the interface can be designed as a sensor interface for reading in the sensor signals from a sensor and/or as an actuator interface for outputting the data signals and/or control signals to an actuator.
  • the communication interface can be designed to read in or output the data wirelessly and/or via a cable.
  • the interfaces can also be software modules that are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.
  • a computer program product or computer program with program code that can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out, implement and/or control the steps of the method according to one of the embodiments described above, in particular when the program product or program is executed on a computer or device.
  • Fig. 1 shows a representation of a plough position in a vehicle with individual wheel steering actuators using a method according to an embodiment
  • Fig. 2 shows a sequence of a plow brake actuation according to an embodiment.
  • Fig. 1 shows a representation of a plow position in a vehicle 100 with individual wheel steering actuators 102 using a method according to an exemplary embodiment.
  • the vehicle 100 has the individual wheel steering actuators 102 on at least one axle 104.
  • the individual wheel steering actuators 102 are controlled electronically in a "steer-by-wire" system.
  • the axle 104 shown here is a front axle of the vehicle 100. However, the axle 104 can alternatively or additionally also be a rear axle of the vehicle 100.
  • wheels 108 of the vehicle 100 are steered with opposite toe angles 110 when the vehicle is braked.
  • the wheels 108 are steered with symmetrical toe angles to a plow brake 112.
  • the wheels 108 have a plow angle to each other.
  • lateral forces 114 are generated on the wheels 108.
  • the lateral forces 114 act proportionally in the longitudinal direction of the vehicle and in the transverse direction.
  • the transverse forces 116 are opposite on the two wheels 108 and brace a chassis of the axle 104, in particular via the chassis parameters of spread and caster.
  • the longitudinal forces 118 are in the same direction and brake the vehicle 100.
  • An inclination of the wheels 108 by the track angle 110 causes a vertical movement 120 of a body of the vehicle 100 over the axle 104 due to the steering axes of the chassis being aligned obliquely to the ground due to the spread and caster.
  • the bracing of the chassis can increase the vertical movement 120.
  • the vertical movement 120 counteracts a pitching movement 122 of the
  • Vehicle 100 due to a braking torque to slow down the vehicle 100.
  • the vertical movement 120 can at least partially compensate for the pitching movement 122.
  • the plow brake 112 is released when the vehicle 100 starts moving. When released, the wheels 108 are again aligned essentially parallel to one another and the vehicle 100 can start moving without braking. The braking effect of the plow brake 112 is not reduced abruptly, but rather smoothly. This enables a jerk-free start.
  • the drive or the service brake causes the vehicle to pitch, which counteracts the tension and the associated vertical movement (caused by the plow steering). It is not about the process of braking using the plow brake itself, but about enabling the most comfortable driving experience possible with little pitching when starting or braking by combining the plow position with the drive and service brake.
  • an alignment of the plow brake 112 is adjusted when the vehicle executes a yaw movement. To do this, the toe angle 110 of one wheel 108 is reduced, while the toe angle 110 of the other wheel 108 is increased.
  • the vehicle 100 can execute the yaw movement if one of the wheels 108 has a different coefficient of friction than the other wheel against a surface. The different coefficient of friction directly causes different lateral forces 114 and accordingly an imbalance of the forces acting on the vehicle 100. By changing the plow brake 112, balanced lateral forces 114 arise and the vehicle 100 continues to move straight ahead.
  • the orientation of the plow brake 112 is changed when the vehicle 100 is to steer to one side. To do this, the toe angle 110 of one wheel 108 is reduced, while the toe angle 110 of the other wheel 108 is increased.
  • the different toe angles 110 cause different lateral forces 114.
  • the different lateral forces 114 cause a yaw moment that causes the vehicle 100 to rotate about its vertical axis.
  • the wheels 108 are left in the plow brake 112 after the vehicle 100 has come to a standstill. The plow brake 112 prevents the vehicle 100 from rolling, for example on a slope.
  • Fig. 2 shows a sequence of plow brake actuation according to an embodiment.
  • Situations 202 such as stop & go on a slope, approaching a traffic light or a stop sign, an emergency braking situation, a right-of-way situation, a hill hold situation or a starting situation on a hill or driving off after parking are recognized by a situation recognition 200, which can be carried out optically, acoustically, via inertial sensors or based on a traffic flow.
  • a combined control 204 of the individual wheel steering actuators, drive system or braking system then takes place.
  • the plow brake is actuated when braking, then the plow brake is released again and the drive is switched on when the chassis relaxes.
  • Today's steering systems consist of a central actuator that turns the left and right wheels approximately equally. In the majority of vehicles available on the market, such a central actuator is only installed on the front axle and there is a mechanical connection between the steering wheel and the steered wheels.
  • By-wire systems with wheel-specific steering actuators can switch between steering wheel angle and Wheel steering angles set different steering actuator positions and thus different wheel steering angles. Due to the lack of kinematic coupling of the left and right wheels, the actuators of such a steering system can also be steered in opposite directions, which slows down the vehicle, which is called a plow brake.
  • the system can also be used as a parking brake, which prevents the vehicle from moving unintentionally.
  • this parking function of the parking brake can be provided in conjunction with other braking systems (friction brakes, brakes in the transmission/drive) in order to meet the requirements for the parking brake functionality.
  • one system does not take over the entire holding function on its own, but can and will be supported by another system only in special situations.
  • the function of the plow brake as a holding brake is provided as a manually activated system, which is actively switched on like the parking brake and can also be deactivated manually.
  • the plough position of the wheels achieves a chassis tension that can be cleverly supported simultaneously by the drive both when closing and opening the plough position in order to achieve uniform driving behavior.
  • a concept is presented here of how the plow brake can be used intelligently as a parking brake/holding function in certain situations and how this braking/parking situation can be switched smoothly to normal driving mode.
  • the focus is on the increase in comfort through simultaneous drive interventions to compensate for the vehicle pitching movement during deceleration or initial acceleration.
  • Fig. 1 shows an example of the plow position of a steer-by-wire system with individual wheel actuators for a symmetrically positive toe angle.
  • Other, smaller toe difference angles and also negative toe angles for applying the plow brake are possible or necessary depending on the driving situation (e.g. mue-split or in stationary cornering).
  • the approach presented here can be a cycle of situation recognition and combined control of the plow brake with drive and braking system.
  • the recognition of a certain driving situation e.g. approaching a traffic light, starting on a hill or stop & go situations, can be carried out optically with the support of sensor data from the inertial sensor system (change in gradient) and by estimation algorithms for road-tire contact. This can enable optimal control of the plow functionality.
  • the plow brake should only be activated in an emergency at high speeds due to the associated tire wear.
  • the functions presented here are advantageous for low speeds up to approx. 20 km/h. If a necessary deceleration to a standstill is detected, the plow brake can initiate a small lane change, which can then be supported by the friction brake if necessary.
  • the plow position is released to the stationary toe-in and the drive is simultaneously switched on to enable a smooth transition from the stopping situation to the driving situation.
  • the pitching movement that occurs when braking or driving with a conventional steering system can be reduced by combined control of the plough brake and drive, thus increasing driving comfort.
  • a holding force can be applied by the drive, for example when starting up a hill, so that the tension in the chassis can be released more easily (steering forces are higher when a wheel is braked by the service brake).
  • braking is carried out by pulling the plow without using the friction brake if there is a small residual speed.
  • the chassis is evenly tensioned by simultaneous drive/brake system control until it comes to a standstill.
  • the plow is slowly released depending on the distance to the front of the vehicle with simultaneous support from the drive for even further driving and pitch compensation.
  • a sinusoidal steering angle curve occurs in the corresponding phases of stop & go traffic during stop & go traffic on a downhill gradient (e.g. with a trailer).
  • a slightly asymmetrical actuation can occur to ensure directional stability.
  • a slightly asymmetrical resolution of the plow (non-symmetrical track angle) with corresponding toe-in for cornering can occur.
  • an intelligent drive control can occur to reduce the vehicle pitching behavior due to the chassis tension and thus increase comfort.
  • the effect of the plow brake is based on the use of the tire lateral forces. This means that when the plow brake is closed, a drive torque (longitudinal tire forces) can be applied in order to start off. As soon as the vehicle is moving, the plow brake should be opened again to reduce tire wear. However, a seamless transition between braking and starting off with reduced pitching of the vehicle is possible.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kombinierten Ansteuern von Pflugbremse und Antrieb/Betriebsbremse, wobei zum Verzögern des Fahrzeugs (100) bei niedriger Geschwindigkeit (106) ein gelenktes rechtes Rad (108) und ein gelenktes linkes Rad (108) des Fahrzeugs (100) mit gegensinnigen Spurwinkeln (110) gelenkt werden, um eine durch das Verzögern verursachte Nickbewegung (122) des Fahrzeugs durch eine Vertikalbewegung (120) aufgrund der entgegengesetzt gelenkten Räder (108) zumindest anteilig zu kompensieren.

Description

Beschreibung
Verfahren und Steuergerät zum kombinierten Ansteuern von Pflugbremse und Antrieb/Betriebsbremse
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kombinierten Ansteuern von Pflugbremse und Antrieb und/oder Betriebsbremse, ein entsprechendes Steuergerät, sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt
Stand der Technik
Zum Lenken eines Fahrzeugs werden herkömmlicherweise ein rechtes Rad und ein linkes Rad an einer Achse durch ein gemeinsames Lenkgetriebe von einem Lenkrad des Fahrzeugs angelenkt Bei einer "Steer-by-wire" Ausführung der Lenkung wird auf eine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe und damit zu den gelenkten Rädern verzichtet Lenkbewegungen werden am Lenkrad in elektrische Signale umgewandelt und an das Steuergerät des eigentlichen Lenkstellers übertragen. Das rechte und linke Rad werden in einem zentralen Steer-by-Wire-System weiterhin von einem gemeinsamen Lenkgetriebe angelenkt und sind damit kinematisch gekoppelt
Um auf eine mechanische Verbindung zwischen dem rechten Rad und dem linken Rad verzichten zu können, kann bei "Steer-by-wire" Lenkungen jedes Rad durch einen Einzelradlenksteller angelenkt werden.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum kombinierten Ansteuern von Pflugbremse und Antrieb/Betriebsbremse, ein entsprechendes Steuergerät, sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich aus der Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Vorteile der Erfindung
Wenn ein Rad eines Fahrzeugs eingelenkt wird, hebt oder senkt sich das Fahrzeug im Bereich dieses Rads aufgrund einer Kinematik eines Fahrwerks des Rads. Diese Reaktion beruht auf verschiedenen Fahrwerkskenngrößen. Dazu gehören insbesondere die Spreizung der Lenkachse gegenüber der Fahrzeughochachse sowie der Hebelarm der Nachlaufstrecke als Abstand zwischen Durchtrittspunkt der Lenkachse und des Radaufstandspunktes auf Fahrbahnhöhe in x-Richtung.
Bei Einzelradlenkstellern können an jedem gelenkten Rad eines Fahrzeugs unterschiedliche Spurwinkel unabhängig voneinander eingestellt werden. Durch die unterschiedlichen Spurwinkel kann die Kinematik des Fahrwerks ausgenützt werden und eine Vertikalbewegung der Achskinematik des Fahrzeugs über den jeweiligen Rädern individuell angesteuert werden.
Zusätzlich rollen Räder einer Achse durch unterschiedliche Spurwinkel in unterschiedliche Richtungen ab, wenn sich das Fahrzeug bewegt. Da sich das Fahrzeug inklusive der Räder nur in eine resultierende Richtung bewegen kann, entstehen an den gelenkten Rädern durch die unterschiedlichen Spurwinkel Schräglaufwinkel gegenüber der Fahrzeugorientierung und damit Seitenkräfte beziehungsweise querführende Kräfte. Je nach Ausprägung dieser Seitenkräfte verspannt sich das Fahrwerk. Durch die Verspannung kann das Fahrzeug an den gelenkten Rädern zusätzlich angehoben oder abgesenkt werden. Die in Fahrzeugbewegungsrichtung gerichteten Komponenten der Seitenkräfte bei einer symmetrischen Verstellung der Spurwinkel der einzelnen Räder erzeugen eine Bremswirkung.
Beim Verzögern des Fahrzeugs resultiert aufgrund einer Massenträgheit des Fahrzeugs ein Nickmoment. Das Nickmoment bewirkt ein Einfedern an der in Fahrtrichtung vorne liegenden Achse. An dieser Achse senkt sich das Fahrzeug aufgrund des Nickmoments ab. Beim Beschleunigen des Fahrzeugs resultiert ein entgegengesetztes Nickmoment Dieses Nickmoment bewirkt ein Ausfedern an der der in Fahrtrichtung vorne liegenden Achse.
Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird das Anheben oder Absenken des Fahrzeugs durch die Kinematik und/oder Verspannung des Fahrwerks durch radindividuelle Spurwinkelaktuierung verwendet, um das Anheben oder Ansenken aufgrund eines Nickmoments zumindest anteilig zu kompensieren. Weiter kann durch ein gezieltes Antreiben oder Abbremsen des Fahrzeugs die Nickbewegung des Fahrzeugs beeinflusst werden.
Durch den hier vorgestellten Ansatz können Nickbewegungen einer Karosserie des Fahrzeugs zumindest teilweise verhindert werden. Durch Einstellen eine Balance zwischen dem Nickmoment, hervorgerufen durch Antreiben oder Bremsen, und den Spurwinkeln in Pflugstellung können die Nickbewegungen sogar im Wesentlichen vollständig kompensiert werden.
Der hier vorgestellte Ansatz kann sowohl beim Vorwärtsfahren als auch beim Rückwärtsfahren angewendet werden, wobei die Spurwinkel jeweils entsprechend eingestellt werden.
Es wird ein Verfahren kombinierten Ansteuern von Pflugbremse und Antrieb/Betriebsbremse vorgestellt, wobei wenn bei niedriger Geschwindigkeit ein Bremsmoment an gebremsten Rädern des Fahrzeugs angelegt wird, ein gelenktes rechtes Rad und ein gelenktes linkes Rad des Fahrzeugs mit gegensinnigen Spurwinkeln gelenkt werden, um eine durch das Bremsmoment verursachte Nickbewegung des Fahrzeugs durch eine Vertikalbewegung aufgrund der entgegengesetzt gelenkten Räder zumindest anteilig zu kompensieren, wobei wenn ein Antriebsmoment an angetriebenen Rädern des Fahrzeugs angelegt wird, die gelenkten Räder zurückgelenkt werden, um eine durch das Antriebsmoment verursachte Nickbewegung durch eine entgegengesetzte Vertikalbewegung aufgrund des Zurücklenkens zumindest anteilig zu kompensieren
Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden. Unterschiedliche Spurwinkel an den Rädern einer Achse eines Fahrzeugs können bei Bewegung des Fahrzeugs ein Auseinanderlaufen oder ein Zusammenlaufen der Räder bewirken. Dabei kann ein Pflugwinkel oder ein V- Winkel zwischen den Rädern eingestellt werden. Durch den Pflugwinkel oder den V-Winkel wird ein Fahrwerk der Achse verspannt. Bei dem Pflugwinkel laufen die Räder in Richtung einer Mitte der Achse zusammen. Der Pflugwinkel kann eine seitliche Druckkraft auf ein Fahrwerk der Achse in y-Richtung der Mitte der Achse bewirken. Bei dem V-Winkel laufen die Räder nach außen auseinander. Der V- Winkel kann eine Zugkraft auf das Fahrwerk in y-Richtung des Fahrzeugs von der Mitte weg bewirken.
Beim symmetrischen Einstellen des Pflugwinkels oder des V-Winkels wird bei Bewegung des Fahrzeugs durch seitlichen Schlupf an den Rädern eine verzögernde Kraft in x-Richtung des Fahrzeugs entgegen der Bewegung erzeugt. Das Fahrzeug wird durch den Pflugwinkel oder V-Winkel abgebremst. Dabei wird das Fahrzeug umso stärker abgebremst, je stärker die Räder eingelenkt werden. Dies ist ein nichtlinearer Zusammenhang, der so auch nur bis zu einer bestimmten Schräglaufwinkelgrenze gilt. Durch den Schlupf kann Abrieb an den Rädern auftreten. Daher wird der hier vorgestellte Ansatz vorzugsweise für Fahrten bei geringen Geschwindigkeiten bis 20 km/h vorgeschlagen, damit der Abrieb begrenzt werden kann. Über Radbremsen der Räder kann zusätzliches Bremsmoment bereitgestellt werden.
Insbesondere an der Vorderachse kann eine durch das Anfahren verursachte Nickbewegung durch das Absenken des Fahrwerks beim Zurücklenken kompensiert werden. Das Antriebsmoment kann an ungelenkten Rädern und/oder an den gelenkten Rädern angelegt werden. An den gelenkten Rädern kann insbesondere kein Bremsmoment aufgebracht werden. Dadurch werden die gelenkten Räder entweder angetrieben oder sind frei rollend. So können geringe Lenkkräfte erforderlich sein. Durch das Zurücklenken beim Anlegen des Antriebsmoments kann eine harmonische Beschleunigung des Fahrzeugs erreicht werden, da die Bremswirkung aufgrund der entgegengesetzt zurücklenkenden Räder stetig abnimmt.
Die gelenkten Räder können mit unterschiedlichen gegensinnigen Spurwinkeln gelenkt werden, wenn das Fahrzeug beim Verzögern zu einer Seite zieht. Ein resultierender Pflugwinkel oder V-Winkel kann dabei betragsmäßig gleichbleiben. Durch variable Spurwinkel kann das Fahrzeug unter Kontrolle gehalten werden. Durch die unterschiedlichen Spurwinkel kann das Fahrzeug geradeaus gelenkt werden.
Die gelenkten Räder können mit unterschiedlichen gegensinnigen Spurwinkeln gelenkt werden, wenn das Fahrzeug beim Verzögern in eine Richtung gelenkt wird. Ein resultierender Pflugwinkel oder V-Winkel kann dabei betragsmäßig gleichbleiben. Durch die unterschiedlichen Spurwinkel kann das Fahrzeug auch während der Verwendung des hier vorgestellten Ansatzes auf einer vorgesehenen Trajektorie gelenkt werden.
Ein Bremsmoment an zumindest einem rechten Rad des Fahrzeugs und an zumindest einem linken Rad des Fahrzeugs kann asymmetrisch angelegt werden, wenn das Fahrzeug beim Verzögern zu einer Seite zieht. Durch einen asymmetrischen Bremseingriff kann ein stabilisierendes Giermoment erzeugt werden. Dabei kann das unterschiedliche Anlenken der Räder weiterhin erfolgen.
Nach einem Stillstand des Fahrzeugs können die gelenkten Räder zum Halten des Fahrzeugs mit den gegensinnigen Spurwinkeln eingelenkt gehalten werden. Die entgegengesetzt eingelenkten Räder können ein Wegrollen des Fahrzeugs durch die resultierenden Anteile der Seitenkräfte in Fahrzeuglängsrichtung verhindern. Das Halten kann durch Radbremsen unterstützt werden.
Das Verfahren ist vorzugsweise computerimplementiert und kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Fahrerassistenzsystem implementiert sein.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, wobei das Steuergerät dazu ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante des hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen.
Das Steuergerät kann ein elektrisches Gerät mit zumindest einer Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest einer Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, und zumindest einer Schnittstelle und/oder einer Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind, sein. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein sogenannter System-ASIC oder ein Mikrocontroller zum Verarbeiten von Sensorsignalen und Ausgeben von Datensignalen in Abhängigkeit von den Sensorsignalen sein. Die Speichereinheit kann beispielsweise ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein. Die Schnittstelle kann als Sensorschnittstelle zum Einlesen der Sensorsignale von einem Sensor und/oder als Aktorschnittstelle zum Ausgeben der Datensignale und/oder Steuersignale an einen Aktor ausgebildet sein. Die Kommunikationsschnittstelle kann dazu ausgebildet sein, die Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben. Die Schnittstellen können auch Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale des Steuergeräts und des Verfahrens in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, wobei weder die Zeichnung noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
Fig. 1 zeigt eine Darstellung einer Pflugstellung bei einem Fahrzeug mit Einzelradlenkstellern unter Verwendung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbespiel; und Fig. 2 zeigt einen Ablauf einer Pflugbremsaktuierung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die Figur ist lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine Darstellung einer Pflugstellung bei einem Fahrzeug 100 mit Einzelradlenkstellern 102 unter Verwendung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbespiel. Das Fahrzeug 100 weist an zumindest einer Achse 104 die Einzelradlenksteller 102 auf. Die Einzelradlenksteller 102 werden elektronisch in einem "Steer-by-Wire" System angesteuert. Die dargestellte Achse 104 ist hier eine Vorderachse des Fahrzeugs 100. Die Achse 104 kann aber alternativ oder ergänzend auch eine Hinterachse des Fahrzeugs 100 sein.
Wenn das Fahrzeug 100 mit geringer Geschwindigkeit 106, beispielsweise unter 20 km/h fährt, werden beim Abbremsen des Fahrzeugs Räder 108 des Fahrzeugs 100 mit entgegengesetzten Spurwinkeln 110 angelenkt. Hier werden die Räder 108 mit symmetrischen Spurwinkeln zu einer Pflugbremse 112 gelenkt. Die Räder 108 weisen dabei zueinander einen Pflugwinkel auf. Durch das Einlenken werden an den Rädern 108 Seitenkräfte 114 erzeugt. Die Seitenkräfte 114 wirken anteilig In Fahrzeuglängsrichtung und in Querrichtung. Die Querkräfte 116 sind an den beiden Rädern 108 entgegengesetzt und verspannen insbesondere über die Fahrwerkskenngrößen Spreizung und Nachlauf ein Fahrwerk der Achse 104. Die Längskräfte 118 sind gleichgerichtet und bremsen das Fahrzeug 100.
Eine Schrägstellung der Räder 108 um die Spurwinkel 110 bewirkt eine vertikale Bewegung 120 einer Karosserie des Fahrzeugs 100 über der Achse 104 durch aufgrund von Spreizung und Nachlauf schräg zum Boden ausgerichtete Lenkachsen des Fahrwerks. Zusätzlich kann die Verspannung des Fahrwerks die Vertikalbewegung 120 verstärken.
Die Vertikalbewegung 120 wirkt entgegen einer Nickbewegung 122 des
Fahrzeugs 100 aufgrund eines Bremsmoments zum Abbremsen des Fahrzeugs 100. Die Vertikalbewegung 120 kann die Nickbewegung 122 zumindest anteilig kompensieren.
In einem Ausführungsbeispiel wird die Pflugbremse 112 beim Anfahren des Fahrzeugs 100 aufgelöst. Beim Auflösen werden die Räder 108 wieder im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet und das Fahrzeug 100 kann ungebremst anfahren. Dabei reduziert sich die Bremswirkung der Pflugbremse 112 nicht sprunghaft, sondern fließend. So kann ein ruckfreies Anfahren ermöglicht werden.
Durch den Antrieb oder die Betriebsbremse wird also ein Nicken des Fahrzeugs erwirkt, was der Verspannung und der damit verbundenen Vertikalbewegung (hervorgerufen durch die Pfluglenkung) entgegenwirkt. Es geht nicht um den Vorgang des Bremsens durch die Pflugbremse selbst, sondern darum, durch die Kombination der Pflugstellung mit Antrieb und Betriebsbremse beim Anfahren oder Abbremsen ein möglichst komfortables Fahrgefühl mit wenig nicken zu ermöglichen.
In einem Ausführungsbeispiel wird eine Ausrichtung der Pflugbremse 112 nachgeführt, wenn das Fahrzeug eine Gierbewegung ausführt. Dazu wird der Spurwinkel 110 des einen Rads 108 verringert, während der Spurwinkel 110 des anderen Rads 108 vergrößert wird. Beispielsweise kann das Fahrzeug 100 die Gierbewegung ausführen, wenn eines der Räder 108 einen anderen Reibwert als das andere Rad gegenüber einem Untergrund aufweist. Der unterschiedliche Reibwert bewirkt direkt unterschiedliche Seitenkräfte 114 und dementsprechend ein Ungleichgewicht der am Fahrzeug 100 wirkenden Kräfte. Durch die Veränderung der Pflugbremse 112 entstehen ausgeglichene Seitenkräfte 114 und das Fahrzeug 100 bewegt sich weiter geradeaus.
In einem Ausführungsbeispiel wird die Ausrichtung der Pflugbremse 112 verändert, wenn das Fahrzeug 100 zu einer Seite lenken soll. Dazu wird der Spurwinkel 110 des einen Rads 108 verringert, während der Spurwinkel 110 des anderen Rads 108 vergrößert wird. Die unterschiedlichen Spurwinkel 110 bewirken unterschiedliche Seitenkräfte 114. Die unterschiedlichen Seitenkräfte 114 bewirken ein Giermoment, dass das Fahrzeug 100 um seine Hochachse dreht. In einem Ausführungsbeispiel werden die Räder 108 nach dem Stillstand des Fahrzeugs 100 in der Pflugbremse 112 belassen. Die Pflugbremse 112 verhindert dabei ein Rollen des Fahrzeugs 100, beispielsweise am Hang.
Fig. 2 zeigt einen Ablauf einer Pflugbremsaktuierung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Durch eine Situationserkennung 200, die beispielsweise optisch, akustisch, über Inertialsensorik oder anhand eines Verkehrsflusses erfolgen kann, werden Situationen 202, wie beispielsweise Stop & Go im Gefälle, Zufahrt auf eine Ampel oder ein Stoppschild, eine Notbremssituation, eine Vorfahrtsituation, eine Hill-Hold Situation beziehungsweise eine Anfahrsituation am Berg oder ein Losfahren nach dem Parkieren erkannt. Daraufhin erfolgt situationsabhängig eine kombinierte Ansteuerung 204 von Einzelradlenkstellern, Antriebssystem oder Bremssystem. Beispielsweise wird beim Abbremsen die Pflugbremse aktuiert, anschließend die Pflugbremse wieder gelöst und der Antrieb bei einer Entspannung des Fahrwerks zugeschaltet.
Nachfolgend werden mögliche Ausgestaltungen der Erfindung nochmals zusammengefasst bzw. mit einer geringfügig anderen Wortwahl dargestellt.
Es wird eine Strategie zur intelligenten Ansteuerung der Pflugbremse durch Einzelradaktorik in besonderen Fahrsituationen zur Komforterhöhung vorgestellt.
Heutige Lenksysteme bestehen aus einem Zentraisteller, der das linke und das rechte Rad näherungsweise gleichermaßen einschlägt. Bei dem Großteil der auf dem Markt erhältlichen Fahrzeuge ist ein solcher Zentraisteller nur an der Vorderachse verbaut und es besteht eine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und gelenkten Rädern.
Für by-wire Systeme allgemein entfällt die klassische mechanische Verbindung des Fahrers mit dem Aktorsystem (Lenkung, Bremse usw.) selbst. Im Fall der Lenkung erfolgt die entsprechende Aktuierung rein über einen oder mehrere Steller. Zentrale aber auch dezentrale by-wire Lenksteiler werden bereits an der Hinterachse verwendet (z.B. ZF: AKC). Für die Vorderachse sind bereits erste Prototypenfahrzeuge mit by-wire Einzelradlenkstellern bekannt, wie z.B. das Forschungsfahrzeug Speed E (RWTH Aachen).
By-wire Systeme mit radindividueller Lenkaktorik können abhängig vom Fahrprofil und gewählter Übersetzung zwischen Lenkradwinkel und Radlenkwinkel unterschiedliche Lenkstellerpositionen und damit verschiedene Radlenkwinkel stellen. Aufgrund der nicht vorhandenen kinematischen Kopplung des linken und rechten Rads können die Aktoren eines solchen Lenksystems auch gegensinnig eingelenkt werden, wodurch das Fahrzeug verzögert wird, was als Pflugbremse bezeichnet wird.
Neben der Funktion, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu verringern, kann das System auch als Parkbremse verwendet werden, wodurch ein ungewolltes Bewegen des Fahrzeugs verhindert wird. Je nach Auslegung kann diese Parkfunktion der Parkbremse im Zusammenspiel mit anderen Bremssystemen (Reibbremsen, Bremsen im Getriebe/Antrieb) vorgesehen sein, um die Anforderungen an die Parkbremsfunktionalität zu erfüllen. Dann übernimmt ein System für sich genommen nicht die gesamte Haltefunktion, sondern kann und wird gegebenenfalls auch nur in speziellen Situationen, durch ein anderes System unterstützt.
Bisher gibt es kein Konzept zur automatisierten Einleitung oder dem Lösen der Pflugbremse als verzögerndes System oder als Parkbremse in entsprechenden Situationen in Kombination mit Antriebseingriffen. Die Funktion der Pflugbremse als Haltebremse ist in bisherigen Ideen als manuell aktiviertes System vorgesehen, welches wie die Feststellbremse aktiv zugeschaltet wird und auch entsprechend manuell deaktiviert wird.
Durch die Pflugstellung der Räder wird eine Fahrwerksverspannung erreicht, die sowohl beim Zuziehen als auch beim Öffnen der Pflugstellung geschickt durch den Antrieb simultan unterstützt werden kann, um ein gleichmäßiges Fahrverhalten zu erreichen.
Hier wird ein Konzept vorgestellt, wie die Pflugbremse in bestimmten Situationen intelligent als Parkbrems-/Haltefunktion verwendet werden kann und wie von dieser Brems-/Parksituation gleichförmig in den normalen Fahrtmodus gewechselt werden kann. Dabei steht der Komfortgewinn durch zeitgleiche Antriebseingriffe für einen Ausgleich der Fahrzeugnickbewegung bei Verzögerung oder initialer Beschleunigung im Fokus.
Zentral erfolgen dabei automatisiert eine intelligente Erkennung von Situationen, in denen die Halte- oder Verzögerungsfunktion der Pflugbremse als vorteilhaft angesehen wird und eine entsprechende Ansteuerung der Funktion in Kombination mit Antriebseingriffen. Weiterhin wird ein Konzept der Ansteuerung für den Übergang der Pflugstellung zur regulären Fahrt vorgestellt.
In Fig. 1 ist beispielhaft die Pflugstellung eines Steer-by-Wire Systems mit Einzelradaktorik für einen symmetrisch positiven Spurwinkel dargestellt. Andere, geringere Spurdifferenzwinkel und auch negative Spurwinkel zur Applikation der Pflugbremse sind abhängig von der Fahrsituation (z.B. mue-split oder in stationärer Kurvenfahrt) möglich oder notwendig.
Bei dem hier vorgestellten Ansatz kann ein Zyklus aus Situationserkennung und kombinierter Ansteuerung der Pflugbremse mit Antrieb und Bremssystem erfolgen. Die Erkennung einer bestimmten Fahrsituation z.B. die Zufahrt auf eine Ampel, Anfahren am Berg oder Stop- & Go Situationen kann optisch unterstützt durch Sensordaten der Inertialsensorik (Steigungsänderung) sowie durch Schätzalgorithmen zum Straßen- Reifenkontakt erfolgen. Dies kann eine optimale Ansteuerung der Pflugfunktionalität ermöglichen. Die Aktuierung der Pflugbremse sollte bei hohen Geschwindigkeiten nur in Notsituation aufgrund des damit verbundenen Reifenverschleißes erfolgen. Die hier vorgestellten Funktionen sind für geringe Geschwindigkeiten bis ca. 20km/h vorteilhaft. Bei Erkennung einer notwendigen Verzögerung bis zum Stillstand kann durch die Pflugbremse bereits eine geringe Spuränderung eingeleitet werden, die dann bei Bedarf noch von der Reibbremse unterstützt werden kann. Bei Erkennung einer zukünftigen Wiederaufnahme der Fahrt (am Berg/Gefälle/Ampel/Parken) wird die Pflugstellung hin zur stationären Vorspur aufgelöst und simultan der Antrieb hinzugeschaltet, um einen gleichmäßigen Übergang der Haltesituation zur Fahrsituation zu ermöglichen.
Die beim Bremsen oder Antreiben mit einem konventionellen Lenksystem vorhandene Nickbewegung kann bei kombinierter Ansteuerung von Pflugbremse und Antrieb verringert und so der Fahrtkomfort erhöht werden.
Um möglichst geringe Lenkkräfte bei Aktuierung der Pflugfunktionalität zu gewährleisten, kann z.B. im Moment des Anfahrens am Berg durch den Antrieb eine Haltekraft aufgebracht werden, sodass die Verspannung des Fahrwerks leichter aufgelöst werden kann (Lenkkräfte sind bei einem durch die Betriebsbremse gebremstem Rad höher). In einem Ausführungsbeispiel erfolgt bei einer Zufahrt auf eine Ampel mit Grünphase aber noch stehenden PKW das Abbremsen, wenn eine geringe Restgeschwindigkeit vorhanden ist, durch Zuziehen des Pflugs ohne Verwendung der Reibbremse. Um den Stillstand erreichen zu können, erfolgt eine gleichmäßige Verspannung des Fahrwerks durch simultane Antriebs- /Bremssystemansteuerung bis zum Stillstand. Zur Weiterfahrt erfolgt ein langsames Auflösen des Pflugs abhängig von einer Distanz zum Vorderwagen mit zeitgleicher Unterstützung durch den Antrieb für eine gleichmäßige Weiterfahrt und einen Nickausgleich.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt bei Stop- & Go im Gefälle (z.B. mit Anhänger) ein sinusförmiger Lenkwinkelverlauf in den entsprechenden Phasen eines Stop & Go Verkehrs. Abhängig von einer Fahrbahnzustandsschätzung kann eine leicht unsymmetrische Aktuierung zur Einhaltung der Spurtreue erfolgen. Bei einem kurvenförmigen Straßenverlauf kann eine leicht unsymmetrische Auflösung des Pflugs (nicht symmetrische Spurwinkel) mit entsprechender Vorspur für eine Kurveneinleitung erfolgen. Zeitgleich kann eine intelligente Antriebsansteuerung zur Verminderung des Fahrzeugnickverhaltens aufgrund der Fahrwerkverspannung und damit Komforterhöhung erfolgen.
Ein Vorteil der Pflugbremse im Vergleich zur konventionellen Bremse zeigt sich insbesondere im Anfahren. Die Wirkung der Pflugbremse basiert auf der Nutzung der Reifenseitenkräfte. Somit kann bei geschlossener Pflugbremse ein Antriebsmoment (Reifenlängskräfte) aufgebracht werden, um anzufahren. Sobald sich das Fahrzeug bewegt, sollte die Pflugbremse zur Reduktion des Reifenverschleißes wieder geöffnet werden. Es ist jedoch ein nahtloser Übergang zwischen Bremsen und Anfahren mit verringerter Nickbewegung des Fahrzeugs möglich.
Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum kombinierten Ansteuern von Pflugbremse und Antrieb/Betriebsbremse, wobei wenn bei niedriger Geschwindigkeit (106) ein Bremsmoment an gebremsten Rädern (108) des Fahrzeugs (100) angelegt wird, ein gelenktes rechtes Rad (108) und ein gelenktes linkes Rad (108) des Fahrzeugs (100) mit gegensinnigen Spurwinkeln (110) gelenkt werden, um eine durch das Bremsmoment verursachte Nickbewegung (122) des Fahrzeugs durch eine Vertikalbewegung (120) aufgrund der entgegengesetzt gelenkten Räder (108) zumindest anteilig zu kompensieren, wobei wenn ein Antriebsmoment an angetriebenen Rädern (108) des Fahrzeugs (100) angelegt wird, die gelenkten Räder (108) zurückgelenkt werden, um eine durch das Antriebsmoment verursachte Nickbewegung (122) durch eine entgegengesetzte Vertikalbewegung (120) aufgrund des Zurücklenkens zumindest anteilig zu kompensieren.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , bei dem die gelenkten Räder (108) mit unterschiedlichen gegensinnigen Spurwinkeln (110) gelenkt werden, wenn das Fahrzeug (100) beim Verzögern zu einer Seite zieht.
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die gelenkten Räder (108) mit unterschiedlichen gegensinnigen Spurwinkeln (110) gelenkt werden, wenn das Fahrzeug (100) beim Verzögern in eine Richtung gelenkt wird.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Bremsmoment an zumindest einem rechten Rad (108) des Fahrzeugs (100) und an zumindest einem linken Rad (108) des Fahrzeugs (100) asymmetrisch angelegt wird, wenn das Fahrzeug (100) beim Verzögern zu einer Seite zieht.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem nach einem Stillstand des Fahrzeugs (100) die gelenkten Räder (108) zum Halten des Fahrzeugs (100) mit den gegensinnigen Spurwinkeln (110) eingelenkt gehalten werden.
6. Steuergerät, wobei das Steuergerät dazu ausgebildet ist, das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in entsprechenden
Einrichtungen auszuführen, umzusetzen und/oder anzusteuern.
7. Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, umfassend ein Steuergerät nach Anspruch 6.
8. Computerprogrammprodukt, das dazu eingerichtet ist, einen Prozessor bei Ausführung des Computerprogrammprodukts dazu anzuleiten, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen, umzusetzen und/oder anzusteuern.
9. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 8 gespeichert ist.
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