WO2023165999A1 - Verfahren und vorrichtung zur erhöhung des fahrkomforts für insassen eines zumindest teilautonom fahrenden fahrzeugs - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erhöhung des fahrkomforts für insassen eines zumindest teilautonom fahrenden fahrzeugs Download PDF

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WO2023165999A1
WO2023165999A1 PCT/EP2023/055055 EP2023055055W WO2023165999A1 WO 2023165999 A1 WO2023165999 A1 WO 2023165999A1 EP 2023055055 W EP2023055055 W EP 2023055055W WO 2023165999 A1 WO2023165999 A1 WO 2023165999A1
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vehicle
curve
section
acceleration
angle
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Christian Müller
Sascha Barton-Zeipert
Alexander Steinke
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Volkswagen Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for increasing the driving comfort for occupants of an at least partially autonomously driving vehicle when cornering.
  • the invention also relates to a vehicle that is equipped with such a device or is set up to carry out this method.
  • the engine and the body have a significant influence on this - especially with regard to energy efficiency.
  • the engine has an influence, for example through the selection of its power, the energy source used to propel the vehicle and its weight, the body, for example through its shape and weight.
  • many of these variables cannot be freely selected or have already been optimized in such a way that the effort required is no longer in proportion to the benefit.
  • the sensors and actuators contained in modern vehicles can also be used to increase driving comfort. This can be done, for example, by a (partially) autonomous vehicle control, for example based on the information available for the predicted route on route utilization, traffic light control and Speed targets adjusts the vehicle speed in good time. As a result, abrupt changes in speed can be reduced and the acceleration forces acting on the vehicle occupants can be reduced. Especially with (fully) autonomous driving, all vehicle occupants are passengers who should be able to travel as pleasantly and comfortably as possible. Distractions and interruptions from other activities such as reading, writing, working or playing during the journey caused by unexpected or sudden vehicle maneuvers with a large rate of change of acceleration should be avoided.
  • Vehicles with rear axle steering are also known from the prior art.
  • Such steering of the rear axle is usually used to increase the agility of a vehicle (especially at low speeds).
  • parking the vehicle can be assisted by an additional rear-axle steering system.
  • additional rear-axle steering can increase safety. This can be justified in particular with an improvement in the stability of the vehicle when cornering.
  • Drifting - as previously known from motor vehicles with non-steerable rear wheels - with a Motor vehicle can be specifically simulated with additional steerable rear wheels.
  • a driving maneuver comparable to drifting in terms of vehicle movement is carried out through the additional use of the rear-wheel steering.
  • Real drifting, i.e. slipping or pushing over the rear wheels, is not intended, but the driver only has the impression that the vehicle is drifting.
  • DE 102017 001 449 A1 discloses a method in which drifting is also deliberately induced in vehicles in which it would normally not be permissible due to a negative force/mass ratio. Cornering is initiated by a first drift mode, in which a slip angle of a rear axle of the vehicle is set such that wheels of the rear axle are aligned in the direction of the outside of a curve. Then, in a second drift mode, the slip angle of the rear axle of the vehicle is set such that the wheels of the rear axle are aligned in the direction of the inside of a curve, depending on a defined driving dynamics limit value, and the vehicle oversteers.
  • a first drift mode in which a slip angle of a rear axle of the vehicle is set such that wheels of the rear axle are aligned in the direction of the outside of a curve.
  • the slip angle of the rear axle of the vehicle is set such that the wheels of the rear axle are aligned in the direction of the inside of a curve, depending on a defined driving dynamics limit value, and the vehicle overste
  • One solution to this problem is a method for increasing the driving comfort for occupants of an at least partially autonomously driving vehicle with at least one steerable front axle and one rear axle that can be steered independently. This procedure includes the steps:
  • Driving through a curve is to be understood as driving on a section of road which, at least in sections, has any desired road with non-constant curve curvature.
  • the curvature of the curve can also be equal to zero in sections, ie the section can have one or more sections running in a straight line.
  • a large rate of change of acceleration is also referred to as sudden acceleration in the context of this invention.
  • a rate of change in the acceleration of a body over time is referred to as a "jerk" in kinematics.
  • the jerk corresponds to the first derivative of the acceleration over time. Acceleration that occurs for a short time is usually characterized by a large gradient in an acceleration-time diagram. Accordingly, the magnitude of the derivative of acceleration versus time at this point is large.
  • Such short-term or Vehicle occupants often find abrupt accelerations or jerks to be particularly annoying and uncomfortable.
  • acceleration is understood to mean acceleration acting on occupants.
  • the kinematic acceleration is usually given by a progression of the direction of movement and speed. Its direction and size is predetermined, for example, by factors such as the radius of the curve and the (change) in speed of the vehicle.
  • This acceleration vector can be broken down into two vectors, a first tangential and a second normal to the trajectory. The first of these two vectors defines the tangential acceleration. It describes the change in speed over time and forms a tangent to the trajectory. The second of these two vectors defines the normal acceleration. It describes the change in the direction of velocity over time. With its knowledge, a measure for the curvature of the trajectory curve can be determined from it.
  • the present invention is preferably aimed at changing the acceleration acting on the occupants and accordingly also the jerk acting in such a way that this is perceived as less disturbing for the vehicle occupants and a more comfortable driving experience is created.
  • a vehicle-fixed reference system is preferably used, in which a distinction is made between the acceleration (or jerk) acting on the occupants between the acceleration (or jerk) in the longitudinal and transverse directions (relative to the vehicle longitudinal axis).
  • the magnitude of the acceleration acting on the occupants (and felt by the occupants) is equal to the kinematic acceleration (because it is based on a different frame of reference).
  • a suitable vehicle alignment it is preferably possible by means of a suitable vehicle alignment to change the direction of the acceleration (longitudinal and transverse acceleration) acting on the passengers. For example, this can convert a kinematic longitudinal acceleration (or tangential acceleration) of the vehicle into a lateral acceleration felt (by an occupant) and vice versa.
  • the decoupling of the longitudinal and transverse acceleration from the tangential acceleration and normal acceleration results in possibilities to change the direction of the acceleration acting on a vehicle occupant and thus the magnitude of the to reduce felt jolts. This is perceived as an increase in comfort. Since the tolerance for accelerations felt by a vehicle occupant in the transverse and longitudinal directions can also be different, a controlled redistribution of the total acceleration acting on the occupant into portions of longitudinal and transverse acceleration that are perceived as particularly comfortable, which can be achieved by the present invention, can further increase comfort become.
  • the activation of the actuator for setting a deflection of the front and/or the rear axle for entering a curve takes place before the vehicle enters the curve and/or the sign of the angle of the Impact of the rear axle is maintained at least temporarily with respect to the vehicle longitudinal axis after the vehicle has exited the curve.
  • a side slip angle is built up before entering a curve and a changed side slip angle is briefly maintained and/or slowly reduced after exiting a curve.
  • One of these measures or a combination thereof can change the direction of the accelerations acting on a vehicle occupant. This makes it possible to buffer kinematic acceleration peaks acting in one direction, as shown below, by distributing them in different directions of perception. It is preferably possible to keep the changes in direction of the total acceleration acting on the vehicle occupants small. In addition, it may also be possible to make an acceleration peak less disruptive by distributing it spatially and/or temporally (ie over a larger distance and/or over a longer period of time). Any one of these measures, or any combination thereof, means that the perceived accelerations can be built up and reduced more slowly in each direction, which leads to lower backs. This preferably also means that a direction of the sum of the accelerations acting on a vehicle occupant changes more slowly.
  • a width of the available route section is also taken into account when determining a route section to be traveled by the vehicle in the future. The result of such a determination of the route section to be traveled by the vehicle in the future is preferably not a line but a strip.
  • Each point on such a strip can also be assigned a height available for a vehicle, so that a three-dimensional space available for the vehicle to travel is considered.
  • the determined route section is therefore synonymously referred to as "hose".
  • the route section is preferably determined in such a way that the center of gravity of the vehicle is within the available width over the entire route section. Since this is based on the center of gravity of the vehicle and this focus is usually inside the vehicle. From this center of gravity, the vehicle extends in all directions by a known amount. This additional space taken up by the vehicle is preferably taken into account when calculating a route section, particularly preferably with an additional safety margin.
  • Twisting of the longitudinal direction of the vehicle about a vertical axis is generally referred to as yawing.
  • sideslip angle which is usually defined as the angle between the direction of movement of the vehicle and the longitudinal axis of the vehicle about a vertical axis at the center of gravity of the vehicle.
  • the sideslip angle can also be specified for locations in the vehicle other than the center of gravity. Unless otherwise stated in the following, all information on the side slip angle relates to a side slip angle about a vertical axis on the rear axle, in particular the geometric center of the rear axle.
  • an optimized vehicle orientation for future cornering is determined taking into account at least one parameter selected from a group that includes a direction of movement of the vehicle with respect to a lane, a position of the vehicle in a lane, a longitudinal acceleration of the vehicle along its longitudinal direction, a Vehicle speed, a curve radius, a curve curvature, a roadway width, a vehicle length, a vehicle width, a wheelbase, a vehicle mass, a load condition, a weight distribution, a roadway condition, weather data, traffic information, route utilization, a number of vehicle occupants and the seat position of the vehicle occupants includes.
  • Several of the parameters mentioned above are preferably taken into account when calculating a suitable vehicle orientation for future cornering. It is conceivable, for example, that with a smaller roadway width available, a maximum sideslip angle for future cornering may be less than with a larger roadway width available.
  • the vehicle orientation for future cornering is optimized to the effect that the acceleration forces and/or jerks acting on this occupant are minimized. If there are several vehicle occupants, on the other hand, an optimization of the vehicle alignment for future cornering would be advantageous in that the acceleration forces and/or backs acting on these occupants on average are minimized, even if increased acceleration forces and/or backs may act on an individual vehicle occupant.
  • a variant of the method has proven to be particularly advantageous, in which a sideslip angle of the vehicle is deflected opposite towards the outside of the curve while negotiating a first section of the curve and towards the inside of the curve while negotiating a second section of the curve.
  • the first section is preferably (in each case along the direction of travel) a section lying in front of the apex of the curve and the second section is a section lying after the apex of the curve.
  • the longitudinal axis of the vehicle is preferably rotated disproportionately in relation to the direction of travel in the direction of the inside of the curve before entering the curve and/or at the beginning of the curve.
  • part of the necessary rotation of the vehicle for cornering is thus already completed, so that by the Rotation resulting additional accelerations (particularly lateral accelerations) can be reduced.
  • the longitudinal axis of the vehicle is rotated disproportionately with respect to the direction of travel in the direction of the inside of the curve.
  • the vehicle covers the first part of this section in a driving mode similar to crab walking. Part of the turning of the vehicle necessary for exiting the curve is shifted to parts of the route that are only in the area of the curve exit or even behind it. Accelerations (particularly transverse accelerations) that are felt as a result of the rotation of the vehicle can thus be shifted from the region of the apex to areas of the route in which significantly lower acceleration forces act on the vehicle occupants.
  • At least one, preferably several, more preferably all of the method steps described above can be carried out using a processor device and/or data processing device, using at least one (computer-implemented) calculation method.
  • These calculations preferably also include data from (computer-implemented) perception and/or detection tasks, such as (computer-implemented) object recognition methods and/or (computer-implemented) methods for semantic segmentation and/or (computer-implemented) object classification ( "Image Classification”) and/or (computer-implemented) object localization and/or (computer- implemented) edge detection.
  • the (computer-implemented) method can be based on a machine learning model, which can use a (trained) neural network, for example.
  • a model-based optimization method can also be used
  • the ascertained and/or calculated data are preferably stored on a (preferably in-vehicle) memory device of the vehicle together with the global position data associated with them and ascertained substantially simultaneously and/or subsequently.
  • the (vehicle-internal) memory device is preferably a ring memory.
  • the determined and/or calculated data is also made available to other road users.
  • the data transmitted can include, for example, information about the time at which a route section was used, an expected speed when using this route section, a lane width expected to be used when using this route section, weather data, data on the condition of the road and others.
  • This data can also be made available on an external storage device for retrieval by other road users.
  • the external storage device is a cloud-based storage device and/or an external server.
  • An external server is to be understood in particular as an external server in relation to the vehicle (of the user), in particular a backend server.
  • the external server is, for example, a backend of a vehicle manufacturer or a service provider, which is set up to manage at least one piece of data from the selection mentioned above (in particular with location data assigned to it).
  • the functions of the backend or the external server can be performed on (external) server farms.
  • the (external) server can be a distributed system.
  • the external server and/or the backend can be cloud-based.
  • the present invention relates to a method for determining sideslip angles to be assumed by a vehicle with a steerable front axle and a rear axle that can be steered independently when negotiating a curve or a section of road with a curvature that differs from zero at least in sections.
  • This procedure includes the steps:
  • acceleration function it is pointed out that the acceleration as such does not necessarily have to be a variable of this function.
  • the term “acceleration function” is used within the scope of this invention, since at least one variable of such a function influences a (longitudinal and/or lateral) acceleration, can be used to calculate an acceleration, and/or is characteristic of an acceleration.
  • a function characterizing a jerk is also regarded as an acceleration function, since these can be directly converted into one another as the first derivation.
  • functions that do not contain the acceleration itself as a function value, argument and/or variable could also be an acceleration function if an acceleration can be calculated from other values of this function (for example taking into account a side slip angle and/or a speed).
  • an angle correlating with a vehicle orientation is determined to that effect, preferably by means of a suitable algorithm optimized so that the jerks acting on a vehicle occupant - i.e. the amount of the first derivative of the acceleration function - are each almost minimal, "almost minimal” should be understood in this context in such a way that not at every point in time and / or way points for this time - and/or way points theoretically possible minimal jerk is to be determined, but the acceleration function is optimized in such a way that an occurring jerk is selected at preferably each considered point in time and/or way point in such a way that the sum of the jerk amounts over the entire function is approaching a minimum.
  • the absolute minimum is not achieved. This is the case in particular when the absolute minimum can only be achieved when there is a jerk at at least one point in time and/or along the way, which a vehicle occupant could find particularly annoying.
  • a method in which the acceleration function is a quality function or cost function has proven to be particularly suitable.
  • a cost function preferably offers the possibility of evaluating the longitudinal and/or lateral acceleration in a weighted manner.
  • the cost function is minimized by changing at least one variable that characterizes a vehicle orientation, preferably using a suitable algorithm.
  • the minimization can be carried out by machine learning and/or model-based optimization and/or other preferably computer-implemented methods.
  • Longitudinal and lateral acceleration are preferably weighted in the acceleration function or cost function.
  • the weighted longitudinal and lateral acceleration are penalized, preferably when an individual value or one or more of their sums exceeds a limit.
  • moves are weighted and/or penalized in the acceleration function or cost function, preferably if an individual value or one or more of their sums exceeds a limit value.
  • the acceleration function and/or cost function is preferably minimized by changing at least one variable that characterizes a vehicle orientation. If such a minimization does not provide an acceptable solution, further minimization can be performed by changing at least one further variable, such as a variable characteristic of a vehicle speed.
  • a maximum permissible (longitudinal and/or transverse) acceleration and/or a (longitudinal and/or transverse) jerk is selected such that it is not perceived as disturbing for the vehicle occupant. Since this feeling can be different for different vehicle occupants, it can preferably be selected individually. If necessary, you can also choose between different modes, which allow different maximum permissible accelerations.
  • a rest or sleep mode would be conceivable, for example, which allows a particularly low maximum permissible acceleration, whereas a wake, conversation or meeting mode, for example, allows higher maximum permissible acceleration.
  • a driving time-optimized mode would also be conceivable, in which an even higher maximum permissible acceleration is permitted and the side slip angle of the vehicle when driving through a curve is optimized for the fastest possible passage through the curve.
  • the method described above is preferably carried out by a processor device on the vehicle.
  • a processor device on the vehicle. This makes it possible that individually for this vehicle - possibly taking into account specified vehicle parameters (such as dimensions of the vehicle) and/or variable parameters (such as load status, weather conditions, traffic density, vehicle load, road condition) - a comfortable curve passage for the occupants with this vehicle is possible becomes.
  • a deflection of the steerable front axle and the steerable rear axle of the vehicle which is necessary for setting the slip angle, is also calculated for each slip angle calculated as above. This can be done at a different time and place from the above-described determination of the sideslip angle. This calculation preferably takes place while driving through the curve.
  • a dedicated calculation of the necessary deflection of the steerable axles can be omitted if the vehicle offers the possibility of measuring a current side slip angle and comparing this with a target side slip angle specified for this position on the route and the deflection of the steerable axles to compensate for any deviations accordingly adjust in real time.
  • the above also apply with regard to the above described method for increasing driving comfort made statements.
  • the method for increasing driving comfort can be carried out individually or in combination with all sideslip angles to be assumed by a vehicle as part of the method for determining side slip angles when driving through a curve.
  • the respective method and individual preferred embodiments also represent preferred embodiments of the other method in each case.
  • the method for determining the side slip angles to be assumed by a vehicle when driving through a curve that at least one, preferably several, more preferably all of the method steps described above using a processor device and/or data processing device, by using at least one (computer-implemented ) Calculation method are carried out (with all preferred embodiments), as disclosed for the method to increase driving comfort.
  • a device for increasing the driving comfort for occupants of an at least partially autonomously drivable vehicle with at least one steerable front axle and one independently steerable rear axle comprises a navigation system for determining a route section that the vehicle can drive on in the future, this route section including at least one curve, a processor device which is provided and set up to calculate a suitable slip angle for a large number of waypoints in the route section, and an actuator by means of which the lock of the front and/or the rear axle can be adjusted in such a way that the vehicle at each of the waypoints assumes the sideslip angle precalculated by the processor device for this waypoint, characterized in that the sign of the angle of the lock of the rear axle with respect to the longitudinal axis of the vehicle is different in a first portion of the curve than in a second portion of the curve.
  • a device makes it possible to avoid acceleration peaks and, in particular, large gradients in an acceleration-time diagram.
  • this can be achieved in that the sideslip angle of the vehicle is deflected in the first section of the curve relative to the direction of travel of the vehicle towards the inside of the curve and in a second section of the curve towards the outside of the curve. Acceleration spikes, particularly in the area of the apex The curve can thus be avoided and the acceleration components caused by the rotation of the vehicle can be shifted to other sections of the route.
  • the first section is preferably a section lying in front of the apex of the curve along the direction of travel
  • the second section is a section lying after the apex of the curve.
  • a device has proven to be particularly preferred in which the angle of deflection of the rear axle with respect to the longitudinal axis of the vehicle in the area of a vertex of the curve is ⁇ 2°, preferably ⁇ 1°, more preferably ⁇ 0.5° and particularly preferred is essentially zero.
  • lying in the area of the apex should be understood to mean a route section which is preferably within a distance of ⁇ 20 m, preferably ⁇ 10 m, more preferably ⁇ 5 m and particularly preferably ⁇ 3 m from the apex of the curve or includes the vertex.
  • a device comprises at least one actuator for adjusting a deflection of the front and/or the rear axle.
  • Such an actuator is also referred to as a steering actuator.
  • a deflection of at least one selection of vehicle tires relative to a longitudinal direction of the vehicle (vehicle longitudinal direction) can be adjusted by means of such a steering actuator.
  • the steering actuator adjusts the steering angle of two front wheels of a vehicle together. This can be done, for example, by moving a steering lever and/or tie rods.
  • the deflection of one or each individual wheel with respect to the longitudinal direction of the vehicle can be adjusted by means of a separate actuator.
  • the turning of one or more tires can be adjusted independently of the turning of one or more other tires.
  • the deflection of the front and/or the rear axle should be understood to mean that the angle of at least one wheel connected to this axle is changed relative to the longitudinal axis of the vehicle.
  • tire is understood in its usual meaning, namely as that part of a wheel on which the wheel rolls.
  • the tire usually forms the circumference of the wheel and transmits the forces between the wheel and the road.
  • wheel and tire are used synonymously in connection with this invention.
  • tire is not to be understood in isolation, particularly in connection with an “impact” of a vehicle tire. It is common, as described above, for the tire to be part of a wheel. Accordingly, the impact of the tire does not occur in isolation, but usually together with other parts of the vehicle such as the wheel and/or parts of the steering mechanism and/or the axle or wheel suspension. Unless it is explicitly stated that the tire is considered in isolation, associated parts, in particular the other parts of the wheel, are also to be understood.
  • the device preferably comprises a control device, by means of which a signal corresponding to the deflection of a steerable axle provided by the processor device and/or the side slip angle can be converted.
  • This signal includes information about a target deflection of at least one selection of vehicle tires.
  • the control device can generate a signal that contains information about the desired turning angle of the front tires on the one hand and the rear tires of a vehicle on the other hand.
  • This signal is converted by the steering actuator of the relevant axle into a deflection of the relevant tire or tires with respect to the longitudinal direction of the vehicle.
  • the control device can be a mechanical transmission or an electronic control device. Accordingly (but independently of this), the signal can be an electrical signal or a mechanical impulse such as, for example, an acceleration of a steering lever.
  • the device preferably includes sensors that record safety-relevant vehicle data.
  • sensors that record safety-relevant vehicle data.
  • the mode with the increased driving comfort for the vehicle occupants is exited if indications of an unsafe traffic situation can be derived from the data from one or more sensors.
  • the device comprises at least one yaw sensor, by means of which a rotation of the vehicle about its yaw axis (also referred to as vertical or referred to as the vertical axis of a vehicle-fixed coordinate system).
  • This rotation around the yaw axis can be used by the processor device to calculate the sideslip angle (rear axle) using other vehicle data (e.g. position of the yaw sensor in the vehicle, dimensions of the vehicle, direction of movement of the vehicle, alignment of the yaw sensor with respect to the vehicle longitudinal axis and others). If the yaw sensor detects a deviation from the specified sideslip angle, it can be triggered—if necessary—to exit the mode with the increased driving comfort.
  • a deviation of the target side slip angle from the actual side slip angle can be detected.
  • a correction signal can be generated by the processor device, by means of which this deviation can be corrected.
  • vehicle data are included in the calculation of a deflection of the front axle and/or rear axle, which are selected from a group that includes vehicle speed, curve radius, distance of the vehicle from one or more lane boundaries, distance of the vehicle from one or more others Vehicles, outside temperature, tire temperature, tire pressure, yaw, acceleration, longitudinal acceleration, lateral acceleration, drift, road surface moisture, humidity, current amount of precipitation, amount of precipitation in a defined previous period, weight of the vehicle, payload of the vehicle and the center of gravity of the vehicle.
  • a deviation of the target side slip angle from the actual side slip angle can be corrected and it can be ensured that the vehicle is always in a safe driving state.
  • the computer device is connected to a data processing device arranged outside the vehicle.
  • a data connection makes it possible for data to be used to calculate the setpoint sideslip angle that is not available or determined in the vehicle itself.
  • This data can be traffic information or weather data, for example.
  • the present invention is aimed at a vehicle, in particular a motor vehicle, which comprises a device for increasing the driving comfort for occupants as described above.
  • a vehicle in particular a motor vehicle, which comprises a device for increasing the driving comfort for occupants as described above.
  • the acceleration forces and/or jerks acting on the occupants when driving through a curve are reduced compared to vehicles without such a device (and/or without additional rear-axle steering).
  • this offers the possibility of avoiding the distraction of the vehicle occupants by unexpected accelerations (or jerks). This is particularly advantageous during long journeys at high speed, such as when traveling on a freeway.
  • Motorways usually also offer a sufficiently large roadway width, which makes it possible to twist the vehicle at a calculated sideslip angle with respect to the direction of the roadway, without vehicles in other lanes being adversely affected.
  • the present invention also offers advantages when driving on winding routes such as country roads or in the city. When executing the procedure, care must be taken to ensure a sufficient safety distance on
  • the device is preferably set up, suitable and/or intended to carry out the method described above and all method steps described in connection with the method individually or in combination with one another or individual method steps using it.
  • the method for increasing the driving comfort for occupants can be carried out individually or in combination with all of the features described in the context of the device.
  • the present invention is also directed to a vehicle, in particular a motor vehicle, comprising an above-described device for increasing driving comfort according to an embodiment and/or to a vehicle which is suitable for carrying out a method as described above.
  • the vehicle can in particular be a (motorized) road vehicle.
  • the vehicle can be, for example, a passenger car, a truck, or a bus.
  • a vehicle can be a motor vehicle, which is in particular a semi-autonomous, autonomous (for example autonomy level 3 or 4 or 5 (of the SAE J3016 standard)) or self-driving motor vehicle.
  • Autonomy Level 5 designates fully automated vehicles.
  • the vehicle can also be a driverless transport system.
  • the present invention is further directed to a system comprising at least one (and preferably a plurality of) device(s) described above for (each) a vehicle according to an embodiment and comprising an external storage device and/or an external server or a backend according to an embodiment described above.
  • the external storage device or the backend preferably receives information from a large number of (different) vehicles (which were determined and/or generated by their device(s)) and is preferably suitable and intended for combining this into a (even larger) database .
  • the present invention is also directed to a computer program or computer program product, comprising program means, in particular a program code, which represents or encodes at least individual and preferably several method steps (individually or in combination with one another) of the method according to the invention and preferably one of the preferred embodiments described and for execution by a processor device is formed.
  • program means in particular a program code, which represents or encodes at least individual and preferably several method steps (individually or in combination with one another) of the method according to the invention and preferably one of the preferred embodiments described and for execution by a processor device is formed.
  • the present invention is also aimed at a data memory on which at least one embodiment of the computer program according to the invention or a preferred embodiment of the computer program is stored.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a vehicle in a first state and with a small sideslip angle
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a vehicle in a second state and a larger side slip angle compared to the side slip angle shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a vehicle in a third state and with a further increased slip angle compared to the slip angle shown in FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the orientation of a vehicle when cornering in an embodiment of the present invention
  • 5a, 5b each show a graph comparing the longitudinal (FIG. 5a) and transverse (FIG. 5b) acceleration forces acting on a vehicle occupant during conventional cornering and according to the present invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a vehicle 1 in a first state and with a small sideslip angle.
  • the vehicle 1 is equipped with a system according to the invention. For clarification, only the tires 2, 4 are shown, with the front tires 2 being turned in pairs to the left. In the state shown, the rear tires 4 are not turned in. Due to the impact of the front tires 2, the vehicle 1 is deflected in relation to the previous direction of travel indicated by the arrow P, which corresponds to the longitudinal direction of the vehicle, and then follows a curve K. In an ideal system (and/or low speed), the sideslip angle would be zero, since the vehicle follows the turning of the front wheels 2 and the direction of travel would correspond to the circular path K.
  • a state as shown in FIG. 1 occurs, for example, before entering a curve and/or in the region of the apex of the curve.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a vehicle 2 in a second state and a larger side slip angle ⁇ than the side slip angle shown in FIG.
  • the sideslip angle ß is shown in FIG. 2 as the angle between the force vector F Z p perpendicular to the direction of travel P and the transverse axis of the vehicle, but corresponds to the angle between the longitudinal direction of the vehicle and the direction of travel P in the center of gravity of the vehicle.
  • the sideslip angle ⁇ is not specified at the center of gravity, but rather at (the geometric center point) of the rear axle, deviating from this usual definition.
  • both the wheels 2 of the front axle and the wheels 4 of the rear axle are turned in the same direction with respect to the longitudinal direction of the vehicle.
  • the amount can of the angle taken in each case. If the magnitude of the angle turned on the rear wheels 4 is greater than that on the front wheels 2, the side slip angle ⁇ increases; if it is smaller, the side slip angle ⁇ decreases. If the front wheels 2 and rear wheels 4 are turned at the same angle relative to the longitudinal direction of the vehicle, the sideslip angle ⁇ remains constant and the vehicle 1 moves in a crab gait. In the example shown in FIG. 2, the rear wheels 4 are turned at a somewhat smaller angle relative to the longitudinal direction of the vehicle, so that the sideslip angle ⁇ is reduced. Such a state is described in more detail in connection with FIG. 4 and can preferably be present after driving over the region of the apex of the curve.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a vehicle 1 in a third state and a further increased slip angle ⁇ compared to the slip angle ⁇ shown in FIG.
  • a state as shown in FIG. 3 will usually not occur when implementing the method according to the invention. Nevertheless, the representation of this state shows how forces acting on the occupants of the vehicle 1 can be changed during cornering. Due to the extremely large sideslip angle ß of almost 90° in this state, the centrifugal force acting on the vehicle occupants is almost completely transformed from a force acting transversely during conventional cornering into a force acting in the longitudinal direction of the vehicle. At such a sideslip angle, a vehicle occupant is thus pressed into a seat by the centrifugal force. There is no acceleration of the vehicle occupants along the vehicle transverse direction. As explained above, a particularly effective conversion of a (kinetic) tangential acceleration into a (felt) transverse acceleration acting on an occupant is possible in such a third state.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the orientation of a vehicle 1 in different positions that it assumes during cornering according to an embodiment of the present invention.
  • the navigation system of the vehicle 1 has determined a suitable hose or strip S for a route section that the vehicle can drive on in the future. This section has (at least) one curve.
  • the center of gravity of the vehicle 1, which is only shown schematically, can assume any position within the strip S. The center of gravity can approach the lateral boundaries of this strip. Since the strip is available to the vehicle's center of gravity, this means that portions of the vehicle may even be located outside the strip at times. This is the case, for example, at the positions marked P2 and P3 in FIG. In the example shown, a vehicle 1 is approaching the curve from the bottom right.
  • the vehicle has a front V and a rear H and initially moves along its longitudinal direction along the roadway Fs along the strip S towards the curve.
  • the vehicle's center of gravity initially follows an almost straight line (even if the calculated strip has a slight S-shaped course). This route results in particularly low kinematic (transverse) accelerations that affect the vehicle occupants.
  • a rotation of the vehicle is already initiated in a section in which the vehicle 1 follows an almost straight route FS.
  • the rotation begins approximately at the point marked Pi. It can be triggered by appropriate activation of the actuators to turn the axles or wheels 2, 4.
  • a state as shown in FIG. 1 is conceivable at times.
  • By turning the wheels 2, 4 in this way, a sideslip angle is built up.
  • the front V of the vehicle turns toward the inside of the curve.
  • the vehicle can also be braked during this process. Due to the comparatively long stretch of road available to the vehicle 1 for these maneuvers, the jolt acting on the vehicle occupants can be kept low at all times, in particular by a favorable distribution of the acceleration that occurs into resulting vectors of the longitudinal and lateral accelerations.
  • sideslip angle ß Due to the curved course of the roadway in the area of the curve and thus also of the roadway Fs, the longitudinal direction of the roadway approaches the longitudinal direction of the vehicle in the course of the curve.
  • the sideslip angle ß thus decreases.
  • sideslip angle ⁇ is preferably almost zero. This condition exists at the point marked P2 along the roadway. In point , a vehicle state corresponding to the representation in FIG. 1 could preferably be present again.
  • sideslip angle ⁇ (preferably down to zero) can be delayed over a comparatively long period of time, depending on the course of the section of road following the curve. If—as in the example shown—there is enough distance to the next curve, the sideslip angle ⁇ can be reduced slowly, so that no strong acceleration forces act on the vehicle occupants during the movement in direction RA. At the point marked P3, the reduction of the side slip angle ß to the value zero had already been completed and an increase in the side slip angle ß in preparation for entering a following curve in the section (apex not shown) had begun.
  • Figures 5a and 5b each show a graphic for comparing the longitudinal (Fig. 5a) and transverse (Fig. 5b) acceleration forces acting on a vehicle occupant during conventional cornering 12, 22 and a method according to an embodiment of the present invention 10, 20 .
  • the distance s covered by vehicle 1 from FIG. 4 is plotted in meters on the abscissa axis.
  • the point Pi from Fig. 4 corresponds to a distance traveled of 800 m, the point P2 to a distance traveled of 900 m and the point P3 to a distance traveled of 1000 m
  • the longitudinal (FIG. 5) and transverse (FIG. 6) acceleration forces acting on vehicle occupants are plotted on the ordinate axis.
  • the solid line 12, 22 represents the comparative example for conventional cornering and the broken line represents an example for cornering according to an embodiment of the present invention.
  • the maximum acceleration acting on a vehicle occupant in the longitudinal direction of the vehicle can thus be reduced both during braking of the vehicle and during acceleration. This also has an advantageous effect on the gradient of the curve shown in FIG. 5a. With the implementation of the method according to the present invention, the steep gradients, which most occupants find particularly annoying, can be avoided.
  • Negative values represent acceleration to the right in relation to the direction of travel, positive values acceleration to the left.
  • there is no (negative) acceleration to the left since the lane is not strictly followed, but rather the width of the calculated strip S to reduce the acting accelerations is used. Strictly following the slightly S-shaped course of the route can thus be avoided.
  • the magnitude of the transverse acceleration (as a sum over all route points) is greater than in conventional cornering. This follows from the fact that the total amount (Euclidean norm) of kinematic and felt acceleration must be equal. However, the variant of the method optimizes their distribution over the entire route and/or between lateral and longitudinal acceleration.
  • the early turning of the vehicle's longitudinal axis into the curve and the associated formation of the sideslip angle ß contributes to the lateral acceleration acting on the vehicle occupants always remaining in the positive range.
  • part of the longitudinal acceleration is converted into a transverse acceleration, as described above with reference to FIG. 5a.
  • the effective lateral acceleration increases extremely gently until it reaches its maximum around the apex of the curve. Since the sideslip angle is preferably almost zero at this point and the vehicle is therefore essentially in a driving position analogous to conventional cornering, the transverse accelerations acting at this point are very similar in terms of magnitude.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung des Fahrkomforts für Insassen eines zumindest teilautonom fahrenden Fahrzeugs mit mindestens einer lenkbaren Vorderachse und einer davon unabhängig lenkbaren Hinterachse, mit den Schritten: Ermitteln eines von dem Fahrzeug zukünftig zu befahrenden Streckenabschnitts durch ein Navigationssystem; Ermitteln eines optimierten Schwimmwinkels für eine zukünftige Kurvenfahrt durch eine Prozessoreinrichtung; Ansteuern eines Aktuators zur Einstellung eines Einschlags der vorderen und/oder der hinteren Achse für eine Kurveneinfahrt entsprechend des von der Prozessoreinrichtung vorberechneten optimierten Schwimmwinkels; Ansteuern eines Aktuators zur Einstellung eines Einschlags der vorderen und/oder der hinteren Achse für eine Kurvenausfahrt entsprechend der von der Prozessoreinrichtung vorberechneten optimierten Fahrzeugausrichtung; und mindestens einmaliges Ändern des Vorzeichens des Winkels des Einschlags der hinteren Achse bezüglich der Fahrzeuglängsachse während einer Kurvendurchfahrt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erhöhung des Fahrkomforts für Insassen eines zumindest teilautonom fahrenden Fahrzeugs sowie ein entsprechendes Fahrzeug.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung des Fahrkomforts für Insassen eines zumindest teilautonom fahrenden Fahrzeugs
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erhöhung des Fahrkomforts für Insassen eines zumindest teilautonom fahrenden Fahrzeugs während einer Kurvenfahrt. Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, das mit einer solchen Vorrichtung ausgerüstet ist oder zur Durchführung dieses Verfahrens eingerichtet ist.
Die Entwicklung von Fahrzeugen verfolgt seit einiger Zeit im Wesentlichen die drei Ziele, Fahrzeuge energieeffizienter, sicherer und / oder komfortabler zu machen. Wesentlichen Einfluss darauf - insbesondere im Hinblick auf die Energieeffizienz - haben beispielsweise der Motor und die Karosserie. Der Motor hat beispielsweise durch die Auswahl dessen Leistung, der zum Vortrieb des Fahrzeugs eingesetzten Energiequelle und dessen Gewicht einen Einfluss, die Karosserie, beispielsweise durch ihre Form und ihr Gewicht. Viele dieser Variablen sind jedoch nicht frei wählbar oder bereits so optimiert, dass der benötigte Aufwand nicht mehr im Verhältnis zum Nutzen steht.
Daher wurde in der Vergangenheit vermehrt versucht, andere Möglichkeiten zur Überwachung und Optimierung des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs unternommen. Insbesondere im Zusammenhang mit Entwicklungen zum (teil-) autonomen Fahren wurden Fahrzeuge entwickelt, die Vielzahl von Sensoren enthalten, welche Fahrzeugdaten und/oder Umgebungsdaten ermitteln. Diese Daten werden zur Ermittlung eines geeigneten Fahrmodus eingesetzt, welcher einerseits sowohl die Sicherheit des Fahrzeugs, dessen Insassen und anderer Verkehrsteilnehmer gewährleistet und andererseits das Fahrzeug auch in einem möglichst energiesparenden Modus fahren lässt. So ist es beispielsweise bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren Stand der Technik, einen oder mehrere Zylinder nicht zu nutzen, wenn deren Leistung nicht benötigt wird.
Die in modernen Fahrzeugen enthaltenen Sensoren und Aktoren können auch dazu genutzt werden, den Fahrkomfort zu erhöhen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine (teil-) autonome Fahrzeugsteuerung beispielsweise auf Basis der für die vorausgeberechnete Strecke verfügbaren Informationen zur Streckenauslastung, Ampelsteuerung und Geschwindigkeitsvorgaben die Fahrzeuggeschwindigkeit frühzeitig anpasst. Dadurch können abrupte Geschwindigkeitsänderungen reduziert werden und die auf die Fahrzeuginsassen wirkenden Beschleunigungskräfte verringert werden. Insbesondere beim (voll-) autonomen Fahren sind alle Fahrzeuginsassen Passagiere, denen ein möglichst angenehmes und komfortables Reisen ermöglicht werden sollte. Ablenkungen und Unterbrechungen von während der Reise ausgeübten sonstigen Tätigkeiten wie Lesen, Schreiben, Arbeiten oder Spielen durch unerwartete oder plötzliche ausgeführte Fahrzeugmanöver mit großer Änderungsrate der Beschleunigung sollten vermieden werden.
Aus dem Stand der Technik sind außerdem Fahrzeuge mit Hinterachslenkung bekannt. Eine solche Lenkung der Hinterachse dient üblicherweise dazu, die Agilität eines Fahrzeugs (insbesondere bei geringen Geschwindigkeiten) zu erhöhen. Beispielsweise kann durch eine zusätzliche Hinterachslenkung das Einparken des Fahrzeugs unterstützt werden. Bekannt ist auch, dass durch eine zusätzliche Hinterachslenkung (insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten) die Sicherheit er erhöht werden kann. Dies kann insbesondere mit einer Verbesserung der Stabilität des Fahrzeugs bei Kurvenfahrten begründet werden.
Ein Beispiel für eine solche Steuerung ist in der DE 102015212 229 B4 offenbart. Zur Spurhaltung des Fahrzeuges werden die Hinterräder einzeln oder gemeinsam angesteuert. Außerdem werden zur Vermeidung einer Rückstellung der Vorderräder diese ebenfalls einzeln oder gemeinsam entsprechend angesteuert. Durch diese Steuerung wird ein Giermoment um die Hochachse des Fahrzeugs und somit auch eine auf die Vorderachse bzw. die Vorderräder wirkende Seitenkraft bewirkt. Als wesentlicher Vorteil ist in dieser Druckschrift dargelegt, dass diese Eingriffe das Spurhalten bewirken und vom Fahrer praktisch nicht wahrgenommen werden. Der Fahrer kann weiterhin wie gewohnt seine mittels des Lenkrades die Fahrrichtung vorgeben und das Fahrzeug folgt dieser, ohne dass der Fahrer am Lenkrad ein Moment spürt, wie dieses bei einer aktiven Lenkung der Fall wäre. Dem Ausbrechen des Fahrzeugs in Kurven kann durch eine solche Hinterachslenkung in gewissem Maße entgegengewirkt werden.
Andererseits ist es bekannt, dass bei Fahrzeugen mit einer zusätzlichen Hinterachslenkung ein dem Übersteuern und/oder Ausbrechen des Fahrzeugs (was auch beim Driften auftritt und im Rahmen dieser Erfindung auch teilweise als Driften bezeichnet wird) ähnliches Fahrgefühl bei gleichzeitig stabiler Fahrzeugführung gezielt herbeigeführt oder simuliert werden kann.
So ist beispielsweise aus DE 10 2018220 575 A1 bekannt, dass sich das Fahrmanöver des
Driftens - wie von Kraftfahrzeugen mit nicht lenkbaren Hinterrädern zuvor bekannt - mit einem Kraftfahrzeug mit zusätzlich lenkbaren Hinterrädern gezielt simulieren lässt. Dabei wird durch zusätzliche Nutzung der Hinterradlenkung ein hinsichtlich der Fahrzeugbewegung dem Driften vergleichbares Fahrmanöver durchgeführt. Ein wirkliches Driften, also ein Rutschen oder Schieben über die Hinterräder ist dabei nicht beabsichtigt, sondern der Fahrer hat lediglich den Eindruck, dass das Fahrzeug driftet.
Ein Verfahren, bei welchem das Driften auch bei Fahrzeugen gezielt hervorgerufen wird, bei denen es aufgrund eines negativen Kraft/Masse-Verhältnisses üblicherweise nicht zulässig wäre, ist aus DE 102017 001 449 A1 bekannt. Dabei wird eine Kurvenfahrt durch einen ersten Driftmodus eingeleitet, in welchem ein Schräglaufwinkel einer Hinterachse des Fahrzeugs so eingestellt wird, dass Räder der Hinterachse in Richtung eines Kurvenäußeren ausgerichtet sind. Anschließend wird in einem zweiten Driftmodus der Schräglaufwinkel der Hinterachse des Fahrzeugs so eingestellt, dass die Räder der Hinterachse in Abhängigkeit eines festgelegten fahrdynamischen Grenzwerts in Richtung eines Kurveninneren ausgerichtet werden und das Fahrzeug übersteuert. Anders als bei dem Gegenstand der zuvor genannten
DE 10 2018220 575 A1 wird somit gezielt das Übersteuern des Fahrzeugs und damit tatsächlich das Driften ausgelöst.
Wie oben dargelegt, ist es zwar grundsätzlich bekannt, dass ein Fahrzeug mit einer Hinterradlenkung in bestimmte Fahrmodi bringbar ist, jedoch dienen die bekannten Verfahren und Vorrichtungen jeweils entweder der Stabilisierung des Fahrzeugs während der Kurvenfahrt durch Verhinderung des Übersteuerns oder dazu, das Übersteuern beziehungsweise Driften gezielt auszulösen. Verfahren und Vorrichtungen, die den Fahrkomfort der Fahrzeugpassagiere erhöhen, sind nicht bekannt. Es besteht daher die Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, welches den Fahrkomfort bei Kurvenfahrten erhöht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Verfahren zur Erhöhung des Fahrkomforts für Insassen eines zumindest teilautonom fahrenden Fahrzeugs mit mindestens einer lenkbaren Vorderachse und einer davon unabhängig lenkbaren Hinterachse. Dieses Verfahren umfasst die Schritte:
Ermitteln eines von dem Fahrzeug zukünftig zu befahrenden Streckenabschnitts durch ein Navigationssystem, Ermitteln eines optimierten Schwimmwinkels für eine zukünftige Kurvenfahrt durch eine Prozessoreinrichtung,
Ansteuern eines Aktuators zur Einstellung eines Einschlags der vorderen und/oder der hinteren Achse für eine Kurveneinfahrt entsprechend des von der Prozessoreinrichtung vorberechneten optimierten Schwimmwinkels,
Ansteuern eines Aktuators zur Einstellung eines Einschlags der vorderen und/oder der hinteren Achse für eine Kurvenausfahrt entsprechend der von der Prozessoreinrichtung vorberechneten optimierten Fahrzeugausrichtung, und
Mindestens einmaliges Ändern des Vorzeichens des Winkels des Einschlags der hinteren Achse bezüglich der Fahrzeuglängsachse während einer Kurvendurchfahrt.
Als Kurvendurchfahrt soll dabei das Befahren eines Streckenabschnitts verstanden werden, der zumindest abschnittsweise einen beliebigen Strecke nverl auf mit nichtkonstanter Kurvenkrümmung aufweist. Die Kurvenkrümmen kann abschnittsweise auch gleich null sein, der Streckenabschnitt also ein oder mehrere geradlinig verlaufende Teilstücke aufweisen.
Es konnte überraschenderweise gefunden werden, dass sich durch die mindestens einmalige Änderung des Vorzeichens des Winkels des Einschlags der hinteren Achse bezüglich der Fahrzeuglängsachse während einer Kurvendurchfahrt eine für die Insassen besonders komfortable Kurvendurchfahrt realisieren lässt, da extreme Beschleunigungsänderungen in kurzer Zeit (hohe Rücke) vermieden werden können. Anders als bei dem eingangs als Stand der Technik beschriebenen Driften und dem durch die bewusste Herbeiführung dieses Fahrzustands, um die dabei plötzlich auftretenden Beschleunigungsspitzen (starke Steigung in einem Beschleunigung/Zeit-Diagramm) hervorzurufen, ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, derartige Beschleunigungsspitzen und besonders große Steigungen in einem Beschleunigung/Zeit-Diagramm zu vermeiden. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit den in den Figuren 5 und 6 dargestellten Beschleunigung/Zeit-Diagrammen beschrieben.
Eine große Änderungsrate der Beschleunigung wird im Zusammenhang mit dieser Erfindung auch als plötzlich auftretende Beschleunigung bezeichnet. Eine zeitliche Änderungsrate der Beschleunigung eines Körpers wird in der Kinematik als „Ruck“ bezeichnet. Der Ruck entspricht der ersten Ableitung der Beschleunigung nach der Zeit. Eine kurzfristig auftretende Beschleunigung zeichnet sich üblicherweise durch eine große Steigung in einem Beschleunigung-Zeit-Diagramm aus. Dementsprechend ist der Betrag der Ableitung der Beschleunigung über die Zeit an diesem Punkt groß. Derartige kurzfristige beziehungsweise abrupte Beschleunigungen oder Rücke werden von Fahrzeuginsassen oft als besonders störend und unangenehm empfunden.
Im Rahmen dieser Erfindung wird in vielen Fällen zwischen der kinematischen Beschleunigung und der auf Insassen wirkende Beschleunigung unterschieden. Sowie nichts anderes angegeben ist, wird mit Beschleunigung die auf Insassen wirkende Beschleunigung verstanden. Die kinematische Beschleunigung wird üblicherweise durch einen Verlauf der Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit angegeben. Dessen Richtung und Größe ist beispielsweise durch Faktoren wie Kurvenradius und Geschwindigkeit(sänderung) des Fahrzeugs vorgegeben. Dieser Beschleunigungsvektor kann in zwei Vektoren zerlegt werden, von denen ein erster tangential und ein zweiter normal zur Bahnkurve gerichtet sind. Der erste dieser beiden Vektoren definiert die Tangentialbeschleunigung. Er beschreibt die zeitliche Änderung der Geschwindigkeitsbetrages und bildet eine Tangente zur Bahnkurve. Der zweite dieser beiden Vektoren definiert die Normalbeschleunigung. Er beschreibt die zeitliche Änderung der Geschwindigkeitsrichtung. Bei seiner Kenntnis lässt sich aus ihm ein Maß für die Krümmung der Bahnkurve ermitteln.
Demgegenüber zielt die vorliegende Erfindung vorzugsweise darauf ab, die auf Insassen wirkende Beschleunigung und demnach auch den wirkenden Ruck so zu verändern, dass dieser für Fahrzeuginsassen als weniger Störend empfunden wird und ein komfortableres Fahrgefühl entsteht. Dazu wird vorzugsweise auf ein fahrzeugfestes Bezugssystem abgestellt, bei welchem bei den auf Insassen wirkende Beschleunigung (beziehungsweise Ruck) zwischen der Beschleunigung (beziehungsweise dem Ruck) in Längs- und Querrichtung (bezüglich der Fahrzeuglängsachse) unterschieden wird.
Der Betrag der auf die Insassen wirkende (und von den Insassen gefühlten) Beschleunigung ist (da nur ein anderes Bezugssystem zugrunde liegt) gleich der kinematischen Beschleunigung.
Im Rahmen der vorgeschlagenen Lösung ist es jedoch vorzugsweise durch eine geeignete Fahrzeugausrichtung möglich, die Richtung der auf die Passagiere wirkenden Beschleunigung (Längs- und Querbeschleunigung) zu verändern. Beispielsweise kann dadurch eine kinematische Längsbeschleunigung (oder Tangentialbeschleunigung) des Fahrzeugs in eine (von einem Insassen) gefühlte Querbeschleunigung umwandeln und umgekehrt.
Vorzugsweise ergeben sich durch die Entkopplung der Längs- und Querbeschleunigung von der Tangentialbeschleunigung und Normalbeschleunigung Möglichkeiten, die Richtung der auf einen Fahrzeuginsassen wirkenden Beschleunigung zu verändern und somit den Betrag des gefühlten Rucks zu verkleinern. Dies wird als Komfortsteigerung wahrgenommen. Da auch die Toleranz für von einem Fahrzeuginsassen gefühlte Beschleunigungen in Quer- und Längsrichtung unterschiedlich sein kann, kann auch eine durch die vorliegende Erfindung erreichbare gesteuerte Umverteilung der auf den Insassen wirkenden Gesamtbeschleunigung in als besonders komfortabel empfundene Anteile in Längs- und Querbeschleunigung der Komfort nochmals erhöht werden.
Insbesondere hat es sich zur Vermeidung von großen Rücken als vorteilhaft erwiesen, wenn das Ansteuern des Aktuators zur Einstellung eines Einschlags der vorderen und/oder der hinteren Achse für eine Kurveneinfahrt vor der Einfahrt des Fahrzeugs in die Kurve erfolgt und/oder das Vorzeichens des Winkels des Einschlags der hinteren Achse bezüglich der Fahrzeuglängsachse nach der Ausfahrt des Fahrzeugs aus der Kurve zumindest zeitweise aufrechterhalten wird. Vorzugsweise wird dazu mithilfe der Aktorik an Vorder- und Hinterachse bereits vor Kurveneinfahrt ein Schwimmwinkel aufgebaut und nach Kurvenausfahrt ein veränderter Schwimmwinkel kurz gehalten und/oder langsam abgebaut wird.
Durch eine dieser Maßnahmen oder deren Kombination können die auf einen Fahrzeuginsassen wirkenden Beschleunigungen in ihrer Richtung verändert werden. Dadurch ist es möglich, in einer Richtung wirkende kinematische Beschleunigungsspitzen wie im Folgenden dargestellt abzupuffern, indem sie in verschiedene Wahrnehmungsrichtungen verteilt wird. Vorzugsweise ist es möglich, die auf Fahrzeuginsassen wirkende Richtungsänderungen der Gesamtbeschleunigung klein zu halten. Eventuell ist es ergänzend auch möglich, eine Beschleunigungsspitze dadurch weniger störend zu machen, dass sie örtlich und/oder zeitlich (also über eine größere Strecke und/oder auf einen längeren Zeitraum) verteilt werden. Jede einzelne dieser Maßnahmen oder jede deren Kombinationen führt dazu, dass die gefühlten Beschleunigungen in jeder Richtung langsamer auf- und abgebaut werden können, was zu niedrigeren Rücken führt. Dies führt vorzugsweise auch dazu, dass eine Richtung der Summe der auf einen Fahrzeuginsassen wirkenden Beschleunigungen sich langsamer ändert. Damit einher geht vorzugsweise auch, dass die unterschiedlichen Beschleunigungstoleranzen in Längs- und Querrichtung besser befolgt werden können. Starke Steigungen im Beschleunigung/Zeit-Diagramm können somit - durch die Umverteilung der wirkenden Kräfte und/oder da eine längere Strecke und damit auch ein größerer Zeitraum zur Verfügung steht - besonders effizient vermieden werden. Für die Fahrzeuginsassen wirkt sich dies vorteilhaft aus, da sie nicht durch plötzlich auftretende Beschleunigungsspitzen aus anderen Tätigkeiten wie Schlafen, Besprechungen, Lesen Arbeit oder Spielen aufgeschreckt werden. In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird beim Ermitteln eines von dem Fahrzeug zukünftig zu befahrenden Streckenabschnitts eine Breite des zur Verfügung stehenden Streckenabschnitts mit berücksichtigt. Vorzugsweise ist das Ergebnis einer solchen Ermittlung des von dem Fahrzeug zukünftig zu befahrenden Streckenabschnitts somit keine Linie sondern ein Streifen. Dies ermöglicht es, nicht nur die Position des Fahrzeugs auf einer Linie zu definieren, sondern auch eine erlaubte Ausrichtung des Fahrzeugs bezüglich der Fahrtrichtung zu bestimmen. Für jede von Fahrtrichtung abweichende Ausrichtung der Längsrichtung des Fahrzeugs muss gewährleistet sein, dass das Fahrzeug trotz dieser Schrägstellung nicht seitlich über einen zulässigen Fahrbahnbereich hinausragt.
Jedem Punkt auf seinem solchen Streifen kann auch eine für ein Fahrzeug zur Verfügung stehende Höhe zugeordnet werden, so dass ein dreidimensionaler Raum betrachtet wird, der dem Fahrzeug für dessen Fahrt zur Verfügung steht. Im Folgenden wird der ermittelte Streckenabschnitt daher synonym auch als „Schlauch“ bezeichnet. Vorzugsweise wir der Streckenabschnitt so ermittelt, dass sich der Schwerpunkt des Fahrzeugs über den gesamten Streckenabschnitt innerhalb der zur Verfügung stehenden Breite befindet. Da hierbei auf den Schwerpunkt des Fahrzeugs abgestellt wird und dieser Schwerpunkt üblicherweise im Fahrzeuginneren liegt. Erstreckt sich das Fahrzeug von diesem Schwerpunkt aus um einen jeweils bekannten Betrag in alle Richtungen. Dieser vom Fahrzeug zusätzlich beanspruchte Raum wird bei einer Berechnung eines Streckenabschnitts vorzugsweise mit berücksichtigt, insbesondere bevorzugt mit einem zusätzlichen Sicherheitsaufschlag.
Ein Verdrehen der Fahrzeuglängsrichtung um eine Vertikalachse wird allgemein als Gieren bezeichnet. Von besonderer Bedeutung ist bei Fahrzeugen dabei der sogenannte Schwimmwinkel, welcher üblicherweise als der Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs und der Fahrzeuglängsachse um eine im Schwerpunkt des Fahrzeugs stehenden Vertikalachse definiert ist. Der Schwimmwinkel kann jedoch auch für andere Orte im Fahrzeug als den Schwerpunkt angegeben werden. Sofern im Folgenden nichts anderes angegeben ist, beziehen sich alle Angaben zum Schwimmwinkel auf einen Schwimmwinkel um eine auf der Hinterachse, insbesondere der geometrische Mitte der Hinterachse, stehende Vertikalachse.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante erfolgt das Ermitteln einer optimierten Fahrzeugausrichtung für die zukünftige Kurvenfahrt unter Berücksichtigung von mindestens einem Parameter, der ausgewählt ist aus einer Gruppe, die eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs bezüglich eines Fahrstreifens, eine Position des Fahrzeugs auf einem Fahrstreifen, eine longitudinale Beschleunigung des Fahrzeugs entlang dessen longitudinaler Richtung, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, einen Kurvenradius, eine Kurvenkrümmung, eine Fahrbahnbreite, eine Fahrzeuglänge, eine Fahrzeugbreite, einem Radstand, eine Fahrzeugmasse, einem Beladungszustand, einer Gewichtsverteilung, einem Fahrbahnzustand, einem Wetterdatum, einer Verkehrsinformation, einer Streckenauslastung, einer Anzahl von Fahrzeuginsassen und der Sitzposition der Fahrzeuginsassen umfasst. Bevorzugt werden mehrere der oben genannten Parameter bei der Berechnung einer geeigneten Fahrzeugausrichtung für die zukünftige Kurvenfahrt berücksichtig. Denkbar ist beispielsweise, dass bei einer geringeren zur Verfügung stehenden Fahrbahnbreite ein maximaler Schwimmwinkel für die zukünftige Kurvenfahrt weniger groß sein darf als bei einer größeren zur Verfügung stehenden Fahrbahnbreite.
Denkbar ist weiterhin, dass bei lediglich einem Fahrzeuginsassen die Fahrzeugausrichtung für die zukünftige Kurvenfahrt dahingehend optimiert ist, dass die auf diesen Insassen wirkenden Beschleunigungskräfte und/oder Rücke minimiert sind. Bei mehreren Fahrzeuginsassen wäre dagegen eine Optimierung der Fahrzeugausrichtung für die zukünftige Kurvenfahrt dahingehend vorteilhaft, dass für diese auf diese Insassen im Mittel wirkenden Beschleunigungskräfte und/oder Rücke minimiert sind, auch wenn dabei auf einen einzelnen Fahrzeuginsassen eventuell erhöhte Beschleunigungskräfte und/oder Rücke wirken.
Als insbesondere vorteilhaft hat sich eine Verfahrensvariante gezeigt, bei welcher ein Schwimmwinkel des Fahrzeugs während des Befahrens eines ersten Abschnitts der Kurve gegenüber in Richtung der Kurvenaußenseite ausgelenkt ist und während des Befahrens eines zweiten Abschnitts der Kurve in Richtung der Kurveninnenseite. Dabei ist vorzugsweise (jeweils entlang der Fahrtrichtung) der erste Abschnitt ein vor dem Scheitelpunkt der Kurve liegender Abschnitt und der zweite Abschnitt ein nach dem Scheitelpunkt der Kurve liegender Abschnitt. Dies eröffnet die Möglichkeit, Anteile der für die Kurvendurchfahrt auftretenden (kinematischen) Beschleunigungskräfte, die durch die notwendige Drehung des Fahrzeugs (Veränderung des Normalenvektors während der Fahrt entlang einer gekrümmten Strecke) zwangsläufig auftreten, auf diese Abschnitte zu verteilen, wo sie auf den Insassen als Längs- und/oder Querbeschleunigung wahrgenommen werden. Vorzugsweise wird dabei die Fahrzeuglängsachse vor der Kurveneinfahrt und/oder eingangs der Kurve überproportional bezüglich der Fahrtrichtung in Richtung der Kurveninnenseite verdreht. Bei Annäherung an den Scheitelpunkt - wo üblicherweise besonders starke Beschleunigungskräfte und/oder besonders große Steigungen im Beschleunigung/Zeit-Diagramm auftreten, ist somit bereits ein Teil der für die Kurvendurchfahrt notwendigen Drehung des Fahrzeugs abgeschlossen, so dass durch die Drehung entstehende zusätzliche Beschleunigungen (insbesondere Querbeschleunigungen) reduziert werden können.
Analog wird in dem zweiten Abschnitt (der im Wesentlichen bezüglich der Fahrtrichtung nach dem Scheitelpunkt der Kurve liegt) die Fahrzeuglängsachse unterproportional bezüglich der Fahrtrichtung in Richtung der Kurveninnenseite verdreht. Einen ersten Teil dieses Abschnitts legt das Fahrzeug in einem dem Krebsgang ähnlichen Fahrmodus zurück. Ein Teil der für die Kurvenausfahrt notwendigen Drehung des Fahrzeugs wird dabei auf Streckenanteile Verschoben, die erst im Bereich des Kurvenausgangs oder sogar dahinter liegen. Durch die Drehung des Fahrzeugs entstehende gefühlte Beschleunigungen (insbesondere Querbeschleunigungen) können somit aus dem Bereich des Scheitelpunkts in Streckenbereiche verschoben werden in denen wesentlich geringere Beschleunigungskräfte auf die Fahrzeuginsassen wirken.
Wie insbesondere im Zusammenhang dem in Figur 6 dargestellten Diagramm beschrieben ist, ist denkbar, dass im Scheitelpunkt die (im Wesentlichen durch die Zentripetalkraft hervorgerufene) Querbeschleunigung gegenüber einer üblichen Kurvendurchfahrt im Wesentlichen unverändert bleibt. Dennoch wird bei einer erfindungsgemäßen Verfahrensführung vorzugsweise die zeitliche Änderung der Querbeschleunigung (Querruck) und die Änderung der Wirkrichtung der auf den Passagier wirkenden resultierenden Beschleunigung (vektorielle Summe der Längs- und Querbeschleunigung) verringert.
Auch wenn durch die oben genannten Maßnahmen die auf Fahrzeuginsassen wirkenden Beschleunigungen gegebenenfalls über einen längeren Zeitraum ausgedehnt werden, wirkt sich dies dennoch positiv auf den Fahrkomfort für die Fahrzeuginsassen aus, da als unangenehm empfundene starke Steigungen im Beschleunigung/Zeit-Diagramm vermieden werden können.
Bevorzugt können zumindest einer, bevorzugt mehrere, weiter bevorzugt alle der oben beschriebenen Verfahrensschritte unter Verwendung einer Prozessoreinrichtung und/oder Datenverarbeitungseinrichtung, mittels Anwendung wenigstens eines (computerimplementierten) Berechnungs-Verfahrens durchgeführt werden. Vorzugsweise fließen in diese Berechnungen auch Daten (computer-implementierter) Wahrnehmungs- und/oder Erfassungsaufgaben ein, wie beispielsweise (computer-implementierte) Objekterkennungsverfahren und/oder (computer-implementierte) Verfahren zur semantischen Segmentierung und/oder (computer-implementierte) Objektklassifizierung („Image Classification“) und/oder (computer-implementierte) Objektlokalisierung und/oder (computer- implementierte) Kantenerkennung. Das (computer-implementierte) Verfahren kann dabei auf einem Modell maschinellen Lernens beruhen, welches etwa ein (trainiertes) neuronales Netz verwenden kann. Ergänzend oder alternativ dazu kann auch ein modellbasiertes Optimierungsverfahren verwendet werden
Bei einem weiter bevorzugten Verfahren werden die ermittelten und/oder errechneten Daten bevorzugt zusammen mit diesen zugeordneten, im Wesentlichen zeitgleich und/oder nachträglich ermittelten, globalen Positionsdaten - auf einer (bevorzugt fahrzeuginternen) Speichereinrichtung des Fahrzeugs abgelegt.
Bevorzugt handelt es sich bei der (fahrzeuginternen) Speichereinrichtung um einen Ringspeicher.
Bevorzugt wir zumindest ein Teil der ermittelten und/oder errechneten Daten auch anderen Verkehrsteilnehmern zur Verfügung gestellt. Denkbar ist diesbezüglich beispielsweise, dass nachfolgende oder entgegenkommende Verkehrsteilnehmer über eine Nutzung eines bestimmten Streckenabschnitts durch das Ego-Fahrzeug informiert werden. Die dabei übermittelten Daten können beispielsweise eine Information über einen Zeitpunkt der Nutzung eines Streckenabschnitts, eine voraussichtliche Geschwindigkeit bei der Nutzung dieses Streckenabschnitts, eine voraussichtlich bei der Nutzung dieses Streckenabschnitts genutzte Fahrbahnbreite, Wetterdaten, Daten zum Fahrbahnzustand und andere umfassen. Diese Daten können auch auf einer externen Speichereinrichtung zum Abruf für weitere Verkehrsteilnehmer bereitgestellt werden.
Bei einem bevorzugten Verfahren handelt es sich bei der externen Speichereinrichtung um eine Cloud-basierte Speichereinrichtung und/oder einen externen Server. Unter einem externen Server ist insbesondere ein in Bezug auf das Fahrzeug (des Nutzers) externer Server, insbesondere ein Backend-Server, zu verstehen. Der externe Server ist beispielsweise ein Backend eines Fahrzeugherstellers oder eines Dienstanbieters, welcher dazu eingerichtet ist, wenigstens ein Datum aus der oben genannten Auswahl (insbesondere mit diesem zugeordneten Ortsdaten) zu verwalten. Die Funktionen des Backend bzw. des externen Servers können dabei auf (externen) Serverfarmen durchgeführt werden. Beim (externen) Server kann es sich um ein verteiltes System handeln. Der externe Server und/oder das Backend kann Cloud-basiert sein. Optional ist es auch möglich, einen oder mehrere Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Ausnutzung einer externen Speichereinrichtung und/oder externen Recheneinrichtung durchzuführen. Denkbar ist beispielsweise die Berechnung von Schwimmwinkeln durch einen Backend-Server bei bestehender Datenverbindung zu dem Ego-Fahrzeug.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung von während des Durchfahrens einer Kurve, beziehungsweise eines Streckenabschnitts mit einer zumindest abschnittsweise von null verschiedenen Krümmung, von einem Fahrzeug mit einer lenkbaren Vorderachse und einer davon unabhängig lenkbaren Hinterachse einzunehmenden Schwimmwinkeln. Dieses Verfahren umfasst die Schritte:
Aufstellen einer Beschleunigungsfunktion in welcher eine Längs und/oder Querbeschleunigung und/oder Beschleunigungsänderung vorzugsweise gewichtet bewertet werden,
Minimierung der Beschleunigungsfunktion durch Veränderung eines mit einer Fahrzeugausrichtung korrelierenden Winkels mittels eines geeigneten Algorithmus, wobei vorzugsweise mindestens eine maximal zulässige (Längs und/oder Quer-) Beschleunigung unterschritten wird, und
Berechnen eines Schwimmwinkels des Fahrzeugs für eine Vielzahl von Zeit- und/oder Wegpunkten des Durchfahrens einer Kurve, basierend auf der minimierten Beschleunigungsfunktion.
Bezüglich der Beschleunigungsfunktion wird darauf hingewiesen, dass die Beschleunigung als solches nicht zwingend eine Variable dieser Funktion sein muss. Der Begriff „Beschleunigungsfunktion“ wird jedoch im Rahmen dieser Erfindung verwendet, da mindestens eine Variable einer solchen Funktion eine (Längs und/oder Quer-) Beschleunigung beeinflusst, zur Berechnung einer Beschleunigung herangezogen werden kann, und/oder für eine Beschleunigung charakteristische ist. Beispielsweise wird auch eine einen Ruck charakterisierende Funktion als Beschleunigungsfunktion angesehen, da diese als erste Ableitung unmittelbar ineinander überführbar sind. Analog könnten auch Funktionen die die Beschleunigung selbst nicht als Funktionswert, Argument und/oder Variable enthalten eine Beschleunigungsfunktion sein, sofern sich eine Beschleunigung aus anderen Werten dieser Funktion (beispielsweise unter Berücksichtigung eines Schwimmwinkels und/oder einer Geschwindigkeit) berechnen lässt.
Bei der Minimierung der Beschleunigungsfunktion wird ein mit einer Fahrzeugausrichtung korrelierender Winkel vorzugsweise mittels eines geeigneten Algorithmus dahingehend optimiert, dass die auf einen Fahrzeuginsassen wirkende Rucke - also der Betrag der ersten Ableitung der Beschleunigungsfunktion - jeweils nahezu minimal sind, „nahezu minimal“ soll in diesem Zusammenhang derart verstanden werden, dass nicht zu jedem Zeit- und/oder Wegpunkten das für diesen Zeit- und/oder Wegpunkten theoretisch mögliche minimale Ruck ermittelt werden soll, sondern die Beschleunigungsfunktion dahingehend optimiert ist, dass so an bevorzugt jedem berücksichtigtem Zeit- und/oder Wegpunkt ein auftretender Ruck so gewählt wird, dass über die gesamte Funktion die Summe der Ruck-Beträge sich einem Minimum annähert. Dabei ist es durchaus möglich und in einigen Verfahrensvarianten vorteilhaft, wenn nicht das absolute Minimum erreicht wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das absolute Minimum nur dann erreicht werden kann, wenn an mindestens einem Zeit- und/oder Wegpunkt ein Ruck vorliegt, der von einem Fahrzeuginsassen als besonders störend empfunden werden könnte.
Als besonders geeignet hat sich ein Verfahren gezeigt, bei welchem die Beschleunigungsfunktion eine Gütefunktion oder Kostenfunktion ist. Eine Kostenfunktion bietet vorzugsweise die Möglichkeit, die Längs und/oder Querbeschleunigung gewichtet zu bewerten.
Die Minimierung der Kostenfunktion durch eine Änderung mindestens einer eine Fahrzeugausrichtung charakterisierenden Variable erfolgt vorzugsweise durch einen geeigneten Algorithmus. Alternativ oder ergänzend dazu kann die Minimierung durch Machine Learning und/oder modellbasierte Optimierung und/oder andere bevorzugt computerimplementierte Verfahren erfolgen.
Vorzugsweise werden in der Beschleunigungsfunktion beziehungsweise Kostenfunktion Längsund Querbeschleunigung gewichtet. Vorzugsweise werden die gewichtete Längs- und Querbeschleunigung bestraft, vorzugsweise wenn ein individueller Wert oder eine oder mehrere deren Summen einen Grenzwert überschreitet.
Insbesondere ist bevorzugt, dass in der Beschleunigungsfunktion beziehungsweise Kostenfunktion Rücke gewichtet und/oder bestraft werden, vorzugsweise wenn ein individueller Wert oder eine oder mehrere deren Summen einen Grenzwert überschreitet.
Die Minimierung der Beschleunigungsfunktion und/oder Kostenfunktion erfolgt vorzugsweise durch eine Änderung mindestens einer eine Fahrzeugausrichtung charakterisierenden Variable. Sollte eine solche Minimierung keine akzeptable Lösung bieten, kann eine weitere Minimierung unter Veränderung mindestens einer weiteren Variable, wie beispielsweise einer für eine Fahrzeuggeschwindigkeit charakteristischen Variable, durchgeführt werden.
In einer Verfahrensvariante wird eine maximal zulässige (Längs und/oder Quer-) Beschleunigung und/oder ein (Längs und/oder Quer-) Ruck so ausgewählt, dass sie/er für den Fahrzeuginsassen nicht als störend empfunden wird. Da dieses empfinden für verschiedene Fahrzeuginsassen verschieden sein kann, kann sie bevorzugt individuell ausgewählt werden. Gegebenenfalls kann auch zwischen verschiedenen Modi ausgewählt werden, welche verschiedene maximal zulässige Beschleunigungen zulassen. Denkbar wäre beispielsweise ein Ruhe- oder Schlafmodus, welcher eine besonders geringe maximal zulässige Beschleunigung zulässt, wohingegen beispielsweise ein Wach-, Gesprächs- oder Besprechungsmodus höhere maximal zulässige Beschleunigung erlaubt. Denkbar wäre auch ein fahrzeitoptimierter Modus, in welchem eine nochmals höhere maximal zulässige Beschleunigung erlaubt ist und die Schwimmwinkel des Fahrzeugs beim Durchfahren einer Kurve auf eine möglichst zügige Kurvendurchfahrt hin optimiert sind.
Vorzugsweise wird das oben beschriebene Verfahren durch eine fahrzeugseitige Prozessoreinrichtung vorgenommen. Damit wird ermöglicht, dass individuell für dieses Fahrzeug - gegebenenfalls unter Berücksichtigung festgelegter Fahrzeugparameter (wie beispielsweise Abmessungen des Fahrzeugs) und/oder variabler Parameter (wie Beladungszustand, Witterungsverhältnissen, Verkehrsdichte, Fahrzeugbeladung, Fahrbahnzustand) - eine für die Insassen angenehme Kurvendurchfahrt mit diesem Fahrzeug ermöglicht wird.
Optional wird für jeden wie oben berechneten Schwimmwinkel auch ein zur Einstellung des Schwimmwinkels notwendiger Einschlag der lenkbaren Vorderachse und der lenkbaren Hinterachse des Fahrzeugs berechnet. Dies kann zeitlich und örtlich versetzt von der oben beschriebenen Ermittlung der Schwimmwinkel erfolgen. Bevorzugt erfolgt diese Berechnung während der Kurvendurchfahrt. Eine dedizierte Berechnung des jeweils notwendigen Einschlags der lenkbaren Achsen kann entfallen, wenn das Fahrzeug die Möglichkeit bietet, einen aktuellen Schwimmwinkel zu messen und diesen mit einem für diese Streckenposition vorgegebenen Soll-Schwimmwinkel zu vergleichen und den Einschlag der lenkbaren Achsen zum Ausgleich eventuell vorhandener Abweichungen entsprechend in Echtzeit anzupassen.
Bezüglich dieses Verfahrens zur Ermittlung von während des Durchfahrens einer Kurve von einem Fahrzeug einzunehmenden Schwimmwinkeln gelten auch die oben bezüglich des zuvor beschriebenen Verfahrens zur Erhöhung des Fahrkomforts gemachten Ausführungen. Umgekehrt kann das Verfahren zur Erhöhung des Fahrkomforts mit allen im Rahmen des Verfahrens zur Ermittlung von während des Durchfahrens einer Kurve von einem Fahrzeug einzunehmenden Schwimmwinkeln einzeln oder in Kombination miteinander durchgeführt werden. So stellen das jeweilige Verfahren als auch einzelne bevorzugte Ausführungsformen jeweils auch bevorzugte Ausführungsformen des jeweils anderen Verfahrens dar.
Beispielsweise ist auch für das Verfahrens zur Ermittlung von während des Durchfahrens einer Kurve von einem Fahrzeug einzunehmenden Schwimmwinkeln bevorzugt, dass zumindest einer, bevorzugt mehrere, weiter bevorzugt alle der oben beschriebenen Verfahrensschritte unter Verwendung einer Prozessoreinrichtung und/oder Datenverarbeitungseinrichtung, mittels Anwendung wenigstens eines (computerimplementierten) Berechnungs-Verfahrens durchgeführt werden (mit allen bevorzugten Ausführungsformen), wie dies für das Verfahren zur Erhöhung des Fahrkomforts offenbart ist.
Weiterhin wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Erhöhung des Fahrkomforts für Insassen eines zumindest teilautonom fahrbaren Fahrzeugs mit mindestens einer lenkbaren Vorderachse und einer davon unabhängig lenkbaren Hinterachse gelöst. Diese Vorrichtung umfasst ein Navigationssystem zur Ermittlung eines von dem Fahrzeug zukünftig befahrbaren Streckenabschnitts, wobei dieser Streckenabschnitt mindestens eine Kurve einschließt, eine Prozessoreinrichtung, welche zur Berechnung eines geeigneten Schwimmwinkels für eine Vielzahl von Wegpunkten in dem Streckenabschnitt vorgesehen und eingerichtet ist, und einen Aktuator mittels welcher der Einschlag der vorderen und/oder der hinteren Achse derart einstellbar ist, dass das Fahrzeug zu jedem an jedem der Wegpunkte den von der Prozessoreinrichtung für diesen Wegpunkt vorberechneten Schwimmwinkel einnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorzeichens des Winkels des Einschlags der hinteren Achse bezüglich der Fahrzeuglängsachse in einem ersten Abschnitts der Kurve anders ist als in einem zweiten Abschnitts der Kurve. Eine solche Vorrichtung erlaubt es Beschleunigungsspitzen und insbesondere große Steigungen in einem Beschleunigungs-Zeit- Diagramm zu vermeiden.
Insbesondere kann dies dadurch erreicht werden, dass der Schwimmwinkel des Fahrzeugs in dem ersten Abschnitt der Kurve gegenüber der Fahrtrichtung des Fahrzeugs in Richtung der Kurveninnenseite ausgelenkt ist und in einem zweiten Abschnitt der Kurve in Richtung der Kurvenaußenseite. Beschleunigungsspitzen, die insbesondere im Bereich des Scheitelpunkts der Kurve auftreten können so vermieden werden und durch die Rotation des Fahrzeugs bedingte Komponenten der Beschleunigung in andere Streckenabschnitte verschoben werden.
Vorzugsweise ist dabei der erste Abschnitt ein entlang der Fahrtrichtung vor dem Scheitelpunkt der Kurve liegender Abschnitt und der zweite Abschnitt ein nach dem Scheitelpunkt der Kurve liegender Abschnitt. Dadurch wird ermöglicht, dass das Fahrzeug den gesamten durch die Kurve vorgegebenen Richtungswechsel vollzieht, jedoch zumindest Anteile der dafür notwendigen Rotation in Streckenabschnitten stattfinde, in denen die Belastung der Fahrzeuginsassen durch weitere Beschleunigungskräfte gering ist.
Als besonders bevorzugt hat sich eine Vorrichtung gezeigt, bei der der Winkels des Einschlags der hinteren Achse bezüglich der Fahrzeuglängsachse im Bereich eines Scheitelpunkts der Kurve < ± 2° ist, bevorzugt < ± 1°, weiter bevorzugt < ± 0,5° und insbesondere bevorzugt im Wesentlichen gleich null ist. Als im Bereich des Scheitelpunktes liegend soll in diesem Zusammenhang ein Streckenabschnitt verstanden werden, der vorzugsweise innerhalb einer Entfernung von < ± 20 m, bevorzugt < ± 10 m, weiter bevorzugt < ± 5 m und insbesondere bevorzugt < ± 3 m vom Scheitelpunkt der Kurve liegt oder den Scheitelpunkt umfasst. Durch diese Ausgestaltung kann erreicht werden, dass zumindest durch die Hinterachse kein Drehmoment auf das Fahrzeug ausgelöst wird. Insbesondere kann dadurch ein driftähnlicher Zustand vermieden werden, bei welchem das Fahrzeug übersteuert und der von Fahrzeuginsassen aufgrund der auftretenden Beschleunigungsspitze als besonders unangenehm empfunden werden könnte.
Wie oben beschrieben umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens einen Aktuator zum Einstellen eines Einschlags der vorderen und/oder der hinteren Achse. Ein solcher Aktuator wird auch als Lenkaktor bezeichnet. Mittels eines solchen Lenkaktors ist ein Einschlag zumindest einer Auswahl von Fahrzeugreifen gegenüber einer Längsrichtung des Fahrzeugs (Fahrzeuglängsrichtung) einstellbar. Beispielsweise ist denkbar, dass der Lenkaktor den Einschlag zweier Vorderräder eines Fahrzeugs gemeinsam einstellt. Dies kann beispielsweise durch die Verschiebung eines Lenkhebels und/oder Spurstangen erfolgen. Denkbar ist jedoch auch, dass der Einschlag eines oder jeden einzelnen Rads bezüglich der Fahrzeuglängsrichtung mittels eines separaten Aktuators einstellbar ist. Dadurch kann die Einstellung eines Einschlags eines oder mehrerer Reifen unabhängig von der Einstellung des Einschlags eines oder mehrerer anderer Reifen erfolgen. Allgemein soll im Rahmen dieser Erfindung als Einschlags der vorderen und/oder der hinteren Achse verstanden werden, dass der Winkel mindestens eines mit dieser Achse verbundenen Rads gegenüber der Fahrzeuglängsachse verändert wird.
Der Begriff „Reifen“ wird im Rahmen dieser Erfindung in seiner üblichen Bedeutung verstanden, nämlich als derjenige Teil eines Rades, auf dem das Rad rollt. Üblicherweise bildet der Reifen den Umfang des Rades und überträgt die Kräfte zwischen Rad und Fahrbahn. Die Begriffe Rad und Reifen werden im Zusammenhang mit dieser Erfindung jedoch synonym verwendet.
Insbesondere im Zusammenhang mit einem „Einschlag“ eines Fahrzeugreifens ist der Begriff „Reifen“ jedoch nicht isoliert zu verstehen. Es ist wie oben beschrieben üblich, dass der Reifen Teil eines Rades ist. Dementsprechend erfolgt auch der Einschlag des Reifens nicht isoliert, sondern üblicherweise gemeinsam mit weiteren Teilen des Fahrzeugs wie dem Rad und/oder Teilen der Lenkmechanik und/oder der Achse bzw. Radaufhängung. Sofern nicht explizit darauf hingewiesen wird, dass der Reifen isoliert betrachtet wird, sind daher damit verbundene Teile, insbesondere die übrigen Teile des Rades ebenfalls zu verstehen.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine Steuereinrichtung, mittels welcher ein zu dem von der Prozessoreinrichtung vorgesehenen Einschlag einer lenkbaren Achse und/oder dem Schwimmwinkel korrespondierendes Signal umsetzbar ist. Dieses Signal umfasst eine Information zu einem Soll-Einschlag zumindest einer Auswahl von Fahrzeugreifen. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung ein Signal erzeugen, welches Informationen zum Soll-Einschlag der Vorderreifen einerseits und der Hinterreifen eines Fahrzeugs andererseits enthält. Dieses Signal wird von dem Lenkaktor der jeweils betroffenen Achse in einen Einschlag des oder der betreffenden Reifen bezüglich der Fahrzeuglängsrichtung umgesetzt. Die Steuereinrichtung kann ein mechanisches Getriebe oder eine elektronische Steuereinrichtung sein. Das Signal kann dementsprechend (aber unabhängig davon) ein elektrisches Signal sein oder ein mechanischer Impuls wie beispielsweise eine Beschleunigung eines Lenkhebels.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung Sensoren, die sicherheitsrelevante Fahrzeugdaten erfassen. Insbesondere ist bevorzugt, dass der Modus mit dem erhöhten Fahrkomfort für die Fahrzeuginsassen verlassen wird, wenn sich aus den Daten eines oder mehrerer Sensoren Hinweise auf eine unsichere Verkehrssituation ableiten lassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zumindest einen Giersensor, mittels welchem eine Rotation des Fahrzeugs um dessen Gierachse (auch als Hoch- oder Vertikalachse eines fahrzeugfesten Koordinatensystems bezeichnet). Diese Rotation um die Gierachse kann von der Prozessoreinrichtung unter Hinzuziehung von weiteren Fahrzeugdaten (beispielsweise Position des Giersensors im Fahrzeug, Abmessungen des Fahrzeugs, Bewegungsrichtung des Fahrzeugs, Ausrichtung des Giersensors bezüglich der Fahrzeuglängsachse und andere) zur Berechnung des Schwimmwinkels (Hinterachse) herangezogen werden. Wird durch den Giersensor eine Abweichung von dem vorgegeben Schwimmwinkel detektiert kann - falls notwendig - einem Verlassen des Modus mit dem erhöhten Fahrkomfort ausgelöst werden.
Vorzugsweise ist (beispielsweise unter Berücksichtigung von Daten des Giersensors) eine Abweichung des Soll-Schwimmwinkels vom Ist-Schwimmwinkel detektierbar. Durch die Prozessoreinrichtung ist gegebenenfalls ein Korrektursignal generierbar, mittels welchem diese Abweichung korrigiert werden kann. Insbesondere werden bei der Berechnung eines Korrektursignals Fahrzeugdaten in die Berechnung eines Einschlags der Vorderachse und/oder Hinterachse einbezogen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die Fahrzeuggeschwindigkeit, Kurvenradius, Abstand des Fahrzeugs von einer oder mehreren Fahrbahnbegrenzungen, Abstand des Fahrzeugs von einem oder mehreren anderen Fahrzeugen, Außentemperatur, Reifentemperatur, Reifendruck, Gierung, Beschleunigung, Längsbeschleunigung, Querbeschleunigung, Drift, Feuchtigkeit der Fahrbahn, Luftfeuchtigkeit, aktuelle Niederschlagsmenge, Niederschlagsmenge in einem definierten vorherigen Zeitraum, Gewicht des Fahrzeugs, Zuladung des Fahrzeugs und der Schwerpunkt des Fahrzeugs umfasst. Durch das Berücksichtigen von Daten aus dieser Gruppe kann eine Abweichung des Soll- Schwimmwinkel vom Ist-Schwimmwinkel korrigiert werden und sichergestellt werden, dass das Fahrzeug stets in einem sicheren Fahrzustand ist.
Die Rechnereinrichtung steht in einer bevorzugten Ausführungsform mit einer außerhalb des Fahrzeugs angeordneten Datenverarbeitungseinrichtung in Verbindung. Durch eine solche Datenverbindung wird ermöglicht, dass auch Daten zur Berechnung des Soll-Schwimmwinkels herangezogen werden, die nicht im Fahrzeug selbst vorliegen oder ermittelt werden. Bei diesen Daten kann es sich beispielsweise um Verkehrsinformationen oder Wetterdaten handeln.
Weiterhin ist die vorliegende Erfindung auf ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, gerichtet, welches eine wie oben beschriebene Vorrichtung zur Erhöhung des Fahrkomforts für Insassen umfasst. Bei einem solchen Fahrzeug sind die bei einer Kurvendurchfahrt auf die Insassen wirkenden Beschleunigungskräfte und/oder Rucke gegenüber Fahrzeugen ohne eine solche Vorrichtung (und/oder ohne Zusätzliche Hinterachslenkung) reduziert. Insbesondere bei autonomen Fahrzeugen, bietet sich so die Möglichkeit, Ablenkungen der Fahrzeuginsassen durch für sie unerwartet auftretende Beschleunigungen (beziehungsweise Ruck) zu vermeiden. Dies ist insbesondere bei langen Fahrten bei hoher Geschwindigkeit wie beispielsweise bei Reisen auf einer Autobahn vorteilhaft. Üblicherweise bieten Autobahnen auch eine ausreichend große Fahrbahnbreite, die es ermöglichen, das Fahrzeug in einem berechneten Schwimmwinkel bezüglich der Fahrbahnrichtung zu verdrehen, ohne dass dadurch eine Beeinträchtigung für Fahrzeuge auf anderen Fahrstreifen auftritt. Vorteile bietet die vorliegende Erfindung jedoch auch bei Fahrten über kurvenreiche Strecken wie Landstraßen oder in der Stadt. Bei der Ausführung des Verfahrens ist auf diesen vergleichsweise schmalen zur Verfügung stehenden Fahrstreifen auf einen ausreichenden Sicherheitsabstand zu achten.
Bevorzugt ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, geeignet und/oder bestimmt, das oben beschriebene Verfahren sowie alle im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebene Verfahrensschritte einzeln oder in Kombination miteinander oder einzelne Verfahrensschritte unter dessen Verwendung auszuführen. Umgekehrt kann das Verfahren zur Erhöhung des Fahrkomforts für Insassen mit allen im Rahmen der Vorrichtung beschriebenen Merkmalen einzeln oder in Kombination miteinander durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin gerichtet auf ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, umfassend eine obig beschriebene Vorrichtung zur Erhöhung des Fahrkomforts entsprechend einer Ausführungsform und/oder auf ein Fahrzeug, welches zur Ausführung eines wie oben beschriebenen Verfahrens geeignet ist.
Bei dem Fahrzeug kann es sich insbesondere um ein (motorisiertes) Straßenfahrzeug handeln. Bei dem Fahrzeug kann es sich beispielsweise um einen Personenkraftwagen (PKW), einen Lastkraftwagen (LKW) oder einen Omnibus handeln.
Bei einem Fahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug handeln, welches insbesondere ein halbautonomes, autonomes (beispielsweise der Autonomiestufe Level 3 oder 4 oder 5 (der Norm SAE J3016)) oder selbstfahrendes Kraftfahrzeug ist. Die Autonomiestufe Level 5 bezeichnet dabei vollautomatisch fahrende Fahrzeuge. Ebenso kann es sich bei dem Fahrzeug um ein fahrerloses Transportsystem handeln.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin gerichtet auf ein System umfassend wenigstens eine (und bevorzugt eine Vielzahl) obig beschriebene(r) Vorrichtung(-en) für (jeweils) ein Fahrzeug entsprechend einer Ausführungsform sowie umfassend eine externe Speichereinrichtung und/oder einen externen Server bzw. ein Backend entsprechend einer obig beschriebenen Ausführungsform. Bevorzugt empfängt die externe Speichereinrichtung bzw. das Backend Informationen von einer Vielzahl (verschiedener) Fahrzeuge (welche von deren Vorrichtung(-en) ermittelt und/oder erzeugt wurden) und ist bevorzugt dazu geeignet und bestimmt, diese zu einer (noch größeren) Datenbank zusammenzufügen.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin gerichtet auf ein Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt, umfassend Programmmittel, insbesondere einen Programmcode, welcher zumindest einzelne und bevorzugt mehrere Verfahrensschritte (einzeln oder in Kombination miteinander) des erfindungsgemäßen Verfahrens und bevorzugt eine der beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen repräsentiert oder kodiert und zum Ausführen durch eine Prozessoreinrichtung ausgebildet ist.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin gerichtet auf einen Datenspeicher, auf welchem zumindest eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Computerprogramms oder einer bevorzugten Ausführungsform des Computerprogramms gespeichert ist.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen:
Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs in einem ersten Zustand und kleinem Schwimmwinkel;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs in einem zweiten Zustand und gegenüber dem in Figur 1 dargestelltem Schwimmwinkel größeren Schwimmwinkel;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs in einem dritten Zustand und gegenüber dem in Figur 2 dargestelltem Schwimmwinkel nochmals vergrößertem Schwimmwinkel;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Ausrichtung eines Fahrzeugs bei einer Kurvenfahrt in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und Fig. 5a, 5b jeweils eine Grafik zum Vergleich der auf einen Fahrzeuginsassen wirkenden Längs- (Fig. 5a) und Quer- (Fig. 5b) Beschleunigungskräfte bei konventioneller Kurvenfahrt und gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1 in einem ersten Zustand und kleinem Schwimmwinkel. Das Fahrzeug 1 ist mit einem erfindungsgemäßen System ausgestattet. Zur Verdeutlichung sind lediglich die Reifen 2, 4 dargestellt, wobei die Vorderreifen 2 paarweise nach links eingeschlagen sind. Die Hinterreifen 4 sind in dem gezeigten Zustand nicht eingeschlagen. Durch den Einschlag der Vorderreifen 2 wird das Fahrzeug 1 gegenüber der durch den Pfeil P angedeuteten vorherigen Fahrtrichtung welcher der Fahrzeuglängsrichtung entspricht, ausgelenkt und folgt anschließend einer Kurve K. In einem idealen System (und/oder geringer Geschwindigkeit) wäre der Schwimmwinkel gleich null, da das Fahrzeug dem Einschlag der Vorderräder 2 folgt und die Fahrtrichtung der Kreisbahn K entsprechen würde. In realen Systemen tritt jedoch (zumindest bei höherer Geschwindigkeit) auch in einem solchen Zustand üblicherweise ein nicht vernachlässigbarer Schwimmwinkel auf, da aufgrund von Reibungsverlusten im Bereich der Kontaktfläche der Reifen 2, 4 mit der Fahrbahn die auf die Räder wirkenden Seitenkräfte zu einem Schräglaufwinkel führen. Dies wird allgemein auch als Seitenschlupf und/oder Schräglaufwinkel der Reifen bezeichnet.
Wie insbesondere im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben ist, tritt ein wie in Fig. 1 dargestellter Zustand beispielsweise vor der Kurveneinfahrt und/oder im Bereich des Scheitelpunkts der Kurve auf.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 2 in einem zweiten Zustand und gegenüber dem in Figur 1 dargestelltem Schwimmwinkel größeren Schwimmwinkel ß. Der Schwimmwinkel ß ist in Fig. 2 als Winkel zwischen der senkrecht zur Fahrtrichtung P stehenden Kraftvektor FZp und der Fahrzeugquerachse dargestellt, entspricht jedoch betragsmäßig dem Winkel zwischen der Fahrzeuglängsrichtung und der Fahrtrichtung P im Schwerpunkt des Fahrzeugs. Anders als in Fig. 2 dargestellt wird der Schwimmwinkel ß sofern nichts anderes angegeben ist nicht im Schwerpunkt sondern von dieser üblichen Definition abweichend an (dem geometrischen Mittelpunkt) der Hinterachse angegeben.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel sind sowohl die Räder 2 der Vorderachse als auch die Räder 4 der Hinterachse gegenüber der Längsrichtung des Fahrzeugs in die gleiche Richtung eingeschlagen. Zur Einstellung eines gewünschten Schwimmwinkels ß kann sich der Betrag des jeweils eingeschlagenen Winkels unterscheiden. Ist der Betrag des eingeschlagenen Winkels an den Hinterrädern 4 größer als an den Vorderrädern 2 vergrößert sich der Schwimmwinkel ß, ist er kleiner, verringert sich der Schwimmwinkel ß. Sind Vorderräder 2 und Hinterräder 4 um den gleichen Winkel gegenüber der Fahrzeuglängsrichtung eingeschlagen, bleibt der Schwimmwinkel ß konstant und das Fahrzeug 1 bewegt sich im Krebsgang. Bei dem in Figur 2 dargestellten Beispiel sind die Hinterräder 4 um einen etwas geringeren Winkel gegenüber der Fahrzeuglängsrichtung eingeschlagen, so dass sich der Schwimmwinkel ß verringert. Ein solcher Zustand ist im Zusammenhang mit Fig. 4 näher beschrieben und kann bevorzugt nach dem Überfahren des Bereichs des Scheitelpunkts der Kurve vorliegen.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1 in einem dritten Zustand und gegenüber dem in Figur 2 dargestelltem Schwimmwinkel ß nochmals vergrößertem Schwimmwinkel ß. Ein wie in Fig. 3 dargestellter Zustand wird bei der Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens üblicherweise nicht auftreten. Dennoch zeigt die Darstellung dieses Zustands wie auf die Insassen des Fahrzeugs 1 wirkende Kräfte während einer Kurvenfahrt verändert werden können. Durch den in diesem Zustand extrem großen Schwimmwinkel ß von nahezu 90° wird die auf die Fahrzeuginsassen wirkende Zentrifugalkraft von einer bei konventioneller Kurvendurchfahrt quer wirkenden Kraft nahezu vollständig in eine in Fahrzeuglängsrichtung wirkenden Kraft. Ein Fahrzeuginsasse wird bei einem solchen Schwimmwinkel somit durch die Zentrifugalkraft in einen Sitz hineingedrückt. Es erfolgt keine Beschleunigung der Fahrzeuginsassen entlang der Fahrzeugquerrichtung. Wie oben dargelegt ist in einem solchen dritten Zustand eine besonders effektive Umwandlung einer (kinetischen) Tangentialbeschleunigung in eine auf einen Insassen wirkende (gefühlte) Querbeschleunigung möglich.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der Ausrichtung eines Fahrzeugs 1 an verschiedenen Positionen, die es während einer Kurvenfahrt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einnimmt. Das Navigationssystem des Fahrzeugs 1 hat für einen von dem Fahrzeug zukünftig befahrbaren Streckenabschnitt einen geeigneten Schlauch oder Streifen S ermittelt. Dieser Streckenabschnitt weist (mindestens) eine Kurve auf. Der Schwerpunkt des lediglich schematisch dargestellten Fahrzeugs 1 kann jede Position innerhalb des Streifens S einnehmen. Dabei kann sich der Schwerpunkt den seitlichen Begrenzungen dieses Streifens annähern. Da der Streifen dem Schwerpunkt des Fahrzeugs zur Verfügung steht, bedeutet dies, dass Abschnitte des Fahrzeugs zeitweise sogar außerhalb des Streifens angeordnet sein können. Dies ist beispielsweise an den mit P2 und P3 gekennzeichneten Positionen in Fig. 4 der Fall. Im dargestellten Beispiel nähert sich ein Fahrzeug 1 von unten rechts kommend der Kurve. Das Fahrzeug weist eine Vorderseite V und eine Hinterseite H auf und bewegt sich zunächst entlang seiner Längsrichtung entlang des Fahrwegs Fs entlang des Streifens S auf die Kurve zu. Der Schwerpunkt des Fahrzeugs folgt dabei zunächst nahezu einer Geraden (auch wenn der errechnete Streifen einen leichten S-förmigen Verlauf aufweist). Dieser Fahrweg resultiert in besonders geringen kinematischen (Quer-) Beschleunigungen, die auf die Fahrzeuginsassen wirken.
Im gezeigten Beispiel wird bereits in einem Abschnitt, in dem das Fahrzeug 1 einem nahezu geraden Fahrweg FS folgt, eine Drehung des Fahrzeugs eingeleitet. Die Drehung beginnt etwa bei dem mit Pi gekennzeichneten Punkt. Sie kann durch eine entsprechende Ansteuerung der Aktoren zum Einschlagen der Achsen beziehungsweise Räder 2, 4 ausgelöst werden. Dabei ist zeitweise ein Zustand wie in Fig. 1 gezeigt denkbar. Durch dieses Einschlagen der Räder 2, 4 wird ein Schwimmwinkel aufgebaut. Die Vorderseite V des Fahrzeugs dreht sich in Richtung des Kurveninneren. Während dieses Vorgangs kann das Fahrzeug auch abgebremst werden. Durch den vergleichsweise langen Streckenabschnitt der dem Fahrzeug 1 für diese Manöver zur Verfügung steht, kann der auf die Fahrzeuginsassen wirkende Ruck - insbesondere durch eine günstige Verteilung der auftretenden Beschleunigung in resultierende Vektoren der Längsund Querbeschleunigungen - jedoch zu jedem Zeitpunkt gering gehalten werden.
Vor der Einfahrt des Fahrzeugs in die Kurve weist es einen großen Schwimmwinkel ß auf. Durch den im Bereich der Kurve gekrümmten Verlauf der Fahrbahn und damit auch des Fahrwegs Fs nähert sich die Fahrwegslängsrichtung im Verlauf der Kurve wider der Fahrzeuglängsrichtung an. Der Schwimmwinkel ß verringert sich somit. Im Bereich des Scheitelpunkts ist der Schwimmwinkel ß vorzugsweise nahezu null. Dieser Zustand liegt an der entlang des Fahrwegs vor dem mit P2 gekennzeichneten Punkt vor. In Punkt könnte vorzugsweise wieder ein der Darstellung in Fig. 1 entsprechender Fahrzeugzustand vorliegen.
In dem mit P2 gekennzeichneten Punkt liegt eine vergleichsweise starke Krümmung des Streifens S vor. Die Krümmung des Fahrwegs Fs ist durch Ausnutzung der gesamten Breite des Streifens S zwar etwas geringer, dennoch sind in diesem Punkt hohe Beschleunigungen zu erwarten, die auf die Fahrzeuginsassen wirken. Um diese zu verringern wird eine Drehung des Fahrzeugs hinausgezögert und ein Schwimmwinkel ß aufgebaut. Das Fahrzeug 1 folgt dabei der durch die Krümmung des Fahrwegs Fs vorgegebenen Rotation nicht vollständig, sondern verzögert. Die Fahrzeugvorderseite V ist dabei in Richtung des Kurvenäußeren Ausgerichtet. Der Schwimmwinkel ß weist gegenüber der oben beschriebenen Kurveneinfahrt ein verändertes Vorzeichen auf.
Die Reduzierung des Schwimmwinkels ß (bis vorzugsweise auf null) kann in Abhängigkeit von dem Verlauf des sich an die Kurve anschließenden Streckenabschnitts über einen vergleichsweise langen Zeitraum hinausgezögert werden. Sofern - wie im gezeigten Beispiel - bis zur nächsten Kurve genügend Strecke zur Verfügung steht, kann das Verringern des Schwimmwinkels ß gemächlich erfolgen, so dass während der Bewegung in Richtung RA keine starken Beschleunigungskräfte auf die Fahrzeuginsassen wirken. In dem mit P3 gekennzeichneten Punkt war die Reduzierung des Schwimmwinkels ß bis auf den Wert null bereits abgeschlossen und eine Erhöhung des Schwimmwinkels ß in Vorbereitung auf die Einfahrt in eine im Streckenabschnitt folgende Kurve (Scheitelpunkt nicht dargestellt) hat begonnen.
Die Figuren 5a und 5b zeigen jeweils eine Grafik zum Vergleich der auf einen Fahrzeuginsassen wirkenden Längs- (Fig. 5a) und Quer- (Fig. 5b) Beschleunigungskräfte bei konventioneller Kurvenfahrt 12, 22 und einem Verfahren gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung 10, 20.
Auf der Abszissenachse ist jeweils die zurückgelegte Strecke s des Fahrzeugs 1 aus Fig. 4 in Metern aufgetragen. Dabei entspricht der Punkt Pi aus Fig. 4 einer zurückgelegten Strecke von 800 m, der Punkt P2 einer zurückgelegten Strecke von 900 m und der Punkt P3 einer zurückgelegten Strecke von 1000 m. Die an jedem Punkt der in Fig. 4 dargestellten Fahrstrecke Fs auf einen Fahrzeuginsassen wirkenden Längs- (Fig. 5) und Quer- (Fig. 6) Beschleunigungskräfte ist auf der Ordinatenachse aufgetragen. Dabei stellt die durchgezogene Linie 12, 22 jeweils das Vergleichsbeispiel bei konventioneller Kurvenfahrt dar und die unterbrochene Line ein Beispiel bei Kurvenfahrt gemäß eines Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Der Fig. 5 kann entnommen werden, dass bei konventioneller Kurvenfahrt vergleichsweise starke negative und positive Beschleunigungen auf die Fahrzeuginsassen in Fahrzeuglängsrichtung wirken. Diese Kräfte beruhen auf dem Abbremsen (negative Längsbeschleunigung) vor der Kurve und dem Beschleunigen (positive Längsbeschleunigung) nach überfahren des Kurvenscheitelpunkts ab einem Punkt, der bezüglich der Fahrtrichtung vorzugsweise etwas vor dem Punkt P2 liegt. Demgegenüber sind die auf die Fahrzeuginsassen in Fahrzeuglängsrichtung wirkenden Beschleunigungen bei einer Kurvenfahrt gemäß eines Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sowohl betragsmäßig als auch in der Steigung deutlich geringer. Dies beruht insbesondere darauf, dass ein Teil der (negativen oder positiven) Beschleunigung des Fahrzeugs entlang des Fahrwegs Fs durch die Drehung des Fahrzeugs von einer Längsbeschleunigung in eine Querbeschleunigung umgewandelt wird. Die maximal auf einen Fahrzeuginsassen in Fahrzeuglängsrichtung wirkende Beschleunigung kann somit sowohl während des Abbremsens des Fahrzeugs als auch während der Beschleunigung reduziert werden. Dies wirkt sich auch vorteilhaft auf die Steigung der in Fig. 5a gezeigten Kurve aus. Bei der Verfahrensführung gemäß der vorliegenden Erfindung können die von den meisten Insassen als besonders störend empfundenen starken Steigungen vermieden werden.
Ebenso wird der Vorteil der vorliegenden Erfindung auf den Fahrkomfort aus Fig. 6 deutlich. Dabei stellen negative Werte eine Beschleunigung bezüglich der Fahrtrichtung nach rechts dar, positive Werte eine Beschleunigung nach links. In dem Bereich zwischen den Punkten Pi und P2 kann man erkennen, dass anders als bei der konventionellen Kurvenfahrt 22 üblich keine (negative) Beschleunigung nach links auftritt, da der Fahrbahn nicht strikt gefolgt wird, sondern die Breite des errechneten Streifens S zur Reduzierung der wirkenden Beschleunigungen herangezogen wird. Das strikte Folgen des leicht S-förmigen Strecken Verlaufs kann so vermieden werden.
Weiterhin ist erkennbar, dass der Betrag der Quer-Beschleunigung (als Summe über alle Streckenpunkte) größer ist als bei einer konventionellen Kurvenfahrt. Dies ergibt sich daraus, , dass der Gesamtbetrag (euklidische Norm) von kinematischer und gefühlter Beschleunigung gleich sein muss. Durch die Variante des Verfahrens wird jedoch deren Verteilung über die gesamte Strecke und/oder zwischen Quer- und Längsbeschleunigung optimiert.
Weiterhin trägt das frühzeitige eindrehen der Fahrzeuglängsachse in die Kurve und die damit einhergehende Ausbildung des Schwimmwinkels ß dazu bei, dass die auf die Fahrzeuginsassen wirkende Querbeschleunigung stets im positiven Bereich bleibt. Durch die Drehung wird nämlich wie oben bezüglich Fig. 5a beschreiben ein Teil der Längsbeschleunigung in eine Querbeschleunigung umgewandelt. Dies führt dazu, dass die wirkende Querbeschleunigung äußerst sanft ansteigt, bis sie etwa im Kurvenscheitelpunkt ihr Maximum erreicht. Da in diesem Punkt der Schwimmwinkel bevorzugt nahezu null ist und somit das Fahrzeug im Wesentlichen eine zur konventionellen Kurvenfahrt analoge Fahrlage aufweist, ähneln sich die in diesem Punkt wirkenden Querbeschleunigungen betragsmäßig sehr. Dennoch wird eine Kurvendurchfahrt gemäß einer Aufführungsvariante gemäß der vorliegenden Erfindung von den Fahrzeuginsassen als wesentlich weniger störend empfunden, da die maximale Steigung der in Fig. 5b dargestellten Kurve 20 deutlich geringer ist als diejenige der Vergleichskurve 22. Die geringere Steigung kann auch im Bereich zwischen den Punkten P2 und P3 erreicht werden, da auch hier ein Teil der Beschleunigung des Fahrzeugs entlang der Fahrstrecke Fs nicht als Längsbeschleunigung wahrgenommen wird sondern aufgrund der auch in diesem Streckenabschnitt vorliegenden Drehung der Fahrzeuglängsachse als (positive) Querbeschleunigung. Das bei konventioneller Kurvenfahrt auftretende rapide Abfallen der Querbeschleunigung auf den Wert null oder sogar darunter bei der Beschleunigung des Fahrzeugs aus der Kurve heraus kann vermieden werden. Dementsprechend weist die Kurve 20 anders als Kurve 22 keine der als besonders störend empfundenen Vorzeichenwechsel der Querbeschleunigung auf.
Die Anmelderin behält sich vor, sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass in den einzelnen Figuren auch Merkmale beschrieben wurden, welche für sich genommen vorteilhaft sein können. Der Fachmann erkennt unmittelbar, dass ein bestimmtes in einer Figur beschriebenes Merkmal auch ohne die Übernahme weiterer Merkmale aus dieser Figur vorteilhaft sein kann. Ferner erkennt der Fachmann, dass sich auch Vorteile durch eine Kombination mehrerer in einzelnen oder in unterschiedlichen Figuren gezeigter Merkmale ergeben können.
Bezugszeichenliste
1 Fahrzeug
2 Vorderräder, Vorderachse
4 Hinterräder, Hinterachse
10 Längsbeschleunigung gemäß eines Ausführungsbeispiels
12 Längsbeschleunigung bei konventioneller Kurvenfahrt
20 Querbeschleunigung gemäß eines Ausführungsbeispiels
22 Querbeschleunigung bei konventioneller Kurvenfahrt ß Schwimmwinkel
P Pfeil, Fahrtrichtung
FZP Zentripetalkraft
H Hinterer Fahrzeugbereich
V Vorderer Fahrzeugbereich
RE Richtung (Einfahrt in Kurve)
RA Richtung (Ausfahrt aus Kurve)
5 Schlauch, Spur, Streifen
Pi, P2, P3 Punkte

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Erhöhung des Fahrkomforts für Insassen eines zumindest teilautonom fahrenden Fahrzeugs (1) mit mindestens einer lenkbaren Vorderachse (2) und einer davon unabhängig lenkbaren Hinterachse (4), umfassend die Schritte:
Ermitteln eines von dem Fahrzeug (1) zukünftig zu befahrenden Streckenabschnitts (S) durch ein Navigationssystem, Ermitteln eines optimierten Schwimmwinkels (ß) für eine zukünftige Kurvenfahrt durch eine Prozessoreinrichtung,
- Ansteuern eines Aktuators zur Einstellung eines Einschlags der vorderen und/oder der hinteren Achse (2, 4) für eine Kurveneinfahrt entsprechend des von der Prozessoreinrichtung vorberechneten optimierten Schwimmwinkels (ß),
- Ansteuern eines Aktuators zur Einstellung eines Einschlags der vorderen und/oder der hinteren Achse (2, 4) für eine Kurvenausfahrt entsprechend des von der Prozessoreinrichtung vorberechneten optimierten Schwimmwinkels (ß), und
Mindestens einmaliges Ändern des Vorzeichens des Winkels des Einschlags der hinteren Achse (4) bezüglich der Fahrzeuglängsachse während einer Kurvendurchfahrt. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuern des Aktuators zur Einstellung eines Einschlags der vorderen und/oder der hinteren Achse (2, 4) für eine Kurveneinfahrt vor der Einfahrt des Fahrzeugs (1) in die Kurve erfolgt und/oder das Vorzeichens des Winkels des Einschlags der hinteren Achse (4) bezüglich der Fahrzeuglängsachse nach der Ausfahrt des Fahrzeugs (1) aus der Kurve zumindest zeitweise aufrechterhalten wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln eines von dem Fahrzeug (1) zukünftig zu befahrenden Streckenabschnitts (S) die Berücksichtigung einer Breite des zur Verfügung stehenden Streckenabschnitts (S) umfasst, wobei vorzugsweise der Schwerpunkt des Fahrzeugs über den gesamten Streckenabschnitt (S) innerhalb der zur Verfügung stehenden Breite liegt. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln einer optimierten Fahrzeugausrichtung für die zukünftige Kurvenfahrt unter Berücksichtigung von mindestens einem Parameter, der ausgewählt ist aus einer Gruppe, die eine Fahrzeuggeschwindigkeit, einen Kurvenradius, eine Kurvenkrümmung, eine Fahrbahnbreite, eine Fahrzeuglänge, eine Fahrzeugbreite, einem Radstand, eine Fahrzeugmasse, einem Beladungszustand, einer Gewichtsverteilung, einem Fahrbahnzustand, einem Wetterdatum, einer Verkehrsinformation, einer Streckenauslastung, einer Anzahl von Fahrzeuginsassen und der Sitzposition der Fahrzeuginsassen umfasst, erfolgt. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwimmwinkel (ß) des Fahrzeugs während des Befahrens eines ersten Abschnitts der Kurve gegenüber der Fahrtrichtung (P) des Fahrzeugs (1) in Richtung der Kurveninnenseite ausgelenkt ist und während des Befahrens eines zweiten Abschnitts der Kurve in Richtung der Kurvenaußenseite, wobei vorzugsweise der erste Abschnitt ein vor dem Scheitelpunkt der Kurve liegender Abschnitt ist und der zweite Abschnitt ein nach dem Scheitelpunkt der Kurve liegender Abschnitt ist. Verfahren zur Ermittlung von während des Durchfahrens einer Kurve von einem Fahrzeug (1) mit einer lenkbaren Vorderachse (2) und einer davon unabhängig lenkbaren Hinterachse (4) einzunehmenden Schwimmwinkeln (ß), umfassend die Schritte:
- Aufstellen einer Beschleunigungsfunktion in welcher eine Längs und/oder Querbeschleunigung und/oder Längs- und/oder Querruck vorzugsweise gewichtet bewertet werden, Minimierung der Beschleunigungsfunktion durch Veränderung eines mit einer Fahrzeugausrichtung korrelierenden Winkels mittels eines geeigneten Algorithmus, wobei vorzugsweise mindestens eine maximal zulässige Beschleunigung und/oder Beschleunigungsänderung unterschritten wird, und Berechnen eines Schwimmwinkels (ß) des Fahrzeugs (1) für eine Vielzahl von Zeit- und/oder Wegpunkten des Durchfahrens einer Kurve, basierend auf der minimierten Beschleunigungsfunktion, und optional
Berechnen eines zur Einstellung des Schwimmwinkels (ß) notwendigen Einschlags der lenkbaren Vorderachse (2) und der lenkbaren Hinterachse (4) des Fahrzeugs (1). Vorrichtung zur Erhöhung des Fahrkomforts für Insassen eines zumindest teilautonom fahrbaren Fahrzeugs (1) mit mindestens einer lenkbaren Vorderachse (2) und einer davon unabhängig lenkbaren Hinterachse (4), umfassend ein Navigationssystem zur Ermittlung eines von dem Fahrzeug (1) zukünftig befahrbaren Streckenabschnitts (S), wobei dieser Streckenabschnitt (S) mindestens eine Kurve einschließt, eine Prozessoreinrichtung, welche zur Berechnung eines geeigneten Schwimmwinkels (ß) für eine Vielzahl von Wegpunkten (Pi , P2, P3) in dem Streckenabschnitt (S) vorgesehen und eingerichtet ist, und einen Aktuator mittels welcher der Einschlag der vorderen und/oder der hinteren Achse (2, 4) derart einstellbar ist, dass das Fahrzeug (1) an jedem der Wegpunkte (Pi, P2, P3) den von der Prozessoreinrichtung für diesen Wegpunkt (Pi, P2, P3) vorberechneten optimierten Schwimmwinkel (ß) einnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorzeichens des Winkels des Einschlags der hinteren Achse (4) bezüglich der Fahrzeuglängsachse in einem ersten Abschnitt der Kurve anders ist als in einem zweiten Abschnitts der Kurve. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmwinkel (ß) des Fahrzeugs (1) in dem ersten Abschnitt der Kurve gegenüber der Fahrtrichtung des Fahrzeugs (1) in Richtung der Kurveninnenseite ausgelenkt ist und in einem zweiten Abschnitt der Kurve in Richtung der Kurvenaußenseite, wobei vorzugsweise der erste Abschnitt ein entlang der Fahrtrichtung vor dem Scheitelpunkt der Kurve liegender Abschnitt ist und der zweite Abschnitt ein nach dem Scheitelpunkt der Kurve liegender Abschnitt ist. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkels des Einschlags der hinteren Achse (4) bezüglich der Fahrzeuglängsachse im Bereich eines Scheitelpunkts der Kurve < ± 2° ist, bevorzugt < ± 1°, weiter bevorzugt < ± 0,5° und insbesondere bevorzugt im Wesentlichen gleich null ist. Fahrzeug umfassend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 - 9 und/oder eine Prozessoreinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche
1 - 6.
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