DE102012024980A1

DE102012024980A1 - Verfahren zum Bestimmen einer Soll-Kurvenneigung und eines Lenkwinkel-Korrekturwerts eines Kraftfahrzeugs beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts

Info

Publication number: DE102012024980A1
Application number: DE201210024980
Authority: DE
Inventors: Dieter Ammon; Claus-Michael Hainbuch; Dr. Ing. Rau Magnus
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2013-07-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (1) zum Bestimmen einer Soll-Kurvenneigung (wG(vx)) und eines Lenkwinkel-Korrekturwerts (γ) eines Kraftfahrzeugs beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts, umfassend die folgenden Schritte: a) Bestimmen einer momentanen Querbeschleunigung (ay) des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von einer momentanen Geschwindigkeit (vx) des Kraftfahrzeugs aus von einer nicht-optischen Sensorik (18) bereitgestellten Sensordaten oder/und aus einer mittels eines optischen Detektionssystems (2) bestimmten momentanen Fahrbahnkrümmung (K) des kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts, b) Berechnen einer momentanen Soll-Kurvenneigung w(ay) für das Kraftfahrzeug aus der in Schritt a) bestimmten momentanen Querbeschleunigung (ay), c) Berechnen einer modifizierten momentanen Soll-Kurvenneigung wG(ay, vx) durch Gewichtung der in Schritt b) berechneten Soll-Kurvenneigung mit einem geschwindigkeitsabhängigen Soll-Kurvenneigung-Gewichtungsfaktor G(vx), d) Bestimmen eines Lenkwinkels-Korrekturwerts (γ) für das Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von der in Schritt c) berechneten modifizierten momentanen Soll-Kurvenneigung wG(ay, vx) und der in Schritt a) berechneten momentanen Fahrbahnkrümmung (K).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Soll-Kurvenneigung und eines Lenkwinkel-Korrekturwerts eines Kraftfahrzeugs beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem Steuergerät zur Durchführung dieses Verfahrens.
Unter dem Begriff „Active Body Control (ABC)” sind elektro-hydraulisch aktive Fahrwerkssysteme bekannt, welche neben einer herkömmlichen Federungs- und Dämpfungsfunktion auch die Möglichkeit des gezielten Einstellens von Nick- und Wankwinkeln erlauben. Als Wanken bezeichnet man dabei eine Drehbewegung eines Kraftfahrzeugs um seine Längsachse. Eine solche Wankbewegung kann sich beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts durch das Kraftfahrzeug ergeben, wenn sich das Kraftfahrzeug aufgrund der auftretenden Fliehkräfte um einen bestimmten Wankwinkel nach außen neigt. Der sich dabei einstellende Wankwinkel hängt von einer Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs, dessen Schwerpunkthöhe, dem Fahrwerksaufbau des Kraftfahrzeugs sowie von dessen Geschwindigkeit ab.
Die beim Befahren des kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts auftretenden Zentrifugalkräfte werden von Insassen des Kraftfahrzeugs häufig als unangenehm empfunden und können daher zu einer erheblichen Reduzierung des Fahrkomforts führen. Eine Möglichkeit, die komfort-mindernde Wirkung von solchen unerwünschten Querkräften auf die Insassen des Kraftfahrzeugs zu reduzieren, besteht darin, in dem Kraftfahrzeug mittels „Active Body Control (ABC)” eine Neigetechnik zu realisieren, wie sie schon seit geraumer Zeit bei Schienenfahrzeugen zum Einsatz kommt. Durch Verwendung einer derartigen Neigetechnik ist es möglich, dass sich das Kraft- bzw. Schienenfahrzeug beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahn- bzw. Schienenabschnitts nicht fliehkraftbedingt nach außen, sondern durch entsprechende Ansteuerung eines Fahrwerks des Kraftfahrzeugs in die entgegengesetzte Richtung, also nach innen, neigt. Hierzu kann das Fahrwerk mit geeigneten Aktoren, beispielsweise in der Art von höhenverstellbaren Federbeinen, versehen sein, welche den Fahrzeugrahmen jeweils mit den Rädern des Kraftfahrzeugs höhenverstellbar verbinden, so dass ein bestimmter Wankwinkel des Kraftfahrzeugs eingestellt werden kann.
Da die beim Befahren des kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts auftretenden Fliehkräfte von verschiedenen Faktoren wie z. B. einer Fahrbahnkrümmung des Fahrbahnabschnitts oder der momentanen Geschwindigkeit abhängen, muss auch der in der Art einer Neigetechnik an dem Fahrwerk des Kraftfahrzeugs einzustellende Wankwinkel in Abhängigkeit von diesen Parametern bestimmt werden, um bei den Insassen des Kraftfahrzeugs einen möglichst hohen Fahrtkomfort sicherzustellen.
Beim Einstellen eines solchen Wankwinkels an dem Fahrwerk des Kraftfahrzeugs können jedoch die kinematischen Eigenschaften des Kraftfahrzeugs hinsichtlich unerwünschter Spur- und Sturzänderungen negativ beeinflusst werden. So können sich als Folge einer Wankwinkel-Änderung unerwünschte Lenkbewegungen des Kraftfahrzeugs in der Art eines Eindrehens zur Kurvenmitte des gekrümmten Fahrbahnabschnitts hin ergeben, die dann vom Fahrer des Kraftfahrzeugs durch ein entsprechendes Gegenlenken kompensiert werden müssen, um das Fahrzeug auf der kurvenförmigen Fahrbahn zu halten. Das Auftreten von solchen Lenkbewegungen des Kraftfahrzeugs in Verbindung mit einer Wankbewegung des Kraftfahrzeugs kann zu Irritationen beim Fahrer führen und sich negativ auf den Fahrtkomfort auswirken.
Die DE 10 2004 049 086 A1 beschreibt ein Verfahren für die Spurführung eines Kraftfahrzeugs, gemäß welchem mittels einer in dem Kraftfahrzeug verbauten Bild-Aufnahmeeinrichtung Aufnahmen eines Verkehrsraums erzeugt werden und auf das Vorliegen von für die Spurführung des Kraftfahrzeugs geeigneten Merkmale hin untersucht werden. Zusätzlich werden mit verschiedenen Sensoren Betriebs-Kenngrößen des Kraftfahrzeugs erfasst und mit den Aufnahmen der Bild-Aufnahmeeinrichtung verknüpft, um die Spurführung des Kraftfahrzeugs zu optimieren.
Die DE 10 2010 046 317 A1 beschreibt ein Verfahren zum Einstellen der räumlichen Lage einer Wankachse, um welche das Kraftfahrzeug um einen vorbestimmten Wankwinkel drehbar ist. Gemäß dem Verfahren wird zunächst in einem ersten Schritt eine räumliche Soll-Lage der Position der Wankachse festgelegt und anschließend in einem zweiten Schritt eine Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs bestimmt. In einem dritten Schritt werden schließlich eine Soll-Querneigung des Kraftfahrzeugs und eine Soll-Querablage des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung ermittelt, so dass bei Einstellen der Soll-Querneigung und der Soll-Querablage eine Verlagerung der Wankachse in die Soll-Lage bewirkt wird. Um sicherzustellen, dass das Kraftfahrzeug die im vorangehenden Schritt ermittelte Sollquerneigung einnimmt, wird wenigstens ein Aktuator einer aktiven Fahrwerks-Vorrichtung des Kraftfahrzeugs entsprechend eingestellt. Zusätzlich wird wenigstens ein Aktuator zum Beeinflussen der Querbewegung des Kraftfahrzeugs derart eingestellt, dass das Kraftfahrzeug zusätzlich auch die im vorangehenden Schritt ermittelte Soll-Querablage einnimmt. Die zu erwartende Querbeschleunigung kann beispielsweise mit Hilfe eines am Kraftfahrzeug angebrachten Kamerasystems ermittelt werden, welches den zu befahrenen kurvenförmigen Fahrbahnabschnitt im Vorfeld des Kraftfahrzeugs optisch erfasst und zur Bestimmung der zu erwartenden Querbeschleunigung analysiert.
Die DE 10 2006 018 978 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung des Wankwinkels eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einer Vorrichtung zum Bestimmen der Gierrate oder einer damit korrelierten Größe sowie einer Vorrichtung zum Bestimmen der Fahrzeuggeschwindigkeit und einem gegebenenfalls nach vorne gerichteten Kamerasystem. Der Wankwinkel wird unter Verwendung der Gierrate oder einer damit korrelierten Größe und der spezifischen Wank-Federsteifigkeit des Fahrzeugs bestimmt.
Die DE 10 2009 014 747 A1 betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung von die Wankbewegung eines Kraftfahrzeugs beeinflussenden Aktoren oder eines Systems mit aktiven Stabilisatoren. Das Kraftfahrzeug ist mit einer Funktion für eine vorausschauende Längs- und Querführung innerhalb einer Vorausschau-Zeitdauer ausgestattet. Gemäß dem Verfahren wird wenigstens eine die zukünftige Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs beeinflussende Größe aus der Funktion für eine vorausschauende Längs- und Querführung ermittelt. Auf der Basis eines Fahrzeugmodells wird der zukünftige Verlauf dieser Querbeschleunigung für die Vorausschau-Zeitdauer berechnet. Anschließend wird die Querneigung des Fahrzeugs, die zur wenigstens teilweisen Kompensation des zukünftigen Verlaufs der auf die Insassen wirkenden Querbeschleunigung für die Vorausschau-Zeitdauer erforderlich ist, bestimmt. Die Steuerung der Aktoren des Kraftfahrzeugs erfolgt derart, dass das Fahrzeug eine der berechneten Querneigung entsprechende Wankbewegung zeitlich zumindest annähernd phasengleich mit dem zukünftigen Verlauf der Querbeschleunigung während der Vorausschau-Zeitdauer ausführt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für ein Verfahren zum Bestimmen einer Soll-Kurvenneigung (= Wankwinkel) und eines Lenkwinkel-Korrekturwerts eines Kraftfahrzeugs beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts anzugeben.
Oben genannte Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, beim Einstellen eines bestimmten Wankwinkels in dem Fahrwerk des Kraftfahrzeugs auftretende störende Lenkbewegungen des Fahrzeugs durch Bestimmen und Einstellen eines Lenkwinkel-Korrekturwerts am Kraftfahrzeug zu kompensieren. Auf diese Weise können Irritationen beim Fahrer des Kraftfahrzeugs aufgrund unerwarteter Lenkbewegungen des Kraftfahrzeugs vermieden werden. Gleichzeitig kann der Fahrtkomfort beim Befahren des kurvenförmigen Fahrbahn-Abschnitts verbessert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die simultane Bestimmung eines optimalen Wankwinkels für das Kraftfahrzeug beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts sowie eines Lenkwinkel-Korrekturwerts, welcher eine Kompensation einer Wankwinkel-bedingten Lenkbewegung des Kraftfahrzeugs ermöglicht.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird hierfür in einem ersten Schritt S1 eine momentane Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von einer momentanen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs aus von einer nicht-optischen Sensorik bereitgestellten Sensordaten oder/und aus einer mittels eines optischen Detektionssystems bestimmten momentanen Fahrbahnkrümmung des kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts ermittelt. Vorzugsweise kann die nicht-optische Sensorik zur Bestimmung der momentanen Querbeschleunigung einen Beschleunigungssensor oder/und einen Gierratensensor oder/und einen Lenkwinkelsensor oder/und einen Radwinkelsensor umfassen. Das optische Detektionssystem kann ein Kamerasystem umfassen. Im Falle der Verwendung der nicht-optischen Sensorik in Kombination mit dem optischen Detektionssystem kann die momentane Querbeschleunigung von der nicht-optischen Sensorik und dem optischen Detektionssystem jeweils separat berechnet werden und aus den beiden individuellen Berechnungsergebnissen die gewünschte momentane Querbeschleunigung, beispielsweise durch Vergleich, Mittelwertbildung o. ä., bestimmt werden. Somit kann die nicht-optische Sensorik mit dem optischen Detektionssystem synergetisch benutzt werden. Alternativ dazu kann die momentane Querbeschleunigung auch jeweils ausschließlich entweder mittels des optischen Detektionssystems oder der nicht-optischen Sensorik bestimmt werden. Dies kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn die von dem optischen Detektionssystem bereitgestellten Daten temporär nicht für die Berechnung der momentanen Querbeschleunigung geeignet sind, z. B. wenn die Qualität der von dem optischen Detektionssystem gelieferten Bilddaten vorübergehend nicht ausreicht, um daraus mit der erforderlichen Genauigkeit die Fahrbahnkrümmung bestimmen zu können. In weiterbildenden Ausführungsformen kann in Abhängigkeit von verschiedenen internen und externen Parametern, beispielsweise vorbestimmten Betriebs- oder/und Fehlerzuständen der nicht-optischen Sensorik oder/und des optischen Detektionssystems, festgelegt werden, auf welche Weise die momentane Querbeschleunigung berechnet wird, und ob dabei die nicht-optische Sensorik und das optische Detektionssystem jeweils separat oder in Kombination miteinander eingesetzt werden.
In einem zweiten Schritt S2 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus der in Schritt S1 bestimmten momentanen Querbeschleunigung eine momentane Soll-Kurvenneigung berechnet. Hierzu kann eine funktionale Abhängigkeit der momentanen Soll-Kurvenneigung von der momentanen Querbeschleunigung in der Art eines Kennfeldes festgelegt sein. Alternativ dazu kann aber auch ein analytischer Zusammenhang zwischen der momentanen Soll-Kurvenneigung und der momentanen Querbeschleunigung definiert werden.
In einem dritten Schritt S3 wird erfindungsgemäß durch Gewichtung der in Schritt S2 berechneten Soll-Kurvenneigung mit einem geschwindigkeitsabhängigen Soll-Kurvenneigung-Gewichtungsfaktor eine modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung berechnet. Mittels einer solchen Gewichtung der momentanen Soll-Kurvenneigung mit einem geschwindigkeitsabhängigen Gewichtungsfaktor kann ein optimierter Wankwinkel des Kraftfahrzeugs für das Befahren des kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts ermittelt werden, bei welchem auf einen Fahrzeuginsassen wirkende Querkräfte zur Optimierung des Fahrtkomforts reduziert werden.
In Schritt S4 wird schließlich ein Lenkwinkel-Korrekturwert für das Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von der in Schritt S3 berechneten modifizierten momentanen Soll-Kurvenneigung und der in Schritt S1 berechneten momentanen Fahrbahnkrümmung bestimmt.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Lenkwinkel-Korrekturwert in Schritt S4 derart bestimmt werden, dass eine durch die in der Fahrwerk-Vorrichtung des Kraftfahrzeugs eingestellte Soll-Kurvenneigung bewirkte Lenkwinkel-Änderung des Kraftfahrzeugs im Wesentlichen durch den Lenkwinkel-Korrekturwert wieder kompensiert, also ausgeglichen wird. Dies führt im Idealfall zu einer nahezu vollständigen Unterdrückung von unerwünschten Lenkbewegungen des Kraftfahrzeugs beim Einstellen der in Schritt S3 ermittelten modifizierten Soll-Kurvenneigung (also dem Fahrzeug-Wankwinkel) im Fahrwerk des Kraftfahrzeugs.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem Steuergerät, welches zur Durchführung des vorangehend erläuterten Verfahrens eingerichtet/programmiert ist. Das Kraftfahrzeug umfasst hierzu eine von dem Steuergerät ansteuerbare, aktive Fahrwerk-Vorrichtung, mittels welcher eine von dem Steuergerät bestimmte modifizierte Soll-Kurvenneigung und ein ebenfalls von dem Steuergerät bestimmter Lenkwinkel-Korrekturwert an dem Kraftfahrzeug einstellbar sind. Das Kraftfahrzeug weist ferner ein optisches Detektionssystem oder/und eine nicht-optische Sensorik, welche jeweils mit dem Steuergerät zur Übermittlung von jeweiligen Sensor-Ausgangsdaten in Kommunikationsverbindung stehen, sowie einen mit dem Steuergerät zur Übermittlung einer momentanen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Kommunikationsverbindung stehenden Geschwindigkeitssensor auf.
Vorzugsweise bestimmt das Steuergerät in Abhängigkeit von der momentanen Geschwindigkeit aus den Sensor-Ausgangsdaten der nicht-optischen Sensorik oder/und des optischen Detektionssystems eine momentane Soll-Kurvenneigung für das Kraftfahrzeug und aus dieser durch Gewichtung mit einem Soll-Kurvenneigung-Gewichtungsfaktor eine modifizierte Soll-Kurvenneigung. In Abhängigkeit von der modifizierten momentanen Soll-Kurvenneigung und der momentanen Fahrbahnkrümmung des gerade befahrenen Fahrbahn-Abschnitts berechnet das Steuergerät für das Kraftfahrzeug einen Lenkwinkel-Korrekturwert. Das Steuergerät kann die aktive Fahrwerk-Vorrichtung derart ansteuern, dass die aufgrund der in der Fahrwerk-Vorrichtung des Kraftfahrzeugs eingestellten Soll-Kurvenneigung bewirkte Lenkwinkel-Änderung des Kraftfahrzeugs im Wesentlichen durch den Lenkwinkel-Korrekturwert kompensiert wird. Die gewünschte Lenkbewegung um den Lenkwinkel-Korrekturwert kann durch eine diagonale Verspannung von Aktoren der aktiven Fahrwerk-Vorrichtung des Kraftfahrzeugs bewirkt werden, was die gewünschte Ausgleichs-Gier- bzw. Ausgleichs-Querbewegung des Kraftfahrzeugs um den Lenkwinkel-Korrekturwert zur Folge hat.
Die für die Lenkwinkel-Korrektur einzustellende diagonale Verspannung ist abhängig von der in der Fahrwerk-Vorrichtung eingestellten modifizierten Soll-Kurvenneigung und wird vom Steuergerät vorzugsweise derart eingestellt, dass bei einer relativ geringen momentanen Fahrbahnkrümmung das kurvenäußere Vorderrad des Kraftfahrzeugs weniger stark belastet wird und entsprechend das kurveninnere Vorderrad mehr belastet wird. Bei einer im Vergleich dazu größeren momentanen Fahrbahnkrümmung kann die diagonale Verspannung wieder reduziert werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch:
1 ein grobschematisches Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einstellen der Kurvenneigung eines Kraftfahrzeugs, wobei die 2a eine Draufsicht und die 2b eine Rückansicht des Kraftfahrzeugs zeigt.
In der 1 ist ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens grobschematisch dargestellt und mit 1 bezeichnet. Die 2 zeigt ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Steuergerät 12 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts 20. Die 2a zeigt das Kraftfahrzeug 10 grobschematisch in einer Draufsicht, die 2b in einer Rückansicht.
In einem ersten Schritt S1 wird eine momentane Querbeschleunigung a_y des Kraftfahrzeugs 10 in Abhängigkeit von einer momentanen Geschwindigkeit v_x des Kraftfahrzeugs 10 aus von einer nicht-optischen Sensorik 2 bereitgestellten Sensor-Ausgangsdaten oder/und aus einer mittels eines optischen Detektionssystems 18 bestimmten momentanen Fahrbahnkrümmung K des kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts 20 berechnet.
Das optische Detektionssystem 18 kann hierzu ein Kamerasystem umfassen, von welchem ein Fahrzeug-Vorfeld eines das optische Detektionssystem 18 verwendenden Kraftfahrzeugs überwacht wird. Durch Bildanalyse der von dem optischen Detektionssystem 18 erzeugten Bilder lässt sich die Fahrbahnkrümmung K ermitteln.
Die momentane Querbeschleunigung a_y des Kraftfahrzeugs 10 kann aus der von dem optischen Detektionssystem 18 ermittelten momentanen Fahrbahnkrümmung K und einer momentanen Geschwindigkeit v_x des Kraftfahrzeugs 10 über die Beziehung a_y = K·v_x ² berechnet werden. Die momentane Geschwindigkeit v_x kann hierfür mittels eines in dem Kraftfahrzeug 10 verbauten Geschwindigkeitssensors 6 bestimmt werden. Durch die Verwendung verschiedener Indizes x und y, die ohne Beschränkung der Allgemeinheit willkürlich gewählt wurden, soll zum Ausdruck gebracht werden, dass ein Richtungsvektor der momentanen Querbeschleunigung a_y (in Y-Richtung) in eine zu dem entsprechenden Richtungsvektor der momentanen Geschwindigkeit v_x des Kraftfahrzeugs 10 (in X-Richtung) orthogonale Richtung weist (vgl. auch 2a).
Zur alternativen oder zusätzlichen Bestimmung der momentanen Querbeschleunigung a_y mittels der nicht-optischen Sensorik 2 kann diese einen Beschleunigungssensor 3 umfassen. Die Sensor-Ausgangsdaten können mittels eines geeigneten Tiefpass-Filters 4 gefiltert werden, um unerwünschte hochfrequente Störungen (beispielsweise aufgrund von Unebenheiten in dem gerade befahrenen Fahrbahn-Abschnitt) in den Sensor-Ausgangsdaten auszufiltern. Vorteilhafterweise ist ein solcher Beschleunigungssensor 3 in dem Kraftfahrzeug 10 bezüglich einer Fahrzeug-Längsrichtung L des Kraftfahrzeugs 10 möglichst weit vorne am Kraftfahrzeug 10 angeordnet (vgl. 2a).
Alternativ oder zusätzlich zum Beschleunigungssensor 3 kann die nicht-optische Sensorik 2 auch einen Gierraten-Sensor 5 umfassen, welcher als Sensor-Ausgangsdaten eine momentane Giergeschwindigkeit d/dt ψ bereitstellt, wobei ψ der momentane Gierwinkel ist. Die Berechnung der momentanen Querbeschleunigung a_y aus der momentanen Giergeschwindigkeit erfolgt gemäß der Gleichung a_y = (d/dt ψ)v_x, wobei d/dt ψ die momentane Giergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 10 ist. Dies bedeutet, dass zur Bestimmung der momentanen Querbeschleunigung a_y aus der Gierrate d/dt ψ eine Kenntnis der momentanen Fahrzeug-Geschwindigkeit v_x des Kraftfahrzeugs 10 erforderlich ist.
Alternativ oder zusätzlich zu den vorangehend erläuterten Sensoren (Beschleunigungssensor 3 und Gierratensensor 5) kann die nicht-optische Sensorik 2 auch einen Lenkradwinkelsensor oder/und einen Radwinkelsensor 7 umfasst, welcher als Sensor-Ausgangsdaten einen momentanen Lenkradwinkel bzw. momentanen Radwinkel δ bereitstellt. Aus den vom Lenkradwinkelsensor bzw. Radwinkelsensor 7 bereitgestellten Sensor-Ausgangsdaten kann die momentane Querbeschleunigung a_y unter Verwendung des sog. Einspur-Modells mittels des Zusammenhangs a_y = v_x ²δ/(I + EGv_x ²) berechnet werden. Dabei ist δ der Lenkradwinkel bzw. Radwinkel, I der Radstand des Kraftfahrzeugs 10 und EG der sogenannte Eigenlenkgradient des Kraftfahrzeugs 10. Selbstverständlich können anstelle des Einspur-Modells alternativ auch komplexere Zusammenhänge, welche ein Lenkmodel oder/und ein Reifeneinlauf-Verhalten des Kraftfahrzeugs 10 berücksichtigen, zur Berechnung der momentanen Querbeschleunigung a_y aus dem Lenkradwinkel δ bzw. Radwinkel herangezogen werden.
In einem zweiten Schritt S2 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus der vorangehend bestimmten momentanen Querbeschleunigung a_y eine momentane Soll-Kurvenneigung w(a_y) in Abhängigkeit von der momentanen Querbeschleunigung a_y des Kraftfahrzeugs 10 bestimmt. Eine solche funktionale Abhängigkeit der momentanen Soll-Kurvenneigung w(a_y) von der momentanen Querbeschleunigung a_y kann beispielsweise in der Art eines Kennfeldes 8 festgelegt sein. Alternativ kann aber auch ein analytischer Zusammenhang zwischen der momentanen Soll-Kurvenneigung w(a_y) und der momentanen Querbeschleunigung a_y festgelegt werden.
In einem dritten Schritt S3 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus der in Schritt S2 berechneten momentanen Soll-Kurvenneigung w(a_y) mittels Gewichtung mit einem geschwindigkeitsabhängigen Gewichtungsfaktor G(v_x) eine modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung w_G(a_y, v_x) berechnet. Hierzu wird der Soll-Kurvenneigung-Gewichtungsfaktor G(v_x) mit der momentanen Soll-Kurvenneigung w(a_y) multipliziert. Der geschwindigkeitsabhängige Gewichtungsfaktor G(v_x) kann durch eine vorbestimmte funktionale Abhängigkeit des Gewichtungsfaktors G von der Geschwindigkeit v_x des Kraftfahrzeugs 10 festgelegt werden. Eine solche funktionale Abhängigkeit kann beispielsweise in der Art eines Kennfeldes 9 definiert sein; alternativ dazu kann aber auch ein analytischer Zusammenhang zwischen dem geschwindigkeits-abhängigen Gewichtungsfaktor G(v_x) und der Geschwindigkeit v_x definiert werden.
In einem vierten Schritt S4 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun ein Lenkwinkels-Korrekturwert γ für das Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von der in Schritt S3 berechneten modifizierten momentanen Soll-Kurvenneigung und der in Schritt S1 berechneten momentanen Fahrbahnkrümmung K bestimmt. Der Lenkwinkel-Korrekturwert γ wird in Schritt S4 dabei derart festgelegt, dass eine durch die in der aktiven Fahrwerk-Vorrichtung des Kraftfahrzeugs eingestellte modifizierte Soll-Kurvenneigung w_G bewirkte Lenkwinkel-Änderung im Wesentlichen durch den Lenkwinkel-Korrekturwert γ wieder ausgeglichen wird.
Es ist klar, dass das erfindungsgemäße Verfahren im Praxiseinsatz in einem Kraftfahrzeug 10 iterativ durchgeführt werden kann, so dass beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens berechnete Wankwinkel ständig aktualisiert werden und somit an sich ändernde Fahrbahn-Verhältnisse (Fahrbahnkrümmung, etc.) bzw. an Änderungen der momentanen Geschwindigkeit v_x des Kraftfahrzeugs 10 angepasst werden kann. Gleiches gilt für den Lenkwinkel-Korrekturwert γ.
In der Darstellung der 2 ist nun ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Steuergerät 12 dargestellt, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet bzw. programmiert ist. Die 2a zeigt das Kraftfahrzeug 10 dabei grobschematisch in einer Draufsicht, die 2b in einer Rückansicht.
Das Kraftfahrzeug 10 umfasst ein Steuergerät 12 sowie ein optisches Detektionssystem 18 und eine nicht-optische Sensorik 2, welche jeweils mit dem Steuergerät 12 zur Übermittlung von Sensor-Ausgangsdaten an dieses in Kommunikationsverbindung stehen. Die nicht-optische Sensorik 2 umfasst einen Beschleunigungssensor 3, einen Gierratensensor 5, und einen Lenkwinkel-/Radwinkelsensor 7, welche jeweils mit dem Steuergerät 12 in Kommunikationsverbindung stehen. Das Kraftfahrzeug 10 umfasst ferner einen mit dem Steuergerät 12 zur Übermittlung einer momentanen Geschwindigkeit v_x des Kraftfahrzeugs 10 in Kommunikationsverbindung stehenden Geschwindigkeitssensor 6.
Das Steuergerät 12 kann eine Steuerungseinheit 13 (ECU) und eine mit der Steuerungseinheit 13 in Kommunikationsverbindung stehende Speichereinheit 14 umfassen. Die Steuerungseinheit 13 und die Speichereinheit 14 können in der Art eines herkömmlichen Mikrokontrollers ausgebildet sein.
Das Kraftfahrzeug 10 umfasst ferner eine von dem Steuergerät 12 ansteuerbare, aktive Fahrwerk-Vorrichtung 15, mittels welcher die von dem Steuergerät 12 bestimmte modifizierte Soll-Kurvenneigung w_G und der Lenkwinkel-Korrekturwert γ an dem Kraftfahrzeug 10 einstellbar sind. Die Fahrwerk-Vorrichtung 15 kann hierfür vier als höhenverstellbare Federbeine ausgebildete vordere Aktoren 16lv, 16lr, 16hl, 16hr umfassen, welche den vier Rädern 17vl, 17vr, 17hl, 17hr des Kraftfahrzeugs 10 zugeordnet sind.
Alternativ zur vorangehend beschriebenen elektro-hydraulischen Fahrwerk-Vorrichtung 15 kann auch ein luftfeder-basiertes Fahrwerk mit geschlossener Druckversorgung verwendet werden. In einem solchen luftfeder-basierten Fahrwerk wird zum Verstellen der Federbeine die Luft in einem geschlossenen Kreislauf von einem Luftspeicher in die Luftfeder und umgekehrt gepumpt, was ein sehr schnelles Ein- und Ausfahren der Federbeine zum Einstellen der Soll-Kurvenneigung im Fahrwerk des Kraftfahrzeugs ermöglicht.
In einer weiteren Alternative zum elektro-hydraulisch aktiven Fahrwerk kann ein unter dem Begriff ”ACTIVE CURVE SYSTEM” bekanntes, hydraulisch verstellbares Fahrwerk zum Einsatz kommen, welches mit einer riemengetriebenen Hydraulikpumpe arbeitet und einen Ölbehälter im Motorraum sowie je einen Ventil-Block und aktive Stabilisatoren an Vorder- und Hinterachse aufweist. Auch eine solche hydraulische Fahrwerk-Vorrichtung lässt sich zur Einstellung der Soll-Kurvenneigung im Kraftfahrzeug verwenden.
Die modifizierte Soll-Kurvenneigung w_G wird von dem Steuergerät 12 ermittelt, indem es in Abhängigkeit von der momentanen Geschwindigkeit v_x aus den Sensor-Ausgangsdaten der nicht-optischen Sensorik 2 oder/und des optischen Detektionssystems 18 die momentane Querbeschleunigung a_y des Kraftfahrzeugs, daraus eine momentane Soll-Kurvenneigung w für das Kraftfahrzeug 10 bestimmt und aus dieser durch Gewichtung mit einem Soll-Kurvenneigung-Gewichtungsfaktor G(v_x) eine modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung w_G(v_x, a_y) berechnet. Ebenso ermittelt das Steuergerät 12 einen Lenkwinkels-Korrekturwert γ für das Kraftfahrzeug 10 in Abhängigkeit von der modifizierten momentanen Soll-Kurvenneigung w_G(v_x) und der momentanen Fahrbahnkrümmung K des gerade befahrenen Fahrbahn-Abschnitts 20.
Die momentane Fahrbahnkrümmung K wird, wie bereits erläutert, mittels des optischen Detektionssystems 18 bestimmt. Für den Fall, dass das Kraftfahrzeug 10 ausschließlich eine nicht-optische Sensorik 2 aufweist, kann die Fahrbahnkrümmung K alternativ mittels eines Fahrzeug-Navigationssystems (nicht gezeigt) bestimmt werden. Hierzu kann den Kartendaten des Fahrzeug-Navigationssystems die gesuchte Fahrbahnkrümmung K des gerade befahrenen Fahrbahnabschnitts 20 entnommen werden.
Die Kennfelder 8 und 9 (vgl. Schritte S2 und S3) können in der Speichereinheit 14 abgelegt sein und von der Steuereinheit 12 zur Durchführung der Verfahrensschritte S2 und S3 ausgelesen werden. Für den Fall, dass die Speichereinheit 14 ein beschreibbarer Speicher ist, lassen sich die Kennfelder 8 und 9 durch Überschreiben des entsprechenden Speicherbereichs in der Speichereinheit 14 modifizieren, beispielsweise, wenn für verschiedene Kraftfahrzeug-Typen individuelle Kennfelder verwendet werden sollen.
Das Steuergerät 12 steuert die Fahrwerk-Vorrichtung 15 (beispielsweise durch ein individuelles Einstellen der Stellhöhe der Aktoren 16vl, 16vr, 16hl, 16hr) derart an, dass zum einen der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelte modifiziert Soll-Kurvenneigung w_G eingestellt wird. Gleichzeitig wird die Fahrwerk-Vorrichtung 15 aber auch derart angesteuert, dass eine (aufgrund der in der aktiven Fahrwerk-Vorrichtung 15 des Kraftfahrzeugs eingestellten Soll-Kurvenneigung 12) in dem Kraftfahrzeug 10 bewirkte Lenkwinkel-Änderung β im Wesentlichen durch eine dazu entgegengesetzt wirkende Lenkbewegung des Kraftfahrzeugs 10 um den Lenkwinkel-Korrekturwert γ wieder kompensiert wird. Der Lenkwinkel-Korrekturwert γ ist also idealerweise im Wesentlichen entgegengesetzt gleich der Lenkwinkel-Änderung β.
Die gewünschte Lenkbewegung um den Lenkwinkel-Korrekturwert γ kann durch eine diagonale Verspannung der vier Aktoren 16vl, 16vr, 16hl, 16hr der aktiven Fahrwerk-Vorrichtung 15 bewirkt werden. Ein solches Verspannen wird durch eine Veränderung der Radlastverteilung in der Diagonalen der Fahrwerk-Vorrichtung 15 erreicht, zum Beispiel am dem linken Vorderrad zugeordneten Aktor 16vl und am dem rechten Hinterrad zugeordneten Aktor 16hr. Hierzu können die verstellbaren Federbeine dieser beiden Aktoren 16vk, 16hr relativ zu den verbleibenden beiden Federbeinen 17vr, 17hl, also den dem rechten Vorderrad 17vr bzw. linken Hinterrad 17hl zugeordneten Federbeinen, verstellt werden. Beispielsweise können die Aktoren 16vl, 16hr gegenüber den Aktoren 16vl, 16hr um einen vorbestimmten Betrag gegenüber den Aktoren 16vr, 16hl ein- oder ausgefahren werden, was die gewünschte Ausgleichs-Gier- bzw. Ausgleichs-Querbewegung des Kraftfahrzeugs 10 um den Lenkwinkel-Korrekturwert γ zur Folge hat, ohne dass diese Ausgleichsbewegung vom Fahrer des Kraftfahrzeugs 10 manuell eingestellt werden muss.
Die einzustellende Verspannung ist abhängig von der in der Fahrwerk-Vorrichtung 15 eingestellten modifizierten Soll-Kurvenneigung w_G und wird vorzugsweise derart eingestellt, dass bei einer relativ geringen momentanen Fahrbahnkrümmung K das kurvenäußere Vorderrad des Kraftfahrzeugs 10 weniger stark belastet wird und entsprechend das kurveninnere Vorderrad stärker belastet wird. Bei einer im Vergleich dazu größeren momentanen Fahrbahnkrümmung K kann die diagonale Verspannung wieder reduziert werden, da weitere Effekte wie beispielsweise eine veränderte Wankmoment-Abstützung eine Rolle spielen können.
Alternativ bietet sich zum diagonalen Verspannen eine unter dem Begriff ”Torque-Vectoring” bekannte Technologie an, bei welcher die Querdynamik des Kraftfahrzeugs 10 über unterschiedlich verteilte Antriebs- und Bremsmomente (z. B. links/rechts) beeinflusst wird. Als Stellsysteme können hierfür elektrische (Einzelrad-)antriebe oder aktive Differentiale bzw. aktive Sperren verwendet werden. In einer weiteren Alternative ist aber auch die Verwendung aktiver Lenksysteme vorstellbar, mittels welcher als Lenkwinkel-Korrekturwert γ ein Zusatzlenkwinkel gestellt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004049086 A1 [0006]
DE 102010046317 A1 [0007]
DE 102006018978 A1 [0008]
DE 102009014747 A1 [0009]

Claims

Verfahren (1) zum Bestimmen einer Soll-Kurvenneigung (w_G(v_x)) und eines Lenkwinkel-Korrekturwerts (γ) eines Kraftfahrzeugs (10) beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts (20), umfassend die folgenden Schritte: a) Bestimmen einer momentanen Querbeschleunigung (a_y) des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von einer momentanen Geschwindigkeit (v_x) des Kraftfahrzeugs aus von einer nicht-optischen Sensorik (18) bereitgestellten Sensordaten oder/und aus einer mittels eines optischen Detektionssystems (2) bestimmten momentanen Fahrbahnkrümmung (K) des kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts (20), b) Berechnen einer momentanen Soll-Kurvenneigung w(a_y) für das Kraftfahrzeug aus der in Schritt a) bestimmten momentanen Querbeschleunigung (a_y), c) Berechnen einer modifizierten momentanen Soll-Kurvenneigung w_G(a_y, v_x) durch Gewichtung der in Schritt b) berechneten Soll-Kurvenneigung mit einem geschwindigkeitsabhängigen Soll-Kurvenneigung-Gewichtungsfaktor G(v_x), d) Bestimmen eines Lenkwinkels-Korrekturwerts (γ) für das Kraftfahrzeug (10) in Abhängigkeit von der in Schritt c) berechneten modifizierten momentanen Soll-Kurvenneigung und der in Schritt a) berechneten momentanen Fahrbahnkrümmung (K).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkwinkel-Korrekturwert (γ) in Schritt d) derart bestimmt wird, dass eine durch die in einer Fahrwerk-Vorrichtung (15) des Kraftfahrzeugs (10) eingestellte modifizierte momentane Soll-Kurvenneigung w_G(a_y, v_x) bewirkte Lenkwinkel-Änderung (β) des Kraftfahrzeugs (10) im Wesentlichen durch den Lenkwinkel-Korrekturwert (γ) kompensiert wird.
Kraftfahrzeug (10), – mit einem Steuergerät (12), welches zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 eingerichtet/programmiert ist, – mit einer von dem Steuergerät (12) ansteuerbaren Fahrwerk-Vorrichtung (15), mittels welcher eine von dem Steuergerät (12) bestimmte modifizierte Soll-Kurvenneigung w_G(v_x) und ein von dem Steuergerät (12) bestimmter Lenkwinkel-Korrekturwert (γ) an dem Kraftfahrzeug (10) einstellbar sind, – mit einem optischen Detektionssystem (18) oder/und einer nicht-optischen Sensorik (2), welche jeweils mit dem Steuergerät (12) zur Übermittlung von jeweiligen Sensor-Ausgangsdaten in Kommunikationsverbindung stehen, – mit einem mit dem Steuergerät (12) zur Übermittlung einer momentanen Geschwindigkeit (v_x) des Kraftfahrzeugs (10) in Kommunikationsverbindung stehenden Geschwindigkeitssensor (6).
Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – das Steuergerät (12) in Abhängigkeit von der momentanen Geschwindigkeit (v_x) aus den Sensor-Ausgangsdaten der nicht-optischen Sensorik (2) oder/und des optischen Detektionssystems eine momentane Soll-Kurvenneigung (w(v_x)) für das Kraftfahrzeug (10) bestimmt und aus dieser durch Gewichtung mit einem Soll-Kurvenneigung-Gewichtungsfaktor (G(v_x)) eine modifizierte Soll-Kurvenneigung (w_G(v_x)) berechnet, – das Steuergerät (12) einen Lenkwinkels-Korrekturwert (γ) für das Kraftfahrzeug (10) in Abhängigkeit von der modifizierten momentanen Soll-Kurvenneigung (w_G(v_x)) und der momentanen Fahrbahnkrümmung (K) des gerade befahrenen Fahrbahn-Abschnitts (20) berechnet.
Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (12) die Fahrwerk-Vorrichtung (15) derart ansteuert, dass die aufgrund einer in der Fahrwerk-Vorrichtung (15) des Kraftfahrzeugs (10) eingestellten Soll-Kurvenneigung (w_G(v_x)) bewirkte Lenkwinkel-Änderung (β) des Kraftfahrzeugs (10) im Wesentlichen durch den Lenkwinkel-Korrekturwert (γ) kompensiert wird.