DE102018201190A1

DE102018201190A1 - Verfahren zum Betrieb eines Fahrerassistenzsystems

Info

Publication number: DE102018201190A1
Application number: DE102018201190.7A
Authority: DE
Inventors: Adrian Mihailescu; Stephan Poltersdorf; Stefan Berners
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2019-07-25

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Fahrerassistenzsystems (2) eines Kraftfahrzeugs (1), wobei das Kraftfahrzeug (1) wenigstens eine Fahrzeugeinrichtung (3 - 6) umfasst, durch deren Betrieb eine Gierrate des Kraftfahrzeugs (1) veränderbar ist, wobei die Fahrzeugeinrichtung (3 - 6) durch das Fahrerassistenzsystem (2) in Abhängigkeit einer ermittelten Sollgierratenänderung angesteuert wird, wobei die Sollgierratenänderung in Abhängigkeit einer erfassten oder prognostizierten Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs (1) ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrerassistenzsystems eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug wenigstens eine Fahrzeugeinrichtung umfasst, durch deren Betrieb eine Gierrate des Kraftfahrzeugs veränderbar ist, wobei die Fahrzeugeinrichtung durch das Fahrerassistenzsystem in Abhängigkeit einer ermittelten Sollgierratenänderung angesteuert wird. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
Es sind eine Vielzahl von Fahrdynamikregelsystemen bekannt, die aktiv ein Giermoment um eine Hochachse eines Kraftfahrzeugs erzeugen können, insbesondere indem gezielt Brems- oder Antriebsmomente an bestimmten Reifen beeinflusst werden. Zudem ist es bekannt, durch aktive Lenksysteme in die Querdynamik des Kraftfahrzeugs einzugreifen.
Um ein Unter- oder Übersteuern des Kraftfahrzeugs zu vermeiden und das Kraftfahrzeug gemäß den vom Fahrer eingestellten Lenkwinkeln zu führen, ist es bekannt, in Abhängigkeit des fahrerseitig vorgegebenen Lenkwinkels, beispielsweise mit Hilfe eines Einspurmodells, eine Sollgierrate für das Kraftfahrzeug zu mitteln und diese mit einer sensorisch erfassten Istgierrate zu vergleichen. In Abhängigkeit einer Abweichung dieser Größen kann eine Fahrzeugeinrichtung zur Anpassung der Gierrate angesteuert werden, um die Istgierrate auf die Sollgierrate zu regeln. Ein derartiges Vorgehen ist beispielsweise aus den Druckschriften DE 195 15 047 A1 und DE 40 28 320 A1 bekannt. Die beschriebene Regelung führt notwendig dazu, dass ein Eingriff zur Gierratenänderung erst mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung durchgeführt werden kann. Dies ist insbesondere problematisch, wenn Fahrzeugeinrichtungen zur Beeinflussung der Gierrate des Kraftfahrzeugs genutzt werden, die relativ träge reagieren, was beispielsweise bei Fahrwerkssteuerungen der Fall sein kann. Insbesondere in hochdynamischen Fahrsituationen kann dies die Qualität der Gierratenregelung deutlich verschlechtern oder sogar zu einer Instabilität dieser Regelung führen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Verfahren anzugeben, um Fahrzeugeinrichtungen zur Giereratenanpassung zu steuern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Sollgierratenänderung in Abhängigkeit einer erfassten oder prognostizierten Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs ermittelt wird.
Eine Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs führt dazu, dass sich das Gewicht des Kraftfahrzeugs verlagert, womit sich z. B. bei einem zweiachsigen Fahrzeug die an der Vorder- und Hinterachse auf die Fahrbahn übertragenen Gewichtskräfte verändern. Somit ändern sich auch die resultierenden Reibungen an den einzelnen Rädern und somit der Schlupf an den einzelnen Rädern. Wird das Fahrverhalten eines Kraftfahrzeugs näherungsweise im Einspurmodell beschrieben, so resultiert hieraus eine Veränderung der Schräglaufsteifigkeit, also des Zusammenhangs zwischen einer jeweiligen Achsenseitenkraft und einem Schräglaufwinkel, der Vorder- und Hinterachse. Da in vielen Fahrzeugen Lenkbewegungen ausschließlich oder zumindest hauptsächlich an einer Achse umgesetzt werden, kann eine Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs daher zu einem Über- oder Untersteuern des Kraftfahrzeugs führen. Erfolgt eine Lenkung beispielsweise ausschließlich an einer Vorderachse, so würde bei einem Bremsen des Kraftfahrzeugs eine höhere Gierrate als im unbeschleunigten Zustand, also tendenziell ein Übersteuern, und bei einem Beschleunigen des Kraftfahrzeugs ein niedrigere Gierrate als im unbeschleunigten Zustand, also typischerweise ein Untersteuern, resultieren.
Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, eine Sollgierratenänderung für das Fahrzeug in Abhängigkeit einer erfassten oder prognostizierten Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs zu ermitteln. Dies kann, wie im Folgenden noch detailliert dargestellt werden wird, dazu dienen, den obig erläuterten Einfluss von Längsbeschleunigungen auf die tatsächlichen Gierraten des Kraftfahrzeugs vollständig oder zumindest teilweise zu kompensieren. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, dass erfindungsmäße Verfahren dazu zu nutzen, einen Einfluss der Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs auf eine Gierrate beim Einlenken künstlich zu erhöhen. Dies kann beispielsweise dazu dienen, einem Fahrer ein besonders sportliches Fahrgefühl zu vermitteln.
Prinzipiell ist es auch möglich, dass die Art bzw. Parametrisierung der Ermittlung der Sollgierratenänderung in Abhängigkeit der Längsbeschleunigung einstellbar ist bzw. von einem gewählten Fahrmodus abhängt, so dass beispielsweise bei einem komfortorientierten Fahrmodus ein untersteuerndes Fahrverhalten realisiert wird, während bei einem eher sportlich orientierten Fahrmodus ein übersteuerndes Fahrverhalten realisiert wird oder Ähnliches.
Das Fahrerassistenzsystem kann sowohl für positive Längsbeschleunigungen, also Erhöhungen der Fahrzeuggeschwindigkeit, als auch für negative Längsbeschleunigungen, also für ein Bremsen des Kraftfahrzeugs, jeweilige Sollgierratenänderungen ermitteln und die Fahrzeugeinrichtung entsprechend ansteuern. Es ist jedoch auch möglich, dass das Fahrerassistenzsystem die Fahrzeugeinrichtung nur beim Vorliegen von positiven oder negativen Längsbeschleunigungen zur Gierratenanpassung ansteuert. Ein Eingriff bei negativen Längsbeschleunigungen kann insbesondere dazu dienen, das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs bei einem Einfahren in eine Kurve anzupassen, während ein Eingriff bei positiven Längsbeschleunigungen insbesondere das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs beim Herausbeschleunigen aus einer Kurve beeinflusst. Die Berücksichtigung der Längsbeschleunigung ermöglicht es, insbesondere in den genannten Betriebssituationen, frühzeitig die Gierrate des Kraftfahrzeugs zu beeinflussen, so dass im Gegensatz zu der eingangs beschriebenen Regelung der Gierrate ein Auftreten von ungewünschten Gierraten vollständig vermieden werden kann und nicht nachträglich kompensiert werden muss.
Selbstverständlich ist es ergänzend möglich, tatsächlich auftretende Gierraten zu erfassen und Abweichungen von einer Sollgierrate zu kompensieren, um beispielsweise Effekte zu berücksichtigen, die unabhängig von einer Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs sind bzw. bei der Ermittlung der Sollgierratenänderung nicht berücksichtigt werden.
Die Sollgierratenänderung kann ermittelt werden, indem zunächst eine Abweichung einer in Abhängigkeit eines vorgegebenen Lenkwinkels des Kraftfahrzeugs und der erfassten oder prognostizierten Längsbeschleunigung prognostizierten Gierrate von einer in Abhängigkeit des Lenkwinkels ermittelten Sollgierrate prognostiziert wird, wobei die Sollgierratenänderung in Abhängigkeit der prognostizierten Abweichung ermittelt wird. Der Lenkwinkel kann insbesondere fahrerseitig vorgegeben sein. Die Ermittlung der Sollgierrate kann dann, wie aus dem Stand der Technik bekannt, mit Hilfe eines Einspurmodells oder auch auf beliebige andere Weise erfolgen. Die Sollgierrate kann hierbei insbesondere diejenige Gierrate sein, die für ein Kraftfahrzeug erreicht würde, wenn die Längsbeschleunigung Null wäre. Je nach konkret implementiertem Fahrzeugmodell kann die Sollgierrate für ein mit konstanter Geschwindigkeit geradeausfahrendes Kraftfahrzeug oder auch für ein Kraftfahrzeug unter Berücksichtigung der real aktuell auftretenden Seitenkräfte oder Ähnliches berechnet werden.
Die prognostizierte Gierrate kann auf gleiche Weise berechnet werden, wobei zusätzlich die erfasste oder prognostizierte Längsbeschleunigung berücksichtigt wird. Wie eingangs erläutert, wirkt sich diese auf die Gewichtskräfte aus, die an den einzelnen Achsen bzw. Rädern des Kraftfahrzeugs wirken, und somit auf den Schlupf bzw. die Schräglaufsteifigkeit an den einzelnen Rädern. Die Sollgierratenänderung kann anschließend so gewählt werden, dass sie die Abweichung der prognostizierten Gierrate von der Sollgierrate kompensiert. Es ist jedoch auch möglich, diese Abweichung nur teilweise zu kompensieren oder sogar überzukompensieren.
Im einfachsten Fall kann die aktuelle Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs, beispielsweise durch einen kraftfahrzeugseitigen Beschleunigungssensor, gemessen werden. Die Fahreingriffe des Fahrerassistenzsystems können jedoch noch dynamischer gestaltet werden, wenn eine prognostizierte Längsbeschleunigung berücksichtigt wird, indem in Abhängigkeit von Fahrzeugparametern ermittelt wird, welche Längsbeschleunigung künftig zu erwarten ist.
Die prognostizierte Längsbeschleunigung kann in Abhängigkeit eines durch einen Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs bereitgestellten Antriebsmoment oder in Abhängigkeit einer Fahrpedalstellung oder in Abhängigkeit sowohl der Fahrpedalstellung als auch einer Motordrehzahl des Antriebsmotors ermittelt werden. Eine solche Prognose ist insbesondere zweckmäßig, wenn eine positive Längsbeschleunigung prognostiziert werden soll. Für eine Prognose von negativen Längsbeschleunigungen können beispielsweise eine Bremspedalstellung, ein Bremsdruck oder Ähnliches berücksichtigt werden.
Die Sollgierratenänderung kann ermittelt werden, indem eine in Abhängigkeit der erfassten oder prognostizierten Längsbeschleunigung gegenüber einem unbeschleunigten Zustand veränderte Achslast oder eine durch diese verursachte Gewichtskraft an wenigstens einer Achse des Kraftfahrzeugs ermittelt wird, wobei die Sollgierratenänderung in Abhängigkeit dieser Achslast oder Gewichtskraft ermittelt wird. Beispielsweise kann ein Einspurmodell genutzt werden, um den Einfluss der veränderten Achslast bzw. Gewichtskraft auf eine prognostizierte Gierrate des Kraftfahrzeugs zu berücksichtigen. Insbesondere kann eine modifizierte Schräglaufsteifigkeit genutzt werden, die von der prognostizierten oder erfassten Längsbeschleunigung abhängt.
Durch die Ansteuerung der Fahrzeugeinrichtung kann ein Lenkwinkel an wenigstens einer Achse des Kraftfahrzeugs und/oder ein an wenigstens einem Rad des Kraftfahrzeugs bereitgestelltes Drehmoment und/oder eine durch wenigstens eines der Räder des Kraftfahrzeugs auf einen Untergrund übertragene Normalkraft modifiziert werden. Unterschiedliche Antriebs- bzw. Bremsmomente an unterschiedlichen Rädern einer Achse eines Kraftfahrzeugs führen dazu, dass ein Giermoment um eine Hochachse des Kraftfahrzeugs wirkt. Hieraus resultiert wiederum eine veränderte Gierrate des Kraftfahrzeugs. Durch eine Modifikation der Normalkraft an den einzelnen Rädern, also jener Kraft, die im Wesentlichen senkrecht zum Untergrund bzw. in Hochrichtung des Kraftfahrzeugs wirkt, ändert sich auch die resultierende Reibung für das entsprechende Rad und somit ein Schlupf. Wird durch ein aktives Fahrwerk, beispielsweise durch eine aktive Wankwinkelstabilisierung, eine unterschiedliche Normalkraft über die linken und rechten Räder einer Achse übertragen, variiert hiermit auch der Schlupf zwischen diesen Rädern, womit sowohl beim Beschleunigen als auch beim Bremsen jeweils ein Drehmoment um die Hochachse des Kraftfahrzeugs resultiert.
Es ist möglich, dass das Fahrerassistenzsystem mehrere Fahrzeugeinrichtungen ansteuert, um gemeinsam die Gierrate des Kraftfahrzeugs zu beeinflussen, insbesondere um eine Sollgierratenänderung herbeizuführen. Hierbei können die verschiedenen Fahrzeugeinrichtungen den jeweiligen Beitrag zur Gierratenänderung auf die gleiche oder auf verschiedene Weisen erzeugen. Beispielsweise kann eine der Fahrzeugeinrichtungen einen Lenkwinkel an der Vorderachse, eine der Fahrzeugeinrichtungen einen Lenkwinkel an der Hinterachse, eine der Fahrzeugeinrichtungen Bremsmomente an einzelnen Rädern, eine der Fahrzeugeinrichtungen eine Verteilung eines Antriebsmoments auf die einzelnen Räder und eine der Fahrzeugeinrichtungen die auf den Untergrund übertragene Normalkraft an den einzelnen Rädern modifizieren. Es ist auch möglich, dass nur eine oder nur einige der genannten Fahrzeugeinrichtungen genutzt werden.
Als die Fahrzeugeinrichtung oder als eine der Fahrzeugeinrichtungen kann eine Einrichtung zur Anpassung der Momentverteilung zwischen den Rädern einer Achse und/oder eine Vorder- und/oder Hinterradlenkung und/oder eine Bremseinrichtung, die ein individuelles Bremsen von Rädern des Kraftfahrzeugs ermöglicht, und/oder ein aktives Fahrwerk verwendet werden. Bei vielen Fahrzeugen wird ein durch den Fahrer vorgegebener Lenkwinkel an der Vorderachse des Kraftfahrzeugs eingestellt. Dieser kann durch die Überlagerung eines zusätzlichen Lenkwinkels modifiziert werden. Alternativ oder ergänzend kann ein Lenkwinkel an der Hinterachse eines Kraftfahrzeugs eingestellt oder modifiziert werden.
Durch ein Bremsen von Einzelrädern bzw. die Anpassung einer Momentverteilung, beispielsweise über ein aktives Differential, kann ebenfalls ein Drehmoment um eine Hochachse des Kraftfahrzeugs erzeugt werden. Aktive Differentiale können beispielsweise dadurch realisiert werden, dass ein separater Elektromotor genutzt wird, um die Momentverteilung zwischen zwei Abtriebswellen zu steuern oder indem die Abtriebswellen über eine zusätzliche Kopplungseinrichtung, beispielsweise eine Lamellenkupplung, zusätzlich zu der Kopplung über das Differential direkt mit einer Antriebswelle koppelbar sind. Entsprechende Überlagerungsgetriebe bzw. Vorrichtungen zum Torque-Vectoring sind aus dem Stand der Technik bekannt und sollen daher nicht detailliert geschildert werden.
Eine Modifikation von Drehmomenten bzw. Normalkräften an den Rädern erfolgt vorzugsweise an einer Achse, deren Räder nicht gelenkt sind bzw. weniger stark gelenkt werden als Räder einer anderen Achse, beispielsweise an Rädern der Hinterachse.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren können mehrere Fahrzeugeinrichtungen des Kraftfahrzeugs angesteuert werden, um eine Gierrate des Kraftfahrzeugs gemäß der Sollgierratenänderung zu verändern.
Unabhängig von der Sollgierratenänderung kann genau eine Fahrzeugeinrichtung ausgewählt werden oder sein, wobei in Abhängigkeit der Sollgierratenänderung gewählt wird, ob ausschließlich die ausgewählte Fahrzeugeinrichtung oder mehrere Fahrzeugeinrichtungen betrieben werden, um die Gierrate des Kraftfahrzeugs gemäß der Sollgierratenänderung zu verändern. Insbesondere bei niedrigen Sollgierratenänderungen ist es einerseits für die Vorhersehbarkeit des Fahrverhaltens und andererseits für die Effizienz des Eingriffs vorteilhaft, genau eine Fahrzeugeinrichtung zu betreiben, um die Gierratenanpassung durchzuführen. Bei hohen Gierratenanforderungen kann es jedoch zweckmäßig sein, mehrere Fahrzeugeinrichtungen zu nutzen, beispielsweise wenn die ausgewählte Fahrzeugeinrichtung ihre Systemgrenzen erreicht oder wenn eine weitere Erhöhung der Gierratenänderung durch diese Fahrzeugeinrichtung zu erheblichen Komforteinbußen führen würde.
Um ein hartes Umschalten der genutzten Fahrzeugeinrichtungen zu vermeiden und somit insbesondere eine hohe Vorhersagbarkeit des Fahrverhaltens zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn bei Erreichen oder Überschreiten eines Grenzwerts durch die Sollgierratenänderung sowohl die ausgewählte Fahrzeugeinrichtung als auch wenigstens eine weitere Fahrzeugeinrichtung zur Veränderung der Gierrate des Kraftfahrzeugs betrieben werden. Hierbei kann die ausgewählte Fahrzeugeinrichtung insbesondere derart angesteuert werden, dass das Kraftfahrzeug durch sie mit einer dem Grenzwert entsprechenden Gierratenänderung beaufschlagt wird. Der Grenzwert und/oder die ausgewählte und/oder die weitere Fahrzeugeinrichtung können in Abhängigkeit einer ermittelten Fahrsituation des Kraftfahrzeugs bestimmt werden. Ansätze zur Ermittlung einer Fahrsituation sind im Stand der Technik bekannt und sollen nicht detailliert erläutert werden. Alternativ wäre es möglich, alle oder Teile dieser Größen fest, beispielsweise herstellerseitig oder durch einen Nutzer des Fahrzeugs, vorzugeben.
Die Auswahl der ausgewählten bzw. weiteren Fahrzeugeinrichtung kann gemäß einer vorgegebenen oder dynamisch ermittelten Prioritätsreihenfolge erfolgen. Diese kann beispielsweise herstellerlseitig oder durch einen Nutzer vorgegeben sein oder in Abhängigkeit einer Fahrsituation ermittelt werden. Die Prioritätsreihenfolge kann hierbei wenigstens eine Fahrzeugeinrichtung umfassen, die nicht in dem Kraftfahrzeug implementiert oder der Nutzung gesperrt ist. Diese kann bei der Auswahl übersprungen werden. Somit kann beispielsweise ein Hersteller Prioritätsreihenfolgen für alle Fahrzeuge oder alle Fahrzeuge einer bestimmten Baureihe unabhängig von der konkret vorhandenen Ausstattung vorgeben und nicht vorhandene Fahrzeugeinrichtungen werden bei der Auswahl schlicht nicht berücksichtigt. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Prioritätsreihenfolge dynamisch in Abhängigkeit der Fahrzeugsituation ermittelt werden soll, da in diesem Fall der Algorithmus zur Ermittlung der Prioritätsreihenfolge nicht an die konkrete Fahrzeugausstattung angepasst werden muss.
Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem und wenigstens einer Fahrzeugeinrichtung, durch deren Betrieb eine Gierrate des Kraftfahrzeugs veränderbar ist, wobei das Fahrerassistenzsystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann mit den zum erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Merkmalen weitergebildet werden und umgekehrt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, mit dem ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführbar ist, und
2 ein Einspurmodell für das in 1 gezeigte Kraftfahrzeug.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, das ein Fahrerassistenzsystem 2 umfasst, das beispielsweise durch eine Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs implementiert sein kann und das dazu dienen kann, ein Über- und/oder Untersteuern des Kraftfahrzeugs zu kompensieren. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst zudem mehrere Fahrzeugeinrichtungen 3 - 6, durch deren Betrieb eine Gierrate des Kraftfahrzeugs veränderbar ist. Die Funktion der einzelnen Fahrzeugeinrichtungen 3 - 6 wird später noch detailliert erläutert werden.
Um ein frühzeitiges Eingreifen in den Fahrbetrieb zu ermöglichen, wenn aufgrund der Fahrsituation des Kraftfahrzeugs voraussichtlich ein Über- oder Untersteuern des Kraftfahrzeugs, also eine Abweichung von einer durch einen Fahrzeugführer mittels eines Lenkwinkels vorgegebenen Sollgierrate, erwartet wird, wird durch die Fahrzeugeinrichtung eine über den Beschleunigungssensor 17 erfasste Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs bei der Ermittlung einer Sollgierratenänderung, die durch Ansteuerung zumindest einer der Fahrzeugeinrichtungen 3 - 6 erreicht werden soll, berücksichtigt. Wie später noch genauer erläutert werden wird, wäre es alternativ dazu möglich, eine voraussichtliche Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von anderen Fahrzeugparametern zu prognostizieren, wodurch eine Reaktionszeit des Fahrerassistenzsystems in bestimmten Fahrsituationen weiter verbessert werden kann.
Die Auswirkungen einer Längsbeschleunigung auf die Gierrate des Kraftfahrzeugs 1 und Möglichkeiten zur Kompensation dieser Auswirkungen werden im Folgenden am Beispiel eines Einspurmodells mit Bezug auf 2 erläutert. Die hierbei erläuterten Berechnungen können durch das Fahrerassistenzsystem 2 zur Berechnung der Sollgierratenänderung implementiert werden. Es ist selbstverständlich auch möglich, komplexere Fahrzeugmodelle, beispielsweise ein Zweispurmodell, zu nutzen, um die Sollgierratenänderung zu berechnen.
2 zeigt schematisch im Einspurmodell die Geometrie des Kraftfahrzeugs 1. I ist der Radstand des Kraftfahrzeugs, I_h der Abstand zwischen dem Schwerpunkt 11 des Kraftfahrzeugs 1 und einem Drehpunkt 13 des Hinterrads 9 und I_v der Abstand zwischen dem Schwerpunkt 11 und dem Drehpunkt 12 des Vorderrades 10. Mit dem Gewicht m des Kraftfahrzeugs 1 und der Fallbeschleunigung g können die Achslasten bzw. Gewichtskräfte an der Vorder- und Hinterachse bei einem stehenden bzw. mit konstanter Geschwindigkeit bewegten Kraftfahrzeug 1 G_v,stat und G_h,stat , wie folgt berechnet werden: $G_{v, s t a t} = m \cdot g \cdot \frac{l_{h}}{l}$
$G_{h, s t a t} = m \cdot g \cdot \frac{l_{v}}{l}$
Wird das Kraftfahrzeug nun beschleunigt oder abgebremst, so verändert sich die Achslast bzw. Gewichtskraft in Abhängigkeit der Längsbeschleunigung a wie folgt: $G_{v, a} = G_{v, s t a t} - Δ G_{a}$
$G_{h, a} = G_{h, s t a t} + Δ G_{a}$
$Δ G_{a} = m \cdot a \cdot \frac{h_{s}}{l}$
Hierbei ist h_s die Höhe des Schwerpunkts 11 des Kraftfahrzeugs 1 über der Fahrebene bzw. der durch die Aufstandpunkte der Räder 9, 10 definierten Ebene.
Bei der Beschreibung des Kraftfahrzeugs 1 im Einspurmodell werden die Proportionalitätsfaktoren c_Sv und c_Sh verwendet, um den Zusammenhang zwischen einer jeweiligen Achsenseitenkraft S_v und S_h und einem Schräglaufwinkel einer entsprechenden Achse anzugeben. Die Schräglaufsteifigkeit hängt offensichtlich von der Reibung an den Rädern der Vorder- und Hinterachse ab, die wiederum von der jeweiligen Achslast bzw. Gewichtskraft an der jeweiligen Achse abhängt. Die Schräglaufsteifigkeiten bei Vorliegen einer Längsbeschleunigung a, c_Sv,a , c_Sh,a können aus den Schräglaufsteifigkeiten c_Sv und c_Sh bei einem mit konstanter Geschwindigkeit bewegten Kraftfahrzeug wie folgt berechnet werden: $c_{S v, a} = c_{S v} \cdot \frac{G_{v, a}}{G_{v, s t a t}}$
$c_{S h, a} = c_{S h} \cdot \frac{G_{h, a}}{G_{h, s t a t}}$
Mit diesen beschleunigungsabhängigen Schräglaufsteifigkeiten kann eine von dem fahrerseitig vorgegebenen Lenkwinkel δ_F , der Längsbeschleunigung a und der Geschwindigkeit v abhängige prognostizierte Gierrate gemäß dem bekannten Einspurmodell wie folgt berechnet werden: ${\dot{Ψ}}_{P} = \frac{δ_{F} \cdot v}{l + \frac{m}{l} (\frac{l_{h}}{c_{S v, a}} - \frac{l_{v}}{c_{S h, a}}) \cdot v^{2}}$
Der fahrerseitig vorgegebene Lenkwinkel kann über einen Lenkwinkelsensor 7 erfasst werden. Wird nun davon ausgegangen, dass ein Fahrer eine ähnliche Reaktion des Kraftfahrzeugs auf die Vorgabe eines Lenkwinkels erwartet wie bei einem unbeschleunigten Fahrbetrieb, so würde er bei dem eingestellten Lenkwinkel δ_F eine beschleunigungsunabhängige Sollgierrate erwarten, die sich aus dem Einspurmodell wie folgt errechnet: ${\dot{Ψ}}_{S o l l} = \frac{δ_{F} \cdot v}{l + \frac{m}{l} (\frac{l_{h}}{c_{S v}} + \frac{l_{v}}{c_{S h}}) \cdot v^{2}}$
Die Sollgierratenänderung kann dann in Abhängigkeit der Abweichung der prognostizierten Gierrate von dieser Sollgierrate, insbesondere als Differenz dieser Größen, ermittelt werden. Somit kann ein von der Längsbeschleunigung unabhängiges Fahrverhalten erreicht werden. Selbstverständlich wäre es auch möglich, eine Skalierung oder Übertragungsfunktion zu nutzen, um die Abhängigkeit des Fahrverhaltens von einer vorliegenden Längsbeschleunigung bedarfsgerecht anzupassen.
Nach Ermittlung dieser gewünschten Sollgierratenänderung kann das Fahrerassistenzsystem eine oder mehrere der Fahrzeugeinrichtungen 3 - 6 ansteuern, um die Gierrate des Kraftfahrzeugs anzupassen. Hierbei können die Fahrzeugeinrichtungen 3 - 6 in einer Prioritätsreihenfolge genutzt werden, die durch den Fahrzeughersteller oder einen Nutzer des Kraftfahrzeugs 1 und/oder in Abhängigkeit einer Fahrsituation vorgegeben werden kann. Hierbei kann zunächst eine der Fahrzeugeinrichtungen 3 - 6 ausgewählt werden und ausschließlich diese Fahrzeugeinrichtung kann zur Anpassung der Gierrate genutzt werden. Werden die Systemgrenzen dieser Fahrzeugeinrichtung oder ein anderer, beispielsweise komfortbedingter Grenzwert erreicht, so kann zusätzlich die nächst Prioritätsniedrigere der Fahrzeugeinrichtungen 3 - 6 genutzt werden, um die Gierrate weiter anzupassen.
Im Folgenden wird die Funktion der einzelnen Fahrzeugeinrichtungen 3 - 6 weiter erläutert. Insbesondere in Fahrsituationen, in denen das Kraftfahrzeug beschleunigt, ist eine Anpassung der Gierrate besonders komfortabel und ohne Geschwindigkeitseinbußen möglich, wenn zur Anpassung der Gierrate an den Hinterrädern 9 des Kraftfahrzeugs bereitgestellte Antriebsmomente modifiziert werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Fahrzeugeinrichtung 5, ein aktives Differential, das das Antriebsmoment des Antriebsmotors 16 auf die Hinterräder 9 verteilt, durch das Fahrerassistenzsystem 2 angesteuert wird. Hierbei kann das aktive Differential ein Überlagerungsdifferential sein, bei dem durch nichtgezeigte Kupplungseinrichtungen ein zusätzlicher Kupplungspfad zwischen einer Antriebswelle 15 und einer jeweiligen Abtriebswelle 14 geschlossen werden kann, so dass Teile des über die Antriebswelle 15 bereitgestellten Drehmoments an dem Differential vorbei direkt zu einer der Abtriebswellen 14 geführt werden können. Alternativ kann auch ein Differential als Fahrzeugeinrichtung 5 genutzt werden, das ein Torque-Vectoring über einen Elektromotor ermöglicht. Hierbei kann z. B. eine der Abtriebswellen 14 unmittelbar mit einem zusätzlichen positiven oder negativen Drehmoment beaufschlagt werden, wodurch die Momentverteilung zwischen den Abtriebswellen 14 geändert wird.
Durch die unterschiedlichen an den hinteren Rädern anliegenden Drehmomente resultiert, wie in der 2 schematisch dargestellt ist, ein Drehmoment M_z um den Schwerpunkt 11 des Kraftfahrzeugs 1. Aus diesem Drehmoment M_z resultiert eine zusätzliche Gierrate Ψ̇, durch die eine momentane Gierrate des Kraftfahrzeugs erhöht oder erniedrigt werden kann. Der Proportionalitätsfaktor berechnet sich aus der Fahrzeuggeschwindigkeit v und den bereits oben erläuterten, die Fahrzeuggeometrie betreffenden Variablen wie folgt: ${(\frac{\dot{Ψ}}{M_{z}})}_{a} = \frac{c_{S v, a} + c_{S h, a}}{c_{S v, a} \cdot c_{S h, a} \cdot l} \cdot \frac{v}{l + \frac{m}{l} (\frac{l_{h}}{c_{S v, a}} - \frac{l_{v}}{c_{S h, a}}) \cdot v^{2}}$
Eine weitere Möglichkeit, Drehmomente um den Schwerpunkt 11 zu induzieren und somit die Gierrate des Kraftfahrzeugs 1 anzupassen, sind die Fahrzeugeinrichtungen 6, die Einzelradbremsen darstellen, durch die die hinteren Räder 9 des Kraftfahrzeugs separat bremsbar sind. Ein Drehmoment um den Schwerpunkt 11 kann zudem auch dadurch induziert werden, dass der Schlupf an den Rädern 9, 10 durch eine Gewichtsverlagerung des Kraftfahrzeugs verändert wird. Hierzu kann als Fahrzeugeinrichtung 3 beispielsweise ein Aktor eines aktiven Fahrwerks, insbesondere einer aktiven Wankwinkelstabilisierung, angesteuert werden. Hierdurch kann die auf den Untergrund wirkende Normalkraft an den linken und rechten Rädern 9, 10 voneinander unterschiedlich sein, wodurch auch die Reibung und somit ein Schlupf an diesen Rädern voneinander unterschiedlich ist. Somit führen Antriebs- bzw. Bremsmomente an den Rädern 9, 10 je nach Normalkraft an dem jeweiligen Rad jeweils zu unterschiedlichen Beschleunigungs- oder Bremskräften, womit ein Drehmoment um den Schwerpunkt 11 resultiert. Zusätzlich hat eine Gewichtsverlagerung bzw. eine Variation der Normalkraft auf den Untergrund an den verschiedenen Rädern 9, 10 den Effekt, dass die Schräglaufsteifigkeit zwischen dem jeweiligen linken und rechten Rad 9, 10 unterschiedlich ist, womit zusätzliche Drehmomente resultieren können.
Eine weitere Möglichkeit, eine Gierrate des Kraftfahrzeugs zu verändern, ist, den an den Vorderrädern 10 eingestellten Lenkwinkel derart einzustellen, dass er von einem von dem Fahrer geforderten Lenkwinkel abweicht bzw., falls eine Hinterradlenkung vorhanden ist, zusätzlich einen Lenkwinkel an den Hinterrädern 9 einzustellen. Eine Veränderung des Lenkwinkels an den Vorderrädern 10 ist mit der Fahrzeugeinrichtung 4 möglich. Eine Hinterradlenkung ist in dem gezeigten Kraftfahrzeug 1 nicht implementiert. Dennoch könnte sie in einer genutzten Prioritätsreihenfolge aufgeführt sein und, wie vorangehend erläutert, ausgelassen werden. Eine Änderung des Lenkwinkels an den Vorderrädern δ_v bzw. eine Änderung des Lenkwinkels an den Hinterrädern δ_h führt in dem in 2 gezeigten Einspurmodell des Kraftfahrzeugs 1 zu den folgenden zusätzlichen Gierraten Ψ̇: ${(\frac{\dot{Ψ}}{δ_{v}})}_{a} = {(\frac{\dot{Ψ}}{δ_{h}})}_{a} = \frac{v}{l + \frac{m}{l} (\frac{l_{h}}{c_{S v, a}} - \frac{l_{v}}{c_{S h, a}}) \cdot v^{2}}$
Durch die beschriebene Berücksichtigung der Längsbeschleunigung bei der Ermittlung von Sollgierratenänderungen kann erreicht werden, dass das Fahrerassistenzsystem frühzeitig und dynamisch in den Fahrbetrieb eingreifen kann, um eine tatsächlich vom Fahrer gewünschte Gierrate einzustellen. Um eine Reaktionszeit des Fahrerassistenzsystems weiter zu reduzieren ist es möglich, statt der über den Beschleunigungssensor 17 erfassten Längsbeschleunigung eine prognostizierte Längsbeschleunigung zu nutzen. Beispielsweise kann eine prognostizierte Längsbeschleunigung aus einem Antriebsmoment des Antriebsmotors 16 ermittelt werden. Ein solches Antriebsmoment kann unmittelbar an einem Antriebsmotor 16 gemessen werden oder es kann beispielsweise durch eine Motorsteuerung des Antriebsmotors 16 bereitgestellt werden. Die Längsbeschleunigung a hängt hierbei vom Antriebsmoment des Motors Mmot, von einer Gesamtübersetzung des Antriebsstrangs i, von einem Antriebswirkungsgrad des Antriebsstrangs η, von einer Fahrzeugmasse m und von einem dynamischen Radhalbmesser rdyn, der aus einem Abrollradius des Rades ermittelt werden kann, ab und kann wie folgt errechnet werden: $a = \frac{M_{M o t} \cdot i \cdot η}{m \cdot r_{d y n}}$
Um das Verfahren weiter zu vereinfachen bzw. um noch kürzere Reaktionszeiten zu ermöglichen, ist es auch möglich, dass das Motormoment Mmot in Abhängigkeit einer Fahrpedalstellung und insbesondere einer Motordrehzahl ermittelt wird. Hierzu kann eine bekannte Motorkennlinie verwendet werden. Die Fahrpedalstellung kann über den Fahrpedalsensor 8 erfasst werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19515047 A1 [0003]
DE 4028320 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Fahrerassistenzsystems (2) eines Kraftfahrzeugs (1), wobei das Kraftfahrzeug (1) wenigstens eine Fahrzeugeinrichtung (3 - 6) umfasst, durch deren Betrieb eine Gierrate des Kraftfahrzeugs (1) veränderbar ist, wobei die Fahrzeugeinrichtung (3 - 6) durch das Fahrerassistenzsystem (2) in Abhängigkeit einer ermittelten Sollgierratenänderung angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollgierratenänderung in Abhängigkeit einer erfassten oder prognostizierten Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs (1) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abweichung einer in Abhängigkeit eines vorgegebenen Lenkwinkels des Kraftfahrzeugs (1) und der erfassten oder prognostizierten Längsbeschleunigung prognostizierten Gierrate von einer in Abhängigkeit des Lenkwinkels ermittelten Sollgierrate prognostiziert wird, wobei die Sollgierratenänderung in Abängigkeit der prognostizierten Abweichung ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die prognostizierte Längsbeschleunigung in Abhängigkeit eines durch einen Antriebsmotor (16) des Kraftfahrzeugs (1) bereitgestellten Antriebsmotormoments oder in Abhängigkeit einer Fahrpedalstellung oder in Abhängigkeit sowohl der Fahrpedalstellung als auch einer Motordrehzahl des Antriebsmotors (16) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Abhängigkeit der erfassten oder prognostizierten Längsbeschleunigung gegenüber einem unbeschleunigten Zustand veränderte Achslast oder eine durch diese verursachte Gewichtskraft an wenigstens einer Achse des Kraftfahrzeugs (1) ermittelt wird, wobei die Sollgierratenänderung in Abhängigkeit dieser Achslast oder Gewichtskraft ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ansteuerung der Fahrzeugeinrichtung (3 - 6) ein Lenkwinkel an wenigstens einer Achse des Kraftfahrzeugs (1) und/oder ein an wenigstens einem Rad (9, 10) des Kraftfahrzeugs (1) bereitgestelltes Drehmoment und/oder eine durch wenigstens eines der Räder (9, 10) des Kraftfahrzeugs (1) auf einen Untergrund übertragene Normalkraft modifiziert werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Fahrzeugeinrichtung (3 - 6) eine Einrichtung zur Anpassung der Momentverteilung zwischen den Rädern (9, 10) einer Achse und/oder eine Vorder- und/oder Hinterradlenkung und/oder eine Bremseinrichtung, die ein individuelles Bremsen von Rädern (9, 10) des Kraftfahrzeugs (1) ermöglicht, und/oder ein aktives Fahrwerk verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Fahrzeugeinrichtungen (3 - 6) des Kraftfahrzeugs (1) angesteuert werden, um eine Gierrate des Kraftfahrzeugs (1) gemäß der Sollgierratenänderung zu verändern.
Verfahren nach einem einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass unabhängig von der Sollgierratenänderung genau eine Fahrzeugeinrichtung (3 - 6) ausgewählt wird oder ist, wobei in Abhängigkeit der Sollgierratenänderung gewählt wird, ob ausschließlich die ausgewählte Fahrzeugeinrichtung (3 - 6) oder mehrere Fahrzeugeinrichtungen (3 - 6) betrieben werden, um die Gierrate des Kraftfahrzeugs (1) gemäß der Sollgierratenänderung zu verändern.
Kraftfahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem (2) und wenigstens einer Fahrzeugeinrichtung (3 - 6) durch deren Betrieb eine Gierrate des Kraftfahzeugs (1) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerassistenzsystem (2) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet ist.