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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
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Stand der Technik
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Lenkungen bzw. Lenksysteme sind Vorrichtungen zur Beeinflussung der Fahrtrichtung von Fahrzeugen. Aktive Lenksysteme sind Lenkeinrichtungen von Fahrzeugen, bei denen der Lenkwinkel der gelenkten bzw. angelenkten Räder durch ein mechatronisches System eingestellt wird.
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In heutigen Kraftfahrzeugen eingesetzte Lenksysteme weisen regelmäßig einen Zentralsteller auf, der das linke und das rechte Rad gleichermaßen einschlägt. Bei vielen derzeit erhältlichen Fahrzeugen ist ein solcher Zentralsteller nur an der Vorderachse verbaut und es besteht keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den gelenkten Rädern. Bei sogenannten by-wire Systemen entfällt die klassische mechanische Verbindung des Fahrers mit dem Aktorsystem für Lenkung, Bremse usw. Im Falle der Lenkung erfolgt die entsprechende Aktuierung nur über einen oder über mehrere Steller.
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Zentrale aber auch dezentrale by-wire Lenksteller sind seit längerem beim Einsatz für die Hinterachse bekannt. Für Lenksteller, die in Verbindung mit der Vorderachse verwendet werden, gibt es erste Prototypenfahrzeuge mit by-wire Einzelradlenkstellern .
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Des Weiteren gibt es einen Trend im Fahrwerksbereich zur Verwendung aktiver Fahrwerkskomponenten, bspw. einer aktiven Federung. So sind Federungssysteme bekannt, die in einem Fahrwerk eingesetzt werden, bei dem Federung und Aufbaudämpfung gesteuert werden können. Dabei können die Aufbaufreiheitsgrade Huben, Nicken, Wanken aktiv beeinflusst werden. Durch hydraulische Zusatzkräfte an jedem Rad werden Wank- und Nickbewegungen bei Kurvenfahrt oder Längsbeschleunigung weitgehend vermieden, ohne dass der Fahrkomfort bei unebener Fahrbahn leidet. Damit wird sowohl ein sehr gutes Fahrverhalten als auch ein hoher Fahrkomfort ermöglicht.
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Es ist zu beachten, dass bei Ausfall eines Einzelradlenkstellers das zugehörige Rad einen undefinierten Lenkwinkel annehmen und die Trajektorie des Fahrzeugs durch die wirkenden Reifenkräfte negativ beeinflusst werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Anordnung gemäß Anspruch 10 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
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Das vorgestellte Verfahren dient zum Betreiben eines Fahrzeugs, das eine Einzelradlenkung und mindestens eine aktive Fahrwerkskomponente aufweist. Die Einzelradlenkung wiederum umfasst eine Anzahl an Einzelradlenkstellern, die jeweils einem gelenkten Rad zugeordnet sind. Bei Ausfall der Lenkmöglichkeit eines der gelenkten Räder wird wenigstens eine von der mindestens einen aktiven Fahrwerkskomponente in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Gierrate angesteuert, um wirkende Radaufstandskräfte zumindest eines der gelenkten Räder so zu beeinflussen, dass eine resultierende Gierrate des Fahrzeugs der vorgegebenen Gierrate angenähert wird. Dieses Annähern kann dazu führen, dass die resultierende Gierrate der vorgegebenen Gierrate zumindest weitgehend bzw. im Wesentlichen entspricht.
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Bei dem Verfahren können wirkende Radaufstandskräfte eines gelenkten Rades, bei dem die Lenkmöglichkeit gegeben ist, und/oder wirkende Radaufstandskräfte eines gelenkten Rades, bei dem die Lenkmöglichkeit ausgefallen ist, beeinflusst werden.
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Das beschriebene Verfahren wirkt in Ausgestaltung unterstützend bei Ausfall eines Einzelradlenksteller bzw. Einzelradaktors. Das Verfahren sieht dabei eine Kompensation eines ausgefallenen Einzelradaktors, der einem der gelenkten Räder zugeordnet ist, vor, wozu eine intelligente Ansteuerung mindestens einer aktiven Fahrwerkskomponente vorgenommen wird. In Ausgestaltung wird die Kompensation durch einen intakten Steller vorgenommen. Dabei wird eine Kompensationsmöglichkeit durch Veränderung der Radaufstandskraft des Rades, das lenkbar ist, verbessert.
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Unter einer aktiven Fahrwerkskomponente ist eine Komponente des Fahrwerks zu verstehen, die aktiv angesteuert werden kann. Das Fahrwerk ist die Gesamtheit aller Teile eines Fahrzeugs, die der Verbindung des Fahrgestells über die Räder zur Fahrbahn dienen.
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Als aktive Fahrwerkskomponenten kommen bspw. eine aktive Federung und eine aktive Aufbaudämpfung in Betracht.
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Zu beachten ist, dass durch entsprechende Auslegung eines Aktiv-Fahrwerks die Radaufstandskräfte in einem großen Umfang variiert werden. So kann sogar ein „Hüpfen“ eines Fahrzeugs ermöglicht werden.
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Bei einer Einzelradlenkung hat jedes gelenkte Rad seine eigene Drehachse. Bei zweispurigen Fahrzeugen kommt dann bspw. eine Achsschenkellenkung mit außerhalb der Radebene liegenden Achsschenkel bei einspurigen Fahrzeugen bspw. eine Steuerkopflenkung mit Drehachse in der Radmittenebene zur Anwendung.
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Mit den vorgestellten Verfahren ist es nunmehr möglich, die negativen Einflüsse eines Ausfalls der Lenkmöglichkeit eines der gelenkten Räder, bspw. bewirkt durch den Ausfall eines Einzelradlenkstellers, auf das Gesamtfahrzeugverhalten zu reduzieren, wobei eine redundante Ausführung des Einzelradlenkstellers nicht erforderlich ist.
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Das Verfahren kann auch den Schritt des Erfassens des Ausfalls der Lenkmöglichkeit und dabei auch den Schritt des Erkennens des Ausfalls eines der Einzelradlenkstellers umfassen.
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Das beschriebene Verfahren reduziert in Ausgestaltung durch gezielte Aktuierung aktiver Fahrwerkskomponenten die negativen Einflüsse eines ausgefallenen Einzelradlenkstellers auf das Gesamtfahrzeugverhalten. Dabei wird angestrebt, die wirkenden Radaufstandskräfte des Rades, das dem ausgefallenen Lenkungsaktors zugehörig ist, so zu steuern, dass die resultierenden Kräfte am Rad, die die resultierende Gierrate des Fahrzeugs beeinflussen, für die jeweilige Fahrsituationen zumindest möglichst optimal sind, d. h. dass die resultierende Gierrate der vorgegebenen Gierrate möglichst weitgehend entspricht.
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Die vorgegebene Gierrate wird typischerweise durch eine Lenkhandhabe, bspw. ein Lenkrad, bestimmt. D. h. der Fahrer des Fahrzeugs bestimmt durch Betätigen der Lenkhandhabe die vorgegebene Gierrate und damit die Richtung, in die das Fahrzeug sich bewegt bzw. sich bewegen soll. Bei einem autonomen oder automatisierten Fahrzeug kann die Gierrate auch von einer Steuerung bzw. einem Algorithmus vorgegeben werden.
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Die beschriebene Anordnung ist zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens eingerichtet. Diese ist in Hardware und/oder Software implementiert. So kann die Vorrichtung in einem Steuergerät des Fahrzeugs integriert und/oder abgelegt oder auch als ein Steuergerät ausgebildet sein. Es wird hierin ebenfalls ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens und ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm abgelegt ist, vorgestellt.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend 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.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein Fahrzeug mit einem Rad, dem ein ausgefallener Lenksteller zugeordnet ist.
- 2 zeigt Kräfte am Rad des ausgefallenen Lenkstellers.
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1 zeigt in schematischer stark vereinfachter Darstellung ein Fahrzeug, das insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Das Fahrzeug 10 umfasst eine Einzelradlenkung 12 sowie ein erstes Rad 14, ein zweites Rad 16, ein drittes Rad 18 und ein viertes Rad 20. Die Darstellung zeigt weiterhin rein schematisch eine aktive Fahrwerkskomponente 22, die über eine Anordnung 24, die zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens dient, angesteuert werden kann.
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Über die Einzelradlenkung 12 können das erste Rad 14 und das zweite Rad 16 angesteuert und damit gelenkt werden. Hierzu ist dem ersten Rad 14 ein erster Einzelradlenksteller 26, der auch als Einzelradaktor bezeichnet wird, und dem zweiten Rad 16 ein zweiter Einzelradlenksteller 28, der auch als Einzelradaktor bezeichnet wird, zugeordnet.
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In der Darstellung ist weiterhin eine z-Achse 40 eingezeichnet.
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Zu erkennen ist, dass aufgrund eines Ausfalls 30 des zweiten Einzelradlenkstellers 28 das zweite Rad 16 nicht mehr angesteuert und damit gelenkt werden kann. Damit entfällt die Möglichkeit der Lenkung dieses zweiten Rades 16, was auch als Ausfall der Möglichkeit der Lenkung dieses Rades 16 bezeichnet wird.
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2 zeigt das Fahrzeug 10 aus 1, wobei wirkende Kräfte verdeutlicht sind. So ist eine am Rad 16 wirkende Kraft F Rad mit einem ersten Pfeil 50 gezeigt, der die Komponenten Fx_Rad, kenntlich gemacht mit einem zweiten Pfeil 52, und Fy_Rad, kenntlich gemacht mit einem dritten Pfeil 54, umfasst. Ein vierter Pfeil 56 verdeutlicht die Fahrtrichtung mit Geschwindigkeit v. Ein erster Doppelpfeil 60 gibt an wB/2, d. h. die halbe Spurbreite, und ein zweiter Doppelpfeil 62 gibt an L/2, d. h. der halbe Radstand des Fahrzeugs. Beide Längen sind die sogenannten Hebellängen, mit denen die Reifenkräfte Momente um die z-Achse 40 des Fahrzeugs 10 erzeugen.
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Die Funktionsweise des Verfahrens wird in den Figuren anhand eines Beispielfahrzeugs mit Einzelradlenksteller an der Vorderachse und Aktivfahrwerk, das es erlaubt, die Radaufstandskräfte der einzelnen Räder zu beeinflussen, beschrieben. Für das Verhalten eines Einzelradlenkungsstellers bei Ausfall sind folgende Möglichkeiten denkbar:
- - Das zugehörende Rad wird durch einen Einrastmechanismus, eine Bremse oder einen selbsthemmenden Aktuator bei einem gewissen Lenkwinkel gehalten.
- - Das zugehörige Rad rotiert frei und kann weiterhin seinen Lenkwinkel abhängig von den Kräften, die auf das Rad wirken, ändern.
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Für die erste Funktionsbeschreibung wird der Fall betrachtet, in dem das Rad 16 bei einer gewissen Position gehalten wird.
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Durch den Lenkwinkel am Rad 16 des ausgefallenen Einzelradlenkstellers 28 wirkt ein Giermoment um die z-Achse 40 des Fahrzeugs 10.
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Wenn bspw. das Fahrzeug 10 geradeaus fährt, generiert sich durch den Lenkwinkel an dem betrachteten Rad eine Kraft F, die durch ihre Komponenten Fy und Fx das entstehende Giermoment um die z-Achse 40 definiert.
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Zu berücksichtigen ist, dass die Kraft F und ihre Komponenten Fy und Fx mit dem Schwimmwinkel und mit der Normalkraft an dem betrachteten Rad zusammenhängen. Beide Größen können durch eine Standard-Sensorik, die auf heutigen Personenkraftwagen typischerweise vorhanden ist, geschätzt werden. Es werden dabei Längs- und Querbeschleunigung, Gierrate, Geschwindigkeit und Lenkwinkel an dem ausgefallenen Rad betrachtet.
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Durch intelligente Ansteuerung der aktiven Fahrwerkskomponente 22, wie bspw. der Federung und der Aufbaudämpfung, wird nun die Radaufstandskraft bzw. die Normalkraft des Rades 16 des ausgefallenen Einzellenkstellers 28 beeinflusst, wodurch das entstehende Giermoment um die z-Achse 40 angepasst werden kann. Je nach Fahrsituation, bspw. Links- oder Rechtskurve, und abhängig davon, ob der linke oder rechte Lenkungssteller ausgefallen ist, kann eine Erhöhung oder Reduzierung der Radaufstandskraft zweckmäßig sein, welche durch die aktiven Fahrwerkskomponente 22 sichergestellt wird.
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Eine weitere Anwendung des aktiven Fahrwerks in diesem Zusammenhang liegt darin, die Radaufstandskraft des Rades 14 des intakten Einzelradlenkstellers 26 so zu optimieren, dass eine Kompensation des ausgefallenen Einzelradlenkstellers 28 durch den intakten Einzelradlenksteller 26 vorgenommen wird, indem die Übertragungsmöglichkeit der Querkräfte verbessert wird.
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Das vorgestellte Verfahren hat nunmehr die Wirkung, dass für den Fehlerfall eines Einzelradlenkstellers keine redundante Ausführung der Einzelradlenkstellers erforderlich ist, da die Lenkbarkeit durch Kompensation durch aktive Fahrwerkskomponenten in gewissem Maße sichergestellt werden kann.
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Die vorgestellten Funktionsprinzipien können sowohl für translatorisch als auch für rotatorisch wirkende Einzelradlenksteller verwendet werden.