WO2021115695A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung einer hinterachslenkung - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to the control of a rear axle steering, in particular a rear axle steering for a motor vehicle.
- rear axle steering is typically controlled electrically and driven by one or more electric motors as actuators.
- Such a rear-axle steering can be particularly advantageous in maneuvering operations and when cornering, especially at higher speeds, compared to the classic front-only steering, for example in that even the smallest parking spaces can be used effectively and the road holding of the vehicle is improved when cornering can.
- the present invention is therefore based on the object of further improving the operation of a rear axle steering.
- the solution to this problem is achieved according to the teaching of the independent claims.
- Various embodiments and developments of the invention are the subject matter of the subclaims.
- a first aspect of the invention relates to a method, in particular a computer-implemented method, for controlling a rear-axle steering of a vehicle with a steerable front axle and a steerable rear axle.
- the method comprises: (i) determining a current physical condition of the rear axle steering on the basis of a detected current operating state and a predetermined reference operating state of the rear axle steering; (ii) Establishing a maximum permissible steering angle of the rear axle steering as a function of the estimated physical condition of the rear axle steering and as a function of at least one of the operating parameters driving speed (in particular longitudinal speed), steering angle and steering angle speed of the vehicle; and (iii) controlling the rear-axle steering in such a way that the steering angle of the rear-axle steering does not exceed the assigned maximum permissible steering angle for the current operating parameter or parameters of the vehicle.
- a “physical condition” of the rear axle steering in the sense of the invention is to be understood as its technical “health”, including in particular mechanical and electrical or mechanical aspects, such as the state of mechanical wear and / or electrical steering components, the reliability, the degree of the functional scope still actually available in comparison to the specified function (eg maximum deflection angle still achievable) of the rear axle steering or the electricity, power or energy requirements for its actuation.
- an “operating state” of the rear-axle steering is to be understood as an operating point of the rear-axle steering that is characterized by one or more operating parameters.
- the operating parameter (s) can be determined in particular as a function of current or power consumption, a supply voltage or some other technical variable used for energy supply and / or control of the rear axle steering.
- the operating parameters can in particular be maneuver variables, such as the vehicle speed, in particular the vehicle longitudinal speed, the steering angle, the steering angle speed (rate of change or time derivative of the steering angle), or the power supply of the rear axle steering, in particular electrical operating parameters relating to at least one of these actuators.
- maneuver variables such as the vehicle speed, in particular the vehicle longitudinal speed, the steering angle, the steering angle speed (rate of change or time derivative of the steering angle), or the power supply of the rear axle steering, in particular electrical operating parameters relating to at least one of these actuators.
- a “reference operating state” within the meaning of the invention is accordingly a selected operating state that has been established as a reference and is defined as a reference by corresponding reference values of the at least one operating parameter under consideration, for example by a maximum power or current consumption.
- the “steering angle speed” is to be understood here as a measure of the change over time, in particular a mathematical time derivative, of the steering angle.
- the “steering angle” itself is, in turn, a measure of the deflection of the rear wheels by the rear axle steering in relation to their position for straight-ahead travel.
- a “rear axle steering” within the meaning of the invention is to be understood as a steering device that is designed and intended to steer or deflect one or more rear wheels of a vehicle in a controlled manner for the purpose of steering.
- An “axle” in the conventional sense, in particular to connect two or more wheels, is not absolutely necessary for this. Rather, the rear wheel or the rear wheels, in particular, can be mounted on the vehicle by means of an independent wheel suspension and can be controlled individually or jointly for their steering.
- the rear-axle steering can therefore also be used in the operational area close to a standstill, provided that the determination of your physical condition shows that this is likely to occur without damaging the rear-axle steering on the one hand and without losing the possibility of using it in this entire operational area, in particular on the other the standstill, back into a non-deflected position (ie straight ahead position) is possible.
- the method thus makes it possible to combine the advantages of using the rear-axle steering also in the area close to a standstill, possibly even at a standstill, with the avoidance of negative influences on the rear-axle steering, based on the determination of a maximum steering angle for the area close to a standstill, which is dependent on the physical condition .
- the current physical constitution of the rear-axle steering is determined on the basis of a detected current utilization, which characterizes the current operating state, of the specified operating range of an actuator of the rear-axle steering provided for its actuation.
- "Utilization" of the specified operating area is to be understood here as a measure that indicates the proportion or degree to which the operating area is used. In particular, it can be a relative measure, which relates the size of the specified operating range with respect to an operating parameter to a corresponding size for the current operating state, or vice versa. Instead or in addition, it can in particular also be a measure that characterizes a difference between these two variables, e.g. in the sense of a difference.
- the current physical condition of the rear axle steering can be determined in a simple manner for the current working point of the rear axle steering, in particular its actuator.
- the reference operating state defines a predetermined reference utilization of the operating range and the current physical condition of the rear-axle steering is determined on the basis of a comparison of the detected current utilization of the operating range of the actuator with the reference exploitation.
- the current utilization and the reference utilization are each related to the same operating parameters of the rear axle steering and their same values.
- the comparison can therefore be based in particular on (i) a status value for the current operating status that can be easily detected by sensors (e.g. current power consumption and / or power of the actuator at a current longitudinal speed and a current steering angle speed and current steering angle), i.e. on the basis of the current overall status , and (ii) a corresponding state value for the reference operating state (e.g. specified or previously measured and stored value for the current consumption of the actuator at the same longitudinal speed and the same steering angle speed and the same steering angle).
- the reference utilization represents an operating point on a characteristic curve related to the operating range or a multi-dimensional characteristic area for the utilization of the actuator, whereby for each operating point on this characteristic curve or characteristic area of the actuator, the actuator resets the rear axle from one other than zero Can guarantee steering angle corresponding position in a non-deflected position, while he can no longer guarantee this for every utilization above this characteristic curve or this characteristic curve surface.
- the characteristic line or characteristic area therefore represents a limit characteristic or limit characteristic area, which for the operating parameter range under consideration separates a lower utilization area, in which resetting is always possible, from an upper utilization area, in which resetting is no longer always possible .
- the reference utilization determined by the characteristic curve or characteristic curve surface is thus selected in these embodiments in such a way that a maximum possible range of use for the rear axle steering results, even at low speeds and higher steering angle speeds, in which the rear axle can still be reset by the actuator is always guaranteed.
- the reference utilization over all relevant operating points is related to a constant physical condition of the rear-axle steering, which is a good approximation especially when the real physical condition itself is at least approximately constant, and thus it is at most creeping, e.g. around less than 20% / h within one trip, changes.
- the current physical condition of the rear axle steering is determined by means of an automatic learning process on the basis of a repeated determination of a respective current operating state of the rear axle steering at different operating times. So the reliability of the Determination of the current physical condition of the rear axle steering are increased, since any temporarily occurring disturbance effects or other fluctuations in utilization can be dampened in this way and thus at least largely filtered out in the sense or analogy of "noise suppression".
- the learning process can have at least one of the following steps:
- the formation of the maximum value leads to learning “upwards”, ie an approximation process based on a low utilization, in particular an iteration process, to approximate a utilization value which characterizes an actual current utilization at least in a very good approximation “Worst case” occurs in which the highest resistance of the rear wheels against being reset by the actuator into the straight-ahead position can just be guaranteed.
- the maximum permissible steering angle of the rear axle steering for the speed corresponding to a standstill of the vehicle is set to a value greater than zero if, based on the determination of the current physical condition of the rear axle steering, it is predicted that the rear axle will be reset from a This different from zero steering angle ent speaking position in a non-deflected position is also possible when the vehicle is stationary.
- the upper limit for the speed / steering angle pair which is dependent on the physical condition of the rear axle steering, can be set in such a way that, in the event of a braking maneuver up to the standstill of the vehicle, the maximum steering angle value for all the speeds passed through corresponds at most to the associated speed-dependent upper limit, where this upper limit remains greater than zero even with small speed values up to standstill.
- the prediction of whether, based on the determination of the current physical condition of the rear axle steering, a return of the rear axle from the non-zero steering angle to a non-deflected position is possible even when the vehicle is stationary, based on a Comparison of the estimated current physical condition with a predefined limit value, which corresponds to the best possible physical condition or is below. In this way it can be determined or decided in a simple manner whether the rear axle steering operation should be enabled or not in the near-standstill speed range.
- the current utilization of the rear axle steering is determined on the basis of an actual current or actual power consumption or an actual supply voltage in comparison to a maximum possible current or power consumption or supply voltage, in particular by specification. This allows particularly simple and efficient implementations, since the stated power consumption or voltage values can generally be measured or determined simply and reliably at the same time.
- the maximum steering angle is restricted depending on the current physical condition of the rear-axle steering only for operating states of the rear-axle steering from a selected sub-range (section) of the operating range, which leads to a vehicle speed, a steering angle speed, a steering angle or a combination of at least two of these quantities, each responded below a predetermined associated limit threshold kor.
- the limit threshold for the vehicle speed is selected in particular to be less than or equal to 10 km / h, preferably less than or equal to 6 km / h, particularly preferably less than or equal to 3 km / h.
- These limit speeds (which in particular take into account the usual range of maneuvers when driving, e.g. both quasi-stationary maneuvers and strong braking in the curve) have proven to be particularly suitable with regard to the typical speed-dependent course of the adhesive forces between the rear wheels and the ground to define the above-mentioned sub-area in such a way that the largest possible operating range for the rear axle steering can be achieved while avoiding the aforementioned reset problem when the adhesive forces are too high.
- the limit threshold for the driving speed is also selected to be variable as a function of the specific current physical condition of the rear-axle steering. While otherwise the limit threshold in the sense of a “worst-case” interpretation would generally have to be set so high that the reset problem is avoided even if the current physical condition of the rear-axle steering is still acceptable, any permissible physical Configuring the rear axle steering, the maximum operating range that can be agreed upon can be released for use. Overall, over a large section of the service life of the rear axle steering, a wider operating range can be used than with the aforementioned “worst-case” design.
- the maximum permissible steering angle of the rear axle steering is also set in one of the following ways: (i) depending on the direction of change of the vehicle speed, the sign of the steering angle speed, or whether a distance has already been covered since the vehicle was last stopped ; (ii) as a function of a detected current demand intensity with regard to the steering of the vehicle; (iii) the course of the maximum permissible steering angle in the operating range, which is dependent on the operating parameters, corresponds to an iso-force characteristic with regard to the steering force that occurs on the rear axle steering at this steering angle.
- a first group of cases in which there is a positive acceleration, in which the amount of the vehicle speed increases, as would be the case, for example, when exiting a parking space, or in which no route has been taken since the last Stopping or a steering angle has not yet been established and obstacles, such as a curb, are therefore still to be expected between the front wheels and the rear wheels, are different from other cases.
- such other cases can belong to a second group of cases in which the driving speed decreases or a distance has already been covered or a steering angle has already built up, so that it can be assumed that the front wheels will be next to those of the rear wheels have passed the underground area to be driven on so that no obstacles are to be expected there.
- a hysteresis-prone course of the maximum permissible steering angle as a function of the driving speed can thus be achieved, which can be used to further optimize the available operating range of the rear axle steering, in particular to maximize it.
- the operating range can be further optimized so that in individual cases the usable operating range can be expanded into an operating parameter range that actually lies beyond its specific limits, depending on requirements. This can take place in particular when a recorded “current demand intensity” is above a limit value defined for this purpose.
- the demand intensity can in particular be recorded as a torsional moment on a steering device, typically the steering wheel, of the vehicle, with the detection being able to take place continuously or in discrete steps.
- Another possibility for recording the intensity of demand can be that obstacles are detected which would be easier to avoid using the rear-axle steering than without it or at all only when you are using it.
- the detection of obstacles can take place here in particular on the basis of correspondingly high-resolution map data or by means of the vehicle's own sensors, for example by means of a parking aid sensor system (Park Distance Control, PDC) or a camera system.
- Special areas, such as parking areas which can regularly place particularly high demands on the maneuverability of the vehicle, can also be identified by means of such map data or sensory systems and, if they are recognized, can be assessed as an increased demand intensity.
- a requirement intensity can be recorded depending on whether a recorder function of a driver assistance system is used.
- the limits of the currently usable operating range can be selected using the iso-force characteristic curve so that the force corresponding to this characteristic curve is less than or equal to the maximum force for all working points within the operating range enclosed by the limit line that the actuator for resetting the rear-axle steering to the straight-ahead position can muster. In this way, a high level of reliability with regard to safe resetting of the rear axle steering can be achieved in a simple manner.
- the method also has at least one of the following measures: (i) the limitation of the steering angle to the maximum permissible steering angle when activating the rear axle steering is only used if the steering angle exceeds a defined minimum deflection; (ii) the maximum steering angle speed used by the actuator for the rear axle steering is determined as a function of the current driving speed of the vehicle.
- a minimum deflection limit according to measure (i) allows the steering angle to be limited only to the extent necessary to achieve the resetting of the rear axle steering at least up to this minimum deflection, which can in particular be determined so that it is normally carried out by an external vehicle Viewer, is not or only with a low probability (eg ⁇ 25%, preferably ⁇ 10%) is perceived visually at all.
- a second aspect of the invention relates to a device for controlling a rear axle steering of a vehicle with a steerable rear axle, the device being set up to carry out the method according to the first aspect of the invention.
- the device can in particular be designed as a computer or processor-based control device.
- a third aspect of the invention relates to a computer program with instructions which, when executed on a device according to the second aspect of the invention, cause it to execute the method according to the first aspect of the invention.
- the computer program can in particular be stored on a non-volatile data carrier.
- a non-volatile data carrier is preferably a data carrier in the form of an optical data carrier or some other non-volatile memory, such as a flash memory module.
- the computer program can be present as a file on a data processing unit, in particular on a server, and can be downloaded via a data connection, for example the Internet or a dedicated data connection, such as a proprietary or local network.
- the computer program can have a plurality of interacting individual program modules.
- the device can accordingly have a program memory in which the computer program is stored.
- the device can also be set up to access an externally available computer program, for example on one or more servers or on their data processing units, via a communication connection, in particular to exchange data with them that are used during the course of the method or computer program Represent outputs of the computer program.
- a fourth aspect of the invention relates to a vehicle with a steerable rear axle, the vehicle having a device according to the second aspect of the invention for controlling its rear axle.
- the vehicle also has a steerable front axle, so that the rear axle then usually does not act as the main but only as an additional steering system.
- FIG. 1 schematically shows an exemplary vehicle with a rear axle steering, finally, an embodiment of the device according to the invention for controlling the rear axle steering;
- FIG. 2 shows a flow chart to illustrate an exemplary embodiment of the method according to the invention
- 3 shows a schematic representation of a parameterization of the operating range of a rear axle steering by means of a corresponding coordinate system including a reference characteristic area drawn therein;
- FIG. 4 shows a two-dimensional representation of the family of characteristics according to FIG. 3 for the representation of a learning area for the determination of a current utilization, here using the example of a reference steering angle of 1 °;
- FIG. 5 shows a development over time of the utilization to illustrate a learning process that can be used in connection with the invention for determining a current level of utilization A, in particular with regard to a determination based thereon of a current physical condition of the rear axle steering;
- FIG. 6 shows a graphic illustration of two different use cases for the operation of a rear axle steering
- FIG. 7 shows an illustration of the course of a characteristic curve, which defines the usable operating range of the rear axle steering, for the maximum steering angle as a function of the longitudinal speed of the vehicle, in particular as a function of the two application cases from FIG. 6.
- FIG. 1 shows an exemplary vehicle 1 which has two steerable front wheels 2a and two rear wheels 2b which can also be steered by means of rear axle steering.
- the rear axle steering has, in particular, a control device 3, which in turn has a processor platform 3a and a memory 3b, which in particular serves as a program and data memory.
- a computer program is stored in the memory 3b which, when it is executed on the processor platform 3a, causes the latter to execute the method according to the invention, in particular as described below with reference to the embodiment shown by way of example in FIG. 2.
- the control device 3 receives measurement data from a sensor device 5 of the vehicle 1, which can itself have one or more sensors.
- the measurement data relate to the information required within the scope of the method on the current vehicle and especially rear axle steering status, such as in particular the amount of the vehicle (longitudinal) speed Vx and its direction of change Rx, steering angle L, steering angle speed VL, demand intensity (steering wheel torsional moment) B, and the actual current consumption I i st of the actuator 4, the latter in any case if this information is not provided by the actuator 4 itself.
- the method 100 shown in FIG. 2 for controlling a rear axle steering of a vehicle can in particular be carried out by a control device for a rear axle steering, for example by the control device 3 from FIG. 1. but without this having to be understood as a restriction, reference is made to the vehicle 1 from FIG. 1 for the purpose of better illustration of the method 100.
- the device 3 receives the previously described measurement data for the variables Vx, Rx, L, VL, h st and B recorded by the sensor device 5 of the vehicle 1.
- step 115 values stored there for the specified maximum power consumption ax of the actuator 4 and the reference utilization A n0 rm (Vx, VL) are read from the memory 3b, the reference utilization being defined as a function of the longitudinal speed Vx and the steering angular speed VL, and im Memory 3b can be represented, for example, by means of a corresponding table of values stored there.
- a current utilization Ai St (Vx, VL) of the actuator 4 at the current longitudinal speed Vx and the current steering angle speed VL as a ratio of the associated current current consumption L t (Vx, VL ) determined for the maximum power consumption Lax and stored in memory 3b:
- the value for the maximum current consumption L ax can in particular also be defined as a function or as a function of a voltage value of the associated supply voltage.
- the time course of the quantity Ai St (Vx, VL) can in practice are subject to significant fluctuations over time. These can arise in particular when the vehicle 1 carries out one or more curve journeys on different surfaces using the rear axle steering during a journey, so that different coefficients of friction of the different surfaces or mechanical vibrations result in varying forces on the rear wheels 2b and thus also lead to actuator 4.
- averaging over the current value as well as the respective last N previously determined values for the variable Ai St (Vx, VL) is carried out in order to obtain a correspond de) to obtain the average (Ai St (Vx, VL)).
- a currently valid maximum steering angle 20 Lm ax (Vx, VL) for the rear axle steering can now be established in a step 135 as a function of the determined value for PV and the previously received values for the direction of change Rx and the demand intensity B.
- a maximum steering angular speed VLm ax (Vx) can also be defined as a function of the longitudinal speed Vx.
- a lookup table stored in memory 3b can be used for both of the above-mentioned definitions, which table relates the respective input variables to the output variables sought.
- control device 3 can control the actuator 4 on the basis of the aforementioned specifications so that it limits the actual steering angle of the rear axle steering so that it is less than or equal to the specified maximum steering angle L max (Vx, VL) and at the same time, the actual steering angle speed VL is also limited by the maximum steering angle speed VL max (Vx). The method then loops back to the starting point and is run through again.
- a n0rm (Vx, VL) as a function of the longitudinal speed Vx and the steering angular speed VL.
- the sub-area is limited here by way of example along the Vx axis by the value 6 km / h, although other values can of course also be set. However, it has been shown that values in the range from 3 km / h to 6 km / h each represent a particularly sensible limit, since the reset problems described above can typically arise in practice primarily in a speed range below these values and since speed values above these limit values can be strongly influenced by any transverse accelerations of the vehicle 1. Equally, the sub-area along the steering angle can be limited to a value of approx. 3 ° / s for the same reasons.
- the characteristic area for the reference utilization A n0rm (Vx, VL) thus defines an interface within the operating parameter space for a given physical condition at which a reset of the rear axle steering to the straight-ahead position is just guaranteed for all operating points. However, for higher degrees of utilization related to the respective operating point, this can no longer be guaranteed for each operating point, in particular not for low longitudinal speeds. dities Vx and / or high steering angular speeds VL within the specified sub-range of the operating parameter range.
- FIG. 4 shows a family of characteristics in the form of several two-dimensional sections through the family of characteristics from FIG. 3.
- the dependency of the utilization along the dimension of the steering angular speed VL is considered, while the corresponding characteristics of A n0rm (Vx, VL) for various longitudinal speeds Vx as Corresponding individual characteristics are shown.
- Vx, VL the longitudinal speed
- Vx the lower the utilization, since higher longitudinal speeds Vx usually lead to less adhesion or drilling friction between the rear wheel 2b and the ground and accordingly the actuator 4 has to use less energy for the steering process.
- the hatched section of the operating parameter area below the respective characteristic curve and below the adhesion limit is provided as the learning area W for determining a current utilization Ai st in the context of the iterative method 100 described with reference to FIG
- the hatched area corresponds here to the uppermost of the characteristic curves shown, ie the one for the smallest value of Vx).
- 5 shows the time course of a corresponding learning process, successive learning events with the quotient value (Ai st (t)) / A n0 rm being shown as black points.
- the learning on the basis of successive measurements and determinations of ⁇ A St (t)> is done here due to the maximum value formation in step 130 of the method 100 “from below”.
- FIG. 6 shows a graphic illustration of two different use cases for the operation of the rear axle steering, which are explained in detail below with reference to FIGS. 7A and 7b.
- the first application “1” relates to normal cornering of the vehicle 1, with the rear wheels 2b essentially, ie. H. follow the track of the front wheels 2b within the scope of the usual deviations in rear-axle steering. In this case, the front wheels 2a have accordingly already covered a distance in the forward direction since the last start from standstill.
- the second application “2”, on the other hand, relates to a parking situation in which the vehicle 1 parked on a curb is supposed to go from a standstill with at least partially steered rear-axle steering into forward travel. As a result, no distance has been covered here since the last standstill, so there is a risk that the rear wheels 2b could run into an obstacle not yet driven over by the front wheels 2b, here specifically the curb.
- FIG. 7A illustrates by way of example different zones A, B1, B2, C and D of the operating parameter range of a rear axle steering with regard to the longitudinal speed Vx and the maximum steering angle L max at a given maximum steering angle speed VL.
- the zones mentioned are characterized by the different characteristics KA, KBI, K ß 2 upon. Kc separated from each other.
- the first characteristic curve K A delimits zone A to lower longitudinal speeds Vx and to a system-related maximum possible steering angle, which should be 3 ° here as an example.
- the longitudinal speed Vx is always so great that it is possible to reset the rear-axle steering to the straight-ahead position for each operating point, taking into account all common driving maneuvers, including in particular braking in a curve.
- a limit speed which here is, for example, 3 km / h, the rear-axle steering is inevitably brought into the straight-ahead position to avoid a subsequent situation beyond zone A.
- the physical condition of the rear axle steering is determined and a maximum steering angle L max (PV) is determined as a function thereof, which can be represented by a corresponding characteristic curve in the diagram from FIG. 7A .
- An example of this is the dotted characteristic curve KBI, which defines a zone B1 to the right of it (including zone A). Within this zone B1, what has already been said about zone A applies, ie for all operating points within zone B1, in this case, the rear wheels 2B can always be returned to the straight position regardless of the direction.
- the exact position of the characteristic curve K BI depends on the current value for the physical condition PV.
- FIG. 7A Another example of a solution according to the invention is illustrated in FIG. 7A with the aid of a third characteristic curve K B 2 (dashed lines) which defines a zone B2 to the right of it (including zones B1 and A).
- the position of the characteristic curve K B 2 also depends on the current value for the physical condition PV, which in the example shown differs from that for the characteristic curve K BI.
- the characteristic curve K B 2 rises to the greatest possible steering angle at all, but the gradient of the characteristic curve is not constant. In particular, it can - as shown - run flatter at somewhat higher longitudinal speeds Vx (in the example from approx. 2.8 km / h) than at lower longitudinal speeds Vx.
- the characteristic curve K B 2 corresponding to increasing longitudinal speeds Vx represents only a first branch of an overall characteristic curve which shows a hysteresis, ie a course that is dependent on the respective preceding state.
- the entire characteristic curve namely also has a second branch Kc, which corresponds to decreasing longitudinal speeds Vx and is not congruent with the first branch.
- a further zone C is spanned between these two branches, which, unlike zones A, B1 and B2, represents a permitted range for the steering angle L only with decreasing longitudinal speeds Vx.
- this difference can be used in connection with the two applications from FIG. Since in the application "1" corresponding to the characteristic curve Kc, unlike in the application "2" corresponding to the characteristic curve K B 2, there is no the 2B acting obstacle is to be expected, the maximum steering angle L max can be selected here higher than in application 2
- the second branch Kc of the characteristic curve also defines a forbidden zone D lying to the left of it, which covers a steering angle range that is not permitted.
- other options for establishing a correspondingly high requirement intensity B are also possible, for example automatic obstacle detection.
- the overall characteristic curve or one or more sections thereof can be defined in particular in the form of an iso-force characteristic curve, so that along the characteristic curve or the respective section (s) the rear wheel steering acting on the rear axle steering when it is actuated at a given steering angle speed VL is relieved from the grip of the rear wheels
- the counterforce is constant on the subsurface.
- the steering angle speed VL In addition to limiting the steering angle L to a maximum value L max (Vx, VL), it is also possible to limit the steering angle speed VL itself. This is illustrated in FIG. 7B, where the maximum permitted steering angular speed VL max is established as a characteristic as a function of the longitudinal speed Vx.
- the design-related maximum permitted value for the steering angle speed is set at 1 ° / s as an example.
- the automatic characteristic line-related return of the rear wheels 2b only takes place up to a specified minimum angle different from zero, ie from the straight-ahead position, which is selected such that it typically does not or is rarely recognized as deviating from the straight-ahead position. In this way it is possible to shift the characteristic curves to higher permitted maximum steering angles and to avoid the associated energy requirement and wear and tear in order to achieve a straight-ahead position.
- 3b memory in particular data and program memory
- B Requirement intensity e.g. steering wheel torsional moment
- I is the actual current consumption Imax maximum current consumption
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Hinterachslenkung, insbesondere einer Hinterachslenkung für ein Kraftfahrzeug. Das Verfahren weist auf: Bestimmen einer aktuellen physischen Verfassung der Hinterachslenkung auf Basis eines erfassten aktuellen Betriebszustands und eines vorbestimmten Referenzbetriebszustands der Hinterachslenkung; Festlegen eines maximal zulässigen Lenkwinkels der Hinterachslenkung in Abhängigkeit von der geschätzten physischen Verfassung der Hinterachslenkung sowie in Abhängigkeit von zumindest einem der Betriebsparameter Fahrgeschwindigkeit, Lenkwinkel und Lenkwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs; und Ansteuern der Hinterachslenkung so, dass der Lenkwinkel der Hinterachslenkung bei dem bzw. den aktuellen Betriebsparametern des Fahrzeugs den zugeordneten festgestellten maximal zulässigen Lenkwinkel nicht überschreitet.
Description
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR STEUERUNG EINER HINTERACHSLENKUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung einer Hinterachslenkung, insbesonde re einer Hinterachslenkung für ein Kraftfahrzeug.
Während traditionell die meisten Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, nur eine Frontlenkung beziehungsweise Vorderachslenkung aufweisen, gibt es inzwi schen auch eine Klasse solcher Fahrzeuge, welche zusätzlich mit einer Hinterachslen kung ausgerüstet sind. Die Hinterachslenkung wird dabei typischerweise elektrisch angesteuert und über einen oder mehrere Elektromotoren als Aktoren angetrieben. Eine solche Hinterachslenkung kann insbesondere im Rangierbetrieb sowie bei an spruchsvollen Kurvenfahrten, vor allem bei höherer Geschwindigkeit, gegenüber der klassischen Nur-Frontlenkung vorteilhaft sein, etwa indem damit auch kleinste Parklü cken effektiv genutzt werden können und die Straßenlage des Fahrzeugs bei der Kur venfahrt verbessert werden kann.
Im Bereich sehr kleiner Fahrzeuglängsgeschwindigkeiten, insbesondere unterhalb von ca. 6 km/h, der nachfolgend auch als „stillstandsnaher Bereich“ bezeichnet wird, wach sen die zur Lenkung des Fahrzeugs benötigten Kräfte typischerweise stark an. Dem entsprechend steigt die Belastung der Lenkvorrichtung an, was insbesondere negative Auswirkungen auf deren Lebensdauer haben und sogar zu unmittelbaren Beschädi gungen führen kann. Dies gilt insbesondere auch für Hinterachslenkungen. Zudem zieht das Lenken mit der Hinterachse im stillstandsnahen Bereich einen erhöhten Energiebedarf nach sich und der zur Betätigung Hinterachslenkung eingesetzte Aktor erwärmt sich als Folge davon bei häufiger Betätigung typischerweise. Dies wiederum kann einen negativen Einfluss auf die Verfügbarkeit des Aktors und somit der Hinter achslenkung als Ganzes haben.
Insbesondere sind Fälle bekannt, bei denen die Hinterräder nach Eintritt des Fahr zeugstillstands noch ausgelenkt sind, aber ein Zurückstellen der Hinterräder in die Ge radeausstellung im Stillstand nicht möglich ist. Grund dafür kann insbesondere eine im Vergleich zu den auftretenden Haftkräften an den Rädern nicht ausreichende Energie versorgung des Aktors zur Aufbringung einer entsprechenden Gegenkraft sein, was etwa bei zu hoher Beladung, bei Instabilitäten oder Engpässen im Energiebordnetz des Fahrzeugs oder bei Schrägstellung der Räder am Hang auftreten kann. Wird das Fahr zeug verlassen oder sodann wieder in Betrieb genommen, kann aufgrund der ausge-
lenkten Hinterräder beim Fahrer leicht der Eindruck entstehen, dass das Fahrwerk des Fahrzeugs defekt ist beziehungsweise fehlerhaft arbeitet. In der Folge können sich Kundenverunsicherung und Kundenunzufriedenheit ergeben und die Anzahl und Fre quenz der hinterachslenkungsbedingten Werkstattbesuche und Gewährleistungsforde- rungen ansteigen, obwohl eigentlich gar kein Defekt vorliegt und somit die Werkstatt besuche und Gewährleistungsforderungen gar nicht begründet sind.
Vor diesem Hintergrund ist es bekannt, die Hinterachslenkung in stillstandsnahen Ge schwindigkeitsbereich zu deaktivieren und dabei die Räder der Hinterachse bei derart langsamer Fahrt zwangsweise in Geradeausfahrt zu stellen, um die oben genannten Nachteile zu vermeiden. Dies führt jedoch zwangsläufig auch dazu, dass die Vorteile der Hinterachslenkung stillstandsnahen Geschwindigkeitsbereich nicht genutzt werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Betrieb einer Hin terachslenkung weiter zu verbessern. Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche er reicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Ge genstand der Unteransprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein, insbesondere computerimplementiertes, Verfahren zu Steuerung einer Hinterachslenkung eines Fahrzeugs mit einer lenkbaren Vorderachse und einer lenkbaren Hinterachse. Das Verfahren weist auf: (i) Bestimmen einer aktuellen physischen Verfassung der Hinterachslenkung auf Basis eines erfass ten aktuellen Betriebszustands und eines vorbestimmten Referenzbetriebszustands der Hinterachslenkung; (ii) Festlegen eines maximal zulässigen Lenkwinkels der Hin terachslenkung in Abhängigkeit von der geschätzten physischen Verfassung der Hin- terachslenkung sowie in Abhängigkeit von zumindest einem der Betriebsparameter Fahrgeschwindigkeit (insbesondere Längsgeschwindigkeit), Lenkwinkel und Lenkwin kelgeschwindigkeit des Fahrzeugs; und (iii) Ansteuern der Hinterachslenkung so, dass der Lenkwinkel der Hinterachslenkung bei dem bzw. den aktuellen Betriebsparametern des Fahrzeugs den zugeordneten festgestellten maximal zulässigen Lenkwinkel nicht überschreitet.
Unter einer „physischen Verfassung“ der Hinterachslenkung ist im Sinne der Erfindung deren technische „Gesundheit“ zu verstehen, wozu insbesondere mechanische und elektrische oder mechanische Aspekte, wie etwa der Verschleißzustand mechanischer
und/oder elektrischer Lenkungskomponenten, die Zuverlässigkeit, der Grad des im Vergleich zur spezifizierten Funktion noch tatsächlich verfügbaren Funktionsumfangs (z.B. maximal noch erreichbarer Auslenkwinkel) der Hinterachslenkung oder der zu ihrer Betätigung Strom-, Leistungs- bzw. Energiebedarf zählen können. Unter einem „Betriebszustand“ der Hinterachslenkung ist im Sinne der Erfindung ein durch einen oder mehrere Betriebsparameter gekennzeichneter Arbeitspunkt, bzw. gleichbedeutend Betriebspunkt, der Hinterachslenkung zu verstehen. Der bzw. die Betriebsparameter können dabei insbesondere in Abhängigkeit von einer Strom- oder Leistungsaufnahme, einer Versorgungsspannung oder einer sonstigen zur Energiever- sorgung und oder Ansteuerung der Hinterachslenkung dienenden technischen Größe festgelegt sein. Die Betriebsparameter können insbesondere Manövergrößen sein, wie etwa die Fahrzeuggeschwindigkeit, insbesondere die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, der Lenkwinkel, die Lenkwinkelgeschwindigkeit (Änderungsrate bzw. zeitliche Ablei tung des Lenkwinkels), oder die Energieversorgung der Hinterachslenkung, insbeson- dere zumindest eines Aktors davon, betreffende elektrische Betriebsparameter.
Im Weiteren werden die physische Verfassung der Hinterachslenkung sowie ihr Be triebszustand unter dem Begriff „Gesamtzustand“ der Hinterachslenkung zusammen gefasst.
Ein „Referenzbetriebszustand“ im Sinne der Erfindung ist entsprechend ein ausgewähl- ter Betriebszustand, der als Referenz festgelegt wurde und durch entsprechende Refe renzwerte des zumindest einen betrachteten Betriebsparameter, beispielsweise durch eine maximale Leistungs- oder Stromaufnahme, als Referenz definiert ist.
Unter der „Lenkwinkelgeschwindigkeit“ ist hier ein Maß für die zeitliche Änderung, ins besondere eine mathematische zeitliche Ableitung, des Lenkwinkels zu verstehen. Unter dem „Lenkwinkel“ selbst ist wiederum ein Maß für die Auslenkung der Hinterrä der durch die Hinterachslenkung gegenüber ihrer Stellung für die Geradeausfahrt zu verstehen.
Unter einer „Hinterachslenkung“ im Sinne der Erfindung ist eine Lenkvorrichtung zu verstehen, die dazu ausgelegt und bestimmt ist, ein oder mehrere heckseitige Räder eines Fahrzeugs zum Zwecke der Lenkung gesteuert zu lenken bzw. auszulenken. Eine „Achse“ im herkömmlichen Sinn, insbesondere zur Verbindung von zwei oder mehr Rädern ist dazu nicht zwingend erforderlich. Vielmehr können das Hinterrad bzw.
die Hinterräder insbesondere auch jeweils mittels einer Einzelradaufhängung am Fahr zeug montiert sein und einzeln oder gemeinsam zu ihrer Lenkung angesteuert werden.
Bei dem Verfahren kann somit die Hinterachslenkung auch im stillstandsnahen Be triebsbereich genutzt werden, soweit sich auf Basis der Bestimmung ihrer physischen Verfassung ergibt, dass dies einerseits voraussichtlich ohne Schädigung der Hinter achslenkung und zum anderen ohne Verlust der Möglichkeit sie in diesem gesamten Betriebsbereich, insbesondere aus dem Stillstand, wieder in eine nichtausgelenkte Stellung (d.h. Geradeausstellung) zurückzuführen, möglich ist. Das Verfahren erlaubt es somit, anhand der von der physischen Verfassung abhängigen Festlegung eines maximalen Lenkwinkels für den stillstandsnahen Bereich, die Vorteile einer Nutzung der Hinterachslenkung auch im stillstandsnahen Bereich, ggf. sogar im Stillstand, mit der Vermeidung von negativen Einflüssen auf die Hinterachslenkung zu verbinden.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den weiteren beschriebenen anderen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können.
Bei einigen Ausführungsformen erfolgt das Bestimmen der aktuellen physischen Ver fassung der Hinterachslenkung auf Basis einer den gegenwärtigen Betriebszustand kennzeichnenden erfassten aktuellen Ausnutzung des spezifizierten Betriebsbereichs eines zu ihrer Betätigung vorgesehenen Aktors der Hinterachslenkung. Unter „Ausnut zung“ des spezifizierten Betriebsbereichs ist hier ein Maß zu verstehen, welches an gibt, zu welchem Anteil bzw. Grad der Betriebsbereich genutzt wird. Es kann sich hier bei insbesondere um relatives Maß handeln, welches die Größe des spezifizierten Be triebsbereichs hinsichtlich eines Betriebsparameters mit einer entsprechenden Größe für den aktuellen Betriebszustand ins Verhältnis setzt, bzw. umgekehrt. Stattdessen oder zusätzlich kann es sich insbesondere auch um ein Maß handeln, welches einen Unterschied zwischen diesen beiden Größen, z.B. im Sinne einer Differenz, charakteri siert. Bei diesen Ausführungsformen kann für den jeweils aktuellen Arbeitspunkt der Hinterachslenkung, insbesondere ihres Aktors, auf einfache Weise das Bestimmen der aktuellen physischen Verfassung der Hinterachslenkung erfolgen.
Bei einigen dieser Ausführungsformen definiert der Referenzbetriebszustand eine vor bestimmte Referenzausnutzung des Betriebsbereichs und das Bestimmen der aktuel len physischen Verfassung der Hinterachslenkung erfolgt auf Basis eines Vergleichs der erfassten aktuellen Ausnutzung des Betriebsbereichs des Aktors mit der Refe-
renzausnutzung. Dabei werden die aktuelle Ausnutzung und die Referenzausnutzung jeweils auf den bzw. die gleichen Betriebsparameter der Hinterachslenkung und deren gleiche Werte bezogen. Der Vergleich kann somit insbesondere auf Basis (i) eines sensorisch leicht erfassbaren Zustandswerts für den aktuellen Betriebszustand (z.B. aktuelle Stromaufnahme und/oder Leistung des Aktors bei einer aktuellen Längsge schwindigkeit und einer aktuellen Lenkwinkelgeschwindigkeit und aktuellem Lenkwin kel), also auf Basis des aktuellen Gesamtzustands, sowie (ii) eines dazu korrespondie renden Zustandswerts für den Referenzbetriebszustand (z.B. spezifizierter oder vorab gemessener und gespeicherter Wert für die Stromaufnahme des Aktors bei derselben Längsgeschwindigkeit und derselben Lenkwinkelgeschwindigkeit und demselben Lenkwinkel) erfolgen.
Bei einigen Ausführungsformen stellt die Referenzausnutzung einen Betriebspunkt auf einer auf den Betriebsbereich bezogenen Kennlinie oder mehrdimensionalen Kennflä che für die Ausnutzung des Aktors dar, wobei für jeden Betriebspunkt auf dieser Kenn- linie oder Kennlinienfläche der Aktor eine Rückstellung der Hinterachse aus einer ei nem von Null verschiedenen Lenkwinkel entsprechenden Stellung in eine nichtausge- lenkte Stellung gewährleisten kann, während er dies nicht mehr für jede Ausnutzung oberhalb dieser Kennlinie bzw. dieser Kennlinienfläche gewährleisten kann. Die Kenn linie bzw. Kennlinienfläche stellt somit eine Grenzkennlinie bzw. Grenzkennlinienfläche dar, die für den betrachteten Betriebsparameterbereich einen unteren Ausnutzungsbe reich, in dem eine Rückstellung stets noch möglich ist von einem oberen Ausnut zungsbereich, in dem eine Rückstellung nicht mehr immer möglich ist, separiert. Die durch die Kennlinie bzw. Kennlinienfläche bestimmte Referenzausnutzung ist somit bei diesen Ausführungsformen so gewählt, dass sich daraus ein maximal möglicher Nut- zungsbereich für die Hinterachslenkung auch bei kleinen Geschwindigkeiten und höhe ren Lenkwinkelgeschwindigkeiten ergibt, in dem dennoch die Rückstellbarkeit der Hin terachse durch den Aktor stets gewährleistet ist. Bei einigen Ausführungsformen ist dabei die Referenzausnutzung über alle relevanten Betriebspunkte auf eine konstante physische Verfassung der Hinterachslenkung bezogen, was vor allem dann eine gute Näherung darstellt, wenn die reale physische Verfassung selbst zumindest nähe rungsweise konstant ist, und sie sich somit höchstens schleichend, z.B. um kleiner 20%/h innerhalb einer Fahrt, ändert.
Bei einigen Ausführungsformen erfolgt das Bestimmen der aktuellen physischen Ver fassung der Hinterachslenkung mittels eines automatischen Lernprozesses auf Basis einer wiederholten Bestimmung eines jeweiligen aktuellen Betriebszustands der Hin terachslenkung zu verschiedenen Betriebszeitpunkten. So kann die Zuverlässigkeit der
Bestimmung der aktuellen physischen Verfassung der Hinterachslenkung erhöht wer den, da etwaige temporär auftretende Störeffekte oder sonstige Ausnutzungsschwan kungen auf diese Weise gedämpft und somit im Sinne bzw. Analogie zu einer „Rau schunterdrückung“ zumindest weitgehend herausgefiltert werden können. Insbesondere kann der Lernprozess zumindest einen der folgenden Schritte aufwei sen:
(i) eine Mittelung über die einzelnen erfassten Betriebszustände und/oder Werte für die aktuelle Ausnutzung zu den verschiedenen Betriebszeitpunkten; (ii) eine laufende Ma ximalwertbildung, bei der der jeweils aktuelle Wert für die physische Verfassung der Hinterachslenkung fortlaufend als der jeweils maximale Wert von zumindest zwei bis lang aufgetretenen Werten für diese physische Verfassung oder in Abhängigkeit von diesem maximalen Wert bestimmt wird. Mit Hilfe der Mittelung wird wiederum die vor genannte „Rauschunterdrückung“ und somit die Robustheit des Verfahrens zur Be stimmung des aktuellen Betriebszustands gefördert. Die Maximalwertbildung führt zu einem Lernen „nach oben“, d.h. einem von einer niedrigen Ausnutzung ausgehenden Näherungsprozess, insbesondere Iterationsprozess, zur Annäherung an einen Ausnut zungswert, der eine tatsächliche aktuelle Ausnutzung zumindest in sehr guter Nähe rung kennzeichnet, wobei somit auch die Berücksichtigung des sogenannte „Worst Case“ erfolgt, bei dem die höchste Widerstand der Hinterräder gegen ihre Zurückstel- lung durch den Aktor in die Geradeausstellung gerade noch gewährleistet werden kann.
Bei einigen Ausführungsformen wird der maximal zulässige Lenkwinkel der Hinterachs lenkung für die einem Stillstand des Fahrzeugs entsprechende Geschwindigkeit auf einen Wert größer Null gesetzt, wenn sich auf Basis der Bestimmung der aktuellen physischen Verfassung der Hinterachslenkung die Voraussage ergibt, dass eine Rück stellung der Hinterachse aus einer diesem von Null verschiedenen Lenkwinkel ent sprechenden Stellung in eine nichtausgelenkte Stellung auch im Stillstand des Fahr zeugs möglich ist. Beispielsweise kann die von der physischen Verfassung der Hinter achslenkung abhängige Obergrenze für das Geschwindigkeit/Lenkwinkel-Paar so festgelegt sein, dass bei einem Bremsmanöver bis hin zum Stillstand des Fahrzeugs der maximale Lenkwinkel wert für alle dabei durchlaufenen Geschwindigkeiten maximal der zugehörigen geschwindigkeitsabhängigen Obergrenze entspricht, wobei diese Obergrenze auch bei kleinen Geschwindigkeitswerten bis hin zu Stillstand größer Null bleibt. So wird der Betriebsbereich, in dem die Hinterachslenkung eingesetzt werden kann, optimiert und insbesondere ihre Verwendung auch im stillstandsnahen Ge-
schwindigkeitsbereich, etwa für das Rangieren oder Ein- und Ausparken des Fahr zeugs, ermöglicht.
Dabei kann gemäß einiger dieser Ausführungsformen die Voraussage, ob auf Basis der Bestimmung der aktuellen physischen Verfassung der Hinterachslenkung eine Rückstellung der Hinterachse aus der dem von Null verschiedenen Lenkwinkel ent sprechenden Stellung in eine nichtausgelenkte Stellung auch im Stillstand des Fahr zeugs möglich ist, auf Basis eines Vergleichs der geschätzten aktuellen physischen Verfassung mit einem vordefinierten Grenzwert erfolgen, welcher der bestmöglichen physischen Verfassung entspricht oder darunter liegt. So lässt sich auf einfache Weise feststellen bzw. entscheiden, ob der Hinterachslenkungsbetrieb im stillstandsnahen Geschwindigkeitsbereich ermöglicht sein soll oder nicht.
Bei einigen Ausführungsformen wird die aktuelle Ausnutzung der Hinterachslenkung auf Basis einer Ist-Strom- oder Ist-Leistungsaufnahme oder Ist-Versorgungsspannung im Vergleich zu einer, insbesondere per Spezifikation, maximal möglichen Strom- bzw. Leistungsaufnahme bzw. Versorgungsspannung bestimmt. Dies lässt besonders einfa che und effiziente Implementierungen zu, da die genannten Leistungsaufnahme- bzw. Spannungswerte in der Regel einfach und zugleich zuverlässig gemessen bzw. be stimmt werden können. Bei einigen Ausführungsformen erfolgt die Beschränkung des maximalen Lenkwinkels in Abhängigkeit von der aktuellen physischen Verfassung der Hinterachslenkung nur für Betriebszustände der Hinterachslenkung aus einem ausgewählten Teilbereich (Ab schnitt) des Betriebsbereichs, der zu einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Lenkwin kelgeschwindigkeit, einem Lenkwinkel oder einer Kombination von zumindest zwei dieser Größen, jeweils unterhalb einer vorbestimmen zugehörigen Grenzschwelle kor respondiert. So wird einerseits eine vollumfängliche Nutzbarkeit der Hinterachslenkung außerhalb des Teilbereichs, insbesondere bei höheren Fahrgeschwindigkeiten und/oder niedrigeren Lenkwinkelgeschwindigkeiten, sichergestellt und andererseits innerhalb des Teilbereichs sichergestellt, dass keine Lenkwinkel für die Hinterachslen- kung auftreten, aus denen im gegebenen Betriebszustand eine Rückstellung der Hin terachslenkung in die Geradeausstellung nicht mehr gewährleistet werden kann.
Die Grenzschwelle für die Fahrzeuggeschwindigkeit wird bei einigen Ausführungsfor men insbesondere kleiner oder gleich 10 km/h, bevorzugt kleiner oder gleich 6 km/h, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 3 km/h gewählt. Diese Grenzgeschwindigkei- ten (die insbesondere das übliche Manöverspektrum beim Fahren berücksichtigten,
z.B. sowohl quasi-stationäre Manöver als auch starkes Bremsen in der Kurve) haben sich im Hinblick auf den typischen fahrgeschwindigkeitsabhängigen Verlauf der Haft kräfte zwischen Hinterrädern und dem Untergrund als besonders geeignet erwiesen den oben genannten Teilbereich so zu definieren, dass ein möglichst großer Betriebs- bereich für die Hinterachslenkung unter gleichzeitiger Vermeidung der vorgenannten Rückstellproblematik bei zu großen Haftkräften erreicht werden kann.
In einigen Ausführungsformen wird zudem die Grenzschwelle für die Fahrgeschwindig keit variabel in Abhängigkeit von der bestimmten aktuellen physischen Verfassung der Hinterachslenkung gewählt. Während ansonsten die Grenzschwelle im Sinne einer „Worst-Case“-Auslegung in der Regel so hoch zu legen wäre, dass die Rückstellprob lematik auch bei einer gerade noch akzeptablen gegenwärtigen physischen Verfas sung der Hinterachslenkung vermieden wird, kann hier stattdessen bei jeder zulässi gen physischen Verfassung der Hinterachslenkung jeweils der maximale damit verein bare Betriebsbereich zur Nutzung frei gegeben werden. Insgesamt lässt sich so über einen großen Abschnitt der Lebensdauer der Hinterachslenkung ein weiterer Betriebs bereich nutzen als bei der genannten „Worst-Case“-Auslegung.
Bei einigen Ausführungsformen wird der maximal zulässige Lenkwinkel der Hinterachs lenkung zusätzlich auf eine der folgenden Weisen festgelegt: (i) in Abhängigkeit von der Änderungsrichtung der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, vom Vorzeichen der Lenkwinkelgeschwindigkeit, oder davon, ob seit dem letzten Fahrzeughalt bereits eine Strecke zurückgelegt wurde; (ii) in Abhängigkeit von einer erfassten aktuellen Be darfsintensität bezüglich der Lenkung des Fahrzeugs; (iii) der betriebsparameterab hängige Verlauf des maximal zulässigen Lenkwinkels im Betriebsbereich entspricht einer Iso-Kraft-Kennlinie bezüglich der auftretenden Lenkkraft auf die Hinterachslen- kung bei diesem Lenkwinkel.
Gemäß der vorgenannten Option (i) kann somit eine erste Gruppe von Fällen, bei de nen eine positive Beschleunigung vorliegt, bei der der Betrag der Fahrzeuggeschwin digkeit zunimmt, wie dies etwa bei Ausparken der Fall wäre, oder bei denen noch keine Strecke seit dem letzten Halt zurückgelegt oder noch kein Lenkwinkel aufgebaut wurde und somit noch mit zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern liegenden Hin dernissen, etwa einer Bordsteinkante, zu rechnen ist, von anderen Fällen unterschie den werden. Insbesondere können solche anderen Fälle zu einer zweiten Gruppe von Fällen gehören, bei denen die Fahrgeschwindigkeit abnimmt oder bereits eine Strecke zurückgelegt wurde oder sich bereits ein Lenkwinkel aufgebaut hat, so dass davon auszugehen ist, dass die Vorderräder bereits den von den Hinterrädern als nächstes
zu befahrenden Untergrundbereich passiert haben, so dass dort mit keinen Hindernis sen zu rechnen ist. Insgesamt lässt sich somit ein hysteresebehafteter Verlauf des ma ximal zulässigen Lenkwinkels in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit erreichen, was dazu genutzt werden kann, den verfügbaren Betriebsbereich der Hinterachslen- kung weiter zu optimieren, insbesondere zu maximieren.
Gemäß der vorgenannten Option (ii) kann eine weitere Optimierung des Betriebsbe reichs dahingehend erfolgen, dass im Einzelfall bedarfsabhängig der nutzbare Be triebsbereich in einen eigentlich jenseits seiner bestimmten Grenzen liegenden Be triebsparameterbereich hinein ausgedehnt werden kann. Dies kann insbesondere dann erfolgen, wenn eine erfasste« aktuelle Bedarfsintensität oberhalb eines dazu definier ten Grenzwerts liegt. Die Bedarfsintensität kann insbesondere erfasst werden als ein Torsionsmoment an einer Lenkeinrichtung, typischerweise dem Lenkrad, des Fahr zeugs, wobei die Erfassung kontinuierlich oder in diskreten Stufen erfolgen kann. Eine andere Möglichkeit der Erfassung der Bedarfsintensität kann darin liegen, dass Hin- dernisse detektiert werden, die unter Einsatz der Hinterachslenkung leichter als ohne ihren Einsatz oder überhaupt erst bei Ihrem Einsatz zu umfahren wären. Die Detektion von Hindernissen kann hier insbesondere auf Basis entsprechend hochaufgelöster Kartendaten oder mittels eigener Sensorik des Fahrzeugs, etwa mittels einer Einpark- hilfe-Sensorik (Park Distance Control, PDC) oder eines Kamerasystems, erfolgen. Auch Sonderbereiche, wie etwa Parkflächen, die regelmäßig besonders hohe Anforde rungen an die Lenkfähigkeit des Fahrzeugs stellen können, sind mittels solcher Kar tendaten oder sensorischen Systemen erkennbar und können, wenn sie erkannt wer den, als erhöhte Bedarfsintensität gewertet werden. Zudem kann eine Bedarfsintensität in Abhängigkeit davon erfasst werden, ob eine Recorder- Funktion eines Fahrerassis- tenzsystems zum Einsatz kommt. Bei solchen Funktionen ist es oftmals bedeutend, dass Hindernisse genauso umfahren werden wie bei der vorausgegangenen Aufzeich nung (Recording), wo gegebenenfalls die Fahrgeschwindigkeit größer sein konnte als beim Rückwärtsabspulen (Fahrzeugsteuerung auf Basis der Aufzeichnung, jedoch in umgekehrter zeitlicher Reihenfolge, wie etwa per Aufzeichnung gesteuertes Ausparken nach vorausgehendem Einparkvorgang, der aufgezeichnet wurde).
Gemäß der vorgenannten Option (iii) können die Grenzen des aktuell nutzbaren Be triebsbereichs mittels der Iso-Kraft-Kennlinie so gewählt werden, dass die zu dieser Kennlinie korrespondierende Kraft für alle Arbeitspunkte innerhalb des durch die Grenzlinie eingeschlossenen Betriebsbereichs kleiner oder gleich der maximalen Kraft ist, die der Aktor zur Zurückstellung der Hinterachslenkung in die Geradeausfahrtstel-
lung aufbringen kann. So kann auf einfache Weise eine hohe Zuverlässigkeit bezüglich einer sicheren Rückstellbarkeit der Hinterachslenkung erreicht werden.
Bei einigen Ausführungsformen weist das Verfahren des Weiteren zumindest eine der folgenden Maßnahmen auf: (i) die Begrenzung des Lenkwinkels auf den maximal zu- lässigen Lenkwinkel beim Ansteuern der Hinterachslenkung kommt nur dann zu An wendung, wenn der Lenkwinkel eine definierte Mindestauslenkung überschreitet; (ii) die maximal vom Aktor angewandte Lenkwinkelgeschwindigkeit für die Hinterachslen kung wird in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs fest gelegt. Die Verwendung einer Mindestauslenkungsgrenze nach Maßnahme (i) erlaubt es, die Beschränkung des Lenkwinkels nur soweit durchzuführen als sie erforderlich ist, um die Rückstellung der Hinterachslenkung zumindest bis auf diese Mindestauslenkung zu erreichen, welche insbesondere so festgelegt werden kann, dass sie normalerweise von einem fahrzeugexternen Betrachter, nicht oder nur mit geringer Wahrscheinlichkeit (z.B. < 25 %, bevorzugt < 10 %) überhaupt visuell wahrgenommen wird. Auch dies ermöglicht eine Vergrößerung und somit Optimierung des nutzbaren Betriebsbereichs der Hinterachslenkung, da die oft besonders hohen Kräfte zur vollständigen Rückstel lung auf der Hinterachslenkung exakt auf Geradeausfahrt (Lenkwinkel 0°) vermieden werden können. Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer Hinter achslenkung eines Fahrzeugs mit einer lenkbaren Hinterachse, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auszuführen. Die Vorrichtung kann insbesondere als Computer- bzw. prozessorgestütztes Steuerge rät ausgebildet sein. Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, mit Anweisungen, die bei ihrer Ausführung auf einer Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, diese veranlassen, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auszufüh ren.
Das Computerprogramm kann insbesondere auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespeichert sein. Bevorzugt ist dies ein Datenträger in Form eines optischen Datenträ gers oder eines anderen nicht-flüchtigen Speichers, wie etwa eines Flashspeichermo duls. Dies kann vorteilhaft sein, wenn das Computerprogramm als solches unabhängig von einer Prozessorplattform gehandelt werden soll, auf der das ein bzw. die mehreren
Programme auszuführen sind. In einer anderen Implementierung kann das Computer programm als eine Datei auf einer Datenverarbeitungseinheit, insbesondere auf einem Server vorliegen, und über eine Datenverbindung, beispielsweise das Internet oder eine dedizierte Datenverbindung, wie etwa ein proprietäres oder lokales Netzwerk, herunterladbar sein. Zudem kann das Computerprogramm eine Mehrzahl von zusam menwirkenden einzelnen Programmodulen aufweisen.
Die Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt der Erfindung kann entsprechend einen Programmspeicher aufweisen, in dem das Computerprogramm abgelegt ist. Alter nativ kann die Vorrichtung auch eingerichtet sein, über eine Kommunikationsver bindung auf ein extern, beispielsweise auf einem oder mehreren Servern oder an deren Datenverarbeitungseinheiten verfügbares Computerprogramm zuzugreifen, insbesondere um mit diesem Daten auszutauschen, die während des Ablaufs des Verfahrens bzw. Computerprogramms Verwendung finden oder Ausgaben des Computerprogramms darstellen.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer lenkbaren Hinterachse, wobei das Fahrzeug zur Steuerung seiner Hinterachse eine Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung aufweist. Idealerweise weist das Fahrzeug auch eine lenkbare Vorderachse auf, so dass die Hinterachse dann in der Regel nicht als Haupt sondern nur als Zusatzlenkung fungiert.
Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung erläuterten Merkmale und Vorteile gelten entsprechend auch für die weiteren Aspekte der Erfindung.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
Dabei zeigt:
Fig. 1 schematisch ein beispielhaftes Fahrzeug mit einer Hinterachslenkung ein schließlich einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung der Hinterachslenkung;
Fig. 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer beispielhaften Ausführungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Parametrisierung des Betriebsbereichs einer Hinterachslenkung mittels eines entsprechenden Koordinatensystems einschließ lich einer darin eingezeichneten Referenzkennlinienfläche;
Fig. 4 eine zweidimensionale Darstellung des Kennlinienfelds gemäß Fig. 3 zur Dar- Stellung eines Lernbereichs für die Bestimmung einer aktuellen Ausnutzung, hier am Beispiel eines Referenz-Lenkwinkels von 1°;
Fig. 5 eine zeitliche Entwicklung der Ausnutzung zur Illustration eines im Zusammen hang mit der Erfindung einsetzbaren Lernprozesses für die Bestimmung eines aktuel len Ausnutzungsgrads A, insbesondere im Hinblick auf eine darauf beruhende Be- Stimmung einer aktuellen physischen Verfassung der Hinterachslenkung;
Fig. 6 eine graphische Illustration zweier verschiedener Anwendungsfälle (Use Cases) für den Betrieb einer Hinterachslenkung; und
Fig. 7 eine Darstellung des Verlaufs einer den nutzbaren Betriebsbereich der Hinter achslenkung festlegenden Kennlinie für den maximalen Lenkwinkel in Abhängigkeit von der Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs, insbesondere in Abhängigkeit von den beiden Anwendungsfällen aus Fig. 6.
In den Figuren werden durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder ei nander entsprechenden Elemente der Erfindung verwendet.
In Fig. 1 ist ein beispielhaftes Fahrzeug 1 dargestellt, welches über zwei lenkbare Vor- derräder 2a und zwei mittels einer Hinterachslenkung ebenfalls lenkbare Hinterräder 2b verfügt. Die Hinterachslenkung weist insbesondere eine Steuervorrichtung 3 auf, welche wiederum eine Prozessorplattform 3a sowie einen Speicher 3b aufweist, der insbesondere als Programm- und Datenspeicher dient. In dem Speicher 3b ist ein Computerprogramm abgelegt, das bei seiner Ausführung auf der Prozessorplattform 3a diese veranlasst, das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die in Fig. 2 beispielhaft gezeigte Ausführungsform beschrie ben, auszuführen. Im Rahmen des Verfahrens empfängt die Steuervorrichtung 3 Messdaten von einer Sensorvorrichtung 5 des Fahrzeugs 1, die selbst eine oder meh rere Sensoren aufweisen kann. Die Messdaten betreffen die im Rahmen des Verfah- rens erforderlichen Informationen zum aktuellen Fahrzeug- und speziell auch Hinter achslenkungszustand, wie insbesondere den Betrag der Fahrzeug(längs- )geschwindigkeit Vx und deren Änderungsrichtung Rx, Lenkwinkel L, Lenkwinkelge-
schwindigkeit VL, Bedarfsintensität (Lenkradtorsionsmoment) B, und die Ist- Stromaufnahme I ist des Aktors 4, letztere jedenfalls dann, wenn diese Information nicht selbst vom Aktor 4 bereitgestellt wird.
Das in Fig. 2 dargestellte Verfahren 100 zur Steuerung einer Hinterachslenkung eines Fahrzeugs, beispielsweise des Fahrzeugs 1 aus Fig. 1, kann insbesondere von einer Steuerungsvorrichtung für eine Hinterachslenkung ausgeführt werden, beispielsweise von der Steuervorrichtung 3 aus Fig. 1. Im Folgenden wird daher, ohne dass dies je doch als Beschränkung aufzufassen wäre, zum Zwecke der besseren Illustration des Verfahrens 100 auf das Fahrzeug 1 aus Fig. 1 Bezug genommen. Im Rahmen des Verfahrens empfängt die Vorrichtung 3 die vorausgehend beschriebe nen, von der Sensorvorrichtung 5 des Fahrzeugs 1 erfassten Messdaten für die Grö ßen Vx, Rx, L, VL, hst und B. In einem weiteren Schritt 110 wird überprüft, ob diese Messwerte jeweils in einem zugeordneten Gültigkeitsbereich liegen. Ist dies der Fall (110 - ja), wird das Verfahren mit dem nächsten Schritt 115 fortgeführt. Andernfalls (110 - nein) springt das Verfahren zum Ausgangspunkt zurück und wird sodann erneut durchlaufen. So kann verhindert werden, dass offensichtlich fehlerhafte Messwerte im Rahmen des weiteren Verfahrens zur Bestimmung des maximalen Lenkwinkels für die Hinterachslenkung herangezogen werden.
Im Schritt 115 werden aus dem Speicher 3b dort abgelegte Werte für die spezifizierte maximale Stromaufnahme ax des Aktors 4 und die Referenzausnutzung An0rm(Vx, VL) gelesen, wobei die Referenzausnutzung als Funktion der Längsgeschwindigkeit Vx und der Lenkwinkelgeschwindigkeit VL definiert ist, und im Speicher 3b beispielsweise mittels einer entsprechenden dort abgelegten Wertetabelle repräsentiert sein kann.
Nun wird zunächst in einem Schritt 120 gemäß der nachstehenden Beziehung (1) eine aktuelle Ausnutzung AiSt(Vx,VL) des Aktors 4 bei der aktuellen Längsgeschwindigkeit Vx und der aktuellen Lenkwinkelgeschwindigkeit VL als Verhältnis der zugehörigen aktuellen ist Stromaufnahme Lt(Vx, VL) zur maximalen Stromaufnahme Lax bestimmt und im Speicher 3b abgelegt:
Aist(Vx,VL) = list(Vx, VL) / lmax (1)
Der Wert für die maximale Stromaufnahme Lax kann insbesondere auch als Funktion bzw. in Abhängigkeit von einem Spannungswert der zugehörigen Versorgungsspan nung festgelegt sein. Der zeitliche Verlauf der Größe AiSt(Vx,VL) kann in der Praxis
deutlichen zeitlichen Schwankungen unterliegen. Diese können sich insbesondere dann ergeben, wenn das Fahrzeug 1 im Verlaufe einer Fahrt eine oder mehrere Kur venfahrten auf verschiedenen Untergründen unter Verwendung der Hinterachslenkung durchführt, sodass verschiedene Reibungskoeffizienten der verschiedenen Untergrün- 5 den oder mechanische Schwingungen zu variierenden Kräften auf die Hinterräder 2b und somit auch auf den Aktor 4 führen. Um derartige Schwankungen im Hinblick auf einen möglichst rucklosen Betrieb der Hinterachslenkung zu glätten, wird in einem wei teren Schritt 125 eine Mittelung über den aktuellen Wert sowie die jeweils letzten N zuvor ermittelten Werte für die Größe AiSt(Vx,VL) durchgeführt, um einen entsprechen de) den Mittelwert (AiSt(Vx,VL)) zu erhalten.
Auf Basis dieses aktuellen Mittelwerts (Aist(Vx, VL))neu sowie des im vorausgegange nen Verfahrensdurchlauf auf gleiche Weise bestimmten bisherigen Mittelwerts (Aist(Vx, VL))ait kann nun in einem Schritt 130 ein Wert PV zur Charakterisierung der aktuellen physischen Verfassung der Hinterachslenkung gemäß der nachfolgenden 15 Beziehung (2) berechnet werden. Dazu wird der größere der beiden genannten Mittel werte für die aktuelle Ist-Ausnutzung Aist ins Verhältnis zur Referenzausnutzung für dieselben Werte der Größen Vx und VL gesetzt:
Nun kann in einem Schritt 135 ein gegenwärtig gültiger maximaler Lenkwinkel 20 Lmax(Vx, VL) für die Hinterachslenkung in Abhängigkeit von dem bestimmten Wert für PV sowie den vorausgehend empfangenen Werten für die Änderungsrichtung Rx und die Bedarfsintensität B festgelegt werden. Zusätzlich kann auch eine maximale Lenk winkelgeschwindigkeit VLmax(Vx) in Abhängigkeit von der Längsgeschwindigkeit Vx festgelegt werden. Für beide genannten Festlegungen kann insbesondere eine im 25 Speicher 3b abgelegte Lookup-Tabelle verwendet werden, welche die jeweiligen Ein gangsgrößen mit den gesuchten Ausgangsgrößen in Relation setzt. Liegt der tatsächli che Lenkwinkel L oberhalb des entsprechenden maximalen Lenkwinkels Lmax zu einem gegebenen Betriebspunkt des Betriebsparameterbereichs, so kann dies als Feststel lung dahingehend gewertet werden, dass in diesem Betriebspunkt eine Rückstellung 30 der Hinterräder 2b aus diesem Lenkwinkel nicht gewährleistet werden kann. Diese Fragestellung ist insbesondere für zu einem Fahrzeugstillstand korrespondierende Betriebspunkte relevant, da somit geprüft werden kann, ob im Stillstand eine Rückstel lung in die Geradeausstellung überhaupt noch zuverlässig möglich ist.
Schließlich kann in einem Schritt 140 die Steuervorrichtung 3 auf Basis der vorgenann ten Festlegungen den Aktor 4 so ansteuern, dass er den tatsächlicher Lenkwinkel der Hinterachslenkung so beschränkt, dass er kleiner oder gleich dem festgelegten maxi malen Lenkwinkel Lmax(Vx, VL) ist und zugleich auch die tatsächliche Lenkwinkelge- schwindigkeit VL durch die maximale Lenkwinkelgeschwindigkeit VLmax(Vx) begrenzt ist. Sodann springt das Verfahren im Rahmen einer Schleife zum Ausgangspunkt zu rück und wird erneut durchlaufen.
Fig. 3 zeigt eine Kennlinienfläche für die Referenzausnutzung aber An0rm(Vx, VL) in Abhängigkeit von der Längsgeschwindigkeit Vx und der Lenkwinkelgeschwindigkeit VL. Die Referenzausnutzung An0rm ist dabei auf einem endlichen Teilbereich (bzw. Ausschnitt) des durch Vx und VL aufgespannten Betriebsparameterbereichs definiert, und zwar so, dass An0rm stets Werte kleiner gleich „1“ (=100%) aufweist und hier insbe sondere nur an einem einzigen Arbeitspunkt innerhalb des genannten Teilbereichs des Betriebsparameterbereichs den Wert „1“ erreicht. Dieser Punkt ist derjenige Betriebs- punkt in dem genannten Teilbereich mit minimaler Längsgeschwindigkeit Vx und ma ximaler Lenkwinkelgeschwindigkeit VL, was typischerweise zur größtmöglichen Haft kraft der Räder auf dem Untergrund für alle Betriebspunkte innerhalb des Teilbereichs korrespondiert.
Der Teilbereich ist hier beispielhaft entlang der Vx-Achse durch den Wert 6 km/h be- grenzt, wobei selbstverständlich auch andere Werte gesetzt werden können. Allerdings hat sich gezeigt, dass Werte aus dem Bereich von 3 km/h bis 6 km/h jeweils eine be sonders sinnvolle Grenze darstellen, da sich die vorausgehend beschriebene Rück stellproblematik in der Praxis typischerweise vor allem in einem Geschwindigkeitsbe reich unterhalb dieser Werte zeigen kann und da oberhalb dieser Grenzwerte liegende Geschwindigkeitswerte von etwaigen Querbeschleunigungen des Fahrzeugs 1 stark beeinflusst werden können. Gleichermaßen kann der Teilbereich entlang der Lenkwin kelgeschwindigkeitsdimension aus den gleichen Gründen insbesondere auf einen Wert von ca. 3°/s begrenzt sein.
Die Kennlinienfläche für die Referenzausnutzung An0rm(Vx, VL) legt somit bei einer ge- gebenen physischen Verfassung eine Grenzfläche innerhalb des Betriebsparameter raums fest, bei der gerade noch für alle Betriebspunkte ein zurückstellen der Hinter achslenkung in die Geradeausstellung gewährleistet ist. Für auf den jeweiligen Be triebspunkt bezogen höhere Ausnutzungsgrade kann dies dagegen nicht mehr für je den Betriebspunkt garantiert werden, insbesondere nicht für niedrige Längsgeschwin-
digkeiten Vx und/oder hohe Lenkwinkelgeschwindigkeiten VL innerhalb des genannten Teilbereichs des Betriebsparameterbereichs.
Fig. 4 zeigt ein Kennlinienfeld in Form mehrerer zweidimensionaler Schnitte durch das Kennlinienfeld aus Fig. 3. Hierbei wird die Abhängigkeit der Ausnutzung entlang der Dimension der Lenkwinkelgeschwindigkeit VL betrachtet, während die entsprechenden Kennlinien von An0rm(Vx, VL) für verschiedene Längsgeschwindigkeiten Vx als entspre chende einzelne Kennlinien eingezeichnet sind. In der Darstellung ist insbesondere gut zu erkennen, dass die Ausnutzung umso niedriger ausfällt, je höher die Längsge schwindigkeit Vx ist, da höhere Längsgeschwindigkeiten Vx in der Regel zu einer ge- ringeren Haftung bzw. Bohrreibung zwischen Hinterrad 2b und Untergrund führen und dementsprechend der Aktor 4 weniger Energie für den Lenkvorgang aufbringen muss.
In Fig. 4 ist außerdem die Haftgrenze H in Bezug auf die Lenkwinkelgeschwindigkeit VL eingezeichnet, oberhalb der die Haft- bzw. Reibungskräfte so groß werden, dass der Aktor 4 nicht mehr sicherstellen kann, dass die Hinterräder 2B gemäß der Ansteue- rung ausgelenkt bzw. zurückgestellt werden, insbesondere in die Geradeausstellung zurückgestellt werden können. Bei einem niedrigeren Ausnutzungsgrad ergibt sich dagegen bei kleinen Lenkwinkelgeschwindigkeiten VL eine gewisse Ausnutzungsre serve R (hier am Beispiel der Kennlinie zum kleinsten Wert von Vx illustriert). Dement sprechend ist der unter der jeweiligen Kennlinie und unterhalb der Haftgrenze liegen- de, schraffiert dargestellte Ausschnitt des Betriebsparameterbereichs als Lernbereich W für die Bestimmung einer aktuellen Ausnutzung Aist im Rahmen des unter Bezug nahme auf Fig. 2 beschriebenen iterativen Verfahrens 100 vorgesehen (der gesamte schraffierte Bereich korrespondiert hier zu der obersten der dargestellten Kennlinien, d.h. derjenigen zum kleinsten Wert von Vx). Fig. 5 zeigt hierzu den zeitlichen Verlauf eines entsprechenden Lernprozesses, wobei aufeinanderfolgende Lernereignisse zum Quotient Wert (Aist(t))/An0rm als schwarze Punkte eingezeichnet sind. Das Lernen auf Basis aufeinanderfolgender Messungen und Bestimmungen von <ASt(t)> ist erfolgt hier aufgrund der Maximalwertbildung im Schritt 130 des Verfahrens 100 „von unten“ her. Das bedeutet, dass jedenfalls im Rahmen der jeweils letzten beiden Messungen nur solche Lernereignisse für die Be stimmung der physischen Verfassung PV der Hinterachslenkung berücksichtigt wer den, die zu einem maximalen Wert von < ASt(t) ) gehören. Es ist allerdings auch möglich, für die Maximalwertbildung eine größere Anzahl zurückliegender Werte für <ASt(t)) als nur zwei zu verwenden. Zudem kann festgelegt werden, dass PV grundsätzlich eine
monoton wachsende Größe sein muss, d.h. dass jeder neue Wert für PV größer oder gleich dem vorherigen Wert von PV sein muss.
Fig. 6 zeigt eine graphische Illustration zweier verschiedener Anwendungsfälle (Use Cases) für den Betrieb der Hinterachslenkung die nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 7A bzw. 7b im Einzelnen erläutert werden. Der erste Anwendungsfall „1“ betrifft eine gewöhnliche Kurvenfahrt des Fahrzeugs 1, wobei die Hinterräder 2b im Wesentli chen, d. h. im Rahmen der bei einer Hinterachslenkung üblichen Abweichungen, der Spur der Vorderräder 2b folgen. Bei diesem Fall haben dementsprechend die Vorder räder 2a seit dem letzten Losfahren aus dem Stillstand in Vorwärtsrichtung bereits eine Strecke zurückgelegt.
Der zweite Anwendungsfall „2“ betrifft dagegen eine aus Parksituation, bei dem das an einem Bordstein geparkte Fahrzeug 1 aus dem Stillstand mit zumindest teilweise aus gelenkter Hinterachslenkung in eine Vorwärtsfahrt übergehen soll. Hier ist folglich seit dem letzten Stillstand noch keine Strecke zurückgelegt worden, sodass die Gefahr besteht, dass die Hinterräder 2b auf ein noch nicht von den Vorderrädern 2b überfah renes Hindernis, hier konkret die Bord stein kante, auffahren könnten.
Das Diagramm in Fig. 7A illustriert beispielhaft verschiedene Zonen A, B1, B2, C und D des Betriebsparameterbereichs einer Hinterachslenkung im Hinblick auf die Längs geschwindigkeit Vx und den maximalen Lenkwinkel Lmax bei einer gegebenen maxima- len Lenkwinkelgeschwindigkeit VL. Die genannten Zonen sind dabei durch die ver schieden gekennzeichneten Kennlinien KA, KBI , Kß2bzw. Kc voneinander separiert.
Die erste Kennlinie KA (durchgezogen) grenzt die Zone A zu niedrigeren Längsge schwindigkeiten Vx sowie zu einem systembedingt maximal möglichen Lenkwinkel, der hier beispielhaft 3° betragen soll, hin ab. Innerhalb dieser Zone A ist die Längsge- schwindigkeit Vx stets so groß, dass eine Rückstellung der Hinterachslenkung in die Geradeausstellung für jeden Arbeitspunkt unter Berücksichtigung aller üblichen Fahr- manöve.r einschließlich insbesondere einem Bremsen in der Kurve, möglich ist. Bei niedrigeren Längsgeschwindigkeiten jenseits der Kennlinie KA kann dies jedoch nicht mehr gewährleistet werden, sodass ab einer Grenzgeschwindigkeit, die hier beispiel- haft bei 3 km/h liegt, die Hinterachslenkung zwangsläufig in Geradeausstellung ge bracht wird, um eine nachfolgende Situation jenseits der Zone A zu vermeiden, in der das Zurückstellen der Hinterräder 2b in die Geradeausstellung nicht mehr, insbesonde re nicht mehr aus dem Stillstand, möglich ist. Bei bekannten Lösungen ist eine derarti ge Kennlinie KA fest vorgegeben, ohne dass dazu jedoch die physische Verfassung der
Hinterachslenkung zuvor bestimmt und die Kennlinie KA in Abhängigkeit davon festge legt wird.
Erfindungsgemäß, insbesondere auch im Rahmen des Verfahrens 100 aus Fig. 2, wird jedoch die physische Verfassung der Hinterachslenkung bestimmt und in Abhängigkeit davon ein maximaler Lenkwinkel Lmax(PV) bestimmt, der durch eine entsprechende Kennlinie im Diagramm aus Fig. 7A dargestellt werden kann. Ein Beispiel dafür ist die gepunktete dargestellte Kennlinie KBI , welche eine Zone B1 rechts von ihr (einschließ lich der Zone A) definiert. Innerhalb dieser Zone B1 gilt das bereits vorausgehend zu Zone A Gesagte, d. h. für alle Betriebspunkte innerhalb der Zone B1 ist in diesem Fall richtungsunabhängig stets eine Rückstellung der Hinterräder 2B in die Geradeausstel lung möglich. Die genaue Lage der Kennlinie KBI hängt vom aktuellen Wert für die phy sische Verfassung PV ab.
Ein weiteres Beispiel für eine erfindungsgemäße Lösung ist in Fig. 7A anhand einer dritten Kennlinie KB2 illustriert (gestrichelt), welche eine Zone B2 rechts von ihr (ein- schließlich der Zonen B1 und A) definiert. Wie bei der Kennlinie KBI hängt auch die Lage der Kennlinie KB2 vom aktuellen Wert für die physische Verfassung PV ab, der sich im gezeigten Beispiel von demjenigen für die Kennlinie KBI unterscheidet. Die Kennlinie KB2 steigt bis zum größten überhaupt möglichen Lenkwinkel an, wobei jedoch die Steigung der Kennlinie nicht konstant verläuft. Insbesondere kann sie - wie gezeigt - bei etwas höheren Längsgeschwindigkeiten Vx (im Beispiel ab ca. 2,8 km/h) flacher verlaufen als bei darunter liegenden Längsgeschwindigkeiten Vx.
Allerdings stellt die zu ansteigenden Längsgeschwindigkeiten Vx korrespondierende Kennlinie KB2 nur einen ersten Ast einer Gesamtkennlinie dar, welche eine Hysterese, d. h. einen vom jeweiligen vorausgehenden Zustand abhängigen Verlauf, zeigt. Die gesamte Kennlinie weist nämlich auch einen zweiten Ast Kc auf, der zu abnehmenden Längsgeschwindigkeiten Vx korrespondiert und nicht mit dem ersten Ast deckungs gleich ist. Zwischen diesen beiden Ästen ist eine weitere Zone C aufgespannt, die an ders als die Zonen A, B1 und B2 nur bei abnehmenden Längsgeschwindigkeiten Vx einen erlaubten Bereich für den Lenkwinkel L darstellt. Das bedeutet, dass hier bei abnehmender Längsgeschwindigkeit größere Lenkwinkel L erlaubt werden, als bei ansteigender Geschwindigkeit. Insbesondere kann dieser Unterschied im Zusammen hang mit den beiden Anwendungsfällen aus Figur 6 zur Anwendung kommen. Da in dem zur Kennlinie Kc korrespondierenden Anwendungsfall “1“ anders als in dem zur Kennlinie KB2 korrespondierenden Anwendungsfall “2“ nicht mit einem auf die Hinterrä-
der 2B wirkenden Hindernis zu rechnen ist, kann hier der maximale Lenkwinkel Lmax höher gewählt werden als im Anwendungsfall 2
Der zweite Ast Kc der Kennlinie definiert zugleich eine links davon liegende verbotene Zone D, die einen Lenkwinkelbereich abdeckt, der nicht zulässig ist. Das bedeutet, dass die Steuerungsvorrichtung mittels einer entsprechenden Ansteuerung des Aktors 4 dafür sorgt, dass der tatsächliche Lenkwinkel L nicht in den Bereich der Zonen D gelangt. In Ausnahmefällen kann dies dennoch fallweise erlaubt werden, insbesondere dann, wenn auf Basis eines Vergleichs der erfassten Bedarfsintensität B, insbesondere eines über einer definierten zugehörigen Schwelle liegenden hohen Lenkradtorsions- momentes, ein expliziter Fahrerwunsch dahingehend erkannt wird, den Lenkwinkel dennoch in diese Zone D hinein zu bewegen. Wie schon vorausgehend beschrieben, sind auch andere Möglichkeiten zur Festlegung einer entsprechend hohen Bedarfsin tensität B möglich, beispielsweise eine automatische Hinderniserkennung. Die Ge samtkennlinie oder ein oder mehrere Abschnitte davon können insbesondere in Form einer Iso-Kraftkennlinie definiert werden, so dass entlang der Kennlinie bzw. des oder der jeweiligen Abschnitte die auf die Hinterachslenkung bei ihrer Betätigung bei einer gegebenen Lenkwinkelgeschwindigkeit VL wirkende von der Haftung der Hinterräder auf dem Untergrund ausgehend Gegenkraft konstant verläuft.
Zusätzlich zur Begrenzung des Lenkwinkels L auf einen Maximalwert Lmax(Vx, VL) ist auch eine Begrenzung der Lenkwinkelgeschwindigkeit VL selbst möglich. Dies ist in Fig. 7B illustriert, wo die maximale zugelassene Lenkwinkelgeschwindigkeit VLmax als Kennlinie in Abhängigkeit von der Längsgeschwindigkeit Vx festgelegt wird. In diesem Beispiel ist der konstruktionsbedingt maximal erlaubte Wert für die Lenkwinkelge schwindigkeit exemplarisch bei 1°/s festgelegt. In allen vorgenannten Fällen kann zudem festgelegt sein, dass die automatische kenn linienbedingte Rückstellung der Hinterräder 2b nur bis zu einem festgelegten von Null, d. h. von der Geradeausstellung, verschiedenen Minimalwinkel hin erfolgt, der so ge wählt ist, dass er typischerweise bei visueller Betrachtung nicht oder nur selten als von der Geradeausstellung abweichend erkannt wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Kennlinien zu höheren erlaubten maximalen Lenkwinkeln hin zu verschieben und den zugehörigen Energiebedarf und Verschleiß für die Erreichung einer Geradeausstellung zu vermeiden.
Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist
dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtun gen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform be schriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtli- chen Äquivalenten abgewichen wird.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Fahrzeug
2a Vorderräder
2b Hinterräder
3 Steuervorrichtung der Hinterachslenkung
3a Prozessorplattform
3b Speicher, insbesondere Daten- und Programmspeicher
4 Aktor der Hinterachslenkung
5 Fahrzeugsensorik
100 - 140 Verfahrensschritte
Aist Ist-Ausnutzung
Anorm Referenzausnutzung
A herkömmlicher Zone richtungsunabhängiger Verfügbarkeit
B1, B2 variabel festlegbarer Zone richtungsunabhängiger Verfügbarkeit
B Bedarfsintensität, z.B. Lenkradtorsionsmoment
C Zone richtungsabhängiger Verfügbarkeit
D verbotene Zone
H Haftgrenze
I ist Ist-Stromaufnahme Imax maximale Stromaufnahme
KA Kennlinie zu Zone A
KBI Kennlinie zu Zone B1
KB2 Kennlinie zu Zone B2
Kc Kennlinie zu Zone C, begrenzt zugleich Zone D
L Lenkwinkel
Lmax maximaler Lenkwinkel
N Anzahl der bei der Mittelung zu berücksichtigenden vorausgegangenen Werte für Aist
PV physische Verfassung (Gesundheit) der Hinterachslenkung
R Ausnutzungsreserve
Rx Änderungsrichtung der Längsgeschwindigkeit, d.h. Geschwindigkeitssteigerung bzw. -Verringerung t Zeit
VL Lenkwinkelgeschwindigkeit
VLmax maximale Lenkwinkelgeschwindigkeit
Vx Längsgeschwindigkeit
W Lernbereich
Claims
1. Verfahren (100) zu Steuerung einer Hinterachslenkung eines Fahrzeugs (1) mit einer lenkbaren Hinterachse, wobei das Verfahren (100) aufweist: Bestimmen einer aktuellen physischen Verfassung (PV) der Hinterachslenkung auf Basis eines erfassten aktuellen Betriebszustands (Aist) und eines vorbe stimmten Referenzbetriebszustands (An0rm) der Hinterachslenkung;
Festlegen eines maximal zulässigen Lenkwinkels (Lmax) der Hinterachslenkung in Abhängigkeit von der geschätzten physischen Verfassung (PV) der Hinter- achslenkung sowie in Abhängigkeit von zumindest einem der Betriebsparame ter Fahrgeschwindigkeit (Vx), Lenkwinkel (L) und Lenkwinkelgeschwindigkeit (VL) des Fahrzeugs (1); und
Ansteuern der Hinterachslenkung so, dass der Lenkwinkel (L) der Hinterachs lenkung bei dem bzw. den aktuellen Betriebsparametern (Vx, VL) des Fahr- zeugs (1) den zugeordneten festgestellten maximal zulässigen Lenkwinkel
(Lmax) nicht überschreitet.
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der aktuellen physi schen Verfassung (PV) der Hinterachslenkung auf Basis einer den gegenwärti- gen Betriebszustand kennzeichnenden erfassten aktuellen Ausnutzung (Aist) des spezifizierten Betriebsbereichs eines zu ihrer Betätigung vorgesehenen Ak tors (4) der Hinterachslenkung erfolgt.
3. Verfahren (100) nach Anspruch 2, wobei: der Referenzbetriebszustand eine vorbestimmte Referenzausnutzung (An0rm) des Betriebsbereichs definiert und das Bestimmen der aktuellen physischen Verfassung (PV) der Hinterachslenkung auf Basis eines Vergleichs (Aist) der er fassten aktuellen Ausnutzung des Betriebsbereichs des Aktors (4) mit der Refe renzausnutzung (Anorm) erfolgt; und die aktuelle Ausnutzung und die Referenzausnutzung (An0rm) jeweils auf den bzw. die gleichen Betriebsparameter (Vx, VL, L) der Hinterachslenkung und de ren gleiche Werte bezogen werden.
4. Verfahren (100) nach Anspruch 3, wobei: die Referenzausnutzung (An0rm) einen Betriebspunkt auf einer auf den Betriebs bereich bezogenen Kennlinie oder mehrdimensionalen Kennfläche für die Aus nutzung des Aktors (4) darstellt; und
für jeden Betriebspunkt (Vx, VL, L) auf dieser Kennlinie oder Kennlinienfläche der Aktor (4) eine Rückstellung der Hinterachse aus einer einem von Null ver schiedenen Lenkwinkel (L) entsprechenden Stellung in eine nichtausgelenkte Stellung gewährleisten kann, während er dies nicht mehr für jede Ausnutzung oberhalb dieser Kennlinie bzw. dieser Kennlinienfläche gewährleisten kann.
5. Verfahren (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei das Be stimmen der aktuellen physischen Verfassung (PV) der Hinterachslenkung mit tels eines automatischen Lernprozesses auf Basis einer wiederholten Bestim- mung eines jeweiligen aktuellen Betriebszustands der Hinterachslenkung zu verschiedenen Betriebszeitpunkten (t) erfolgt.
6. Verfahren (100) nach Anspruch 5, wobei der Lernprozess zumindest einen der folgenden Schritte aufweist;
- eine Mittelung über die einzelnen erfassten Betriebszustände zu den ver schiedenen Betriebszeitpunkten;
- eine laufende Maximalwertbildung, bei der der jeweils aktuelle Wert für die physische Verfassung der Hinterachslenkung fortlaufend als der jeweils ma ximale Wert von zumindest zwei bislang aufgetretenen Werten für diese physische Verfassung oder in Abhängigkeit von diesem maximalen Wert be stimmt wird.
7. Verfahren (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der maxi mal zulässige Lenkwinkel (Lmax) der Hinterachslenkung für die einem Stillstand des Fahrzeugs (1) entsprechende Geschwindigkeit auf eine Wert größer Null gesetzt wird, wenn sich auf Basis der Bestimmung der aktuellen physischen Verfassung (PV) der Hinterachslenkung die Voraussage ergibt, dass eine Rückstellung der Hinterachse aus einer diesem von Null verschiedenen Lenk winkel (L) entsprechenden Stellung in eine nichtausgelenkte Stellung auch im Stillstand des Fahrzeugs (1) möglich ist.
8. Verfahren (100) nach Anspruch 7, wobei die Voraussage, ob auf Basis der Be stimmung der aktuellen physischen Verfassung (PV) der Hinterachslenkung ei ne Rückstellung der Hinterachse aus der dem von Null verschiedenen Lenk- Winkel entsprechenden Stellung in eine nichtausgelenkte Stellung auch im Still stand des Fahrzeugs (1) möglich ist, auf Basis eines Vergleichs der geschätz ten aktuellen physischen Verfassung (PV) mit einem vordefinierten Grenzwert
erfolgt, welcher der bestmöglichen physischen Verfassung (PV) entspricht oder darunter liegt.
9. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die aktuelle Ausnut- zung (Aist) der Hinterachslenkung auf Basis einer Ist-Strom- ( st) oder Ist-
Leistungsaufnahme oder Ist-Versorgungsspannung im Vergleich zu einer ma ximal möglichen Strom- bzw. Leistungsaufnahme bzw. Versorgungsspannung bestimmt wird.
10. Verfahren (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Be schränkung des maximalen Lenkwinkels (Lmax) in Abhängigkeit von der aktuel len physischen Verfassung (PV) der Hinterachslenkung nur für Betriebszustän de der Hinterachslenkung aus einem ausgewählten Teilbereich des Betriebsbe reichs erfolgt, der zu einer Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx), einer Lenkwinkelge- schwindigkeit (VL), einem Lenkwinkel (L) oder einer Kombination von zumin dest zwei dieser Größen, jeweils unterhalb einer vorbestimmen zugehörigen Grenzschwelle korrespondiert.
11. Verfahren (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der maxi- mal zulässige Lenkwinkel der Hinterachslenkung zusätzlich auf eine der folgen den Weisen festgelegt wird:
- in Abhängigkeit von der Änderungsrichtung der Fahrgeschwindigkeit (Vx) des Fahrzeugs (1), vom Vorzeichen der Lenkwinkelgeschwindigkeit (VL), oder davon, ob seit dem letzten Fahrzeughalt bereits eine Strecke zurückge- legt wurde;
- in Abhängigkeit von einer erfassten aktuellen Bedarfsintensität (B) bezüglich der Lenkung des Fahrzeugs (1)
- der betriebsparameterabhängige Verlauf des maximal zulässigen Lenkwin kels (L) im Betriebsbereich entspricht einer Iso-Kraft-Kennlinie bezüglich der auftretenden Lenkkraft auf die Hinterachslenkung bei diesem Lenkwinkel (L).
12. Verfahren (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei das Ver fahren (100) des Weiteren zumindest eine der folgenden Maßnahmen aufweist:
- die Begrenzung des Lenkwinkels (L) auf den maximal zulässigen Lenkwinkel (Lmax) beim Ansteuern der Hinterachslenkung kommt nur dann zu Anwen dung, wenn der Lenkwinkel (L) eine definierte Mindestauslenkung über schreitet;
- die maximal vom Aktor (4) angewandte Lenkwinkelgeschwindigkeit (VL) für die Hinterachslenkung wird in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrgeschwin digkeit (Vx) des Fahrzeugs (1) festgelegt.
13. Vorrichtung (3) zur Steuerung einer Hinterachslenkung eines Fahrzeugs (1) mit einer lenkbaren Hinterachse, wobei die Vorrichtung (3) eingerichtet ist, das Ver fahren (100) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche auszuführen.
14. Computerprogramm, mit Anweisungen, die bei ihrer Ausführung auf einer Vor- richtung (3) gemäß Anspruch 13, diese veranlassen, das Verfahren (100) ge mäß einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.
15. Fahrzeug (1) mit einer lenkbaren Hinterachse, wobei das Fahrzeug (1) zur Steuerung seiner Hinterachse eine Vorrichtung (3) gemäß Anspruch 13 auf- weist.
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