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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeuglenkregelungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es wurden bereits verschiedene Techniken vorgeschlagen, welche zum Korrigieren eines von einem Fahrzeugführer bewirkten Vorderradlenkwinkels verwendet werden. Beispielsweise ist ein Lenkregelungssystem in der
JP 2004-168166 A offenbart, welches variable Lenkübersetzungsverhältnisse verwendet. Dieses Lenkregelungssystem ist so konfiguriert, dass es das Lenkübersetzungsverhältnis auf der Basis der Summe eines von dem Lenkwinkel abhängigen Proportionalanteils und eines von der Lenkwinkelgeschwindigkeit abhängigen Differentialanteils ermittelt. Das System ist ferner dafür konfiguriert, den Differentialanteil von dem positiven Bereich in den negativen Bereich umzuschalten, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht wird.
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Das herkömmliche Lenkregelungssystem gemäß Offenbarung in der vorstehend erwähnten
JP 2004-168166 A ist dafür gedacht, die Ist-Lenkung als Antwort auf eine von dem Fahrzeugführer eingegebene Lenkeingangsgröße zu verbessern. Das System ist jedoch nicht dafür konfiguriert, verschiedenen Situationen entgegenzuwirken, welche während Manövern des Fahrzeugführers auftreten können, um den Lenkwinkel korrekt einzuhalten. Beispielsweise kann der Fahrzeugführer das Bremspedal während einer Kurvenfahrt voll drücken, und dadurch ein Blockieren der Räder bewirken. In einer derartigen Situation ist das Fahrzeug nicht in der Lage, in der gewünschten Kurvenrichtung zu fahren, und somit kann der Fahrzeugführer das Fahrzeug nicht mehr lenken. In einem derartigen Falle kann das System keine angemessene Bremskraft zur Verfügung stellen.
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Die
DE 10 2005 012 584 A1 betrifft ein Fahrzeuglenkregelungssystem nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und wobei der Lenkwinkel korrigiert wird, wenn das Fahrzeug sich in einer Untersteuersituation befindet.
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Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der vorgenannten Probleme gemacht. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeuglenkregelungssystem bereitzustellen, welches in geeigneter Weise den Lenkwinkel regeln und ausreichende Bremskraft selbst in einer solchen Situation zur Verfügung stellen kann, in welcher das Bremspedal während der Kurvenfahrt voll gedrückt wird und dadurch ein Blockieren der Räder verursacht.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Fahrzeuglenkregelungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das Fahrzeuglenkregelungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann in geeigneter Weise den Lenkwinkel regeln und eine ausreichende Bremskraft selbst in einer solchen Situation bereitstellen, in welcher das Bremspedal während einer Kurvenfahrt voll gedrückt wird, und dadurch eine Blockierung von Rädern bewirkt.
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Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich. In Zeichnungen ist:
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1 eine Erläuterungsansicht, welche schematisch die Konfiguration eines Fahrzeugvorderradlenksystems darstellt;
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2 ein Flussdiagramm, das ein Lenkregelungsprogramm darstellt;
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3 ein Kennliniendiagramm von Fahrzeuggeschwindigkeits-abhängigen Lenkübersetzungsverhältnissen; und
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4 ein Kennliniendiagramm von Regelungsverstärkungen.
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Nachstehend wird nun die vorliegende Erfindung detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand ihrer Ausführungsform beschrieben.
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In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Fahrzeuglenkregelungssystem. In dem Fahrzeuglenkregelungssystem 1 weist ein Lenkrad 2 eine sich davon weg erstreckende Lenkwelle 3 auf, und das vordere Ende der Lenkwelle 3 ist über einem Verbindungsabschnitt 4 aus Universalgelenken 4a, 4a und eine Verbindungswelle 4b mit einer aus einem Lenkgetriebe 5 hervorstehenden Ritzelwelle 6 verbunden.
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Das Lenkgetriebe weist eine sich zu einem linken Vorderrad 7fl erstreckende Spurstange 8fl und eine sich zu dem rechten Vorderrad 7fr erstreckende Spurstange 8fr auf.
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Die Spurstangenenden der Spurstangen 8fl und 8fr sind über Lenkhebel 9fl und 9fr mit Achsgehäusen 10fl und 10fr verbunden, welche die Vorderräder 7fl bzw. 7fr drehbar lagern.
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In der Mitte der Lenkwelle 3 ist ein Vorderradlenkwinkel-Korrekturmechanismus 11 zur Veränderung der Lenkgetriebeübersetzungen eingefügt. Die Lenkwelle 3 besitzt eine obere Welle 3U oder einen Wellenabschnitt, der sich von dem Vorderradlenkwinkel-Korrekturmechanismus 11 nach oben erstreckt, und eine untere Welle 3L oder einen Wellenabschnitt, der sich von dem Vorderradlenkwinkel-Korrekturmechanismus 11 nach unten erstreckt.
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Es erfolgt nun eine Beschreibung der Konfiguration des Vorderradlenkwinkel-Korrekturmechanismus. Das untere Ende der oberen Lenkwelle 3U und das obere Ende der unteren Lenkwelle 3L sind fest mit einem Paar von Sonnenrädern 12U bzw. 12L auf demselben Rotationsachsenmittelpunkt versehen. Das Paar der Sonnenräder 12U und 12L steht mit Planetenrädern 14U und 14L in Eingriff, welche fest auf mehreren (z. B. drei) Ritzelwellen 13 vorgesehen sind.
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Beide Sonnenräder 12U und 12L sind in einem Träger 15 zur drehbaren Lagerung der Ritzelwellen 13 untergebracht. Auf dem Außenumfang des oberen Endes des Trägers 15 ist ein angetriebenes Zahnrad 18 für einen Eingriff mit einem antreibenden Zahnrad 17 vorgesehen, welches fest auf einer Ausgangswelle 16a eines Elektromotors 16 vorgesehen ist.
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Der Elektromotor 16 wird von einem Motorantriebsabschnitt 21 betrieben, und der Motorantriebsabschnitt 21 ist so ausgelegt, dass er den Elektromotor 16 auf der Basis eines Signals drehen lässt, das einem Eingangsmotorrotationswinkel aus einem Lenkregelungsabschnitt 20 entspricht, welcher als ein Vorderradlenkwinkel-Korrekturmechanismus dient.
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Das Fahrzeug enthält einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 31 zum Detektieren einer Fahrzeuggeschwindigkeit V und einen Lenkradwinkelsensor 32 zum Detektieren eines von dem Fahrzeugführer bestimmten Lenkwinkels ΘHd (Eingabevorderradlenkwinkel). Das Fahrzeug enthält auch einen Ist-Lenkwinkelsensor 33 zum Detektieren eines Vorderrad-Ist-Lenkwinkels δf (= δHd + δHc), welcher letztlich von einem Lenkwinkel δHd bestimmt wird, der sowohl von einem Lenkwinkel δHc (Vorderradlenkwinkel-Korrekturbetrag), der von dem Vorderradlenkwinkel-Korrekturmechanismus 11 bereitgestellt wird, als auch einem Lenkwinkel ΘHd (Eingabevorderradlenkwinkel), der von dem Fahrzeugführer bereitgestellt wird, bestimmt wird. Das Fahrzeug enthält ferner einen Gierratensensor 34 zum Detektieren einer Ist-Gierrate γ. Signale aus diesen Sensoren 31, 32, 33 und 34 werden dem Lenkregelungsabschnitt 20 zugeführt.
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Das Fahrzeug ist auch mit einem Bremsschalter 35 zum Detektieren des EIN/AUS-Zustandes des von dem Fahrzeugführer gedrückten oder losgelassenen Bremssignals zu detektieren. Dieses EIN/AUS-Signal wird auch dem Lenkregelungsabschnitt 20 zugeführt.
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In dem Fahrzeug ist ferner ein allgemein bekanntes Antiblockiersystem (ABS) 36 montiert, um das Blockieren eines Rades während des Bremsens zu verhindern. Ein den Betrieb des ABS 36 anzeigendes Signal wird ebenfalls dem Lenkregelungsabschnitt 20 zugeführt.
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Somit folgt jedem der vorstehend erwähnten Eingangssignale entsprechend der Lenkregelungsabschnitt 20 einem später diskutierten Lenkregelungsprogramm, um ein einen Motorrotationswinkel θM anzeigendes Signal an den Motorantriebsabschnitt 21 zu liefern. In diesem Programm kann eine geeignete Regelung für den Lenkwinkel bereitgestellt werden, um eine ausreichende Bremskraft selbst in einer Situation sicherzustellen, in welcher der Fahrer das Fahrzeug lenkt sowie das Bremspedal während der Kurvenfahrt voll niederdrückt, und dadurch ein Blockieren von Rädern bewirkt.
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Eine Beschreibung des Lenkregelungsprogramms erfolgt nun hierin nachstehend unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 2.
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Zu Beginn erfasst im Schritt (hierin nachstehend einfach als ”S” bezeichnet) 101 der Prozess die notwendigen Parameter, d. h., die Fahrzeuggeschwindigkeit V. den von dem Fahrzeugführer bestimmten Lenkwinkel θHd, den Vorderrad-Ist-Lenkwinkel δf, die Ist-Gierrate γ, das Bremsschalter-EIN/AUS-Signal und das den Betrieb des ABS 36 anzeigende Signal.
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Dann geht der Prozess zu dem S102 über, wo ermittelt wird, ob der Fahrer das Fahrzeug lenkt, d. h., ob θHd nicht gleich 0 ist. Demzufolge bestimmt, wenn θHd nicht gleich 0 ist, der Prozess, dass gerade eine Kurvenfahrt ausgeführt wird. Dann geht der Prozess zu dem S103 über, wo ermittelt wird, ob sich der Bremsschalter 35 in einem EIN-Zustand befindet oder sich das Bremspedal in einem Bremsbetrieb befindet.
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Als ein Ergebnis der Ermittlung im S103 geht, wenn der Bremsschalter 35 im EIN-Zustand ist, der Prozess zu dem S104 über, in welchem er, wenn sich das ABS 36 in Betrieb befindet, zu dem S105 übergeht, bei dem eine Soll-Gierrate γt beispielsweise mittels der nachstehenden Gleichung (1) gemäß der Bewegungsgleichung des Fahrzeugs berechnet wird. γt = G(0)·(1/(1 + Tr·s))·δf (1) wobei G(0) die Verstärkung der Gierrate im Einschwingzustand ist, Tr die Zeitkonstante ist, und s der Laplace-Operator ist. Beispielsweise kann die Zeitkonstante Tr durch die nachstehende Gleichung (2) ermittelt werden, und die Einschwingzustandsverstärkung G(0) der Gierrate kann durch die nachstehende Gleichung (3) ermittelt werden. Tr = (m·Lf·V)/(2·L·kre) (2) wobei m die Masse des Fahrzeugs, Lf der Abstand zwischen der Vorderachse und dem Schwerpunkt ist, L der Radstand ist, und kre die hintere äquivalente Seitenführungskraft ist. G(0) = 1/(1 + sf·V2)·V/L (3) wobei sf der Stabilitätsfaktor ist, der durch verschiedene Spezifikationen des Fahrzeugs bestimmt wird und beispielsweise durch die nachstehende Gleichung (4) berechnet wird. sf = –m/(2·L2)(Lf·kfe – Lr·kre)/(kfe·kre) (4) wobei kfe die vordere äquivalente Seitenführungskraft ist, und Lr der Abstand zwischen der Hinterachse und dem Schwerpunkt ist.
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Dann geht der Prozess zu dem S106 über, wo ermittelt wird, ob die Soll-Gierrate γt größer als die Ist-Gierrate γ ist (γt > γ).
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Es kann sein, dass θHd = 0 im S102 ist (nicht bei einer Kurvenfahrt), der Bremsschalter 35 im AUS-Zustand im S103 ist (nicht im Bremsbetrieb), das ABS im S104 inaktiv ist (nicht in einem blockierten Zustand), oder γt ≤ γ im S106 ist (nicht bei einer Untersteuerungstendenz). In jedem von diesen Zuständen geht der Prozess zu dem normalen Vorderradlenkwinkel-Korrekturprozess in den Schritten S107 bis S109 über.
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Im S107 wird beispielsweise ein erster Vorderradlenkwinkel-Korrekturbetrag δHc1 durch die nachstehende Gleichung (5) berechnet. δHc1 = ((θHd/ndc1) – (θHd/nd))·nc (5) wobei nd das bedienerseitige Lenkgetriebeverhältnis ist (welches die Bedienerbetätigung beeinflusst, wenn der Elektromotor 16 angehalten ist, oder welches durch das Paar der Sonnenräder 12U und 12L, das Paar der Planetenräder 14U und 14L und das Lenkgetriebe 5 bestimmt wird). Zusätzlich ist nc das Lenkgetriebeverhältnis auf der Seite des Vorderradlenkwinkel-Korrekturmechanismus 11 (welches zur Wirkung kommt, wenn der Elektromotor 16 gedreht wird, während der Bediener keine Betätigung ausführt, oder welches durch das antreibende Zahnrad 17 und das angetriebene Zahnrad (Träger) 18 bestimmt wird). Ferner ist ndc1 das auf die Fahrzeuggeschwindigkeit reagierende Lenkgetriebeverhältnis, das aus einem voreingestellten Kennfeld oder einem Betriebsausdruck erhalten wird. Beispielsweise wird das auf die Fahrzeuggeschwindigkeit reagierende Lenkgetriebeverhältnis ndc1 gemäß Darstellung in 3 festgelegt, d. h., so bestimmt, dass es eine schnellere Charakteristik in Bezug auf das bedienerseitige Lenkgetriebeverhältnis nd bei einer niedrigen Geschwindigkeit V hat, während es eine langsamere Charakteristik in Bezug auf das bedienerseitige Lenkgetriebeverhältnis nd bei höherer Fahrzeuggeschwindigkeit V hat.
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Dann geht der Prozess zu dem S108 über, bei welchem der Prozess einen zweiten Vorderradlenkwinkel-Korrekturbetrag δHc2 beispielsweise mittels der nachstehenden Gleichung (6) berechnet. δHc2 = Gcd·(1/(1 + Tcd·S))·(dθHd/dt)/nd (6) wobei Gcd die Regelverstärkung ist, Tcd die Zeitkonstante eines Tiefpassfilters ist, S der Laplace-Operator ist, und (dθHd/dt) der differentielle Wert des Vorderradlenkwinkels ist.
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Demzufolge zeigt die vorstehende Gleichung (6), dass der Differentialwert (dθHd/dt) des Vorderradlenkwinkels mit (1/(1 + Tcd·S)) multipliziert ist, um dadurch eine Tiefpassfilterung auszuführen. Die Zeitkonstante Tcd des Tiefpassfilters ist beispielsweise auf 1–2 Hz festgelegt, was die Resonanzfrequenz einer Gierratenantwort für einen Eingabevorderrad-Lenkwinkel ist.
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Ferner ist die Regelverstärkung Gcd so ausgelegt, dass sie einen höheren Wert bei einer höheren Fahrzeuggeschwindigkeit V in Bezug auf das Kennfeld oder dergleichen gemäß Darstellung in 4 aufweist. Dieses ist so, weil eine derartige Charakteristik, wenn sie eine abrupte Spitze für eine Lenkfrequenz besitzt, erkennbarer wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V zunimmt.
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Dann geht der Prozess zu dem S109 über, in welchem der im S107 berechnete erste Vorderradlenkwinkel-Korrekturbetrag δHc1 und der im S108 berechnete zweite Vorderradlenkwinkel-Korrekturbetrag δHc2 dazu genutzt werden, um den Vorderradlenkwinkel-Korrekturbetrag δHc mittels der nachstehenden Gleichung (7) festzulegen. δHc = δHc1 + δHc2 (7)
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Andererseits kann der Prozess im S106 feststellen, dass die Ist-Gierrate γ kleiner als die Soll-Gierrate γt (γt > γ) ist und das Fahrzeug zur Untersteuerung neigt (d. h., dass ABS ist während der Kurvenfahrt bei gleichzeitigem Bremsen aktiv und das Fahrzeug fährt nicht in der gewünschten Richtung). In diesem Falle geht der Prozess zu dem S110 über, bei dem ein Soll-Vorderradlenkwinkel δft durch die nachstehende Gleichung (9) berechnet wird.
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Als Voraussetzung von Gleichung (9) wird die vorstehende Gleichung (1) wie folgt modifiziert. δf = (1/G(0))·γt + (Tr/G(0))·s·γt (8) wobei s·γt der differentielle Wert von γt ist. Die Ersetzung von δf durch den Soll-Vorderradlenkwinkel δft und von γt durch die Ist-Gierrate γ ergibt sich die nachstehende Gleichung (9). δft = (1/G(0))·γ + (Tr/G(0))·(dγ/dt) (9)
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Dann geht der Prozess zu dem S111 über, bei dem der Vorderradlenkwinkel-Korrekturbetrag δHc durch die nachstehende Gleichung (10) auf der Basis des im S110 berechneten Soll-Vorderradlenkwinkels δft berechnet wird. δHc = δft – (θHd/nd) (10)
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Nachdem der Vorderradlenkwinkel-Korrekturbetrag δHc im S109 oder S111 berechnet worden ist, geht der Prozess zum S112 über, bei dem der Motordrehwinkel θM mittels der nachstehenden Gleichung (11) berechnet und an den Motorantriebsabschnitt 21 geliefert wird. Dann verlässt der Prozess das Programm. θM = δHc·nc (11)
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Wie vorstehend beschrieben, ist gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Lenkregelungsabschnitt 20 dafür angepasst, einen Vorderradlenkwinkel-Korrekturbetrag so zu erzeugen, dass die Vorderräder aus einer aktuellen Richtung der Räder in eine Fahrzeugfahrtrichtung in einer solchen Situation gedreht werden, in welcher der Fahrer das Bremspedal voll während einer Kurvenfahrt drückt, und dadurch ein Blockieren von Rädern bewirkt. Dieses ermöglicht den Reifen die volle Nutzung ihrer Haftungskraft für den Bremsvorgang, und macht es dadurch möglich, die Bremswege des Fahrzeugs zu verkürzen.
