DE102008037870B4

DE102008037870B4 - Lenksystem zur Steuerung der Bewegung eines Lenkelements

Info

Publication number: DE102008037870B4
Application number: DE102008037870A
Authority: DE
Inventors: John Kristensen; Preben Albrecht; Stephen Ia. Crow; Kjeld Buus Jensen
Original assignee: Sauer Danfoss ApS
Current assignee: Danfoss Power Solutions ApS
Priority date: 2007-08-17
Filing date: 2008-08-15
Publication date: 2011-07-14
Anticipated expiration: 2028-08-16
Also published as: DE102008037870A1; US8660754B2; US20090048736A1

Abstract

Lenksystem (1) zur Steuerung der Bewegung eines Lenkelementes (5), wobei das Lenksystem (1) Folgendes aufweist:
– eine Eingabeeinrichtung mit einem beweglichen Handgriff zur Bereitstellung eines Handgriffpositionssignals (2) zur Angabe einer Position des Handgriffs,
– eine Geschwindigkeitsverarbeitungseinrichtung (3) zur Bereitstellung eines Handgriffgeschwindigkeitssignals (4) zur Angabe der Geschwindigkeit des Handgriffs,
– einen Sensor zur Erzeugung eines Lenkelementpositionssignals (11) zur Angabe einer Position des Lenkelementes,
– eine erste Signalverarbeitungseinrichtung (12) zur Bereitstellung eines Fehlersignals (13) auf Grund einer arithmetischen Berechnung, die das Handgriffpositionssignal (2) und das Lenkelementpositionssignal (11) umfasst,
– eine zweite Signalverarbeitungseinrichtung (14, 19) zur Bereitstellung eines Verstärkungsparameters (15), der von dem Handgriffgeschwindigkeitssignal (4) abhängt, und zur Bereitstellung eines Korrektursignals (20) auf Grund einer arithmetischen Berechnung, die das Fehlersignal (13) und den Verstärkungsparameter (15) umfasst, wobei das Korrektursignal (20) auf Null reduziert wird, wenn die Geschwindigkeit des Handgriffs einen vorbestimmten Wert unterschreitet,
– eine dritte Signalverarbeitungseinrichtung...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenksystem zur Steuerung der Bewegung eines Lenkelementes, z. B. eines Rades eines Fahrzeuges, eine dazugehörende Steuereinheit, ein dazugehörendes Verfahren sowie ein entsprechendes Fahrzeug mit einem Lenkelement. Das Lenksystem umfasst ein Eingabeeinrichtung mit einem beweglichen Handgriff, z. B. einem Lenkrad oder einem Joystick. Die Eingabeeinrichtung erzeugt ein Handgriffpositionssignal zur Angabe der Position des Handgriffes. Das Steuersystem umfasst weiterhin eine Verarbeitungsstruktur, die das Handgriffpositionssignal in ein Handgriffgeschwindigkeitsreferenzsignal umwandelt, durch das eine Lenksteuereinrichtung die Bewegung des Lenkelementes bewirken kann.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das Lenksystem nach der vorliegenden Erfindung kann generell zur Steuerung des Betriebs einer Maschine verwendet werden. Im Folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf ein Lenksystem beschrieben.
Schiffe und Fahrzeuge, und insbesondere Geländemaschinen, wie z. B. Radlader, Trockenbagger, Bulldozer, Gelenkfahrzeuge, Traktoren, Erntemaschinen und ähnliche Hochleistungsmaschinen arbeiten oft mit hydraulischen, elektro-hydraulischen und elektrischen Lenksystemen. Typischerweise erhält das Lenksystem eine Fahrereingabe zur Angabe einer gewünschten Winkelbewegung des Schiffes oder des Fahrzeuges. Die Eingabe kann durch Eingabemittel wie z. B. ein Joystick oder ein Lenkrad eingegeben werden, oder die Eingabe kann aus einem GPS-System oder einem ähnlichen System zur Positionierung und Spurführung abgeleitet werden. Die Eingabe wird in ein Signal für einen Aktuator, z. B. einen hydraulischen Zylinder, umgewandelt, das ein gelenktes Element bewegt, z. B. ein Rad eines Fahrzeuges oder ein Ruder eines Schiffes Lenksysteme werden z. B. in US 6,668,967 B2 und EP 0 856 453 B1 offenbart.
Aus EP 0 856 453 B1 ist ein elektrohydraulisches Lenksystem für Fahrzeuge bekannt. Das Lenksystem weist einen hydraulischen Lenkzylinder zur Verstellung von lenkbaren Rädern, einen Sensor, der den Radeinschlagwinkelistwert misst und einen automatischen Lenksignalgeber zur Erzeugung von elektrischen Lenksignalsollwerten für die Radeinschlagwinkel auf. Einem hydraulischen Steuerventil zur Regelung der Beaufschlagung des Lenkzylinders werden die Lenksignalsollwerte und Radeinschlagwinkelistwerte zugeführt. Zusätzlich ist ein manueller Lenksignalgeber vorgesehen mit einem Lenkrad und einem Sensor zur Lenkradwinkelmessung. Einer Fehlererkennungsmessungseinheit werden die Lenksignalsollwerte und die Radeinschlagwinkelistwerte zugeführt. Falls bestimmte Auswertergebnisse außerhalb eines vorgesehenen Toleranzbereichs liegen, wird intern auf ein Handeres Kontrollsystem umgeschaltet.
In Verbindung mit so genannten „steer by wire„ (im Folgenden SBW) Anwendungen, werden normalerweise ein Positionsrückmeldesignal und ein geschlossenes Regelsystem verwendet, um die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit zu erhöhen. In solchen Systemen wird ein Sensor am gelenkten Element befestigt und meldet z. B. eine Winkelposition des Elementes zurück. Da Fehler im Sensor ein Versagen des Lenksystems und im schlimmsten Fall eine falsche Bewegung des gelenkten Elementes bewirken können, ist der Sensor eine kritische Komponente.
Um die Sicherheit zu verbessern, kann die Sensorfunktian entweder von mehreren parallel geschalteten Sensoren oder von Sensoren mit sehr hoher Qualität oder Sensoren mit einer internen Fehlerfeststellungsfunktion übernommen werden, und es ist einleuchtend, dass die Sensorfunktion sehr aufwendig ist.
US 5,275,251 A offenbart eine hydraulische Lenkung, in der ein Lenkwinkelfehler kompensiert wird. In diesem Fall werden eine Radposition und eine Lenkradposition verglichen, und ein Korrektursignal wird zur Korrektur der Radposition im Verhältnis zur Lenkradposition verwendet, in dem Fall, dass das gelenkte Rad gedreht wird. Die Kompensierung des Lenkwinkelfehlers erfolgt bei jeder Lenkradgeschwindigkeit und bei jedem Lenkwinkelfehler. Da die Korrektur von Fehlern bei jeder Geschwindigkeit und bei jedem, Fehler erfolgt, ist Systemzuverlässigkeit sehr wichtig, und es gibt die Gefahr, dass sich der Fahrer des Fahrzeuges zurückgesetzt fühlt.
Aus EP 1 279 585 B1 ist eine Lenkvorrichtung in einem Fahrzeug und Nutzfahrzeug bekannt. Die Lenkeinrichtung weist einen Manipulator auf, dessen Betätigung durch einen ersten Detektor erfasst wird, und ein lenkbares Rad, dessen Zustand von einem zweiten Detektor erfasst wird. Zur Erfassung des Zustandes des Rades werden insbesondere Winkel gemessen, die die Stellung des Rades angeben. Eine Steuereinrichtung steuert das lenkbare Rad in Abhängigkeit der beiden Detektorsignale, so dass der gewünschte Winkel erreicht wird.
Aus US 6 668 967 B2 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs bekannt. Ein Schaufellader hat Fronträder in einem Frontteil und Rückräder in einem Rückteil angeordnet. Mit Hilfe eines hydraulischen Zylinders sind Frontteil und Rückteil gegeneinander drehbar. Dem Zylinder wird hydraulische Flüssigkeit zugeführt, je nach Stellung eines Ventils in einem Kontrollelement.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel von Ausführungen der Erfindung die Sicherheit und die Einfachheit zu erhöhen oder die Kosten von Lenksystemen zu reduzieren. Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Lenksystem mit den. Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Steuereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 6, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Dieses Ziel wird also mit einem System mit einer ersten Signal verarbeitenden Einrichtung zur Erzeugung eines Fehlersignals auf Grund einer arithmetischen Berechnung, die das Handgriffpositionssignal und das Lenkelementpositionssignal umfasst, z. B. auf Grund einer Differenz zwischen dem Handgriffpositionssignal und dem Lenkelementpositionssignal, erreicht. Das System umfasst außerdem eine zweite Signal verarbeitende Einrichtung zur Bereitstellung eines Korrektursignals auf Grund des Handgriffgeschwindigkeitssignals und des Fehlersignals, und eine dritte Signal verarbeitende Einrichtung zur Bereitstellung einer Geschwindigkeitsreferenz auf Grund einer arithmetischen Berechnung, die das Handgriffgeschwindigkeitssignal und das Korrektursignal umfasst, z. B. aufgrund einer Summe des Handgriffgeschwindigkeitssignals und des Korrektursignals. Nach der vorliegenden Erfindung wird dieses Korrektursignal auf Grund des Handgriffgeschwindigkeitssignals so modifiziert, dass Geschwindigkeiten unter einer gewissen Grenze keine Korrektur bewirken, und die Gefahr von gefährlichen Situationen bei einem Sensorversagen wird deshalb reduziert. Entsprechend ist es nicht notwendig Sensoren mit einer sehr hohen Qualität oder eine Reihe von Sensoren zu verwenden, um eine korrekte Bestimmung der Lenkelementposition sicherzustellen. Da die Korrektur außerdem von der Bewegung des Handgriffs abhängen kann, kann die Gefahr, dass sich der Fahrer von dem Korrektursystem zurückgesetzt fühlt, reduziert werden.
Es kann gewünscht sein ein besonderes Verhältnis zwischen einer Position des Handgriffs und einer entsprechenden Position des Lenkelementes vorzusehen. Entsprechend kann die Geschwindigkeitsreferenz zur Lenksteuereinrichtung durch Verwendung eines Korrektursignals justiert werden, das von einem Winkelfehler zwischen der Lenkradposition und der Lenkelementposition abhängt.
Die Einrichtung kann von jeder Art sein, die zur Lenkung eines Fahrzeugs, eines Schiffes oder einer ähnlilichen Maschine bekannt ist, und der Handgriff kann z. B. ein Lenkrad, ein Joystick, ein Satz von Druckknöpfen u. s. w. sein. Die Eingabeeinrichtung kann das Handgriffpositionssignal als ein kontinuierliches Signal, z. B. als ein analoges Signal, liefern, oder es kann das Handgriffpositionssignal als ein Strom von digitalen Werten liefern, die mit einer bestimmten Zeitgeberfrequenz bereitgestellt werden. Die Positionssignale geben die Position des Eingangsgeräts an.
Das Lenkelement kann z. B. ein Rad oder ein Ruder sein, oder es kann jedes Mittel zur Lenkung einer Maschine, eines Schiffes oder eines Fahrzeuges sein, z. B. ein hydraulischer Zylinder, der ein Rad oder ein Ruder beaufschlagt. Der Sensor kann entsprechend jede Art von Mitteln zur Bestimmung einer Position oder einer Bewegung des Lenkelementes sein.
Die Geschwindigkeitsverarbeitungseinrichtung kann zum Lesen eines Handgriffpositionssignals und zur Umwandlung des Signals in ein Signal, das die Geschwindigkeit angibt, mit der der Handgriff bewegt wird, vorgesehen sein. In einer einfachen Ausführung ist die Geschwindigkeitsverarbeitungseinrichtung dazu im Stande eine abgeleitete Funktion ersten Grades einer Handgriffpositionsfunktion bereitzustellen.
Die erste Signalverarbeitungseinrichtung kann das Fehlersignal einfach durch Summierung des Handgriffpositionssignals und des Lenkelementpositionssignals, durch Abziehen des Handgriffpositionssignals von dem Lenkelementpositionssignal, oder durch jede Art von arithmetischer Manipulation des Handgriffpositionssignals mit dem Lenkelementpositionssignal, bereitstellen.
Die zweite Signalverarbeitungseinrichtung stellt einen Verstärkungsparameter bereit, z. B. einen Wert zwischen 0 und 1. Der Verstärkungsparameter hängt von dem Geschwindigkeitssignal ab, z. B. so, dass eine höhere Geschwindigkeit des Handgriffs einen höheren Verstärkungsparameter bewirkt. Der Verstärkungsparameter wird auf 0 reduziert, wenn der Handgriff nicht bewegt wird, oder wenn die Geschwindigkeit des Handgriffs einen vorbestimmten Wert unterschreitet. Entsprechend wird auch das Korrektursignal, das z. B. das Fehlersignal multipliziert mit dem Verstärkungsparameter sein kann, 0, wenn der Handgriff nicht bewegt wird, oder wenn die Geschwindigkeit des Handgriffs einen vorbestimmten Wert unterschreitet. Ein anderes Beispiel ist, dass das Korrektursignal einen Wert haben kann, der höchstens 20% der Geschwindigkeitsreferenz beträgt.
Die dritte Signalverarbeitungseinrichtung kann die Geschwindigkeitsreferenz lediglich durch Addieren des Handgriffgeschwindigkeitssignals und des Korrektursignals vorsehen, oder durch jede Art von arithmetischer Manipulation von Handgriffgeschwindigkeitssignal und Korrektursignal.
Die Lenksteuereinrichtung kann eine elektrische Steuereinrichtung sein, die zur Bewegung des Lenkelementes mit Hilfe eines elektrischen Aktuators vorgesehen ist, oder die Lenksteuereinrichtung kann eine elektrohydraulische Steuereinrichtung sein, die ein elektrisches Geschwindigkeitsreferenzsignal empfängt und dies in ein hydraulisches Hochdrucksignal für einen hydraulischen Aktuator umwandelt, der das Lenkelement beaufschlagt.
In einer Ausführung ist das Korrektursignal physisch begrenzt. In einem digitalen System kann die Begrenzung des Signals durch eine Bit-Größe einer elektrischen Komponente zur Speicherung von verschiedenen Signalen erzielt werden.
Zum Beispiel kann das Handgriffgeschwindigkeitssignal in einer digitalen Hardware mit einem 10 Bit variablen Register gespeichert werden, das Korrektursignal kann in Hardware mit einem 8 Bit Register gespeichert werden, und das Geschwindigkeitsreferenzsignal kann in einem 11 Bit Register gespeichert werden (wenn ein Signal in binärer Form in einer Datenanordnung mit 8 Bits gespeichert wird, wird das Signal auf die Größe von 255 begrenzt, will größere binäre Zahlen nicht innerhalb von 8 Bits ausgedrückt werden können, u. s. w.). Z. B kann das Korrektursignalregister die Größe des Korrektursignals auf 20–30% reduzieren, z. B. 25% des Handgriffgeschwindigkeitssignalregisters, so dass das Korrektursignal nie größer als 20–30% des Handgriffgeschwindigkeitssignals wird. Die Signale können auch in einer analogen Schaltung_. begrenzt werden, wie es weiter unten unter Hinweis auf 4 beschrieben wird.
In einem zweiten Aspekt sieht die Erfindung eine Steuereinheit für ein Lenksystem vor, wobei die Steuereinheit Computer-Mittel aufweist, die wie folgt programmiert sind:

– Empfang einer Sequenz von Handgriffpositionssignalen,
– Bestimmung eines Handgriffgeschwindigkeitssignals auf Grund der Sequenz,
– Empfang eines Lenkelementpositionssignals von einem Sensor,
– Bereitstellung eines Fehlersignals auf Grund einer arithmetischen Berechnung, die ein Handgriffpositionssignal und das Lenkelementpositionssignal umfasst, wie z. B. auf Grund einer Differenz zwischen einem Handgriffpositionssignal und dem Lenkelementpositionssignal,
– Bereitstellung eines Verstärkungsparameters, der vom Handgriffgeschwindigkeitssignal abhängt, und Bereitstellung eines Korrektursignals auf Grund einer arithmetischen Berechnung, die das Fehlersignal und den Verstärkungsparameter umfasst, z. B. auf Grund einer Multiplikation des Fehlersignals mit dem Verstärkungsparameter, wobei das Korrektursignal aufgrund des Handgriffgeschwindigkeitssignals so modifiziert wird, dass Handgriffgeschwindigkeiten unter einer gewissen Grenze keine Korrektur bewirken, und
– Bereitstellung einer Geschwindigkeitsreferenz auf Grund einer arithmetischen Berechnung, die das Handgriffgeschwindigkeitssignal und das Korrektursignal umfasst, z. B. auf Grund einer Summierung von Handgriffgeschwindigkeitssignal und Korrektursignal,

Bewegung eines Lenkelementes empfangen werden kann.
Die Handgriffpositionssignale geben eine Position eines Handgriffs an, und die Sequenz kann entweder ein kontinuierlich empfangenes, analoges Signal oder eine Serie von intermittierend empfangenen, digitalen Signalen umfassen.
In einem dritten Aspekt sieht die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines Lenkelementes auf Grund von einer Eingabe über einen Handgriff vor, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

– Bestimmung eines Handgriffpositionswertes zur Angabe einer Position des Handgriffes,
– Bestimmung eines Handgriffgeschwindigkeitswertes zur Angabe einer Geschwindigkeit des Handgriffes,
– Bestimmung eines Lenkelementpositionswertes zur Angabe einer Position des Lenkelementes,
– Vergleich des Handgriffpositionswertes mit dem Lenkelementpositionswert und, auf Grund des Vergleiches, Bereitstellung eines Fehlersignals,
– Modifikation des Fehlersignals auf Grund des Handgriffgeschwindigkeitswertes zur Bereitstellung eines modifizierten Fehlersignals, wobei dieses Null wird, wenn der Handgriff nicht bewegt wird, oder wenn die Geschwindigkeit des Handgriffs einen vorbestimmten Wert unterschreitet,
– Modifikation des Handgriffgeschwindigkeitswertes auf Grund des modifizierten Fehlersignals zur Bereitstellung eines modifizierten Handgriffgeschwindigkeitswertes, und
– Bewegung des Lenkelementes auf Grund des modifizierten Handgriffgeschwindigkeitswertes.

In einem vierten Aspekt sieht die Erfindung ein Fahrzeug mit einem Lenkelement vor, mit dem das Fahrzeug gelenkt wird, und ein Lenksystem zur Bewegung des Lenkelementes, wobei das Lenksystem Folgendes aufweist:

– eine Eingabeeinrichtung mit einem beweglichen Handgriff zur Bereitstellung eines Handgriffpositionssignals zur Angabe einer Position des Handgriffes,
– eine Geschwindigkeitsverarbeitungseinrichtung zur Bereitstellung eines Handgriffgeschwindigkeitssignals zur Angabe der Geschwindigkeit des Handgriffes,
– einen Sensor zur Erzeugung eines Lenkelementpositionssignals zur Angabe einer Position des Lenkelementes,
– eine erste Signalverarbeitungseinrichtung zur Bereitstellung eines Fehlersignals auf Grund einer arithmetischen Berechnung, die das Handgriffpositionssignal und das Lenkelementpositionssignal um fasst, z. B. auf Grund einer Differenz zwischen dem Handgriffpositionssignal und dem Lenkelementpositionssignal,
– eine zweite Signalverarbeitungseinrichtung zur Bereitstellung eines Verstärkungsparameters, der vom Handgriffgeschwindigkeitssignal abhängt, und zur Bereitstellung eines Korrektursignals auf Grund einer arithmetischen Berechnung, die das Fehlersignal und den Verstärkungsparameter umfasst, z. B. aufgrund einer Multiplikation des Fehlersignals mit dem Verstärkungsparameter, wobei das Korrektursignal aufgrund des Handgriffgeschwindigkeitssignals so modifiziert wird, dass Geschwindigkeiten unter einer gewissen Grenze keine Korrektur bewirken,
– eine dritte Signalverarbeitungseinrichtung zur Bereitstellung einer Geschwindigkeitsreferenz auf Grund einer arithmetischen Berechnung, die das Handgriffgeschwindigkeitssignal und das Korrektursignal umfasst, z. B. aufgrund einer Summierung von Handgriffgeschwindigkeitssignal und Korrektursignal, und
– eine Lenksteuereinrichtung zur Umwandlung der Geschwindigkeitsreferenz in eine Bewegung des Lenkelementes.

Das Fahrzeug kann insbesondere eine Geländemaschine sein, wie z. B. ein Radlader, ein Trockenbagger, ein Bulldozer, ein Gelenkfahrzeug, in dem das gelenkte Element aus einer Hälfte des Fahrzeuges im Verhältnis zur anderen Hälfte des Fahrzeuges besteht, ein Traktor, eine Erntemaschine und jede ähnliche Art von Hochleistungsmaschinen.
NÄHERE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführung der Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnungen näher beschrieben. Die Zeichnungen zeigen:
1 ein Diagramm eines Steuersystems nach der Erfindung,
2 eine graphische Darstellung des Radwinkelsignals als eine Funktion der Zeit,
3 eine graphische Darstellung von Radwinkelfehlern als eine Funktion der Zeit, und
4 ein Diagramm über analoge Mittel zur Begrenzung des Korrektursignals.
Das in 1 schematisch dargestellte Lenksystem 1 weist eine Eingabeeinrichtung mit einem (nicht gezeigten) Handgriff auf, mit dem ein Fahrer eine gewünschte Lenkaktion angeben kann. Die Eingabeeinrichtung erzeugt ein Handgriffpositionssignal 2, das eine Position des Handgriffes angibt. Eine Geschwindigkeitsverarbeitungseinrichtung 3 stellt auf Grund des Handgriffpositionssignals 2 ein Handgriffgeschwindigkeitssignal 4 bereit. In der gezeigten Ausführung ist die Eingabeeinrichtung ein Lenkrad, das Handgriffpositionssignal gibt eine Winkelposition θ des Lenkrades an, und die Geschwindigkeitsverarbeitungseinrichtung berechnet ω = ∂θ / ∂t und stellt ein entsprechendes Signal bereit. Das Lenksystem ist für ein Fahrzeug (nicht gezeigt) mit Rädern (nicht gezeigt) vorgesehen, und die Räder werden vom Lenkkolben/-zylinder 5 bewegt. Der Lenkkolben wird von einer hydraulischen Hochdruckflüssigkeit bewegt, die von der Lenksteuereinrichtung 8 durch die Leitungen 6, 7 zur Verfügung gestellt wird. Die Lenksteuereinrichtung ist eine elektro-hydraulische Steuereinrichtung, die ein elektrisches Geschwindigkeitsreferenzsignal 9 empfängt und damit eine Flüssigkeitsquelle steuert. Das Lenksystem weist einen Sensor 10 auf, der ein Lenkelementpositionssignal 11 erzeugt, das die Position des Kolbens und damit die Position der Räder, mit denen das Fahrzeug gelenkt wird, angibt. Das Lenkelementpositionssignal 11 kann eine Winkelposition des Rades im Verhältnis zu einer Referenzposition angeben, z. B. im Verhältnis zu einer Position, bei der das Fahrzeug einem geraden Weg folgt. Eine erste Signalverarbeitungseinrichtung 12 stellt, auf Grund des Handgriffpositionssignals 2 und des Lenkelementpositionssignals 11, ein Fehlersignal 13 bereit. Das Fehlersignal 13 stellt eine Differenz zwischen einer gewünschten Lenkelementposition (bereitgestellt vom Handgriff) und der aktuellen Lenkelementposition (bereitgestellt vom Lenkelementpositionssignal) dar. Das Fehlersignal 13 kann einfach durch Subtraktion des Lenkelementpositionssignals 11 vom Handgriffpositionssignal 2 bestimmt werden, oder in Wirklichkeit durch jede arithmetische Berechnung, durch die sich eine Differenz der Signale ergeben kann.
Eine Funktion 14 sieht, auf Grund des Handgriffgeschwindigkeitssignals 4, einen Verstärkungsparameter 15 vor, in diesem Fall einen Wert zwischen Null und Eins. Wenn sich der Handgriff nicht bewegt, ist der Verstärkungsparameter auf Null gesetzt, und wenn sich der Handgriff mit einer maximalen Geschwindigkeit bewegt, ist der Verstärkungsparameter auf 1 gesetzt. Das Diagramm über die Funktion 14 zeigt einen Maßstab zwischen dem Handgriffgeschwindigkeitssignal 4 und dem Verstärkungsparameter. Der horizontale Teil 16 des Diagramms zeigt einen Grenzwert, der durch eine physische Begrenzung eines elektronischen Speichers definiert sein kann, z. B. eine 8 oder 16 Bit Begrenzung. In der offenbarten Ausführung ist die obere Grenze Eins.
Die Funktion 17 zeigt einen Maßstabfaktor zwischen dem Fehlersignal und dem verstärkten Fehlersignal 18. Der Grenzwert kann durch eine physische Begrenzung eines elektronischen Speichers definiert sein, z. B. eine 8 oder 16 Bit Begrenzung.
Eine zweite Signalverarbeitungseinrichtung 19 sieht auch ein Korrektursignal 20 durch eine arithmetische Berechnung vor, die eine Multiplikation des verstärkten Fehlersignals 18 mit dem Verstärkungsparameter 15 umfasst.
Eine dritte Signalverarbeitungseinrichtung 21 sieht die Geschwindigkeitsreferenz 9 durch eine arithmetische Berechnung vor, die eine Summierung des Handgriffgeschwindigkeitssignals 4 und des Korrektursignals 20 umfasst.
Zusätzlich zu den oben erwähnten Hauptkomponenten des Lenksystems, kann ein Verstärker 22 zur Verstärkung des Handgriffgeschwindigkeitssignals 4 eingesetzt werden. In einer ähnlichen Weise kann das Lenkelementpositionssignal 11 durch einen Verstärker 23 verstärkt werden. Die Verstärker müssen nicht unbedingt eingesetzt werden, jedes Signal kann aber durch jede zusätzliche Komponente weiter verstärkt oder geändert werden, so lange jedes Signal in einer geeigneten Weise das darstellt, was es darstellen sollte.
Die Daten werden durch Simulation gefunden. 2 zeigt ein Diagramm mit dem Lenkradwinkel und dem Radwinkel als eine Funktion der Zeit, und 3 zeigt ein Diagramm mit dem Radwinkelfehler als eine Funktion der Zeit. Die in 2 und 3 gezeigten Daten wurden durch Simulation gefunden. In 2 zeigt die Kurve 24 einen Lenkradwinkel und die Kurve 25 zeigt einen entsprechenden Radwinkel eines Fahrzeuges.
4 zeigt ein Diagramm einer Schaltung zur analogen Implementierung von:

– der zweiten Signalverarbeitungseinrichtung, d. h. einem Multiplizierer, gezeigt mit der Nummer 19 in 1,
– die Begrenzungsfunktion 17, vgl. 1, und
– die in der dritten Signalverarbeitungseinrichtung 21 enthaltene Summierung, vgl. 1.

Das Fehlersignal 13 wird am Eingang 26 empfangen, und der Verstärkungsparameter 15 wird am Eingang 27 des Multiplizierers 28 empfangen, der seinerseits ein Korrektursignal 29 erzeugt.
Das Korrektursignal 29 wird nie die zugeführte Spannung +/–5 V übersteigen, was 20% der maximalen Geschwindig keitsreferenz entspricht. Das Korrektursignal 29 wird nachfolgend mit dem am Eingang 30 empfangenen Lenkradgeschwindigkeitssignal 4 mit Hilfe des Verstärkers 31 und des Widerstandes/der Widerstände 32 addiert. Das Referenzsignal für die Durchflussregeleinrichtung ist nachfolgend am Ausgang 33 des Verstärkers vorhanden. Der Widerstand 32, der den Multiplier 28 und den Verstärker 31 verbindet, kann zur Sicherheit in viele in Reihe geschaltete Widerstände aufgeteilt werden.

Claims

Lenksystem (1) zur Steuerung der Bewegung eines Lenkelementes (5), wobei das Lenksystem (1) Folgendes aufweist: – eine Eingabeeinrichtung mit einem beweglichen Handgriff zur Bereitstellung eines Handgriffpositionssignals (2) zur Angabe einer Position des Handgriffs, – eine Geschwindigkeitsverarbeitungseinrichtung (3) zur Bereitstellung eines Handgriffgeschwindigkeitssignals (4) zur Angabe der Geschwindigkeit des Handgriffs, – einen Sensor zur Erzeugung eines Lenkelementpositionssignals (11) zur Angabe einer Position des Lenkelementes, – eine erste Signalverarbeitungseinrichtung (12) zur Bereitstellung eines Fehlersignals (13) auf Grund einer arithmetischen Berechnung, die das Handgriffpositionssignal (2) und das Lenkelementpositionssignal (11) umfasst, – eine zweite Signalverarbeitungseinrichtung (14, 19) zur Bereitstellung eines Verstärkungsparameters (15), der von dem Handgriffgeschwindigkeitssignal (4) abhängt, und zur Bereitstellung eines Korrektursignals (20) auf Grund einer arithmetischen Berechnung, die das Fehlersignal (13) und den Verstärkungsparameter (15) umfasst, wobei das Korrektursignal (20) auf Null reduziert wird, wenn die Geschwindigkeit des Handgriffs einen vorbestimmten Wert unterschreitet, – eine dritte Signalverarbeitungseinrichtung (21) zur Bereitstellung einer Geschwindigkeitsreferenz (9) auf Grund einer arithmetischen Berechnung, die das Handgriffgeschwindigkeitssignal (4) und das Korrektursignal (20) umfasst, und – eine Lenksteuereinrichtung (8) zur Umwandlung der Geschwindigkeitsreferenz (9) in eine Bewegung des Lenkelementes (5).
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenksteuereinrichtung (8) zum Bewirken einer Bewegung auf Grund eines hydraulischen Druckes vorgesehen ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrektursignal (20) einen Wert hat, der höchstens 20% der Geschwindigkeitsreferenz (9) betragt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Signalverarbeitungseinrichtungen (12, 14, 19) eine Computereinheit und Computersteuerungsanleitungen aufweist, die der Funktion angepasst sind, für die die betreffende Verarbeitungseinrichtung vorgesehen ist.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert des Korrektursignals (20) durch eine Bit-Größe der Computereinheit physisch begrenzt ist.
Steuereinheit für ein Lenksystem, die Computermittel aufweist, die wie folgt programmiert sind: – Empfang einer Sequenz von Handgriffpositionssignalen (2), – Bestimmung eines Handgriffgeschwindigkeitssignals (4) auf Grund der Sequenz, – Empfang eines Lenkelementpositionssignals (11) von einem Sensor, – Bereitstellung eines Fehlersignals (13) auf Grund einer arithmetischen Berechnung, die ein Handgriffpositionssignal (2) und das Lenkelementpositionssignal (11) umfasst, – Bereitstellung eines Verstärkungsparameters (15), der vom Handgriffgeschwindigkeitssignal (4) abhängt, und Bereitstellung eines Korrektursignals (20) auf Grund einer arithmetischen Berechnung, die das Fehlersignal (13) und den Verstärkungsparameter (15) umfasst, wobei das Korrektursignal (20) aufgrund des Handgriffgeschwindigkeitssignals (4) so modifiziert wird, dass Handgriffgeschwindigkeiten unter einer gewissen Grenze keine Korrektur bewirken, und – Bereitstellung einer Geschwindigkeitsreferenz (9) auf Grund einer arithmetischen Berechnung, die das Handgriffgeschwindigkeitssignal (4) und das Korrektursignal (20) umfasst, wobei die Geschwindigkeitsreferenz (9) ein Format hat, das von einer Lenksteuereinrichtung (8) zur Umwandlung in eine Bewegung eines Lenkelementes (5) empfangen werden kann.
Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines Lenkelementes (5) auf Grund einer Eingabe über einen Handgriff, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: – Bestimmung eines Handgriffpositionswertes zur Angabe einer Position des Handgriffes, – Bestimmung eines Handgriffgeschwindigkeitswertes zur Angabe einer Geschwindigkeit des Handgriffes, – Bestimmung eines Lenkelementpositionswertes zur Angabe einer Position des Lenkelementes, – Vergleich des Handgriffpositionswertes mit dem Lenkelementpositionswert und, auf Grund des Vergleiches, Bereitstellung eines Fehlersignals (13), – Modifikation des Fehlersignals (13) auf Grund des Handgriffgeschwindigkeitswertes zur Bereitstellung eines modifizierten Fehlersignals, wobei dieses Null wird, wenn der Handgriff nicht bewegt wird, oder wenn die Geschwindigkeit des Handgriffs einen vorbestimmten Wert unterschreitet, – Modifikation des Handgriffgeschwindigkeitswertes (4) auf Grund des modifizierten Fehlersignals zur Bereitstellung eines modifizierten Geschwindigkeitswertes, und – Bewegung des Lenkelementes auf Grund des modifizierten Geschwindigkeitswertes.
Fahrzeug mit einem Lenkelement (5), mit dem das Fahrzeug lenkbar ist, und einem Lenksystem (1) zur Bewegung des Lenkelementes (5), wobei das Lenksystem (1) Folgendes aufweist: – eine Eingabeeinrichtung mit einem beweglichen Handgriff zur Bereitstellung eines Handgriffpositionssignals (2) zur Angabe einer Position des Handgriffes, – eine Geschwindigkeitsverarbeitungseinrichtung zur Bereitstellung eines Handgriffgeschwindigkeitssignals (4) zur Angabe der Geschwindigkeit des Handgriffes, – einen Sensor zur Erzeugung eines Lenkelementpositionssignals (11) zur Angabe einer Position des Lenkelementes, – eine erste Signalverarbeitungseinrichtung (12) zur Bereitstellung eines Fehlersignals (13) auf Grund einer arithmetischen Berechnung, die das Handgriffpositionssignal (2) und das Lenkelementpositionssignal (11) umfasst, – eine zweite Signalverarbeitungseinrichtung (14, 19) zur Bereitstellung eines Verstärkungsparameters (15), der vom Handgriffgeschwindigkeitssignal (4) abhängt, und zur Bereitstellung eines Korrektursignals (20) aufgrund einer arithmetischen Berechnung, die das Fehlersignal (13) und den Verstärkungsparameter (15) umfasst, wobei das Korrektursignal (20) aufgrund des Handgriffgeschwindigkeitssignals (4) so modifiziert wird, dass Geschwindigkeiten unter einer gewissen Grenze keine Korrektur bewirken, – eine dritte Signalverarbeitungseinrichtung (21) zur Bereitstellung einer Geschwindigkeitsreferenz (9) auf Grund einer arithmetischen Berechnung, die das Handgriffgeschwindigkeitssignal (4) und das Korrektursignal (20) umfasst, und – eine Lenksteuereinrichtung (8) zur Umwandlung der Geschwindigkeitsreferenz (9) in eine Bewegung des Lenkelementes (5).
Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenksteuereinrichtung (8) eine elektrohydraulische Steuereinrichtung ist.