DE112009005462B4

DE112009005462B4 - Lenkungsssteuervorrichtung

Info

Publication number: DE112009005462B4
Application number: DE112009005462.5T
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka Fujita; Taro Hirose; Theerawat Limpibunterng
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-08-25
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2029-08-26
Also published as: WO2011024259A1; DE112009005462T5; CN102076549A; CN102076549B; DE112009005462B8; JPWO2011024259A1; DE112009005462T8; US8594888B2; JP5146540B2; US20120029772A1

Abstract

Lenkungssteuervorrichtung (100) zum Steuern eines Lenkungsmechanismus (200), um ein Fahrzeugverhalten in einem Fahrzeug (10), das mit dem Lenkungsmechanismus (200) ausgestattet ist, der Vorderräder (F) und Hinterräder (R) unabhängig lenken kann, zu stabilisieren, wobei die Lenkungssteuervorrichtung (100) aufweist: eine Steuereinrichtung (100) zum Steuern des Lenkungsmechanismus (200) derart, dass ein Steuerwinkel der Vorderräder (F) und ein Steuerwinkel der Hinterräder (R) entgegengesetzte Phasen aufweisen, und dass eine Steuerwinkelgeschwindigkeit der Vorderräder (F) höher ist als eine Steuerwinkelgeschwindigkeit der Hinterräder (R).

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkungssteuervorrichtung zum Steuern der Lenkung von Vorder- und Hinterrädern in einem Fahrzeug, das mit einem Vierrad-Lenkungs-(4 wheel steering, 4WS-)Mechanismus ausgestattet ist, der die Vorder- und Hinterräder lenken kann.
Technischer Hintergrund
Als diese Art von Lenkungssteuervorrichtung ist eine Vorrichtung bekannt, welche in einem Fahrzeug, das mit dem 4WS-Mechanismus ausgestattet ist, die hinteren Räder in umgekehrter bzw. entgegengesetzter Phase zu den vorderen Rädern lenkt (siehe die JP H05-139 325 A und die JP H03-67 782 A ).
Beispielsweise offenbart die JP H05-139 325 A ein Verfahren, bei dem die hinteren Räder zu Beginn der Seitwärtslenkung des Fahrzeugs vorübergehend in Bezug auf die Vorderräder gelenkt werden. Beispielsweise offenbart die JP H03-67 782 A ein Verfahren, in dem eine Übertragungsfunktion zur Steuerung der Steuer- bzw. Radeinschlagwinkel der Vorder- und Hinterräder angenähert werden, so dass nur ein Term erster Ordnung beibehalten wird, und ein Term zweiter Ordnung weggelassen wird, um das System zu vereinfachen.
Ferner offenbart die DE 10 2004 035 004 A1 ein Verfahren zur Erhöhung der Fahrstabilität eines Kraftfahrzeugs, eine dementsprechende Vorrichtung und ein Computerprogrammprodukt. Um ein gegenüber dem Stand der Technik schneller ansprechendes und damit auch hinsichtlich seiner Zuverlässigkeit verbessertes Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeugs sowie eine dementsprechende Vorrichtung zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass eine modellgestützte Vorrichtung benutzt wird, um ein stabilisierendes Giermoment zu bestimmen, das auf das Kraftfahrzeug aufgebracht wird.
Darüber hinaus zeigt die DE 100 53 604 A1 eine Einrichtung und ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit einem Fahrzeugregler zur individuellen Einstellung von Bremskräften der Räder zumindest einer Achse des Fahrzeugs und einem Giermomentenkompensator zur zumindest teilweisen Kompensation eines Giermomentes des Fahrzeugs infolge unterschiedlicher Bremskräfte einzelner Räder der zumindest einen Achse durch einen Eingriff in eine Lenkung des Fahrzeugs, wobei der Eingriff des Giermomentenkompensators in die Lenkung nicht oder nur verringert erfolgt, während mittels des Fahrzeugreglers Bremskräfte eingestellt werden.
Des Weiteren zeig die DE 195 02 073 A1 ein Verfahren zum Steuern eines Straßenfahrzeuges, dessen Lenkung als Allradlenkung ausgebildet ist und mit seiner Hinterfront einen großen Überstand über die Hinterachse hat. Dieses Dokument betrifft ein Verfahren, mit dem das durch die Lenkbewegung der Räder der Hinterachse einsetzende, plötzliche Ausschwenken der Hinterfront des Fahrzeuges vermieden werden kann, ohne die Gesamtauslenkzeit der Hinterachse zu verlängern. Hierbei verlaufen die Lenkbewegung der Räderpaare der Vorder- und Hinterachse in ihren Bewegungsgeschwindigkeiten indirekt proportional, wobei die Lenkbewegung der Hinterachse gegenüber der der Vorderachse zum Beginn über einen Lenkwinkelabschnitt verlangsamt und im weiteren Verlauf des Auslenkens, wenn die Hinterfront des Fahrzeuges einen Teil des Ausschwenkens bereits vollzogen hat, die Lenkbewegung der Räder der Hinterachse der der Vorderachse nacheilend ausgebildet wird, wobei der Anteil der Geschwindigkeitsverringerung der Lenkbewegung der Räder der Hinterachse im Verlauf des Ausschwenkens immer geringer wird, in seinem Verhältnis zur Lenkgeschwindigkeit in einer Zwischenphase proportional gleich angepasst verläuft, zum Umschlagen gebracht und dann so beschleunigt wird, dass die Maximalstellung der Auslenkbewegung der Räder von beiden Achsen zeitgleich erreicht wird.
Ferner beschreibt die DE 39 03 834 A1 , dass bei einem Kraftfahrzeug-Vierradlenksystem eine Regeleinheit vorgesehen ist, welche auf die Signale verschiedener Sensoren der Lenkvorrichtungen für die Vorderräder und für die Hinterräder zur Regelung der Lenkung der Hinterräder tätig wird. Die Regeleinheit umfasst einen ersten Sensor zum Erfassen der Vorderradlenkkraft oder der Vorderrad-Servolenkkraft oder der Seitenführungskraft an den Vorderrädern, einen zweiten Sensor zum Messen der Vorderradwinkelgeschwindigkeit und eine Bestimmungsvorrichtung zum Feststellen einer Sensor-Abnormität, wenn eine Abweichung zwischen der Veränderungsrichtung der von dem ersten Sensor gemessenen Werte und der Richtung der Vorderradlenkgeschwindigkeit auftritt, welche vom zweiten Sensor gemessen wurde, um anzuzeigen, dass eine Abnormität entweder am ersten oder zweiten Sensor vorliegt.
Schließlich beschreibt die DE 38 07 100 A1 , dass bei einer Vierradlenkung ein nicht-linearer, vorzugsweise quadratischer Zusammenhang zwischen der Verstellung des Lenkwinkels der Vorderräder und dem der Hinterräder hergestellt wird. Dies bedeutet bei kleinen Lenkausschlägen der Vorderräder ein nicht oder nur unwesentlich auftretendes Mitlenken der Hinterräder, während bei großen Lenkwinkeln der Vorderräder eine in Relation hierzu vergrößerte Veränderung des Lenkwinkels der Hinterräder auftritt.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe, die von der Erfindung zu lösen ist
In dem oben genannten Fall beispielsweise, wo die Hinterräder in Umkehrphase zu den Vorderrädern gelenkt werden, wird, wenn die Zielsteuerwinkel der Vorder- und Hinterräder so berechnet werden, dass sie ein Giermoment und eine Seitenkraft erzeugen, die ständig ein Giermoment und eine Seitenkraft ausgleichen, die im Fahrzeug erzeugt werden, wenn bei fahrendem Fahrzeug ein Bremskraftunterschied zwischen den rechten und linken Rädern besteht, und falls sowohl die Vorder- als auch die Hinterräder so gesteuert werden, dass sie den Zielsteuerwinkel aufweisen, der Ausgleich des Giermoments und der Seitenkraft in einem Übergangszeitraum bis die Steuerwinkel bzw. Rad-/Lenkungseinschlagwinkel der Vorder- und Hinterräder den Zielsteuerwinkel erreichen nicht aufrechterhalten, und die Stabilität des Fahrzeugs nimmt ab, was grundsätzlich problematisch ist.
Angesichts der oben genannten Probleme ist es daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Lenkungssteuervorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, die Fahrzeugstabilität bei einem Fahrzeug, das mit einem 4WS-Mechanismus ausgestattet ist, in einem Lenkungssteuerungs-Übergangszeitraum zu erhöhen.
Mittel zur Lösung der Aufgabe
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Lenkungssteuervorrichtung mit den Merkmalen eines der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das oben genannte Ziel der vorliegenden Erfindung kann durch eine erste Lenkungssteuervorrichtung zur Steuerung eines Lenkungsmechanismus erreicht werden, die ein Fahrzeugverhalten bei einem Fahrzeug begrenzt bzw. stabilisiert, das mit dem Lenkungsmechanismus ausgestattet ist, der Vorderräder und Hinterräder unabhängig lenken kann, wobei die Lenkungssteuervorrichtung mit Folgendem ausgestattet ist: einer Steuereinrichtung, die den Lenkungsmechanismus so steuert, dass ein Steuerwinkel bzw. Rad-/Lenkungseinschlagwinkel der Vorderräder und ein Steuerwinkel bzw. Rad-/Lenkungseinschlagwinkel der Hinterräder entgegengesetzte Phasen aufweisen, und so, dass eine Steuerwinkelgeschwindigkeit der Vorderräder höher ist als eine Steuerwinkelgeschwindigkeit der Hinterräder.
Die erste Lenkungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist für ein Fahrzeug vorgesehen, das mit dem Lenkungsmechanismus, beispielsweise einem Vierradlenkungs-(4WS-)Mechanismus, der die Vorderräder und Hinterräder unabhängig voneinander steuern kann, ausgestattet ist, und steuert den Lenkungsmechanismus so, dass das Fahrzeugverhalten beschränkt bzw. stabilisiert wird (z. B. so, dass ein angestrebtes Giermoment und/oder eine angestrebte Seitenkraft im Fahrzeug erzeugt wird/werden).
Gemäß der ersten Lenkungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung wird das Fahrzeugverhalten dadurch beschränkt bzw. stabilisiert, dass die Steuereinrichtung den Lenkungsmechanismus so steuert, dass der Steuerwinkel bzw. Rad-/Lenkungseinschlagwinkel der Vorderräder und der Steuerwinkel bzw. Rad-/Lenkungseinschlagwinkel der Hinterräder während des Betriebs entgegengesetzte Phasen aufweisen.
Genauer steuert in der vorliegenden Erfindung die Steuereinrichtung den Lenkungsmechanismus so, dass eine Steuerwinkelgeschwindigkeit der Vorderräder höher ist als eine Steuerwinkelgeschwindigkeit der Hinterräder. Somit kann eine Verschlechterung der Stabilität des Fahrzeugs aufgrund eines Unterschieds im Ansprechverhalten zwischen der Vorderradseite und der Hinterradseite in dem Vierrad-Lenkungsmechanismus und dergleichen in einem Lenkungssteuerungs-Übergangszeitraum (z. B. einem Übergangszeitraum bis die Vorderräder und die Hinterräder einen Vorderrad-Zielsteuerwinkel bzw. einen Hinterrad-Zielsteuerwinkel aufweisen) begrenzt oder verhindert werden. Anders und genauer ausgedrückt, steuert die Steuereinrichtung in der vorliegenden Erfindung den Lenkungsmechanismus so, dass eine Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit, mit der die Hinterräder gelenkt werden (die auch als „Hinterrad-Lenkgeschwindigkeit” bezeichnet werden kann), niedriger ist als eine Vorderrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit (die auch als „Vorderrad-Lenkgeschwindigkeit” bezeichnet werden kann). Somit kann die Erzeugung eines unnötigen Giermoments oder einer unnötigen Seitenkraft aufgrund der Lenkung der Hinterräder in dem Fahrzeug begrenzt oder gesteuert werden, wodurch die Stabilität des Fahrzeugs im Lenkungssteuerungs-Übergangszeitraum verbessert werden kann.
Wie oben erläutert, kann gemäß der ersten Lenkungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung die Fahrzeugstabilität in dem Fahrzeug, das mit dem Lenkungsmechanismus, wie einem Vierradlenkungs-(4WS-)Mechanismus, ausgestattet ist, im Lenkungssteuerungs-Übergangszeitraum verbessert werden.
In einem Aspekt der ersten Lenkungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist diese ferner mit einer Zielsteuerwinkel-Vorgabeeinrichtung versehen, um einen Vorderrad-Zielsteuerwinkel, bei dem es sich um einen angestrebten Steuerwinkel der Vorderräder handelt, und einen Hinterrad-Zielsteuerwinkel, bei dem es sich um einen angestrebten Steuerwinkel der Hinterräder handelt, dessen Phase dem Vorderrad-Zielsteuerwinkel entgegengesetzt ist, vorzugeben, um das Fahrzeugverhalten zu begrenzen bzw. zu stabilisieren, wobei die Steuereinrichtung den Lenkungsmechanismus so steuert, dass die Vorderräder den Vorderrad-Zielsteuerwinkel mit einer Vorderrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit erreichen und so, dass die Hinterräder den Hinterrad-Zielsteuerwinkel mit einer Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit erreichen, die niedriger ist als die Vorderrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit.
Gemäß diesem Aspekt gibt die Zielsteuerwinkel-Vorgabeeinrichtung den Vorderrad-Zielsteuerwinkel und den Hinterrad-Zielsteuerwinkel vor, um das Fahrzeugverhalten zu begrenzen (falls z. B. aufgrund eines Unterschieds der Bremskraft zwischen den linken Rädern und den rechten Rädern des Fahrzeugs ein Moment im Fahrzeug erzeugt wird, um das angestrebte Giermoment im Fahrzeug zu erzeugen, welches das oben genannte Moment ausgleicht). Die Steuereinrichtung steuert den Lenkungsmechanismus so, dass die Vorderräder und die Hinterräder den Vorderrad-Zielsteuerwinkel bzw. den Hinterrad-Zielsteuerwinkel erreichen.
Genauer steuert in diesem Aspekt die Steuereinrichtung den Lenkungsmechanismus so, dass die Vorderräder den Vorderrad-Zielsteuerwinkel mit der Vorderrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit erreichen, und so, dass die Hinterräder den Hinterrad-Zielsteuerwinkel mit der Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit erreichen, die niedriger ist als die Vorderrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit. Somit kann sichergestellt werden, dass eine Verschlechterung der Stabilität des Fahrzeugs aufgrund des Unterschieds im Ansprechverhalten zwischen der Vorderradseite und der Hinterradseite im Vierrad-Lenkungsmechanismus und dergleichen im Lenkungssteuerungs-Übergangszeitraum begrenzt oder verhindert wird.
In einem anderen Aspekt der ersten Lenkungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist diese ferner mit folgendem ausgestattet: einer Zielsteuerwinkelgeschwindigkeits-Vorgabeeinrichtung, die eine Vorderrad-Zielsteuerwinkelgeschwindigkeit, bei der es sich um eine angestrebte Steuerwinkelgeschwindigkeit der Vorderräder handelt, und eine Hinterrad-Zielsteuerwinkelgeschwindigkeit, bei der es sich um eine angestrebte Steuerwinkelgeschwindigkeit der Hinterräder handelt, auf Basis des Vorderrad-Zielsteuerwinkels und des Hinterrad-Zielsteuerwinkels vorgibt; und eine Zielsteuerwinkelgeschwindigkeits-Aktualisierungseinrichtung, welche die Hinterrad-Zielsteuerwinkelgeschwindigkeit senkt und die Vorderrad-Zielsteuerwinkelgeschwindigkeit gemäß dem Umfang der Geschwindigkeitssenkung der Hinterrad-Zielsteuerwinkelgeschwindigkeit erhöht.
Gemäß diesem Aspekt werden die Vorderrad-Zielsteuerwinkelgeschwindigkeit und die Hinterrad-Zielsteuerwinkelgeschwindigkeit von der Zielsteuerwinkelgeschwindigkeits-Vorgabeeinrichtung vorgegeben, und die vorgegebene Vorderrad-Zielsteuerwinkelgeschwindigkeit und die vorgegebene Hinterrad-Zielsteuerwinkelgeschwindigkeit werden von der Zielsteuerwinkelgeschwindigkeits-Aktualisierungseinrichtung aktualisiert, um das Fahrzeugverhalten zu begrenzen.
Genauer senkt in diesem Aspekt die Zielsteuerwinkelgeschwindigkeits-Aktualisierungseinrichtung die Hinterrad-Zielsteuerwinkelgeschwindigkeit und erhöht die Vorderrad-Zielsteuerwinkelgeschwindigkeit gemäß dem Umfang der Geschwindigkeitssenkung. Somit kann sichergestellt werden, dass die Verschlechterung der Stabilität des Fahrzeugs aufgrund des unterschiedlichen Ansprechverhaltens der Vorderradseite und der Hinterradseite im Vierrad-Lenkungsmechanismus und dergleichen im Lenkungssteuerungs-Übergangszeitraum begrenzt oder verhindert wird.
In einem anderen Aspekt der ersten Lenkungssteuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung steuert die Steuereinrichtung den Lenkungsmechanismus so, dass die Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit höchstens so hoch ist wie eine Obergrenze, und so, dass die Vorderrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit gemäß einem Umfang, in dem die Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit die Obergrenze überschreitet, steigt.
Gemäß diesem Aspekt wird der Lenkungsmechanismus von der Steuereinrichtung so gesteuert, dass die Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit höchstens so hoch ist wie die Obergrenze. Somit kann sichergestellt werden, dass die Erzeugung eines unnötigen Giermoments oder einer unnötigen Seitenkraft in dem Fahrzeug aufgrund der Lenkung der Hinterräder mit der Steuerwinkelgeschwindigkeit, die höher ist als der obere Wert, begrenzt oder verhindert wird. Darüber hinaus wird der Lenkungsmechanismus von der Steuereinrichtung so gesteuert, dass die Vorderrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit gemäß dem Umfang, in dem die Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit die Obergrenze überschreitet, steigt. Somit kann beispielsweise besser gewährleistet werden, dass das angestrebte Giermoment und/oder die angestrebte Seitenkraft in dem Fahrzeug erzeugt wird/werden, wodurch das Fahrzeugverhalten zuverlässig begrenzt wird. Infolgedessen kann die Stabilität des Fahrzeugs im Lenkungssteuerungs-Übergangszeitraum weiter verbessert werden.
Hierbei bedeutet „Umfang, in dem die Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit die Obergrenze überschreitet” das Defizit des Steuerwinkels der Hinterräder in Bezug auf den Hinterrad-Zielsteuerwinkel aufgrund der Steuerung des Steuerwinkels der Hinterräder, mit der die Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit höchstens so hoch ist wie die Obergrenze. In diesem Fall wandelt die Steuereinrichtung das Defizit des Steuerwinkels der Hinterräder in Bezug auf den Hinterrad-Zielsteuerwinkel in den Vorderrad-Steuerwinkel um und steuert die Vorderrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit so, dass der Steuerwinkel der Vorderräder in dem Umfang steigt, der dem umgewandelten Steuerwinkel entspricht.
In einem anderen Aspekt der ersten Lenkungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung steuert die Steuervorrichtung den Lenkungsmechanismus so, dass das angestrebte Giermoment und/oder die angestrebte Seitenkraft, das bzw. die das Fahrzeugverhalten begrenzt/begrenzen, im Fahrzeug erzeugt wird/werden.
Gemäß diesem Aspekt kann durch Erzeugung des angestrebte Giermoments und/oder angestrebten Seitenkraft in dem Fahrzeug das Fahrzeugverhalten begrenzt bzw. stabilisiert werden.
Das genannte Ziel der vorliegenden Erfindung kann auch durch eine zweite Lenkungssteuervorrichtung zur Steuerung eines Lenkungsmechanismus erreicht werden, die ein Fahrzeugverhalten bei einem Fahrzeug begrenzt bzw. stabilisiert, das mit dem Lenkungsmechanismus ausgestattet ist, der Vorderräder und Hinterräder unabhängig lenken kann, wobei die Lenkungssteuervorrichtung mit Folgendem ausgestattet ist: einer Zielsteuerwinkel-Vorgabeeinrichtung, um einen Vorderrad-Zielsteuerwinkel, bei dem es sich um einen angestrebten Steuerwinkel bzw. Rad-/Lenkungseinschlagwinkel der Vorderräder handelt, und einen Hinterrad-Zielsteuerwinkel, bei dem es sich um einen angestrebten Steuerwinkel bzw. Rad-/Lenkungseinschlagwinkel der Hinterräder handelt, dessen Phase dem Vorderrad-Zielsteuerwinkel entgegengesetzt ist, vorzugeben; einer Zielsteuerwinkel-Aktualisierungseinrichtung zur Aktualisierung des vorgegebenen Vorderrad-Zielsteuerwinkels und des vorgegebenen Hinterrad-Zielsteuerwinkels durch Verkleinern des vorgegebenen Hinterrad-Zielsteuerwinkels und Vergrößern des vorgegebenen Vorderrad-Zielsteuerwinkels; und einer Steuereinrichtung zum Steuern des Lenkungsmechanismus auf Basis des aktualisierten Vorderrad-Zielsteuerwinkels und des aktualisierten Hinterrad-Zielsteuerwinkels:
Die zweite Lenkungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist für das Fahrzeug vorgesehen, das mit dem Lenkungsmechanismus ausgestattet ist, wie einem Vierrad-Lenkungs-(4WS-)Mechanismus, der die Vorderräder und die Hinterräder unabhängig steuern kann, und steuert den Lenkungsmechanismus so, dass das Fahrzeugverhalten begrenzt wird (beispielsweise so, dass das angestrebte Giermoment und/oder die angestrebte Seitenkraft in dem Fahrzeug erzeugt wird/werden).
Gemäß der zweiten Lenkungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung werden der Vorderrad-Zielsteuerwinkel und der Hinterrad-Zielsteuerwinkel von der Zielsteuerwinkel-Vorgabeeinrichtung vorgegeben, um das Fahrzeugverhalten während des Betriebs zu begrenzen bzw. zu stabilisieren (z. B. auf Basis des angestrebten Giermoments und/oder der angestrebten Seitenkraft, die das Fahrzeugverhalten begrenzen). Der vorgegebene Vorderrad-Zielsteuerwinkel und der vorgegebene Hinterrad-Zielsteuerwinkel werden von der Zielsteuerwinkel-Aktualisierungseinrichtung aktualisiert, und der Lenkungsmechanismus wird von der Steuereinrichtung auf Basis des aktualisierten Vorderrad-Zielsteuerwinkels und des aktualisierten Hinterrad-Zielsteuerwinkels gesteuert.
Genauer aktualisiert in der vorliegenden Erfindung die Zielsteuerwinkel-Aktualisierungseinrichtung den vorgegebenen Vorderrad-Zielsteuerwinkel und den vorgegebenen Hinterrad-Zielsteuerwinkel durch Verkleinern des vorgegebenen Hinterrad-Zielsteuerwinkels und Vergrößern des vorgegebenen Vorderrad-Zielsteuerwinkels. Beispielsweise aktualisiert die Zielsteuerwinkel-Aktualisierungseinrichtung den Vorderrad-Zielsteuerwinkel und den Hinterrad-Zielsteuerwinkel durch Verkleinern des von der Zielsteuerwinkel-Vorgabeeinrichtung vorgegebenen Hinterrad-Zielsteuerwinkels und durch Vergrößern des von der Zielsteuerwinkel-Vorgabeeinrichtung vorgegebenen Vorderrad-Zielsteuerwinkels gemäß dem Umfang, in dem der Hinterrad-Zielsteuerwinkel verkleinert wird. Dadurch wird der Lenkungsmechanismus von der Steuereinrichtung auf Basis der auf diese Weise aktualisierten Vorderrad- und Hinterrad-Zielsteuerwinkel gesteuert, im Vergleich zu einem Fall, wo der Lenkungsmechanismus auf Basis des Vorderrad-Zielsteuerwinkels und des Hinterrad-Zielsteuerwinkels vor der Aktualisierung (d. h. aufgrund der Vorgaben durch die Zielsteuerwinkel-Vorgabevorrichtung) gesteuert werden, wird die Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit, mit der die Hinterräder gelenkt werden, verringert und die Vorderrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit, mit der die Vorderräder gelenkt werden, wird erhöht.
Somit kann die Verschlechterung der Stabilität des Fahrzeugs aufgrund des Unterschieds im Ansprechverhalten zwischen der Vorderradseite und der Hinterradseite im Vierrad-Lenkungsmechanismus und dergleichen im Übergangszeitraum bis die Vorderräder und die Hinterräder einen Vorderrad-Zielsteuerwinkel bzw. einen Hinterrad-Zielsteuerwinkel erreichen (d. h. im Lenkungssteuerungs-Übergangszeitraum), begrenzt oder verhindert werden. Anders ausgedrückt steuert die Steuereinrichtung in der vorliegenden Erfindung den Lenkungsmechanismus auf Basis des Vorderrad-Zielsteuerwinkels und des Hinterrad-Zielsteuerwinkels, die von der Zielsteuerwinkel-Aktualisierungseinrichtung aktualisiert werden, so, dass die Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit niedriger ist als die Vorderrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit. Somit kann die Erzeugung eines unnötigen Giermoments oder einer unnötigen Seitenkraft in dem Fahrzeug aufgrund der Lenkung der Hinterräder begrenzt oder gesteuert werden, wodurch die Stabilität des Fahrzeugs im Lenkungssteuerungs-Übergangszeitraum verbessert wird.
Wie oben erläutert, kann gemäß der zweiten Lenkungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung die Fahrzeugstabilität in dem Fahrzeug, das mit dem Lenkungsmechanismus, wie einem Vierrad-Lenkungs-(4WS-)Mechanismus ausgestattet ist, im Lenkungssteuerungs-Übergangszeitraum verbessert werden.
In einem Aspekt der zweiten Lenkungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung erhöht die Zielsteuerwinkel-Aktualisierungseinrichtung den vorgegebenen Vorderrad-Zielsteuerwinkel gemäß einem Umfang, in dem der vorgegebene Hinterrad-Zielsteuerwinkel verkleinert wird.
Gemäß diesem Aspekt kann mit größerer Zuverlässigkeit das angestrebte Giermoment und/oder die angestrebte Seitenkraft in dem Fahrzeug erzeugt werden, wodurch das Fahrzeugverhalten zuverlässig begrenzt bzw. stabilisiert werden kann. Somit kann die Stabilität des Fahrzeugs im Lenkungssteuerungs-Übergangszeitraum weiter verbessert werden.
Im oben genannten Aspekt, in dem die Zielsteuerwinkel-Aktualisierungsvorrichtung den vorgegebenen Vorderrad-Zielsteuerwinkel gemäß dem Umfang, in dem der vorgegebene Hinterrad-Zielsteuerwinkel verkleinert wird, vergrößert, bestimmt die Zielsteuerwinkel-Aktualisierungsvorrichtung den Umfang, in dem der vorgegebene Hinterrad-Zielsteuerwinkel verkleinert wird, auf Basis einer Steuerfunktion, die ein Verhältnis zwischen einer Übertragungsfunktion einer Seitenkraft, die in dem Fahrzeug in Bezug auf einen Steuerwinkel bzw. Rad-/Lenkungseinschlagwinkel der Vorderräder erzeugt wird, und einer Übertragungsfunktion einer Seitenkraft, die in dem Fahrzeug in Bezug auf einen Steuerwinkel bzw. Rad-/Lenkungseinschlagwinkel der Hinterräder erzeugt wird, enthält, aus der ein Term zweiter Ordnung entfernt wurde.
In diesem Fall kann der Umfang der arithmetischen Operation, die der Bestimmung des Umfangs dient, in dem der von der Zielsteuerwinkel-Vorgabeeinrichtung vorgegebene Hinterrad-Zielsteuerwinkel verkleinert wird, und die von der Zielsteuerwinkel-Aktualisierungsvorrichtung geleistet wird, die als Teil eines Computer-Systems konfiguriert ist, verkleinert werden. Daher kann der Umfang, in dem der von der Zielsteuerwinkel-Vorgabeeinrichtung vorgegebene Hinterrad-Zielsteuerwinkel verkleinert wird, durch die Zielsteuerwinkel-Aktualisierungsvorrichtung schnell aktualisiert werden. Darüber hinaus kann auch der Aufbau der Lenkungssteuervorrichtung vereinfacht werden.
Die Funktionsweise und die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus den nachstehend erläuterten Ausführungsformen deutlicher.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockschema, das schematisch den Aufbau eines Fahrzeugs einer Ausführungsform darstellt.
2 ist eine Skizze, die schematisch ein Moment darstellt, das in dem Fahrzeug aufgrund der Erzeugung eines Rechts-Links-Unterschieds einer Bremskraft erzeugt wird.
3 ist eine Skizze, die einen Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf und einen Hinterrad-Zielsteuerwinkel βr zeigt.
4 ist ein Blockschema, das eine Lenkungssteuerung dieser Ausführungsform erläutert.
5 ist ein Graph, der eine zeitabhängige Änderung des Vorderrad-Zielsteuerwinkels und des Hinterrad-Zielsteuerwinkels dieser Ausführungsform erläutert.
Art und Weise der Ausführung der Erfindung
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
Zunächst wird mit Bezug auf 1 der Aufbau eines Fahrzeugs erläutert, in dem eine Lenkungssteuervorrichtung dieser Ausführungsform verwendet wird.
1 ist ein Blockschema, das den Aufbau des Fahrzeugs in dieser Ausführungsform skizziert. 1 zeigt dabei hauptsächlich den Aufbau eines Abschnitts, der mit der Lenkungssteuervorrichtung dieser Ausführungsform in dem Fahrzeug dieser Ausführungsform im Zusammenhang steht.
In 1 ist ein Fahrzeug 10 dieser Ausführungsform mit einem linken Vorderrad Fl und einem rechten Vorderrad Fr (im Folgenden gegebenenfalls kurz als „Vorderräder F” bezeichnet), einem linken Hinterrad Rl und einem rechten Hinterrad Rr (im Folgenden gegebenenfalls kurz als „Hinterräder R” bezeichnet), einem Vierrad-Lenkungsmechanismus 200 und einer ECU 100 ausgestattet.
Die ECU 100 ist mit einer CPU (einer zentralen Verarbeitungseinheit), einem ROM (einem Festwertspeicher) und einem RAM (einem Schreib-/Lesespeicher) versehen. Die ECU 100 ist eine elektronische Steuereinheit, die dafür ausgelegt ist, alle Operationen des Fahrzeugs 10 zu steuern, und sie dient als ein Beispiel für die „Lenkungssteuervorrichtung” der vorliegenden Erfindung. Obwohl die ECU 100 eine einheitliche (oder in sich geschlossene) elektronische Steuereinheit ist, die als ein Beispiel für die „Steuereinrichtung”, die „Zielsteuerwinkel-Vorgabeeinrichtung” und die „Zielsteuerwinkel-Aktualisierungseinrichtung” der vorliegenden Erfindung dient, sind die physischen, mechanischen und elektrischen Gestaltungen keiner der Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung auf das obige Beispiel beschränkt, sondern können in Form von verschiedenen Computer-Systemen gestaltet sein, wie als eine Vielzahl von ECUs, verschiedene Verarbeitungseinheiten, verschiedene Controller oder Mikrocomputer-Vorrichtungen.
Der Vierrad-Lenkungsmechanismus 200 ist ein Beispiel für den „Lenkungsmechanismus” der vorliegenden Erfindung. Der Vierrad-Lenkungsmechanismus 200 ist mit einem Lenkrad 210, einer Lenkwelle 220, einem Lenkwinkelsensor 240, einem Vorderradstellglied 250, einer Vorderrad-Lenkwelle 260, einem Hinterradstellglied 270 und einer Hinterrad-Lenkwelle 280 versehen. Der Vorderrad-Lenkmechanismus 200 kann die Vorderräder F und die Hinterräder R unabhängig lenken.
Das Lenkrad 210 ist eine physische Betätigungseinrichtung, mit der eine Lenkeingabe durch einen Fahrer durchgeführt werden kann.
Die Lenkwelle 220 ist eine Welle, die sich im Zusammenhang mit dem Drehen des Lenkrads 210 drehen kann.
Der Lenkwinkelsensor 240 ist ein Sensor, der in der Lage ist, einen Lenkwinkel zu erfassen, bei dem es sich um den Lenkumfang des Lenkrads 210 handelt. Der Lenkwinkelsensor 240 ist elektronisch mit der ECU 100 verbunden, und der erfasste Lenkwinkel wird von der ECU 100 in regelmäßigen oder unregelmäßigen zeitlichen Abständen erkannt.
Das Vorderradstellglied 250 kann die Vorderräder F durch Bewegen der Vorderrad-Lenkwelle 260 lenken, welche in 1 das linke Vorderrad Fl und das rechte Vorderrad Fr in horizontaler Richtung miteinander verbinden. Das Vorderradstellglied 250 ist elektrisch mit der ECU 100 verbunden, und der Steuerwinkel bzw. Rad-/Lenkungseinschlagwinkel der Vorderräder F wird von der ECU 100 gesteuert. Darüber hinaus legt das Vorderradstellglied 250 unter der Steuerung der ECU 100 eine Antriebskraft in der in 1 horizontalen Richtung an die Vorderrad-Lenkwelle 260 an. Falls die Vorderrad-Lenkwelle 260 in horizontaler Richtung verlagert wird, drehen sich das linke Vorderrad Fl und das rechte Vorderrad Fr, die über einen Pleuel, Achsschenkel usw. mit der Vorderrad-Lenkwelle 260 verbunden sind, in der gleichen Richtung.
Das Hinterradstellglied 270 kann die hinteren Räder R durch Bewegen der Hinterrad-Lenkwelle 280, welche das linke Hinterrad Rl und das rechte Hinterrad Rr miteinander verbindet, in der in 1 horizontalen Richtung lenken. Das Hinterradstellglied 270 ist elektrisch mit der ECU 100 verbunden, und der Steuerwinkel bzw. Rad-/Lenkungseinschlagwinkel der Hinterräder R wird von der ECU 100 gesteuert. Darüber hinaus legt das Hinterradstellglied 270 unter der Steuerung der ECU 100 eine Antriebskraft in horizontaler Richtung in 1 an die Hinterrad-Lenkwelle 280 an. Falls die Hinterrad-Lenkwelle 280 in der horizontalen Richtung verlagert wird, drehen sich das linke Hinterrad Rl und das rechte Hinterrad Rr, die über einen Pleuel, Achsschenkel usw. mit der Hinterrad-Lenkwelle 280 verbunden sind, in der gleichen Richtung.
Nun wird eine Lenkungssteuerung durch die ECU 100, die als Lenkungssteuervorrichtung dieser Ausführungsform dient, mit Bezug auf 2 bis 4 erläutert.
Im Folgenden wird die Lenkungssteuerung durch die ECU 100 in einem Fall, wo aufgrund von unterschiedlichen Straßenbedingungen an den linken Rädern (d. h. dem linken Vorderrad Fl und dem linken Hinterrad Rl) und den rechten Rädern (d. h. dem rechten Vorderrad Fr und dem rechten Hinterrad Rr) ein Unterschied der Bremskraft zwischen den linken Rädern und den rechten Rädern besteht, erläutert. Im Folgenden wird der Unterschied der Bremskraft, der zwischen den linken Rädern und den rechten Rädern erzeugt wird, gelegentlich als „Rechts-Links-Unterschied der Bremskraft” bezeichnet.
2 ist eine Skizze, die ein Moment, das aufgrund der Erzeugung des Rechts-Links-Unterschieds der Bremskraft in dem Fahrzeug erzeugt wird, schematisch darstellt.
In 2 wird angenommen, dass durch eine Bremsoperation des Fahrers, während das Fahrzeug 10 fährt, eine Bremskraft Fl_Fx auf das linke Vorderrad Fl wirkt, eine Bremskraft Fr_Fx auf das rechte Vorderrad Fr wirkt, eine Bremskraft Rl_Fx auf das linke Hinterrad Rl wirkt und eine Bremskraft Rr_Fx auf das rechte Vorderrad Fl wirkt. Der Rechts-Links-Unterschied der Bremssteuerung ΔFx kann durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt werden. 2 zeigt als Beispiel einen Fall, wo die Bremskräfte Fr_Fx und Rr_Fx, die auf die rechten Räder wirken, größer sind als die Bremskräfte Fl_Fx und Rl_Fx, die auf die linken Räder wirken. ΔFx = (Fr_Fx + Rr_Fx) – (Fl_Fx + Rl_Fx) (1)
Darüber hinaus kann ein Moment Mb um den Schwerpunkt G des Fahrzeugs 10, das von dem Rechts-Links-Unterschied der Bremssteuerung ΔFx erzeugt wird, durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt werden. Mb = ΔFx/(Spurweite/2) (2)
Hierbei ist Spurweite der Abstand zwischen den linken Rädern und den rechten Rädern.
3 ist eine Skizze, die einen Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf und einen Hinterrad-Zielsteuerwinkel βr erläutert.
In 3 gibt die ECU 100 den Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf und den Hinterrad-Zielsteuerwinkel βr vor, um das Moment Mb, das von dem Rechts-Links-Unterschied der Bremssteuerung ΔFx erzeugt wird, auszugleichen, und um keine Seitenkraft im Fahrzeug 10 zu erzeugen.
Genauer können der Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf und der Hinterrad-Zielsteuerwinkel βr anhand der folgenden Gleichungen (3) und (4) vorgegeben und durch die folgenden Gleichungen (5) und (6) ausgedrückt werden. Mb = 2·Kf·βf·Lf – 2·Kr·βr·Lr (3) Kf·βf + Kr·βr = 0 (4) βf = –Mb/{2·(L·Kf)} (5) βr = Mb/[2·(L·Kr)} (6)
Hierbei ist Kf die Kurvensteifigkeit der Vorderräder F, Kr ist die Kurvensteifigkeit der Hinterräder R, Lf ist ein Abstand zwischen der Vorderrad-Lenkwelle 260 und einem Schwerpunkt G, Lr ist ein Abstand zwischen der Hinterrad-Lenkwelle 280 und dem Schwerpunkt G, und L ist ein Abstand zwischen der Vorderrad-Lenkwelle 260 und der Hinterrad-Lenkwelle 280. Dabei gilt die folgende Gleichung: L = Lf + Lr.
Die obige Gleichung (3) ist die Bewegungsgleichung, die anzeigt, dass ein Giermoment das Moment Mb, das vom Rechts-Links-Unterschied der Bremssteuerung ΔFx erzeugt wird, ausgleicht, wobei das Giermoment dadurch erzeugt wird, dass die Vorderräder F und die Hinterräder R den Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf bzw. den Hinterrad-Zielsteuerwinkel βr aufweisen. Darüber hinaus ist die obige Gleichung (4) die Bewegungsgleichung, die anzeigt, das eine Seitenkraft (oder Kurvensteifigkeit), die im Fahrzeug 10 erzeugt wird, null wird, wobei die Seitenkraft dadurch erzeugt wird, dass die Vorderräder F und die Hinterräder R den Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf bzw. den Hinterrad-Zielsteuerwinkel βr aufweisen. Anders ausgedrückt, in dieser Ausführungsform werden der Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf und der Hinterrad-Zielsteuerwinkel βr von der ECU 100 mit der Bedingung vorgegeben, dass das Moment Mb, das vom Rechts-Links-Unterschied in der Bremssteuerung ΔFx erzeugt wird (d. h. das Moment mit der gleichen Größe und der umgekehrten Richtung wie das Moment Mb) ein angestrebtes Giermoment ist, und dass null eine angestrebte Seitenkraft ist. Anders ausgedrückt, der Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf und der Hinterrad-Zielsteuerwinkel βr werden von der ECU 100 vorgegeben, um das Fahrzeugverhalten aufgrund des Rechts-Links-Unterschieds der Bremssteuerung ΔFx zu begrenzen oder zu steuern. Wie später beschrieben, aktualisiert die ECU 100 den vorgegebenen Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf und den vorgegebenen Hinterrad-Zielsteuerwinkel βr.
Wie in den obigen Gleichungen (5) und (6) gezeigt, weisen der Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf und der Hinterrad-Zielsteuerwinkel βr einander entgegengesetzte Phasen auf. Anders ausgedrückt werden, wie in 3 dargestellt, die Vorderräder F und die Hinterräder R so gelenkt, dass sie sich in Bezug auf eine Bewegungsrichtung in einander entgegengesetzte Richtungen drehen.
4 ist ein Blockschema, das die Lenkungssteuerung durch die ECU erläutert, die als Lenkungssteuervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform wirkt.
In 4 gibt die ECU 100 den Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf und den Hinterrad-Zielsteuerwinkel βr mit der Bedingung vor, dass das Moment, welches das Moment Mb, das vom Rechts-Links-Unterschied der Bremskraft ΔFx erzeugt wird, ausgleicht, das angestrebte Giermoment ist. Genauer gibt die ECU 100 den Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf und den Hinterrad-Zielsteuerwinkel βr durch proportionale Elemente K2 bzw. K3 in Bezug auf das Moment Mb vor. Hierbei werden die proportionalen Elemente K2 und K3 durch die folgenden Gleichungen (7) und (8) ausgedrückt. K2 = –1/(2·Kf·L) (7) K3 = 1/(2·Kr·L) (8)
Anders ausgedrückt, das proportionale Element K2 ist eine proportionale Konstante, die ein Verhältnis des Vorderrad-Zielsteuerwinkels βf zum Moment Mb in der obigen Gleichung (5) zeigt, und das proportionale Element K3 ist eine proportionale Konstante, die ein Verhältnis des Hinterrad-Zielsteuerwinkels βr zum Moment Mb in der obigen Gleichung (6) zeigt. Das heißt, die ECU 100 gibt zunächst den Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf und den Hinterrad-Zielsteuerwinkel βr auf Basis der obigen Gleichungen (5) und (6) mit der Bedingung vor, dass das Moment, welches das Moment Mb ausgleicht, das vom Rechts-Links-Unterschied der Bremssteuerung ΔFx erzeugt wird, das angestrebte Giermoment ist.
Genauer aktualisiert die ECU 100 in dieser Ausführungsform den Hinterrad-Zielsteuerwinkel βr (wobei der aktualisierte Hinterrad-Zielsteuerwinkel als βr' bezeichnet wird) durch Verkleinern des Hinterrad-Zielsteuerwinkels βr, und aktualisiert den Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf (wobei der aktualisierte Vorderrad-Zielsteuerwinkel als βf' bezeichnet wird) durch Vergrößern des Vorderrad-Zielsteuerwinkels βf.
Genauer aktualisiert die ECU 100 den Hinterrad-Zielsteuerwinkel βr durch einen Filter, der durch eine Übertragungsfunktion P(s) ausgedrückt wird, die in der folgenden Gleichung (9) dargestellt ist, auf den Hinterrad-Zielsteuerwinkel βr'. Dabei ist die Übertragungsfunktion P(s) ein Beispiel für die „Steuerfunktion” der vorliegenden Erfindung. Ein Verfahren zur Ableitung der Übertragungsfunktion P(s) wird später beschrieben. Darüber hinaus gilt die folgende Gleichung: βr' = P(s)·βr. [Gleichung 1]
Hierbei ist s ein Laplace-Operator, G1(s) ist eine Übertragungsfunktion einer Seitenkraft Gy in Bezug auf einen Vorderrad-Steuerwinkel δf, und G2(s) ist eine Übertragungsfunktion der Seitenkraft Gy in Bezug auf einen Hinterrad-Steuerwinkel δr. Die Übertragungsfunktionen G1(s) und G2(s) werden durch die folgenden Gleichungen (10) bzw. (11) ausgedrückt. [Gleichung 2]
[Gleichung 3]
Hierbei ist m ein Fahrzeuggewicht, V ist eine Fahrzeuggeschwindigkeit und I ist ein Trägheitsmoment des Gierwinkels.
Darüber hinaus aktualisiert die ECU 100 den Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf dadurch, dass sie ihn gemäß einem Unterschied der Hinterrad-Zielsteuerwinkel vor und nach der Aktualisierung (d. h. einem Unterschied zwischen den Vorderrad-Zielsteuerwinkeln βr und βr') vergrößert, so dass er der Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf' wird. Genauer wird, wie in dem in 4 dargestellten Blockschema gezeigt, die Aktualisierung auf Basis der folgenden Gleichung (12) durchgeführt. βf' = βf + K4·(βr – βr') = {K2 + K4·(1 – P(s))·K3}·Mb (12)
Hierbei wird ein proportionales Element K4 durch die folgende Gleichung (13) ausgedrückt. K4 = –Kr/Kf (13)
Das proportionale Element K4 wird durch das Verhältnis der Kurvensteifigkeit zwischen den Vorderrädern F und den Hinterrädern R ausgedrückt und dient der Umwandlung des Unterschieds der Hinterrad-Zielsteuerwinkel vor und nach der Aktualisierung auf einen Steuerwinkel bzw. Rad-/Lenkungseinschlagwinkel, der dem Vorderrad-Zielsteuerwinkel hinzugefügt werden soll.
Die ECU 100 steuert den Vorderrad-Lenkungsmechanismus 200 so, dass die Vorderräder F und die Hinterräder R den Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf' bzw. den Hinterrad-Zielsteuerwinkel βr' erreichen, die auf diese Weise aktualisiert wurden.
Nun wird das Verfahren zur Ableitung der oben beschriebenen Übertragungsfunktion P(s) in Bezug auf die obige Gleichung (9) beschrieben.
In der oben mit Bezug auf 4 beschriebenen Lenkungssteuerung werden eine Seitenkraft Gyf, die vom Vorderrad-Steuerwinkel erzeugt wird, und eine Seitenkraft Gyr, die vom Hinterrad-Steuerwinkel erzeugt wird, durch die folgenden Gleichungen (14) bzw. (15) ausgedrückt. Gyf = (K2 + K4·(1 – P(s))·K3)·G1(s)·Mb (14) Gyr = K3·P(s)·G2(s)·Mb (15)
Darüber hinaus ist die Seitenkraft Gy, die im Fahrzeug 10 zu dieser Zeit erzeugt wird, eine Summe der Seitenkraft Gyf und der Seitenkraft Gyr und wird anhand der folgenden Gleichung (16) ausgedrückt. Gy = Gyf + Gyr (16)
Dagegen wird in einem Fall, wo das Fahrzeug 10 eine Zweiradlenkung (2WS) zum Lenken nur der Vorderräder F aufweist, eine Seitenkraft G2ws durch die folgende Gleichung (17) ausgedrückt, wobei die Seitenkraft Gy2ws in dem Fahrzeug 10 erzeugt wird, wenn die Vorderrädern so gelenkt werden, dass sie ein Moment erzeugen, welches das Moment Mb, das vom Rechts-Links-Unterschied der Bremssteuerung ΔFx erzeugt wird, ausgleicht. Gy2ws = K1·G1(s)·Mb (17)
Hierbei wird K1 durch die folgende Gleichung ausgedrückt. K1 = –(Kf + Kr)/(2·L·Kf·Kr) (18)
In der obigen Ausführungsform wird die Übertragungsfunktion P(s) mit der Bedingung abgeleitet, dass die Seitenkraft Gy, die im Fahrzeug 10 erzeugt wird, der Seitenkraft Gy2ws gleich ist. Anders ausgedrückt, die Übertragungsfunktion P(s) kann wie in der obigen Gleichung (9) auf Basis der obigen Gleichungen (14) bis (18) mit der Bedingung abgeleitet werden, dass Gyf + Gyr = Gy2ws.
Nun wird mit Bezug auf 5 die Lenksteuerung durch die ECU 100 erläutert.
5 ist ein Graph, der eine zeitabhängige Änderung des Vorderrad-Zielsteuerwinkels und des Hinterrad-Zielsteuerwinkels in der Lenkungssteuerung dieser Ausführungsform erläutert.
In 5 zeigt eine Kurve L_βf ein Beispiel für die zeitabhängige Änderung des Vorderrad-Zielsteuerwinkels βf, und eine Kurve L_βr zeigt ein Beispiel für die zeitabhängige Änderung des Hinterrad-Zielsteuerwinkels βr. Darüber hinaus drücken in 5 eine gerade Linie L_βf0 bzw. eine gerade Linie L_βr0 den Vorderrad-Zielsteuerwinkel und den Hinterrad-Zielsteuerwinkel aus, wenn kein proportionales Element K4 und kein Filter, der durch die Übertragungsfunktion P(s) ausgedrückt wird, in der oben mit Bezug auf 4 beschriebenen Lenkungssteuerung vorhanden sind (d. h. den Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf, der durch die obige Gleichung (5) ausgedrückt wird (nachstehend gelegentlich als „stetiger Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf0” bezeichnet)). Der stetige Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf0 und der stetige Hinterrad-Zielsteuerwinkel βr0 sind der Vorderrad-Zielsteuerwinkel und der Hinterrad-Zielsteuerwinkel, die eine stetige Ausgewogenheit des Moments bzw. der Seitenkraft im Fahrzeug 10 erreichen können. Darüber hinaus ist ein Zeitraum T1 in 5 ein Verzögerungszeitraum, der unter Berücksichtigung der Hubdauer des Vorderradstellglieds 250 und des Hinterradstellglieds 270 zu Beginn der Lenkungssteuerung und dergleichen genommen wird.
Da die ECU in 5 die oben mit Bezug auf 4 beschriebene Lenkungssteuerung dieser Ausführungsform durchführt, wächst im Lenkungssteuerungs-Übergangszeitraum der Hinterrad-Zielsteuerwinkel βr allmählich von einem Wert, der unter dem stetigen Hinterrad-Zielsteuerwinkel βr0 liegt (siehe die Kurve L_βr), auf den stetigen Hinterrad-Zielsteuerwinkel βr0, und der Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf nimmt langsam von einem Wert, der über dem stetigen Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf0 liegt (siehe die Kurve L_βf), auf den stetigen Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf0 ab. In 5 wird der Hinterrad-Zielsteuerwinkel als negativer Wert dargestellt, um zu zeigen, dass der Hinterrad-Zielsteuerwinkel eine dem Vorderrad-Zielsteuerwinkel entgegengesetzte Phase aufweist. Der große (oder kleine) Hinterrad-Zielsteuerwinkel bedeutet dessen großen (oder kleinen) absoluten Wert.
Anders ausgedrückt steuert die ECU 100 in dieser Ausführungsform den Vierrad-Lenkungsmechanismus 200 so, dass eine Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit, mit der die Hinterräder R gelenkt werden, relativ kleiner wird, und eine Vorderrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit, mit der die Vorderräder F gelenkt werden, relativ größer wird.
Somit kann eine Verschlechterung der Stabilität des Fahrzeugs 10 aufgrund eines Unterschieds im Ansprechverhalten zwischen dem Vorderradstellglied 250 und dem Hinterradstellglied 270 im Vierrad-Lenkungsmechanismus und dergleichen im Übergangszeitraum bis die Vorderräder F und die Hinterräder R den stetigen Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf0 bzw. den stetigen Hinterrad-Zielsteuerwinkel βr0 erreichen, begrenzt oder verhindert werden. Beispielsweise kann die Entstehung eines unnötigen Moments in der gleichen Richtung wie derjenigen des Moments Mb, das aufgrund der Lenkung der Hinterräder R durch den Rechts-Links-Unterschied der Bremsteuerung ΔFx in einem Fall, wo die Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit wegen des Unterschieds im Ansprechverhalten zwischen dem Vorderrad-Stellglied 250 und dem Hinterrad-Stellglied 270 größer ist als die Vorderrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit, im Vierrad-Lenkungsmechanismus 200 erzeugt wird, begrenzt oder gesteuert werden.
Anders, genauer ausgedrückt, steuert die ECU 100 den Vierrad-Lenkungsmechanismus 200 auf Basis des aktualisierten Vorderrad-Zielsteuerwinkels βf' und des aktualisierten Hinterrad-Zielsteuerwinkels βr' so, dass die Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit geringer ist als die Vorderrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit. Somit kann die Erzeugung eines unnötigen Giermoments oder einer unnötigen Seitenkraft im Fahrzeug 10 aufgrund der Lenkung der Hinterräder R begrenzt oder gesteuert werden, wodurch die Stabilität des Fahrzeugs im Lenkungssteuerungs-Übergangszeitraum verbessert werden kann.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der obigen Ausführungsform die Stabilität des Fahrzeugs 10 im Lenkungssteuerungs-Übergangszeitraum im Fahrzeug 10, das mit dem Vierrad-Lenkungsmechanismus 200 ausgestattet ist, verbessert werden.
<Erstes Modifiziertes Beispiel>
In der oben genannten Übertragungsfunktion P(s) kann der Term zweiter Ordnung des Laplace-Operators weggelassen werden. Anders ausgedrückt, ein Verhältnis der Übertragungsfunktion G1(s), die durch die obige Gleichung (10) ausgedrückt wird, und der Übertragungsfunktion G2(s), die durch die obige Gleichung (11) ausgedrückt wird, die in der Übertragungsfunktion P(s) enthalten ist, wie in der obigen Gleichung (9) dargestellt, G1(s)/G2(s), kann als folgende Näherungsgleichung (19) ausgedrückt werden. [Gleichung 4]
In diesem Fall ist es möglich, den Umfang der arithmetischen Operation im Zusammenhang mit der Aktualisierung des Vorderrad-Zielsteuerwinkels und des Hinterrad-Zielsteuerwinkels durch die ECU 100 zu verkleinern und die Operationsgeschwindigkeit im Zusammenhang mit der Aktualisierung zu erhöhen. Die Verbesserung der Operationsgeschwindigkeit ist in der Praxis äußerst vorteilhaft.
<Zweites Modifiziertes Beispiel>
In 4 kann die ECU zusätzlich zu oder anstelle der Aktualisierung des Vorderrad-Zielsteuerwinkels und des Hinterrad-Zielsteuerwinkels unter Verwendung der oben beschriebenen Übertragungsfunktion P(s) und des proportionalen Elements K4 den Vorderrad-Zielsteuerwinkel und den Hinterrad-Zielsteuerwinkel so aktualisieren, dass die Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit höchstens so groß ist wie ein oberer Grenzwert, und so, dass die Vorderrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit gemäß einem Umfang, in dem die Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit die Obergrenze überschreitet, zunimmt.
In diesem Fall wird der Vierrad-Lenkungsmechanismus 200 von der ECU 100 so gesteuert, dass die Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit höchstens so groß ist wie der obere Grenzwert. Das heißt, es kann sichergestellt werden, dass die Erzeugung eines unnötigen Giermoments oder einer unnötigen Seitenkraft im Fahrzeug 10 aufgrund der Lenkung der Hinterräder R mit der Steuerwinkelgeschwindigkeit, die höher ist als die Obergrenze, begrenzt oder verhindert wird. Darüber hinaus wird der Vierrad-Lenkungsmechanismus 200 von der ECU 100 so gesteuert, dass die Vorderrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit gemäß dem Umfang zunimmt, in dem die Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit den oberen Grenzwert überschreitet. Somit kann besser sichergestellt werden, dass das Giermoment im Fahrzeug 10 auch im Lenkungssteuerungs-Übergangszeitraum erzeugt wird. Infolgedessen kann die Stabilität des Fahrzeugs 10 im Lenkungsübergangs-Zeitraum weiter verbessert werden.
<Drittes Modifiziertes Beispiel>
In 1 und 2 kann die ECU 100 die angestrebte Vorderrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit und die angestrebte Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit auf Basis des stetigen Vorderrad-Steuerwinkels βf0 und des stetigen Hinterrad-Steuerwinkels βr0 vorgeben und dann einen Teil der vorgegebenen angestrebten Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit abziehen und die angestrebte Vorderrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit gemäß dem abgezogenen Teil (d. h. dem Umfang, in dem die Steuerwinkelgeschwindigkeit verringert wird) erhöhen. Anders ausgedrückt, die ECU 100 kann die angestrebte Vorderrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit und die angestrebte Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit auf Basis des stetigen Vorderrad-Zielsteuerwinkels βf0 und des stetigen Hinterrad-Zielsteuerwinkels βr0 vorgeben und dann einen Teil der vorgegebenen angestrebten Hinterrad-Zielsteuerwinkelgeschwindigkeit zur angestrebten Vorderrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit addieren (d. h. was die vorgegebenen Zielsteuerwinkelgeschwindigkeiten auf der Vorderradseite und der Hinterradseite betrifft, kann die ECU 100 einen Teil der angestrebten Steuerwinkelgeschwindigkeit auf der Hinterradseite in die angestrebte Steuerwinkelgeschwindigkeit auf der Vorderradseite umwandeln, wodurch sie die angestrebten Steuerwinkelgeschwindigkeiten auf der Vorderradseite und der Hinterradseite aktualisiert). Dadurch wird der Vierrad-Lenkungsmechanismus 200 durch die ECU 100 so gesteuert, dass die Vorderräder und die Hinterräder den stetigen Vorderrad-Zielsteuerwinkel βf0 bzw. den stetigen Hinterrad-Zielsteuerwinkel βr0 aufweisen, wobei die Vorderrädern eine höhere Steuerwinkelgeschwindigkeit aufweisen als die Hinterräder. Somit ist es möglich, eine Verschlechterung der Stabilität des Fahrzeugs 10 im Lenkungsübergangs-Zeitraum aufgrund eines Unterschieds m Ansprechverhalten zwischen der Vorderradseite und der Hinterradseite im Vierrad-Lenkungsmechanismus 200 und dergleichen zu begrenzen oder zu verhindern.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben genannte Ausführungsform beschränkt, sondern es können nach Wunsch verschiedene Änderungen daran vorgenommen werden, ohne vom Wesen oder Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen, die aus den Ansprüchen und der gesamten Beschreibung ersichtlich sind. Eine Lenksteuerungsvorrichtung, die solche Änderungen beinhaltet, soll auch im Bereich der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sein.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann für eine Lenkungssteuervorrichtung zum Steuern der Lenkung von Vorder- und Hinterrädern in einem Fahrzeug, das mit einem Vierrad-Lenkungsmechanismus ausgestattet ist, der die Vorder- und Hinterräder unabhängig voneinander steuern kann, verwendet werden.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeug
100: ECU
200: Vierrad-Lenkungsmechanismus
210: Lenkrad
220: Lenkwelle
240: Lenkwinkelsensor
250: Vorderradstellglied
260: Vorderrad-Lenkwelle
270: Hinterradstellglied
280: Hinterrad-Lenkwelle
Fl: linkes Vorderrad
Fr: rechtes Vorderrad
Rl: linkes Hinterrad
Rr: rechtes Vorderrad

Claims

Lenkungssteuervorrichtung (100) zum Steuern eines Lenkungsmechanismus (200), um ein Fahrzeugverhalten in einem Fahrzeug (10), das mit dem Lenkungsmechanismus (200) ausgestattet ist, der Vorderräder (F) und Hinterräder (R) unabhängig lenken kann, zu stabilisieren, wobei die Lenkungssteuervorrichtung (100) aufweist: eine Steuereinrichtung (100) zum Steuern des Lenkungsmechanismus (200) derart, dass ein Steuerwinkel der Vorderräder (F) und ein Steuerwinkel der Hinterräder (R) entgegengesetzte Phasen aufweisen, und dass eine Steuerwinkelgeschwindigkeit der Vorderräder (F) höher ist als eine Steuerwinkelgeschwindigkeit der Hinterräder (R).
Lenkungssteuervorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkungssteuervorrichtung (100) ferner eine Zielsteuerwinkel-Vorgabeeinrichtung (100) zum Vorgeben eines Vorderrad-Zielsteuerwinkels (βf), bei dem es sich um einen angestrebten Steuerwinkel der Vorräder (F) handelt, und eines Hinterrad-Zielsteuerwinkels (βr), bei dem es sich um einen angestrebten Steuerwinkel der Hinterräder (R) handelt, der eine dem Vorderrad-Zielsteuerwinkel (βf) entgegengesetzte Phase aufweist, um das Fahrzeugverhalten zu stabilisieren, aufweist, wobei die Steuereinrichtung (100) den Lenkungsmechanismus (200) so steuert, dass die Vorderräder (F) den Vorderrad-Zielsteuerwinkel (βf) mit einer Vorderrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit erreichen, und so, dass die Hinterräder (R) den Hinterrad-Zielsteuerwinkel (βr) mit einer Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit erreichen, die niedriger ist als die Vorderrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit.
Lenkungssteuervorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkungssteuervorrichtung (100) ferner aufweist: eine Zielsteuerwinkelgeschwindigkeits-Vorgabeeinrichtung (100) zum Vorgeben einer Vorderrad-Zielsteuerwinkelgeschwindigkeit, bei der es sich um eine angestrebte Steuerwinkelgeschwindigkeit der Vorderräder (F) handelt, und einer Hinterrad-Zielsteuerwinkelgeschwindigkeit, bei der es sich um eine angestrebte Steuerwinkelgeschwindigkeit der Hinterräder (R) handelt, auf Basis des Vorderrad-Zielsteuerwinkels (βf) und des Hinterrad-Zielsteuerwinkels (βr); und eine Zielsteuerwinkelgeschwindigkeits-Aktualisierungseinrichtung (100) zum Senken der Hinterrad-Zielsteuerwinkelgeschwindigkeit und zum Erhöhen der Vorderrad-Zielsteuerwinkelgeschwindigkeit gemäß dem Umfang der Geschwindigkeitssenkung der Hinterrad-Zielsteuerwinkelgeschwindigkeit.
Lenkungssteuervorrichtung (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (100) den Lenkungsmechanismus (200) so steuert, dass die Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit auf eine Obergrenze beschränkt wird, und so, dass die Vorderrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit gemäß dem Umfang, um den die Hinterrad-Steuerwinkelgeschwindigkeit die Obergrenze überschreitet, steigt.
Lenkungssteuervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (100) den Lenkungsmechanismus (200) so steuert, dass ein angestrebtes Giermoment und/oder eine angestrebte Seitenkraft, die das Fahrzeugverhalten stabilisieren, im Fahrzeug (10) erzeugt werden.
Lenkungssteuervorrichtung (100) zum Steuern eines Lenkungsmechanismus (200), um ein Fahrzeugverhalten in dem Fahrzeug (10), das mit dem Lenkungsmechanismus (200) ausgestattet ist, der Vorderräder (F) und Hinterräder (R) unabhängig voneinander steuern kann, zu stabilisieren, wobei die Lenkungssteuervorrichtung (100) aufweist: eine Zielsteuerwinkel-Vorgabeeinrichtung (100), die einen Vorderrad-Zielsteuerwinkel (βf), bei dem es sich um einen angestrebten Steuerwinkel der Vorderräder (F) handelt, und einen Hinterrad-Zielsteuerwinkel (βr), bei dem es sich um einen angestrebten Steuerwinkel der Hinterräder (R) handelt, dessen Phase derjenigen des Vorderrad-Zielsteuerwinkels (βf) entgegengesetzt ist, vorgibt; eine Zielsteuerwinkel-Aktualisierungseinrichtung (100), die den vorgegebenen Vorderrad-Zielsteuerwinkel (βf) und den vorgegebenen Hinterrad-Zielsteuerwinkel (βr) durch Verkleinern des vorgegebenen Hinterrad-Zielsteuerwinkels (βr) und durch Vergrößern des vorgegebenen Vorderrad-Zielsteuerwinkels (βf) aktualisiert; und eine Steuereinrichtung (100) zum Steuern des Lenkungsmechanismus (200) auf Basis des aktualisierten Vorderrad-Zielsteuerwinkels (βf') und des aktualisierten Hinterrad-Zielsteuerwinkels (βr').
Lenkungssteuervorrichtung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielsteuerwinkel-Aktualisierungseinrichtung (100) den vorgegebenen Vorderrad-Zielsteuerwinkel (βf) gemäß einem Umfang vergrößert, in dem der vorgegebenen Hinterrad-Zielsteuerwinkel (βr) verkleinert wird.
Lenkungssteuervorrichtung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielsteuerwinkel-Aktualisierungseinrichtung (100) den Umfang, in dem der vorgegebene Hinterrad-Zielsteuerwinkel (βr) verkleinert wird, auf Basis einer Steuerfunktion bestimmt, die ein Verhältnis zwischen einer Übertragungsfunktion einer Seitenkraft, die in dem Fahrzeug (10) in Bezug auf einen Steuerwinkel der Vorderräder (F) erzeugt wird, und einer Übertragungsfunktion einer Seitenkraft, die in dem Fahrzeug (10) in Bezug auf einen Steuerwinkel der Hinterräder (R) erzeugt wird, enthält, aus der ein Term zweiter Ordnung weggelassen wurde.