DE112019002782T5

DE112019002782T5 - Eine vorrichtung und ein verfahren zur steuerung der lenkung

Info

Publication number: DE112019002782T5
Application number: DE112019002782.4T
Authority: DE
Inventors: Nick Solomon; David Armstrong; William Ward
Original assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 2018-06-01
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2021-03-04
Also published as: CN117565966A; CN112218792B; US20230192184A1; CN112218792A; CN117565967A; CN117565968A; US20210214001A1; WO2019229205A1

Abstract

Eine Vorrichtung (104) und ein Verfahren (800) zur Steuerung der Lenkung der Hinterräder (103) eines Fahrzeugs (100) werden offengelegt. Die Vorrichtung (104) umfasst eine Steuereinrichtung (105), die so konfiguriert ist, dass sie ein erstes Signal, das einen Vorderradlenkwinkel anzeigt, und ein zweites Signal, das einen ausgewählten Modus anzeigt, der aus mindestens einem ersten Modus und einem zweiten Modus ausgewählt wurde, empfängt. Die Steuereinrichtung ist auch so konfiguriert, dass sie einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel in Abhängigkeit von dem ersten Signal und dem zweiten Signal bestimmt und ein Ausgangssignal liefert, das so konfiguriert ist, dass es ein Lenken der Hinterräder (103) bei dem vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel bewirkt.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Offenlegung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung der Lenkung. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, bezieht sie sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung der Lenkung in einem Straßenfahrzeug, wie z.B. einem Auto.
Die Aspekte der Erfindung beziehen sich auf eine Vorrichtung, ein System, ein Fahrzeug, ein Verfahren, ein Computerprogramm und ein nicht vorübergehendes computerlesbares Speichermedium mit darin gespeicherten Befehlen.
HINTERGRUND
Einige Autos, die für den Straßenverkehr bestimmt sind, sind mit vier lenkbaren Rädern ausgestattet. Es ist bekannt, dass bei solchen Autos die Hinterräder bei niedrigen Geschwindigkeiten nicht in Phase mit den Vorderrädern gelenkt werden, um die Manövrierfähigkeit zu verbessern, und dass die Hinterräder bei hohen Geschwindigkeiten in Phase mit den Vorderrädern gelenkt werden, um die Stabilität zu erhöhen.
Ein Problem bei solchen Fahrzeugen ist, dass die Vierradlenkung, die die Leistung auf der Straße verbessern kann, für den Einsatz in anderem Gelände nicht die beste Lösung ist.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Nachteile des Standes der Technik auszugleichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung bieten eine Vorrichtung, ein System, ein Fahrzeug, ein Verfahren und ein Computerprogramm sowie ein nicht vorübergehendes computerlesbares Speichermedium mit darin gespeicherten Anweisungen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen beansprucht werden.
Entsprechend einem Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Steuern der Lenkung der Hinterräder eines Fahrzeugs vorgesehen, wobei die Vorrichtung eine Steuereinrichtung aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie: ein erstes Signal empfängt, das einen angeforderten Lenkwinkel anzeigt; ein zweites Signal empfängt, das einen ausgewählten Modus anzeigt, der aus mindestens einem ersten Modus und einem zweiten Modus ausgewählt ist; einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel in Abhängigkeit von dem ersten Signal und dem zweiten Signal bestimmt; und ein Ausgangssignal liefert, das so konfiguriert ist, dass es das Lenken der Hinterräder bei dem vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel bewirkt. Dies bietet den Vorteil, dass die Lenkung der Hinterräder für den gewählten Modus optimiert werden kann, z.B. um die Manövrierfähigkeit oder Stabilität des Fahrzeugs zu maximieren, und für das Gelände, auf dem das Fahrzeug fährt, optimiert werden kann.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie ein drittes Signal empfängt, das die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs anzeigt, und den vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel in Abhängigkeit von diesem dritten Signal bestimmt. Dies bietet den Vorteil, dass die Lenkung der Hinterräder für die Geschwindigkeit, mit der das Fahrzeug über ein Gelände fährt, optimiert werden kann, z.B. um die Manövrierfähigkeit oder die Stabilität des Fahrzeugs zu maximieren.
In einigen Ausführungsformen: Der vorgeschlagene Hinterradlenkwinkel ist das Produkt aus einem Vorderradlenkwinkel und einem Verstärkungswert; und die Steuereinrichtung ist so konfiguriert, dass sie den vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel mit einem Verstärkungswert bestimmt, der von dem gewählten Modus abhängt, der durch das zweite Signal angezeigt wird.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie den Verstärkungswert in Abhängigkeit davon auswählt, ob die aktuelle Geschwindigkeit unter oder über einer Schwellengeschwindigkeit liegt. Dies bietet den Vorteil, dass die Lenkung der Hinterräder so angeordnet werden kann, dass die Manövrierfähigkeit unterhalb der Schwellengeschwindigkeit und/oder die Stabilität oberhalb der Schwellengeschwindigkeit verbessert wird.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie: das Lenken der Hinterräder bei dem vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel phasenverschoben zum Vorderradlenkwinkel in Abhängigkeit davon bewirkt, dass die aktuelle Geschwindigkeit unter der Schwellwertgeschwindigkeit liegt; und das Lenken der Hinterräder bei dem vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel phasenverschoben zum Vorderradlenkwinkel in Abhängigkeit davon bewirkt, dass die aktuelle Geschwindigkeit über der Schwellwertgeschwindigkeit liegt. Dies hat den Vorteil, dass das Lenken der Hinterräder die Manövrierfähigkeit unterhalb der Schwellengeschwindigkeit und die Stabilität oberhalb der Schwellengeschwindigkeit verbessert.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass die Schwellengeschwindigkeit in Abhängigkeit von der gewählten Betriebsart gewählt wird. Dies bietet den Vorteil, dass das Fahrzeug bis zu einer relativ hohen Schwellengeschwindigkeit auf Geländen, bei denen die Stabilität weniger wichtig ist, manövrierfähiger wird, während es auf Geländen, bei denen die Stabilität eine größere Rolle spielt, bis zu einer relativ niedrigen Schwellengeschwindigkeit stabiler ist.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie das zweite Signal von einem Geländeschätzsystem empfängt, das so konfiguriert ist, dass es das zweite Signal in Abhängigkeit von den erfassten Eigenschaften des Bodens, auf dem das Fahrzeug fährt, erzeugt. Dies bietet den Vorteil, dass die Bestimmung des vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkels automatisch in Abhängigkeit von Änderungen des Geländes, auf dem das Fahrzeug fährt, angepasst werden kann.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie: den ersten Modus in Abhängigkeit von der Bestimmung auswählt, dass die Reibung zwischen den Rädern des Fahrzeugs und dem mit den Rädern in Kontakt stehenden Boden unter einem ersten Reibungsschwellenwert liegt; und den zweiten Modus in Abhängigkeit von der Bestimmung auswählt, dass diese Reibung über dem ersten Reibungsschwellenwert liegt.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie: den ersten Modus in Abhängigkeit von einer Bestimmung auswählt, dass der mit den Rädern des Fahrzeugs in Kontakt stehende Boden durch die Räder des Fahrzeugs verformbar ist.
In einigen Ausführungsformen wird das zweite Signal als Reaktion auf eine Eingabe an einem Benutzereingabegerät erzeugt.
In einigen Ausführungsformen wird mindestens ein Leistungsmerkmal des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der gewählten Betriebsart bestimmt, wobei das mindestens eine Leistungsmerkmal mindestens eine der folgenden Gruppen umfasst: Drosselklappenkarte; Getriebekarte; Stabilitätsregeleinstellungen.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie einen aktuellen Zustand des Fahrzeugs als einen von mehreren vordefinierten Zuständen bestimmt und einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel bestimmt, der vom aktuellen Zustand abhängt; und die vordefinierten Zustände umfassen mindestens einen der folgenden Zustände: ein Zustand geringer Traktion; orientiert mit einem Rollwinkel oberhalb eines Schwellenrollwinkels; rückwärts eine Steigung hinunterfahren. Dies bietet den Vorteil, dass die Lenkung der Hinterräder für den aktuellen Zustand des Fahrzeugs optimiert werden kann.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Steuereinrichtung eine elektronische Speichervorrichtung, in der Befehle gespeichert sind; und einen elektronischen Prozessor, der elektrisch mit der elektronischen Speichervorrichtung gekoppelt und so konfiguriert ist, dass er auf die elektronische Speichervorrichtung zugreift und die Befehle ausführt.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein System vorgesehen, das die Vorrichtung eines beliebigen der vorhergehenden Absätze und mindestens einen Aktuator zur Steuerung eines Lenkwinkels der Hinterräder des Fahrzeugs als Reaktion auf das Ausgangssignal umfasst.
In einigen Ausführungsformen umfasst das System ein Geländeschätzsystem, das konfiguriert ist, um Eigenschaften eines Geländes zu bestimmen, auf dem das Fahrzeug fährt, wobei die Steuereinrichtung so konfiguriert ist, um den ausgewählten Modus in Abhängigkeit von Signalen auszuwählen, die von der Steuereinrichtung von dem Geländeschätzsystem empfangen werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug vorgesehen, das die Vorrichtung eines der vorhergehenden Absätze oder das System eines der vorhergehenden Absätze umfasst.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern der Lenkung der Hinterräder eines Fahrzeugs vorgesehen, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines ersten Signals, das einen angeforderten Lenkwinkel anzeigt; Empfangen eines zweiten Signals, das einen ausgewählten Modus anzeigt, der aus wenigstens einem ersten Modus und einem zweiten Modus ausgewählt ist; Bestimmen eines vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkels in Abhängigkeit von dem ersten Signal und dem zweiten Signal; und Veranlassen des Lenkens der Hinterräder bei dem vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel. Dies bietet den Vorteil, dass die Lenkung der Hinterräder für den gewählten Modus optimiert werden kann, beispielsweise zur Maximierung der Manövrierfähigkeit oder Stabilität des Fahrzeugs, und für das Gelände, auf dem das Fahrzeug fährt, optimiert werden kann.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren den Empfang eines dritten Signals, das die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs anzeigt, und die Bestimmung des vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkels in Abhängigkeit vom dritten Signal. Dies bietet den Vorteil, dass die Lenkung der Hinterräder für die Geschwindigkeit, mit der das Fahrzeug über ein Gelände fährt, optimiert werden kann, z.B. um die Manövrierfähigkeit oder die Stabilität des Fahrzeugs zu maximieren.
In einigen Ausführungsformen ist der vorgeschlagene Hinterradlenkwinkel das Produkt aus dem Vorderradlenkwinkel und einem Verstärkungswert; und der Verstärkungswert hängt von dem gewählten Modus ab, der durch das zweite Signal angezeigt wird.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren die Auswahl des Verstärkungswertes in Abhängigkeit davon, ob die aktuelle Geschwindigkeit unter oder über einer Schwellengeschwindigkeit liegt. Dies bietet den Vorteil, dass die Lenkung der Hinterräder so angeordnet werden kann, dass die Manövrierfähigkeit unterhalb der Schwellengeschwindigkeit und/oder die Stabilität oberhalb der Schwellengeschwindigkeit verbessert wird.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren: Bewirken, dass das Lenken der Hinterräder bei dem vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel phasenverschoben zu dem Vorderradlenkwinkel in Abhängigkeit davon ist, dass die gegenwärtige Geschwindigkeit unter der Schwellwertgeschwindigkeit liegt; und Bewirken, dass das Lenken der Hinterräder bei dem vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel phasenverschoben zu dem Vorderradlenkwinkel in Abhängigkeit davon ist, dass die gegenwärtige Geschwindigkeit über der Schwellwertgeschwindigkeit liegt. Dies hat den Vorteil, dass das Lenken der Hinterräder die Manövrierfähigkeit unterhalb der Schwellengeschwindigkeit und die Stabilität oberhalb der Schwellengeschwindigkeit verbessert.
In einigen Ausführungsformen besteht das Verfahren darin, die Schwellengeschwindigkeit in Abhängigkeit von der gewählten Betriebsart zu wählen. Dies hat den Vorteil, dass das Fahrzeug bis zu einer relativ hohen Schwellengeschwindigkeit in Geländen, wo die Stabilität weniger wichtig ist, manövrierfähiger ist, während es in Geländen, wo die Stabilität wichtiger ist, bis zu einer relativ niedrigen Schwellengeschwindigkeit stabiler ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren die Erzeugung des zweiten Signals in Abhängigkeit von den erfassten Eigenschaften des Bodens, auf dem das Fahrzeug fährt, oder als Reaktion auf eine Eingabe an einem Benutzereingabegerät.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Bestimmen eines aktuellen Zustands des Fahrzeugs als einen von mehreren vordefinierten Zuständen und das Bestimmen eines vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkels, der vom aktuellen Zustand abhängt; und die vordefinierten Zustände umfassen mindestens einen der folgenden Zustände: ein Zustand geringer Traktion; orientiert mit einem Rollwinkel oberhalb eines Schwellenrollwinkels; rückwärts abwärts eine Steigung hinunterfahren. Dies bietet den Vorteil, dass die Lenkung der Hinterräder für den aktuellen Zustand des Fahrzeugs optimiert werden kann.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogramm vorgesehen, das, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, den Prozessor veranlasst, das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Absätze auszuführen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein nicht vorübergehendes computerlesbares Speichermedium vorgesehen, in dem Anweisungen gespeichert sind, die, wenn sie auf einem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor veranlassen, das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Absätze auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Steuern der Lenkung eines Fahrzeugs vorgesehen, wobei die Vorrichtung eine Steuereinrichtung umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie: ein erstes Signal empfängt, das einen angeforderten Lenkwinkel anzeigt; ein zweites Signal empfängt, das einen ausgewählten Modus anzeigt; einen vorgeschlagenen Lenkwinkel in Abhängigkeit von dem ersten Signal und dem zweiten Signal bestimmt; und ein Ausgangssignal liefert, das so konfiguriert ist, dass es das Lenken von Rädern bei dem vorgeschlagenen Lenkwinkel bewirkt.
In einigen Ausführungsformen wird der ausgewählte Modus aus einer Vielzahl von verschiedenen Geländemodi ausgewählt, von denen jeder für einen entsprechenden Geländetyp geeignet ist.
Entsprechend einem Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Steuerung der Lenkung der Hinterräder eines Fahrzeugs vorgesehen, wobei die Vorrichtung eine Steuereinrichtung umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie: einen Rückwärtsbewegungszustand eines Fahrzeugs bestimmt; einen Nickwinkel des Fahrzeugs bestimmt; einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel in Abhängigkeit von einem angeforderten Lenkwinkel, dem Nickwinkel des Fahrzeugs und dem Rückwärtsbewegungszustand des Fahrzeugs bestimmt; und ein Ausgangssignal liefert, das so konfiguriert ist, dass es die Hinterradlenkung in Abhängigkeit von dem vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel steuert.
Dies bietet den Vorteil, dass die Hinterräder bei der Rückwärtsbewegung des Fahrzeugs an einer Steigung so gelenkt werden können, dass das Fahrzeug leichter auf einer gewünschten Bahn gehalten werden kann. In Fällen, in denen der Hang sehr steil ist, kann das Fahrzeug dadurch leichter auf einem Weg den Hang hinunter gehalten werden, der ein Überrollen des Fahrzeugs verhindert.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie: einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel bestimmt, der mit einem Vorderradlenkwinkel phasenverschoben ist, und zwar in Abhängigkeit davon, dass der Nickwinkel kleiner als ein erster Schwellenwert des Nickwinkels ist; und einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel bestimmt, der mit dem Vorderradlenkwinkel nicht phasenverschoben ist, und zwar in Abhängigkeit davon, dass der Nickwinkel größer als der erste Schwellenwert des Nickwinkels ist. Dies bietet den Vorteil, dass das Fahrzeug an weniger steilen Hängen besser manövrierbar ist, aber beim Rückwärtsfahren an steileren Hängen leichter zu steuern ist.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie: ein Signal empfängt, das einen ausgewählten Modus anzeigt, der aus mindestens einem ersten Modus und einem zweiten Modus ausgewählt wurde; und wenn der Nickwinkel größer als der erste Schwellenwert des Nickwinkels ist, einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel bestimmt, der in Abhängigkeit vom ausgewählten ersten Modus außer Phase mit dem Vorderradlenkwinkel ist, und einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel bestimmt, der in Abhängigkeit vom ausgewählten zweiten Modus nicht außer Phase mit dem Vorderradlenkwinkel ist. Dies bietet den Vorteil, dass, wenn sich das Fahrzeug auf einem Gelände wie einer asphaltierten Straße befindet, in dem das Fahrzeug leichter zu steuern ist, das Fahrzeug weiterhin eine erhöhte Manövrierfähigkeit haben kann, aber auf anderem Gelände wie einer Sanddüne oder auf Gras, Kies, Schnee oder Schlamm die Hinterräder gelenkt werden können, um das Rückwärtsfahren an steileren Hängen leichter zu steuern.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel von null Grad in Abhängigkeit vom gewählten zweiten Modus bestimmt.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie das Signal, das einen ausgewählten Modus anzeigt, von einem Geländeschätzsystem empfängt, das so konfiguriert ist, dass es das Signal in Abhängigkeit von den erfassten Eigenschaften des Bodens, auf dem das Fahrzeug fährt, erzeugt. Dies bietet den Vorteil, dass die Lenkung der Hinterräder automatisch in Abhängigkeit von dem Gelände, auf dem das Fahrzeug fährt, verändert wird.
In einigen Ausführungsformen ist der erste Modus in Abhängigkeit von einer Bestimmung so wählbar, dass die Reibung zwischen den Rädern des Fahrzeugs und dem mit den Rädern in Kontakt stehenden Boden über einem ersten Reibungsschwellenwert liegt, und der zweite Modus ist in Abhängigkeit von einer Bestimmung so wählbar, dass die Reibung unter dem ersten Reibungsschwellenwert liegt. Dies bietet den Vorteil, dass, wenn sich das Fahrzeug auf einem Gelände wie einer asphaltierten Straße befindet, das ein hohes Maß an Griffigkeit bietet, das Fahrzeug weiterhin mit erhöhter Manövrierfähigkeit versehen werden kann, während auf anderen Geländen, die weniger Griffigkeit bieten, die Hinterräder so gelenkt werden können, dass das Rückwärtsfahren an Hängen leichter zu kontrollieren ist.
In einigen Ausführungsformen ist der zweite Modus in Abhängigkeit von der Bestimmung so wählbar, dass der mit den Rädern in Berührung kommende Boden durch die Räder des Fahrzeugs verformbar ist. Dies bietet den Vorteil, dass die Lenkung der Hinterräder so optimiert werden kann, dass das Rückwärtsfahren an Hängen, die aus Material wie Sand bestehen, leichter zu kontrollieren ist.
In einigen Ausführungsformen ist die Vorrichtung so konfiguriert, dass sie das Signal, das einen ausgewählten Modus anzeigt, von einem Benutzereingabegerät empfängt.
In einigen Ausführungsformen wird mindestens ein Leistungsmerkmal des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der gewählten Betriebsart bestimmt, wobei das mindestens eine Leistungsmerkmal mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus: Gaspedalkarte; Getriebekarte; Stabilitätsregeleinstellungen umfasst.
In einigen Ausführungsformen ist der vorgeschlagene Hinterradlenkwinkel das Produkt aus dem Vorderradlenkwinkel und einem Verstärkungswert, und die Steuereinrichtung ist so konfiguriert, dass sie: einen ersten vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel mit einem ersten Verstärkungswert in Abhängigkeit davon bestimmt, dass der Nickwinkel unterhalb des ersten Schwellennickwinkels liegt; und einen zweiten vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel mit einem zweiten Verstärkungswert, der kleiner als der erste Verstärkungswert ist, in Abhängigkeit davon bestimmt, dass der Nickwinkel größer als ein zweiter Schwellennickwinkel ist. Der zweite Verstärkungswert kann positiv oder negativ sein, und er kann auch mit dem ersten Verstärkungswert identisch sein.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie den vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel in Abhängigkeit von der Bestimmung, dass der Nickwinkel größer als der zweite Schwellenwert des Nickwinkels ist, auf Null bestimmt.
In einigen Ausführungsformen wird in Abhängigkeit von der Bestimmung einer Rückwärtsbewegungsbedingung und eines Nickwinkels, der grösser als ein dritter Schwellenwert des Nickwinkels ist, ein vorgeschlagener Hinterradlenkwinkel bestimmt, der proportional zur Lenkeingabe ist, und ein vorgeschlagener Vorderradlenkwinkel bestimmt, der proportional zur Lenkeingabe und kleiner als der Hinterradlenkwinkel ist.
In einigen Ausführungsformen wird in Abhängigkeit von der Bestimmung einer Rückwärtsbewegungsbedingung und eines Nickwinkels, der grösser als ein dritter Schwellen-Nickwinkel ist, eine Blockierung der Vorderradlenkung bewirkt und ein vorgeschlagener Hinterrad-Lenkwinkel bestimmt, der proportional zur Lenkeingabe ist.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie den Rückwärtsbewegungszustand in Abhängigkeit vom Empfang eines Signals, das die Rückwärtsbewegung des Fahrzeugs anzeigt, und/oder vom Empfang eines Signals, das einen Rückwärtsgang des Fahrzeugs anzeigt, der gewählt wird, bestimmt. Dies bietet den Vorteil, dass das Fahrzeug leichter rückwärts einen Hang hinuntergelenkt werden kann, wenn das Rückwärtsfahren beabsichtigt ist, wie durch die Wahl des Rückwärtsganges angezeigt wird, und auch, wenn das Rückwärtsfahren durch eine missglückte Steigung verursacht wird, z.B. einen steilen Hang hinauf, der eine geringe Reibung und/oder verformbare Oberfläche aufweist.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie einen aktuellen Zustand des Fahrzeugs als einen von mehreren vordefinierten Zuständen bestimmt und einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel bestimmt, der vom aktuellen Zustand abhängt; und die vordefinierten Zustände umfassen mindestens einen der folgenden Zustände: ein Zustand geringer Traktion; orientiert mit einem Rollwinkel über einem Schwellen-Rollwinkel.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie feststellt, dass sich das Fahrzeug nicht im Zustand geringer Traktion befindet, wenn der Nickwinkel einen vierten Schwellen-Nickwinkel überschreitet. Dies bietet den Vorteil, dass, wenn das Fahrzeug aufgrund eines missglückten Anstiegs zum Stillstand kommt, z.B. an einem steilen Hang, der eine geringe Reibung und/oder verformbare Oberfläche aufweist, die Steuereinrichtung die Lenkung der Hinterräder so steuert, dass sie für das Rückwärtsfahren am Hang optimiert wird, anstatt fälschlicherweise festzustellen, dass das Fahrzeug steckengeblieben ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Steuereinrichtung eine elektronische Speichervorrichtung, in der Befehle gespeichert sind; und einen elektronischen Prozessor, der elektrisch mit der elektronischen Speichervorrichtung gekoppelt und so konfiguriert ist, dass er auf die elektronische Speichervorrichtung zugreift und die Befehle ausführt.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein System vorgesehen, das die Vorrichtung eines der vorstehenden Absätze und mindestens einen Aktuator zur Steuerung eines Lenkwinkels der Hinterräder des Fahrzeugs als Reaktion auf das Ausgangssignal umfasst.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug vorgesehen, das die Vorrichtung eines der vorhergehenden Absätze oder das System des vorhergehenden Absatzes umfasst.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern der Lenkung der Hinterräder eines Fahrzeugs vorgesehen, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen eines Rückwärtsbewegungszustands eines Fahrzeugs; Bestimmen eines Nickwinkels des Fahrzeugs; Bestimmen eines vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkels in Abhängigkeit von einem angeforderten Lenkwinkel, dem Nickwinkel des Fahrzeugs und dem Rückwärtsbewegungszustand des Fahrzeugs; und Steuern der Hinterradlenkung in Abhängigkeit von dem vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel.
Dies bietet den Vorteil, dass die Hinterräder bei der Rückwärtsbewegung des Fahrzeugs an einer Steigung so gelenkt werden, dass das Fahrzeug leichter auf einer gewünschten Bahn gehalten werden kann. In Fällen, in denen der Hang sehr steil ist, kann das Fahrzeug dadurch leichter auf einem Weg den Hang hinunter gehalten werden, der ein Überrollen des Fahrzeugs verhindert.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren: Bestimmen eines vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkels, der mit einem Vorderradlenkwinkel phasenverschoben ist, in Abhängigkeit davon, dass der Nickwinkel kleiner als ein erster Schwellenwert des Nickwinkel s ist; und Bestimmen eines vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkels, der mit dem Vorderradlenkwinkel nicht phasenverschoben ist, in Abhängigkeit davon, dass der Nickwinkel größer als der erste Schwellenwert des Nickwinkels ist. Dies bietet den Vorteil, dass das Fahrzeug an weniger steilen Hängen leichter manövriert werden kann, aber beim Rückwärtsfahren an steileren Hängen leichter zu steuern ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren: Empfangen eines Signals, das einen ausgewählten Modus anzeigt, der aus mindestens einem ersten Modus und einem zweiten Modus ausgewählt wurde; und wenn der Nickwinkel größer als der erste Schwellenwert des Nickwinkels ist, Bestimmen eines vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkels, der nicht außer Phase mit dem Vorderradlenkwinkel ist, in Abhängigkeit davon, dass der zweite Modus ausgewählt wurde, und Bestimmen eines vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkels, der außer Phase mit dem Vorderradlenkwinkel ist, in Abhängigkeit davon, dass der erste Modus ausgewählt wurde. Dies bietet den Vorteil, dass, wenn sich das Fahrzeug auf einem Gelände wie einer asphaltierten Straße befindet, in dem das Fahrzeug leichter zu steuern ist, das Fahrzeug zwar weiterhin eine erhöhte Manövrierfähigkeit aufweist, aber auf anderem Gelände wie einer Sanddüne oder auf Gras, Kies, Schnee oder Schlamm die Hinterräder gelenkt werden können, um das Rückwärtsfahren an steileren Hängen leichter zu steuern.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren den Empfang des Signals, das einen ausgewählten Modus eines Geländeschätzsystems anzeigt, das so konfiguriert ist, dass es das Signal in Abhängigkeit von den erfassten Eigenschaften des Bodens, auf dem das Fahrzeug fährt, erzeugt. Dies bietet den Vorteil, dass die Lenkung der Hinterräder automatisch in Abhängigkeit von dem Gelände, auf dem das Fahrzeug fährt, verändert wird.
In einigen Ausführungsformen wird der erste Modus in Abhängigkeit von einer Bestimmung ausgewählt, dass die Reibung zwischen den Rädern des Fahrzeugs und dem Boden in Kontakt mit den Rädern über einem ersten Reibungsschwellenwert liegt, und der zweite Modus wird in Abhängigkeit von einer Bestimmung ausgewählt, dass diese Reibung unter dem ersten Reibungsschwellenwert liegt. Dies bietet den Vorteil, dass, wenn sich das Fahrzeug auf einem Gelände wie einer asphaltierten Straße befindet, das ein hohes Maß an Griffigkeit bietet, das Fahrzeug weiterhin mit erhöhter Manövrierfähigkeit versehen werden kann, während auf anderen Geländen, die weniger Griffigkeit bieten, die Hinterräder so gelenkt werden können, dass das Rückwärtsfahren an Hängen leichter zu kontrollieren ist.
In einigen Ausführungsformen wird der zweite Modus in Abhängigkeit von der Bestimmung gewählt, dass der mit den Rädern in Kontakt stehende Boden durch die Räder des Fahrzeugs verformbar ist. Dies hat den Vorteil, dass die Lenkung der Hinterräder so optimiert werden kann, dass das Rückwärtsfahren an Hängen, die aus Material wie Sand bestehen, leichter zu kontrollieren ist.
In einigen Ausführungsformen wird das Signal, das einen ausgewählten Modus anzeigt, in Abhängigkeit von einer Benutzereingabe an einem Benutzereingabegerät erzeugt.
In einigen Ausführungsformen ist der vorgeschlagene Hinterradlenkwinkel das Produkt aus dem Vorderradlenkwinkel und einem Verstärkungswert, und das Verfahren umfasst: Bestimmen eines ersten vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkels mit einem ersten Verstärkungswert in Abhängigkeit davon, dass der Nickwinkel unterhalb eines Schwellennickwinkels liegt; und Bestimmen eines zweiten vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkels mit einem zweiten Verstärkungswert, der kleiner als der erste Verstärkungswert ist, in Abhängigkeit davon, dass der Nickwinkel größer als ein zweiter Schwellen-Nickwinkel ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren die Bestimmung des vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkels auf Null in Abhängigkeit von der Bestimmung, dass der Nickwinkel größer als der zweite Schwellenwert des Nickwinkels ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Bestimmen eines aktuellen Zustands des Fahrzeugs als eine von mehreren vordefinierten Bedingungen und das Bestimmen eines vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkels, der vom aktuellen Zustand abhängt; und die vordefinierten Bedingungen umfassen mindestens eine der folgenden Bedingungen: ein Zustand geringer Traktion; orientiert mit einem Rollwinkel oberhalb eines Schwellenrollwinkels.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogramm vorgesehen, das, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, den Prozessor veranlasst, das Verfahren gemäß einem der vorstehenden Absätze auszuführen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein nicht vorübergehendes computerlesbares Speichermedium vorgesehen, in dem Befehle gespeichert sind, die, wenn sie auf einem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor veranlassen, das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Absätze auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Steuerung der Lenkung der Hinterräder eines Fahrzeugs vorgesehen, wobei die Vorrichtung eine Steuereinrichtung umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie: einen Zustand eines Fahrzeugs in Abhängigkeit von einer Vielzahl von Zustandswerten bestimmt, die einen gegenwärtigen Zustand des Fahrzeugs definieren; einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel in Abhängigkeit von einem angeforderten Lenkwinkel und dem Zustand des Fahrzeugs bestimmt; und die Lenkung der Hinterräder des Fahrzeugs in Abhängigkeit von dem vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel bewirkt.
In einigen Ausführungsformen bestehen die Zustandswerte aus mindestens zwei Werten der Gruppe, die einen Rollwinkel, einen Nickwinkel, eine Längsgeschwindigkeit, eine Längsbeschleunigung, eine Zentripetalbeschleunigung, ein Giergeschwindigkeitsziel, eine Giergeschwindigkeitsmessung, den angeforderten Lenkwinkel und eine Fahrzeugrichtungsanzeige umfassen.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie den Zustand des Fahrzeugs als einen von mehreren vordefinierten Zuständen bestimmt. In einigen Ausführungsformen umfassen die vordefinierten Bedingungen einen Standardzustand und mindestens einen aus der Gruppe bestehend aus: einem rückwärts abwärts gerichteten Zustand, in dem sich das Fahrzeug rückwärts eine Steigung hinunter bewegt; einem Querneigungszustand, in dem das Fahrzeug mit einem Rollwinkel oberhalb eines Schwellenrollwinkels ausgerichtet ist; und einem Zustand geringer Traktion.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Steuern der Lenkung der Hinterräder eines Fahrzeugs vorgesehen, wobei die Vorrichtung eine Steuereinrichtung umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie: aus empfangenen Signalen bestimmt, ob sich das Fahrzeug in einem Zustand geringer Traktion befindet; ein erstes Signal empfängt, das einen Vorderradlenkwinkel anzeigt; einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel in Abhängigkeit von dem ersten Signal und davon bestimmt, ob das Fahrzeug als in einem Zustand geringer Traktion befindlich bestimmt wird; und ein Ausgangssignal liefert, das so konfiguriert ist, dass es ein Lenken der Hinterräder bei dem vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel bewirkt. Dies bietet den Vorteil, dass, wenn das Fahrzeug festsitzt oder aufgrund schlechter Traktion, die durch das Gelände, auf dem das Fahrzeug fährt, nur langsam vorankommt, ein zyklisches Lenken der Vorderräder, das so ausgelegt ist, dass es zusätzliche Bodenhaftung erzeugt, durch das Lenken der Hinterräder emuliert werden kann. Beispielsweise kann ein Fahrer das Lenkrad nach links und rechts hin und her bewegen, während er ein Drehmoment vom Antriebsstrang anfordert, um eine lose Oberflächenschicht unter den Vorderrädern wegzuschrubben, um auf einer härteren Oberfläche darunter eine bessere Traktion zu erzielen. Diese Aktion kann von den Hinterrädern nachgeahmt werden, um zusätzlich eine bessere Traktion zwischen den Hinterrädern und dem Boden zu erzielen.
In einigen Ausführungen ist der vorgeschlagene Hinterradlenkwinkel das Produkt aus dem Vorderradlenkwinkel und einem Verstärkungswert; die Steuereinrichtung ist so konfiguriert, dass sie einen ersten Verstärkungswert in Abhängigkeit davon auswählt, dass sich das Fahrzeug in einem Zustand geringer Traktion befindet, und einen zweiten Verstärkungswert in Abhängigkeit davon auswählt, dass sich das Fahrzeug nicht in einem Zustand geringer Traktion befindet; und der erste Verstärkungswert ist größer als der zweite Verstärkungswert. Dies bietet den Vorteil, dass die Hinterräder beim Versuch, die Traktion zu erhöhen, in Winkeln zum Schwingen gebracht werden können, die denen der Vorderräder ähnlicher sind.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie in Abhängigkeit von einem Satz von Kriterien, die erfüllt werden, feststellt, dass sich das Fahrzeug in einem Zustand geringer Traktion befindet. Dies bietet den Vorteil, dass das Fahrzeug in der Lage ist, automatisch einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel zu bestimmen, der für einen Zustand geringer Traktion geeignet ist. Es ist z.B. nicht erforderlich, dass ein Benutzer eine Eingabe an einem Benutzereingabegerät vornimmt, damit die Hinterräder mit einem größeren zweiten Verstärkungswert gelenkt werden, der zur Erhöhung der Traktion geeignet ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst eines der Kriterien die Bestimmung, dass der Vorderradlenkwinkel mit einer Frequenz oberhalb einer Schwellenfrequenz oszilliert.
In einigen Ausführungsformen umfasst eines der Kriterien die Angabe, dass von einem Antriebsstrang ein Drehmoment angefordert wird.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie ein Signal empfängt, das eine gemessene Gierrate des Fahrzeugs anzeigt, und eine Ziel-Gierrate in Abhängigkeit vom Vorderradlenkwinkel, vom Hinterradlenkwinkel und einer Anzeige der Geschwindigkeit der Räder berechnet; und eines der Kriterien umfasst eine Differenz zwischen der gemessenen Gier des Fahrzeugs und der Ziel-Gierrate, die größer als ein Schwellenwert ist. Dies bietet den Vorteil, dass die Steuereinrichtung in der Lage ist, genau zu bestimmen, ob sich das Fahrzeug in einem Zustand geringer Traktion befindet.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie eine Anzeige eines ausgewählten Modus empfängt, und wenn festgestellt wird, dass sich das Fahrzeug in einem Zustand geringer Traktion befindet, ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie die vorgeschlagenen Lenkwinkel für die Hinterräder in Abhängigkeit vom ausgewählten Modus bestimmt. Dies bietet den Vorteil, dass z.B. eine Hinterradlenkung, die bei der Befreiung eines in Sand oder Schlamm festsitzenden Fahrzeugs hilfreich wäre, nicht verwendet werden muss, wenn sie in einem gegenwärtig gewählten Modus nicht geeignet ist, wie z.B. ein Modus, der auf unebenem felsigen Gelände verwendet wird.
In einigen Ausführungsformen wird der gewählte Modus als Reaktion auf eine Benutzereingabe oder als Reaktion auf Geländesensorsignale gewählt.
In einigen Ausführungsformen wird, wenn festgestellt wird, dass sich das Fahrzeug in einem Zustand geringer Traktion befindet, die Steuereinrichtung so angefordert, dass sie ein Ausgangssignal liefert, das so konfiguriert ist, dass es ein Lenken der Hinterräder bewirkt, das mit dem Lenken der Vorderräder phasenverschoben ist. Dies bietet den Vorteil, dass bei verbesserter Traktion des Fahrzeugs eine zusätzliche Lenkung in den Hinterrädern, die zur Erzielung einer erhöhten Traktion verwendet wird, nur ein schnelleres Einlenken des Fahrzeugs bewirkt, wohingegen bei phasengleicher Lenkung der Hinterräder mit den Vorderrädern bei verbesserter Traktion des Fahrzeugs eine plötzliche Seitwärtsbewegung des Fahrzeugs in Lenkrichtung möglich ist.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie einen aktuellen Zustand des Fahrzeugs als einen von mehreren vordefinierten Zuständen bestimmt und einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel bestimmt, der vom aktuellen Zustand abhängt; und die vordefinierten Zustände umfassen mindestens einen der folgenden Zustände: Ausrichtung mit einem Rollwinkel oberhalb eines Schwellen-Rollwinkels; Rückwärtsbewegung eine Steigung hinunter mit einem Nickwinkel oberhalb eines Schwellen-Nickwinkels. Dies bietet den Vorteil, dass die Lenkung der Hinterräder für den aktuellen Zustand des Fahrzeugs optimiert werden kann.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Steuereinrichtung eine elektronische Speichervorrichtung, in der Befehle gespeichert sind; und einen elektronischen Prozessor, der elektrisch mit der elektronischen Speichervorrichtung gekoppelt und so konfiguriert ist, dass er auf die elektronische Speichervorrichtung zugreift und die Befehle ausführt.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein System zur Steuerung der Lenkung der Hinterräder eines Fahrzeugs vorgesehen, wobei das System die Vorrichtung eines beliebigen der vorstehenden Absätze und mindestens einen Aktuator zur Steuerung eines Lenkwinkels der Hinterräder des Fahrzeugs als Reaktion auf das Ausgangssignal umfasst.
In einigen Ausführungsformen umfasst das System Abtastmittel, die so konfiguriert sind, dass sie die Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs erfassen.
In einigen Ausführungsformen besteht das Erfassungsmittel aus einem Gyroskop.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug vorgesehen, das die Vorrichtung eines beliebigen der vorhergehenden Absätze oder das System eines beliebigen der vorhergehenden Absätze umfasst.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Fahrzeug einen Lenkmechanismus zur Steuerung des Lenkwinkels der Vorderräder des Fahrzeugs mit einer manuell bedienbaren Vorrichtung, die so gestaltet ist, dass eine Einstellung des Lenkmechanismus möglich ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung der Lenkung der Hinterräder eines Fahrzeugs mit Vorderradlenkung und Hinterradlenkung vorgesehen, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen aus empfangenen Signalen, ob sich das Fahrzeug in einem Zustand geringer Traktion befindet; Empfangen eines ersten Signals, das einen Vorderradlenkwinkel anzeigt; Bestimmen eines vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkels in Abhängigkeit von dem ersten Signal und davon, ob das Fahrzeug als in einem Zustand geringer Traktion befindlich bestimmt wird; und Veranlassen des Lenkens der Hinterräder bei dem vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel. Dies bietet den Vorteil, dass bei feststehendem oder nur langsam vorankommendem Fahrzeug aufgrund schlechter Traktion durch das Gelände, auf dem das Fahrzeug fährt, ein zyklisches Lenken der Vorderräder, das zusätzliche Haftung erzeugen soll, durch das Lenken der Hinterräder emuliert werden kann.
In einigen Ausführungsformen ist der vorgeschlagene Hinterradlenkwinkel das Produkt aus dem Vorderradlenkwinkel und einem Verstärkungswert; ein erster Verstärkungswert wird in Abhängigkeit von der Bestimmung ausgewählt, dass sich das Fahrzeug in einem Zustand geringer Traktion befindet; ein zweiter Verstärkungswert wird in Abhängigkeit von der Bestimmung ausgewählt, dass sich das Fahrzeug nicht in einem Zustand geringer Traktion befindet; und der erste Verstärkungswert ist größer als der zweite Verstärkungswert. Dies bietet den Vorteil, dass die Hinterräder beim Versuch, die Traktion zu erhöhen, in Winkeln schwingen, die denen der Vorderräder ähnlicher sind.
In einigen Ausführungsformen wird das Fahrzeug in Abhängigkeit von der Erfüllung einer Reihe von Kriterien in einen Zustand niedriger Traktion versetzt. Dies bietet den Vorteil, dass ein vorgeschlagener Hinterradlenkwinkel, der für einen Zustand geringer Traktion geeignet ist, automatisch bestimmt wird.
In einigen Ausführungsformen umfasst eines der Kriterien die Bestimmung, dass der Vorderradlenkwinkel mit einer Frequenz oberhalb einer Schwellenfrequenz schwingt.
In einigen Ausführungsformen umfasst eines der Kriterien eine Angabe des angeforderten Drehmoments.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren den Empfang eines Signals, das eine gemessene Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs anzeigt, und die Berechnung einer Zielgiergeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Vorderradlenkwinkel, vom Hinterradlenkwinkel und von einer empfangenen Anzeige einer Geschwindigkeit der Räder; und eines der Kriterien umfasst eine Differenz zwischen der gemessenen Gier des Fahrzeugs und der Zielgiergeschwindigkeit, die größer als ein Schwellenwert ist. Dies bietet den Vorteil, dass die Steuereinrichtung in der Lage ist, genau zu bestimmen, ob sich das Fahrzeug in einem Zustand geringer Traktion befindet.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren den Empfang einer Anzeige eines ausgewählten Modus und die Bestimmung der vorgeschlagenen Lenkwinkel für die Hinterräder in Abhängigkeit von dem ausgewählten Modus. Dies bietet den Vorteil, dass z.B. die Hinterradlenkung, die bei der Befreiung eines in Sand oder Schlamm festsitzenden Fahrzeugs hilfreich ist, nicht verwendet werden kann, wenn sie in einem gegenwärtig gewählten Modus nicht geeignet ist, wie z.B. ein Modus, der auf unebenem felsigen Gelände verwendet wird.
In einigen Ausführungsformen wird der ausgewählte Modus als Reaktion auf eine Benutzereingabe oder als Reaktion auf Geländesensorsignale ausgewählt.
In einigen Ausführungsformen besteht das Verfahren, wenn festgestellt wird, dass sich das Fahrzeug in einem Zustand geringer Traktion befindet, darin, das Lenken der Hinterräder phasenverschoben zum Lenken der Vorderräder zu veranlassen. Dies bietet den Vorteil, dass bei verbesserter Traktion des Fahrzeugs eine zusätzliche Lenkung in den Hinterrädern, die zur Erzielung einer erhöhten Traktion verwendet wird, nur ein schnelleres Einschlagen des Fahrzeugs bewirkt, wohingegen bei phasengleicher Lenkung der Hinterräder mit den Vorderrädern das Fahrzeug bei verbesserter Traktion des Fahrzeugs plötzlich in Lenkrichtung nach einer Seite ausweichen könnte.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogramm vorgesehen, das, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, den Prozessor veranlasst, das Verfahren gemäß einem der vorstehenden Absätze durchzuführen.
Nach noch einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein nicht vorübergehendes computerlesbares Speichermedium vorgesehen, in dem Anweisungen gespeichert sind, die, wenn sie auf einem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor veranlassen, das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Absätze auszuführen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Steuern der Lenkung eines Fahrzeugs vorgesehen, wobei die Vorrichtung eine Steuereinrichtung aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie: ein erstes Signal empfängt, das einen angeforderten Lenkwinkel anzeigt; ein zweites Signal empfängt, das einen Rollwinkel des Fahrzeugs anzeigt; einen vorgeschlagenen Lenkwinkel für lenkbare Räder des Fahrzeugs in Abhängigkeit von dem ersten Signal bestimmt; und ein Ausgangssignal liefert, das so konfiguriert ist, dass es das Lenken der lenkbaren Räder bei dem vorgeschlagenen Lenkwinkel bewirkt; wobei die Steuereinrichtung so konfiguriert ist, dass sie in Abhängigkeit von einem Satz von Kriterien, die erfüllt sind, den vorgeschlagenen Lenkwinkel in Abhängigkeit von dem zweiten Signal bestimmt. Dies bietet den Vorteil, dass es für einen Fahrer einfacher ist, einen gewünschten Weg entlang einer Querneigung einzuhalten, z.B. auf einer konstanten Höhe die Querneigung hinauf.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie die vorgeschlagenen Lenkwinkel in Abhängigkeit vom Empfang zweiter Signale, die auf zunehmende Rollwinkel hinweisen, erhöht. Dies bietet den Vorteil, dass die Steuereinrichtung bei einer schwankenden Querneigungsneigung in der Lage ist, die unterschiedliche Wirkung der Querneigung auf das Fahrzeug automatisch auszugleichen, so dass es einfacher ist, eine gewünschte Bahn entlang der Querneigung beizubehalten.
In einigen Ausführungsformen wird das erste Signal von einem Lenkeingangssensor empfangen, der so konfiguriert ist, dass er die vom Benutzer angeforderten Lenkwinkel empfängt.
In einigen Ausführungsformen ist die Vorrichtung so konfiguriert, dass sie die Lenkung der Hinterräder des Fahrzeugs steuert.
In einigen Ausführungsformen ist das erste Signal ein Hinweis auf einen Vorderradlenkwinkel und der vorgeschlagene Lenkwinkel ein Vorschlag für einen Hinterradlenkwinkel.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von den zu erfüllenden Kriterien so konfiguriert, dass sie in Abhängigkeit vom ersten Signal, das einen Vorderradlenkwinkel von Null anzeigt, einen von Null verschiedenen Hinterradlenkwinkel bestimmt. Dies bietet den Vorteil, dass der Fahrer in der Lage ist, einen geraden Weg entlang einer Querneigung beizubehalten, ohne dass das Lenkrad gedreht wird.
In einigen Ausführungsformen ist der Hinterradlenkwinkel ungleich Null so angeordnet, dass das Fahrzeugheck in Abhängigkeit von einem positiven Rollwinkel nach rechts gelenkt wird, was einer Anhebung der linken Fahrzeugseite gegenüber der rechten Fahrzeugseite entspricht, und der Hinterradlenkwinkel ungleich Null ist so angeordnet, dass das Fahrzeugheck in Abhängigkeit von einem negativen Rollwinkel nach links gelenkt wird. Dies bietet den Vorteil, dass die Hinterräder das Fahrzeugheck die Querneigung hinunter lenken, so dass das Fahrzeug leicht die Querneigung hinaufgewinkelt wird und das Fahrzeug auf einem Weg entlang der Querneigung vorankommt.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von den zu erfüllenden Kriterien so konfiguriert, dass sie die vorgeschlagenen Lenkwinkel für die hinteren lenkbaren Räder in Abhängigkeit vom Empfang erster Signale verringert, die zunehmende Vorderradlenkwinkel anzeigen, die unterhalb eines Schwellenwinkels liegen. Dies hat den Vorteil, dass die Hinterradlenkung sanft in einen Standardmodus übergehen kann, so dass der Fahrer den Kurs des Fahrzeugs, z.B. abseits der Querneigung, sanft ändern kann.
In einigen Ausführungsformen wird die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von den zu erfüllenden Kriterien so konfiguriert, dass sie die vorgeschlagenen Lenkwinkel für die lenkbaren Hinterräder in Abhängigkeit vom Empfang erster Signale erhöht, die zunehmende Vorderradlenkwinkel anzeigen, die über dem Schwellenwinkel liegen. Dies bietet den Vorteil, dass die Steuerung der Lenkung in einen agileren Modus übergeht, wenn die Lenkwinkel oberhalb des Schwellenwinkels liegen.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung in Abhängigkeit davon, dass eines der Kriterien nicht erfüllt ist, so konfiguriert, dass sie einen Hinterradlenkwinkel von Null bestimmt, wenn das erste Signal einen Vorderradlenkwinkel von Null anzeigt. Dies hat den Vorteil, dass die Hinterradlenkung in konventioneller Weise arbeiten kann, wenn nicht alle Kriterien erfüllt sind, was anzeigt, dass das Fahrzeug eine Querneigung überfährt.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung in Abhängigkeit davon, dass eines der Kriterien nicht erfüllt ist, so konfiguriert, dass sie die vorgeschlagenen Lenkwinkel für die lenkbaren Hinterräder erhöht, wenn die ersten empfangenen Signale zunehmende Vorderradlenkwinkel anzeigen, die über oder unter dem Schwellenwinkel liegen.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie ein Modussignal empfängt, und, wenn die Kriterien erfüllt sind, ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie die vorgeschlagenen Lenkwinkel für die hinteren lenkbaren Räder in Abhängigkeit von dem Modussignal bestimmt. Dies bietet den Vorteil, dass die Hinterradlenkung in einer Weise gesteuert werden kann, von der erwartet wird, dass sie die Auswirkung der Querneigung auf das Fahrzeug am besten kompensiert. Wenn das Fahrzeug beispielsweise an einer Querneigung entlang gefahren wird und die Vorderräder um null Grad gelenkt werden, können die Hinterräder in einem Modus, der für das Fahren auf Sand verwendet wird, in einem Modus, der für das Fahren auf hartem Boden verwendet wird, in einem relativ großen Winkel oder in einem Modus, der für das Fahren auf hartem Boden verwendet wird, in einem relativ kleinen Winkel oder in einem Winkel von null Grad gelenkt werden.
In einigen Ausführungsformen wird das Modussignal als Reaktion auf eine Benutzereingabe oder als Reaktion auf Geländesensorsignale erzeugt.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie einen vorgeschlagenen Lenkwinkel für die lenkbaren Hinterräder bestimmt, der das Produkt aus dem Vorderradlenkwinkel und einem Verstärkungswert ist; der Verstärkungswert hängt davon ab, ob alle Kriterien erfüllt sind; und die Steuereinrichtung ist so konfiguriert, dass sie einen allmählichen Übergang zwischen einem ersten Verstärkungswert und einem zweiten Verstärkungswert in Abhängigkeit von einem Wechsel von einem Kriterium, das nicht erfüllt ist, zu allen Kriterien, die erfüllt sind, bewirkt. Dies bietet den Vorteil, dass sich die Lenkung automatisch anpasst, wenn das Fahrzeug sanft auf eine Querneigung auffährt, so dass der Benutzer leicht die Kontrolle über die Richtung des Fahrzeugs behalten kann.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Kriteriensatz, dass das zweite Signal einen Rollwinkel anzeigt, der größer als ein Schwellenwinkel ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Kriteriensatz, dass der Rollwinkel für eine definierte Zeitdauer kontinuierlich über dem Schwellenwinkel liegt. Dies bietet den Vorteil, dass die Lenkung schnell schwankt, wenn das Fahrzeug an einer Querneigung mit Winkeln entlangfährt, die von oberhalb nach unterhalb des Schwellenwinkels schwanken.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie: ein Geschwindigkeitssignal empfängt, das die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs anzeigt; und der Satz von Kriterien umfasst, dass das Geschwindigkeitssignal eine aktuelle Geschwindigkeit unterhalb einer Schwellwertgeschwindigkeit anzeigt.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, um einen gegenwärtigen Zustand des Fahrzeugs als einen von mehreren vordefinierten Zuständen zu bestimmen und einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel zu bestimmen, der vom gegenwärtigen Zustand abhängt; und die vordefinierten Zustände umfassen mindestens einen der folgenden Zustände: einen Zustand geringer Traktion; Rückwärtsfahren auf einer Steigung mit einem Nickwinkel oberhalb eines Schwellen-Nickwinkels. Dies bietet den Vorteil, dass die Lenkung der Hinterräder für den aktuellen Zustand des Fahrzeugs optimiert werden kann.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Steuereinrichtung eine elektronische Speichervorrichtung, in der Befehle gespeichert sind; und einen elektronischen Prozessor, der elektrisch mit der elektronischen Speichervorrichtung gekoppelt und so konfiguriert ist, dass er auf die elektronische Speichervorrichtung zugreift und die Befehle ausführt.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein System zur Steuerung der Lenkung eines Fahrzeugs vorgesehen, wobei das System die Vorrichtung eines beliebigen der vorstehenden Absätze und mindestens ein Aktuator zur Steuerung eines Lenkwinkels der Räder des Fahrzeugs als Reaktion auf das Ausgangssignal umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug vorgesehen, das die Vorrichtung eines der vorhergehenden Absätze oder das System des vorhergehenden Absatzes umfasst.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern der Lenkung eines Fahrzeugs vorgesehen, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen eines vorgeschlagenen Lenkwinkels für lenkbare Räder des Fahrzeugs in Abhängigkeit von einem angeforderten Lenkwinkel; und Bereitstellen eines Ausgangssignals, das so konfiguriert ist, dass es ein Lenken der lenkbaren Räder bei dem vorgeschlagenen Lenkwinkel bewirkt; wobei in Abhängigkeit von einem Satz von Kriterien, die erfüllt sind, der vorgeschlagene Lenkwinkel in Abhängigkeit von einem Rollwinkel des Fahrzeugs bestimmt wird. Dies bietet den Vorteil, dass es für einen Fahrer einfacher ist, einen gewünschten Weg entlang einer Querneigung einzuhalten, zum Beispiel auf einer konstanten Höhe die Querneigung hinauf.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren die Erhöhung vorgeschlagener Lenkwinkel in Abhängigkeit vom Empfang zweiter Signale, die auf zunehmende Rollwinkel hinweisen. Dies hat den Vorteil, dass bei variierender Querneigungsneigung die unterschiedliche Wirkung der Querneigung auf das Fahrzeug kompensiert wird, so dass es einfacher ist, eine gewünschte Bahn entlang der Querneigung beizubehalten.
In einigen Ausführungsformen ist das Ausgangssignal so konfiguriert, dass es die Lenkung der Hinterräder des Fahrzeugs steuert.
In einigen Ausführungsformen ist das erste Signal ein Hinweis auf einen Vorderradlenkwinkel und der vorgeschlagene Lenkwinkel ein Vorschlag für einen Hinterradlenkwinkel.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren in Abhängigkeit von den zu erfüllenden Kriterien die Bestimmung eines von Null verschiedenen Hinterradlenkwinkels in Abhängigkeit von dem ersten Signal, das einen Vorderradlenkwinkel von Null anzeigt, und die Verringerung vorgeschlagener Lenkwinkel für die lenkbaren Hinterräder in Abhängigkeit vom Empfang erster Signale, die zunehmende Vorderradlenkwinkel anzeigen, die unterhalb eines Schwellenwinkels liegen. Dies bietet den Vorteil, dass der Fahrer in der Lage ist, einen geraden Weg entlang einer Querneigung beizubehalten, ohne dass das Lenkrad gedreht werden muss, und in einen Standardmodus überzugehen, damit der Fahrer den Kurs des Fahrzeugs, z.B. außerhalb der Querneigung, problemlos ändern kann.
In einigen Ausführungsformen ist eines der Kriterien, dass das zweite Signal einen Rollwinkel anzeigt, der größer als ein Schwellenwinkel ist.
In einigen Ausführungsformen besteht eines der Kriterien darin, dass der Rollwinkel über einen bestimmten Zeitraum kontinuierlich über dem Schwellenwinkel lag. Dies hat den Vorteil, dass die Lenkung schnell schwankt, wenn das Fahrzeug an einer Querneigung mit Winkeln fährt, die von oberhalb bis unterhalb des Schwellenwinkels schwanken.
In einigen Ausführungsformen ist eines der Kriterien, dass die aktuelle Geschwindigkeit unterhalb einer Schwellengeschwindigkeit liegt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogramm vorgesehen, das, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, den Prozessor veranlasst, das Verfahren nach einem der vorstehenden Absätze durchzuführen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein nicht vorübergehendes computerlesbares Speichermedium vorgesehen, in dem Anweisungen gespeichert sind, die, wenn sie auf einem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor veranlassen, das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Absätze auszuführen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Steuersystem für ein Lenksystem eines Fahrzeugs vorgesehen, wobei das Steuersystem einen oder mehrere Regler umfasst, wobei das Steuersystem so konfiguriert ist, dass es einen Verzögerungszeitwert mit einem Zielzeitwert vergleicht, wobei der Verzögerungszeitwert eine vorhergesagte Dauer anzeigt, bis die Fahrzeuggeschwindigkeit Null erreicht, und ein Steuersignal ausgibt, um einen Lenkwinkel eines gelenkten Rades in Abhängigkeit von dem Vergleich zu steuern, so dass das gelenkte Rad so gesteuert wird, dass es sich in Richtung auf einen Geradeauszustand dreht, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Null erreicht.
Dies bietet den Vorteil, dass die Räder nicht „trocken gelenkt“ werden, und den weiteren Vorteil, dass der Lenkwinkel nicht übermäßig eingeschränkt wird, so dass die Manövrierfähigkeit verbessert wird. Dies ist besonders vorteilhaft bei Steuersystemen, bei denen die Lenkung eine Hinterradlenkung ist, da die Komponenten und Aktuatorer geringere mechanische und elektrische Kapazitäten aufweisen können als bei einer Vorderradlenkung.
In einigen Ausführungsformen ist das Steuersystem so konfiguriert, dass es das Steuersignal in Abhängigkeit davon ausgibt, dass der Wert der Verzögerungszeit gleich oder kleiner als der Zielzeitwert ist, oder mit anderen Worten, in Abhängigkeit davon, dass der Zielzeitwert gleich oder größer als der Wert der Verzögerungszeit ist
In einer Ausführungsform der Erfindung kann der Zielzeitwert ein vorbestimmter Zeitwert sein, der in einem Speicher des einen oder mehrerer Regler gespeichert ist.
In einer alternativen Ausführungsform zur vorhergehenden Ausführungsform umfasst der Zielzeitwert einen Aktuatorzeitwert, wobei der Aktuatorzeitwert eine Zeitdauer angibt, die ein gelenktes Rad des Fahrzeugs benötigt, um in den Geradeaus-Zustand zurückzukehren. Vorzugsweise wird der Aktuatorzeitwert in Abhängigkeit von einer aktuellen Aktuatorverschiebung und einer Aktuatorrate bestimmt.
Die Aktuatorrate kann ein vorbestimmter Wert sein, der in einem Speicher des einen oder mehrerer Regler gespeichert ist, alternativ kann die Aktuatorrate in Abhängigkeit von mindestens einem von einem Oberflächenreibungswert und einem Fahrzeugmassenwert bestimmt werden.
Der Zielzeitwert kann ferner einen abstimmbaren Zeitwert umfassen, der vorzugsweise zumindest teilweise in Abhängigkeit von einer geschätzten Latenzzeit innerhalb des Regelsystems bestimmt wird.
Der abstimmbare Zeitwert kann ferner zumindest teilweise dynamisch bestimmt werden, und zwar in Abhängigkeit von mindestens einer der folgenden Größen: aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit, aktuelle Fahrzeugbeschleunigung, Oberflächenreibungswert und Fahrzeugmassenwert.
Der abstimmbare Zeitwert kann ein vorbestimmter Zeitwert sein, der in einem Speicher des einen oder mehrerer Regler gespeichert ist.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Geradeaus-Zustand im Bereich von -3,5 bis 3,5 Grad von der Parallele zu einer Längsachse des Fahrzeugs liegen.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann das Steuersystem so konfiguriert sein, dass es ein Geschwindigkeitssignal, das eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit anzeigt, ein Beschleunigungssignal einer aktuellen Fahrzeugbeschleunigung empfängt und den Wert der Verzögerungszeit in Abhängigkeit von dem empfangenen Geschwindigkeitssignal und dem Beschleunigungssignal bestimmt.
Alternativ kann das Steuersystem so konfiguriert werden, dass es eine Vielzahl von Geschwindigkeitssignalen empfängt, die die Fahrzeuggeschwindigkeiten über eine Zeitperiode anzeigen, und den Verzögerungszeitwert in Abhängigkeit von der empfangenen Vielzahl von Geschwindigkeitssignalen bestimmt.
In einigen Ausführungsformen übersteuert das Steuersignal ein Steuersignal für den normalen Gebrauch.
In einigen Ausführungsformen ist das Steuersystem so konfiguriert, dass es ein Antriebsmodus-Signal empfängt, das einen Antriebsmodus eines Fahrzeugs anzeigt, und nicht das Steuersignal in Abhängigkeit von dem Antriebsmodus-Signal ausgibt. Der Fahrmodus kann ein Rock-Crawl-Modus sein.
Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Lenksystem vorgesehen, das das Steuersystem des vorhergehenden Aspekts umfasst
In einigen Ausführungsformen besteht das Lenksystem aus einem Lenkaktuator.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeug vorgesehen, das die Steuerung oder das Lenksystem der vorhergehenden Aspekte umfasst. Vorzugsweise ist das Fahrzeug ein Fahrzeug mit Hinterradlenkung oder Allradlenkung.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern eines Lenksystems eines Fahrzeugs vorgesehen, wobei das Verfahren umfasst: Vergleichen eines Verzögerungszeitwerts mit einem Zielzeitwert, wobei der Verzögerungszeitwert eine vorhergesagte Dauer anzeigt, bis die Fahrzeuggeschwindigkeit Null erreicht, und Steuern eines Lenkwinkels des gelenkten Rades in Abhängigkeit von dem Vergleich, so dass das gelenkte Rad in den Geradeaus-Zustand zurückgebracht wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Null erreicht.
Im Rahmen dieser Anwendung ist ausdrücklich vorgesehen, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorstehenden Absätzen, in den Ansprüchen und/oder in der folgenden Beschreibung und in den Zeichnungen dargestellt sind, und insbesondere deren einzelne Merkmale unabhängig oder in beliebiger Kombination genommen werden können. Das heißt, dass alle Ausführungsformen und/oder Merkmale jeder Ausführungsform auf beliebige Weise und/oder in beliebiger Kombination kombiniert werden können, es sei denn, diese Merkmale sind unvereinbar. Der Anmelder behält sich das Recht vor, einen ursprünglich eingereichten Anspruch zu ändern oder einen neuen Anspruch entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, einen ursprünglich eingereichten Anspruch dahingehend zu ändern, dass er von einem Merkmal eines anderen Anspruchs abhängt und/oder ein Merkmal eines anderen Anspruchs einbezieht, obwohl dieser ursprünglich nicht in dieser Weise beansprucht wurde.
Figurenliste
Eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden nun nur beispielhaft anhand der zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 zeigt eine Draufsicht auf ein Fahrzeug, das die vorliegende Erfindung darstellt;
2 zeigt die Draufsicht auf ein weiteres Fahrzeug, das die vorliegende Erfindung darstellt;
3 zeigt ein Blockdiagramm, das ein System zur Lenkung der Fahrzeuge der 1 und 2 zeigt;
4 zeigt ein Blockdiagramm, das die Funktionen der in 3 dargestellten Steuereinrichtung veranschaulicht;
5 zeigt eine Draufsicht auf ein Fahrzeug, das mit relativ hoher Geschwindigkeit fährt;
6 zeigt eine Draufsicht auf ein Fahrzeug, das mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit fährt;
7 zeigt ein Diagramm, das die Funktion der Lenkwinkelbestimmungseinrichtung als Reaktion auf die Bestimmung zeigt, dass sich das Fahrzeug im BEREITSCHAFTSZUSTAND befindet;
8 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren darstellt, das die vorliegende Erfindung darstellt und mit Hilfe der Steuereinrichtung durchführbar ist, um die Lenkung der Hinterräder des Fahrzeugs zu steuern;
9 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens, das ein spezifisches Beispiel für das in 8 dargestellte Verfahren darstellt;
10 zeigt eine Draufsicht auf das Fahrzeug, das mit relativ geringer Geschwindigkeit rückwärts über eine schräge Bodenfläche fährt;
11 zeigt ein Diagramm, das die Funktionsweise der Mittel zur Bestimmung des Lenkwinkels als Reaktion auf die Bestimmung zeigt, dass sich das Fahrzeug im Zustand „RÜCKWÄRTS ABWÄRTS“ befindet;
12 zeigt ein Flußdiagramm, das ein Verfahren veranschaulicht, das die vorliegende Erfindung darstellt und durch die Steuereinrichtung durchführbar ist, um die Lenkung der Hinterräder des Fahrzeugs beim Rückwärtsfahren eine Steigung hinunter zu steuern;
13 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren veranschaulicht, das ein Beispiel für das in 12 dargestellte Verfahren darstellt;
14 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren veranschaulicht, das ein alternatives Beispiel für das in 12 dargestellte Verfahren darstellt;
15 zeigt eine Draufsicht auf das Fahrzeug, das sich mit einer relativ geringen Geschwindigkeit vorwärts bewegt;
16 und 17 zeigen Draufsichten des Fahrzeugs während einer Prozedur zur Befreiung des Fahrzeugs, wenn das Fahrzeug festgefahren ist oder aufgrund geringer Traktion nur sehr langsam vorwärts fährt;
18 zeigt ein Diagramm, das den Betrieb der Lenkwinkelbestimmungseinrichtung und der Zustandserfassungseinrichtung zeigt, wenn festgestellt wird, dass sich das Fahrzeug in einem Zustand NIEDRIGER TRAKTION befindet;
19 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren veranschaulicht, das die vorliegende Erfindung darstellt und von den Steuereinrichtungen ausgeführt werden kann, um die Lenkung der Hinterräder des Fahrzeugs zu steuern, wenn es sich in einem Zustand NIEDRIGER TRAKTION befindet;
21 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren veranschaulicht, das ein Beispiel für das in 20 dargestellte Verfahren darstellt;
22 zeigt eine Draufsicht auf das Fahren in Vorwärtsrichtung im STANDARD-Zustand;
23 zeigt eine Draufsicht auf das vorwärtsfahrende Fahrzeug im QUERNEIGUNG-Zustand;
24 zeigt ein Diagramm, das den Betrieb der Lenkwinkelbestimmungseinrichtung und der Zustandserfassungseinrichtung zeigt, wenn sie feststellt, dass sich das Fahrzeug in seinem QUERNEIGUNG-Zustand befindet;
25 zeigt ein Beispiel für die Funktionsweise der Lenkwinkelbestimmungseinrichtung für ein solches Fahrzeug mit Steer-by-Wire-Vorderrädern;
26 zeigt ein Flussdiagramm, das ein die vorliegende Erfindung verkörperndes und durch die Steuereinrichtung durchführbares Verfahren zur Steuerung der Lenkung der Hinterräder des Fahrzeugs in seinem QUERNEIGUNG-Zustand zeigt;
27 zeigt ein Flussdiagramm, das die mit dem Verfahren nach 26 durchgeführten Prozesse veranschaulicht;
28 zeigt ein Flussdiagramm, das andere Prozesse veranschaulicht, die in dem Verfahren von 26 durchgeführt werden; und
29 zeigt ein Flussdiagramm, das die Vorgänge innerhalb eines in 28 dargestellten Prozesses veranschaulicht.
30a zeigt ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem zeigt, das die Lenkung der Fahrzeuge aus 1 und 2 ermöglicht;
30b zeigt ein Blockdiagramm, das ein Regelsystem zeigt, das die Lenkung der Fahrzeuge der 1 und 2 ermöglicht;
30c zeigt ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem zeigt, das die Lenkung der Fahrzeuge der 1 und 2 ermöglicht;
31a zeigt ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem zeigt, das die Lenkung der Fahrzeuge der 1 und 2 ermöglicht;
31b zeigt ein Blockdiagramm, das ein Regelsystem zeigt, das die Lenkung der Fahrzeuge der 1 und 2 ermöglicht;
31c zeigt ein Blockdiagramm, das ein Regelsystem zeigt, das die Lenkung der Fahrzeuge der 1 und 2 ermöglicht;
31d zeigt ein Blockdiagramm, das ein Regelsystem zeigt, das die Lenkung der Fahrzeuge der 1 und 2 ermöglicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ein Fahrzeug 100, das die vorliegende Erfindung darstellt, ist in einer Draufsicht in 1 dargestellt. Das Fahrzeug 100 ist ein Auto, das sowohl für den Einsatz auf Straßen als auch im Gelände auf verschiedenen Geländetypen konfiguriert ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Fahrzeug 100 ein Fahrzeug mit Allradantrieb, aber es wird geschätzt, dass viele der nachfolgend beschriebenen Merkmale des Fahrzeugs 100 auch auf Fahrzeuge mit Hinterradantrieb anwendbar sind.
1 zeigt auch, etwas schematisch, ein System 101, das so konfiguriert ist, dass das Fahrzeug 100 gelenkt werden kann. Das System 101 umfasst einen Aktuator 102, der so konfiguriert ist, dass er das Lenken der hinteren Laufräder 103 des Fahrzeugs 100 bewirkt, und umfasst auch eine Vorrichtung 104, die eine Steuereinrichtung 105 zur Steuerung des Betriebs des Aktuators 102 umfasst.
In der vorliegenden Ausführungsform werden die vorderen Laufräder 106 des Fahrzeugs 100 mittels eines Mechanismus 107 gelenkt, der ein Lenkrad 108 umfasst, das über eine Lenksäule 110 mit einem Ritzel 109 verbunden ist. Das Ritzel 109 greift in eine Zahnstange 111 ein, die über Spurstangen 113 mit den Achsschenkeln 112 verbunden ist.
Die Hinterräder 103 sind durch einen Mechanismus 114 lenkbar, der durch den Aktuator 102 betätigt wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Aktuator 102 so konfiguriert, dass er ein zweites Ritzel 115 antreibt, das mit einer zweiten Zahnstange 116 verbunden ist, die über Spurstangen 118 Kräfte auf die Achsschenkel 117 der Hinterräder 103 ausübt.
Ein Lenkeingangssensor 119 ist so konfiguriert, dass er die Ausrichtung des Lenkrads 108 erfasst und Signale an die Steuereinrichtung 105 liefert, die die Ausrichtung des Lenkrads 108 und damit auch die Ausrichtung der vorderen Laufräder 106 anzeigen. Die Steuereinrichtung 105 ist so konfiguriert, dass sie Ausgangssignale an den Aktuator 102 liefert, um das Lenken der Hinterräder 103 in Abhängigkeit von den vom Lenkeingangssensor 119 empfangenen Signalen zu bewirken. Die dem Aktuator 102 zur Verfügung gestellten Ausgangssignale sind jedoch auch von anderen Signalen abhängig, die von der Steuereinrichtung 105 empfangen werden, wie im folgenden im einzelnen beschrieben wird.
Ein alternatives Fahrzeug 100, das die vorliegende Erfindung darstellt, ist in 2 dargestellt, in dem ein System 101 die „Steer-by-wire“-Lenkung aller Räder 103, 106 des Fahrzeugs 100 ermöglicht. Das Fahrzeug 100 in 2 hat viele Gemeinsamkeiten mit dem Fahrzeug 100 in 1, die mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. So besteht das Fahrzeug 100 in 2 wie das Fahrzeug 100 in 1 aus einem System 101 mit Ritzel 109 und einer Zahnstange 112, die so konfiguriert ist, dass sie die Achsschenkel 112 über Spurstangen 113 betätigt, um die Vorderräder 106 zu lenken. Ein erster Aktuator 102 ist so konfiguriert, dass er ein zweites Ritzel 115 antreibt, das mit einer zweiten Zahnstange 116 verbunden ist, die über Spurstangen 118 Kräfte auf die Achsschenkel 117 der Hinterräder 103 ausübt.
In der Ausführungsform von 2 wird jedoch das Ritzel 109 zum Antrieb der Vorderräder 106 von einem zweiten Aktuator 202 angetrieben. Das Lenkrad 108 ist auf einer drehbaren Welle 201 montiert, ist aber nicht mechanisch mit dem Ritzel 109 verbunden. Stattdessen liefert die Steuereinrichtung 105 nicht nur Signale an den Aktuator 102, um das Lenken der Hinterräder 103 zu veranlassen, sondern sie ist auch so konfiguriert, dass sie Signale an den zweiten Aktuator 202 liefert, um das Lenken der Vorderräder 106 in Abhängigkeit von Signalen zu veranlassen, die sie von dem Lenkeingangssensor 119 empfängt, der sich auf der Welle 201 des Lenkrads 108 befindet.
In einer alternativen Ausführungsform hat das Fahrzeug 100 Vorderräder, die wie in 2 steer-by-wire gelenkt werden, aber die Hinterräder 103 sind nicht lenkbar.
Das System 101 von 1 und das von 2 wird durch das in 3 dargestellte Blockdiagramm veranschaulicht. Die Steuereinrichtung 105 besteht aus einem elektronischen Prozessor 301 und einer elektronischen Speichereinrichtung 302, der die vom Prozessor 301 ausführbaren Befehle 303 speichert, um den Prozessor 301 zu veranlassen, das unten beschriebene Verfahren auszuführen, und Signale an den ersten Lenkaktuator 102 ausgibt, um das Lenken der Hinterräder 103 zu veranlassen. Im Falle des Fahrzeugs 100 von 2 liefert der Prozessor 301 auch Signale an den zweiten Lenkaktuator 202, um die Vorderräder 106 zu lenken. Obwohl in 3 nur ein Prozessor und eine Speichereinrichtung dargestellt sind, wird davon ausgegangen, dass die Steuereinrichtung 105 mehrere Prozessoren 301 und/oder mehrere elektronische Speichereinrichtungen 302 umfassen kann, so dass die Verarbeitung, wie unten beschrieben, auf mehrere Prozessoren verteilt werden kann.
Die Steuereinrichtung 105 empfängt nicht nur Signale vom Lenkeingangssensor 119, sondern auch Signale von der Radgeschwindigkeitserfassungseinrichtung 304, die eine Drehgeschwindigkeit jedes Laufrades 103, 106 anzeigen. Die Radgeschwindigkeitserfassungseinrichtung 304 kann Radgeschwindigkeitssensoren umfassen, von denen jeder so angeordnet ist, dass er die Drehgeschwindigkeit jeweils eines der Räder 103, 106 misst und einen Wert für die Drehgeschwindigkeit direkt an die Steuereinrichtung 105 liefert. Alternativ können die Raddrehzahlsensoren einen Teil eines anderen Systems bilden, wie z.B. eines Antiblockier-Bremssystems (nicht dargestellt), das eine Steuereinheit umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie die Signale von den Raddrehzahlsensoren empfängt und Raddrehzahlwerte an die Steuereinrichtung 105 liefert.
Die Steuereinrichtung 105 empfängt auch Signale von einer Trägheitsmesseinheit (IMU) 305, die in der vorliegenden Ausführung eine IMU mit sechs Freiheitsgraden umfasst. Die IMU 305 umfasst Beschleunigungsmesser, die so konfiguriert sind, dass sie die Längsbeschleunigung (ax), die Querbeschleunigung (ay) und die Vertikalbeschleunigung (az) des Fahrzeugs 100 messen, sowie Gyroskope, die so konfiguriert sind, dass sie eine Rollrate (ωx), eine Nickrate (wy) und eine Gierrate (ωz) des Fahrzeugs 100 messen. Die IMU 305 ist so konfiguriert, dass sie der Steuereinrichtung 105 Angaben über die gemessenen Beschleunigungen (ax, ay, az) und Winkelgeschwindigkeiten (ωx, ωy, ωz) liefert.
In der vorliegenden Ausführung umfasst das Fahrzeug 100 mehrere elektronische Steuereinheiten zur Steuerung von Teilsystemen des Fahrzeugs 100. Zum Beispiel umfasst das Fahrzeug 100: eine Motorsteuereinheit (ECU) 307 zur Steuerung des Betriebs eines Motors (nicht abgebildet) des Fahrzeugs 100; eine Getriebesteuereinheit (TCU) 308 zur Steuerung der Gangwahl; und eine Aufhängungssteuereinheit (SCU) 309 zur Steuerung der Eigenschaften eines Aufhängungsteilsystems (nicht abgebildet). Jedes der Teilsysteme ist in der Lage, in mehreren verschiedenen Modi zu arbeiten, und das Fahrzeug 100 umfasst ein Fahrzeugsteuersystem 310, das so konfiguriert ist, dass es den Modus steuert, in dem die Teilsysteme arbeiten. Zum Beispiel kann das Motorsteuergerät 307 durch das Fahrzeugsteuersystem 310 so gesteuert werden, dass es unter Verwendung eines aus mehreren verschiedenen Kennfeldern ausgewählten Gaspedalkennfelds arbeitet; das Getriebesteuergerät 308 kann so gesteuert werden, dass es unter Verwendung eines aus mehreren verschiedenen Kennfeldern ausgewählten Getriebekennfelds arbeitet; und das Aufhängungssteuergerät 309 kann so gesteuert werden, dass es unter Verwendung eines Satzes von Stabilitätsregeleinstellungen arbeitet, die aus mehreren verschiedenen Sätzen ausgewählt werden.
Je nach dem Fahrstil des Benutzers oder der Art des Geländes, auf dem das Fahrzeug 100 fährt, kann ein bestimmtes Kennfeld für das Gaspedal geeigneter sein als andere, und ebenso können ein bestimmtes Kennfeld für das Getriebe und ein bestimmter Satz von Stabilitätsregeleinstellungen am besten geeignet sein. Damit ein Benutzer die geeignetsten Einstellungen für einen gewählten Fahrstil oder ein bestimmtes Gelände auswählen kann, enthält das Fahrzeug 100 auch ein Benutzereingabegerät (UID) 311, das so konfiguriert ist, dass ein Benutzer dem Fahrzeugsteuersystem 310 einen gewählten Fahrmodus anzeigen kann. Beispielsweise kann der Benutzer beim Fahren auf asphaltierten Straßen einen Standardmodus (oder Normalmodus) wählen, und das Fahrzeugsteuerungssystem 310 steuert die ECU 307, die TCU 308 und die SCU 309 so, dass sie in einem für die asphaltierte Straßenoberfläche geeigneten Modus arbeiten. Alternativ kann der Benutzer einen anderen Modus wählen, wie z.B. einen Gras-, Kies- und Schneemodus für das Fahren über ein Gelände, das einen niedrigen Reibungskoeffizienten bietet, oder einen Sandmodus für das Fahren auf einer verformbaren Oberfläche wie Sand, der einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten bietet, oder einen Felskriechmodus für das Fahren auf rauen Oberflächen mit hoher Reibung. Als Reaktion auf eine solche Benutzeranzeige steuert das Fahrzeugsteuerungssystem 310 die ECU 307, die TCU 308 und die SCU 309 so, dass sie in einem Modus arbeiten, der für den angegebenen Geländetyp geeignet ist. Der durch die Verwendung des Benutzereingabegeräts 311 gewählte Modus wird auch der Steuereinrichtung 105 zur Verfügung gestellt und kann zur Bestimmung von Signalen verwendet werden, die dem ersten Lenkaktuator 102 und/oder dem zweiten Lenkaktuator 202 zugeführt werden.
Die Benutzereingabeeinrichtung 311 kann aus einem oder mehreren Schaltern, einem Berührungsbildschirm oder einer anderen elektrischen oder elektronischen Einrichtung bestehen, die geeignet ist, dem Benutzer die Möglichkeit zu geben, einen Modus anzugeben, den er wählen möchte.
Das Fahrzeugsteuerungssystem 310 kann ein Geländeschätzungssystem (TES) 306 umfassen. Ein solches System ist bekannt und beschrieben in dem britischen Patent GB 249 26 55 B des Anmelders und der US-Patentanmeldung, die als US 2014 350 789 A1 veröffentlicht wurde. Das Geländeschätzsystem 310 ist so konfiguriert, dass es auf der Grundlage von Messungen, die für das Gelände, auf dem das Fahrzeug 100 fährt, kennzeichnend sind, einen Fahrmodus auswählt, der für die Teilsysteme 307, 308, 309 der geeignetste Modus ist, damit das Fahrzeugsteuerungssystem 310 die Teilsysteme 307, 308, 309 automatisch so steuern kann, dass sie im ausgewählten Modus arbeiten.
Das TES 306 empfängt Signale von der Geländeerfassungseinrichtung 312, die verschiedene Sensoren und Vorrichtungen zur Bereitstellung von Informationen über die Art des Geländes, auf dem sich das Fahrzeug 100 bewegt, umfasst. Das Geländesensormittel 312 kann die oben erwähnte IMU 305, das Radgeschwindigkeitssensormittel 304, den Lenkeingangssensor 119 sowie andere Sensoren (nicht abgebildet), wie z.B. einen Umgebungstemperatursensor, einen Luftdrucksensor, einen Motordrehmomentsensor, einen Bremspedalstellungssensor, einen Beschleunigungspedalstellungssensor, Fahrhöhensensoren usw. umfassen. Verschiedene Ausgangssignale der Geländesensormittel 312 werden vom Geländeschätzungssystem 310 verwendet, um eine Reihe von Geländeindikatoren abzuleiten. Zum Beispiel wird eine Fahrzeuggeschwindigkeit von den Radgeschwindigkeitssensoren abgeleitet, die Radbeschleunigung wird von den Radgeschwindigkeitssensoren abgeleitet, die Längskraft auf die Räder wird von der IMU 305 abgeleitet, und das Drehmoment, bei dem ein Radschlupf auftritt (falls ein Radschlupf auftritt), wird von den Bewegungssensoren der IMU 305 abgeleitet, um Gieren, Nicken und Rollen zu erkennen. Die Geländeindikatoren werden dann verarbeitet, um eine Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, dass jeder der verschiedenen Fahrmodi geeignet ist, und so zu bestimmen, welcher der Modi für den Betrieb der Teilsysteme am besten geeignet ist. In seinem Automatikmodus bestimmt das Geländeschätzsystem 310 kontinuierlich für jeden Modus die Wahrscheinlichkeit, dass er geeignet ist, und in Abhängigkeit von einem anderen Modus, der eine durchweg höhere Wahrscheinlichkeit als der gegenwärtig gewählte Steuermodus hat, befiehlt das Fahrzeugsteuersystem 310 den Teilsystemen, in Übereinstimmung mit diesem anderen Modus zu arbeiten.
Der Modus, der automatisch durch das Geländeschätzsystem 306 bestimmt oder durch die Verwendung des Benutzereingabegeräts 311 ausgewählt wird, wird auch der Steuereinrichtung 105 zur Verfügung gestellt und kann verwendet werden, um Signale zu bestimmen, die dem ersten Lenkaktuator 102 und/oder dem zweiten Lenkaktuator 202 zugeführt werden.
Ein Blockdiagramm, das die von der Steuereinrichtung 105 ausgeführten Funktionen veranschaulicht, ist in 4 dargestellt. Die Steuereinrichtung 105 kann eine Fahrzeugzustandsschätzeinrichtung 401 umfassen, das Signale von der IMU 305 empfängt, die Messungen mindestens der Längsbeschleunigung (ax), der Querbeschleunigung (ay), der Rollgeschwindigkeit (ωx), der Nickgeschwindigkeit (wy) und der Giergeschwindigkeit (ωz) des Fahrzeugs 100 umfassen. Die Schätzung des Fahrzeugzustands bedeutet, dass 401 auch eine Anzeige des aktuell gewählten Gangs erhält, zum Beispiel von der TCU 308 über einen CAN-Bus (Controller Area Network). Die Fahrzeugzustandsschätzeinrichtung 401 empfängt auch Signale vom Lenkeingangssensor 119, die einen angeforderten Lenkwinkel anzeigen, und von der Radgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung 304, die Messungen der Winkelgeschwindigkeit der Räder 103, 106 umfasst.
Die Fahrzeugzustandsschätzeinrichtung 401 verarbeitet die empfangenen Daten (d.h. den gewählten Gang, den angeforderten Lenkwinkel und Messungen von der IMU 305 und der Radgeschwindigkeitserfassungseinrichtung 304), um eine Vielzahl von Zustandswerten zu bestimmen und wiederholt zu aktualisieren, die eine Schätzung eines aktuellen Zustands des Fahrzeugs 100 liefern. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Fahrzeugzustandsschätzeinrichtungl 401 einen Kalman-Filter, in den die empfangenen Daten eingegeben werden und der zumindest einige der Zustandswerte erzeugt. Die Zustandswerte umfassen Schätzungen des Rollwinkels (θx), des Nickwinkels (θy), der Längsgeschwindigkeit (Vx), der Längsbeschleunigung (ax) und der Zentripetalbeschleunigung des Fahrzeugs über dem Boden sowie ein Gierratenziel, eine Gierratenmessung, einen Lenkwinkel und eine Fahrzeugrichtungsanzeige, die anzeigt, ob gerade ein Rückwärtsgang eingelegt ist.
Das Giergeschwindigkeitsziel ist eine Schätzung der aktuellen Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs 100 und wird aus dem Lenkwinkel und der Schätzung der Längsgeschwindigkeit (Vx) des Fahrzeugs 100 über dem Boden unter Verwendung eines einfachen mathematischen Modells berechnet, das allgemein als Fahrradmodell bezeichnet wird. Die Messung der Giergeschwindigkeit ist die von der IMU 305 gemessene Giergeschwindigkeit.
Die Steuereinrichtung 105 umfasst eine Zustandserfassungseinrichtung 402, die die Zustandswerte empfängt, die von der Fahrzeugzustandsschätzeinrichtung 401 geliefert werden, sowie eine Anzeige eines aktuell gewählten Fahrmodus und eine Anzeige einer Antriebsstrangdrehmomentanforderung, z.B. von einem Drosselklappenstellungssensor. Die Zustandserfassungseinrichtung 402 ist so konfiguriert, dass sie die Zustandswerte, den ausgewählten Fahrmodus und die Antriebsstrangdrehmomentanforderung analysiert, um zu bestimmen, ob sich das Fahrzeug 100 derzeit in einem vordefinierten Sonderzustand oder alternativ in einem Standardzustand befindet oder nicht. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Fahrzeugzustandsschätzeinrichtung 401 so konfiguriert, um zu bestimmen, ob sich das Fahrzeug 100 in einem von drei Sonderzuständen, die in 4 mit RÜCKWÄRTS ABWÄRTS, NIEDRIGE TRAKTION und QUERNEIGUNG bezeichnet sind, oder es sich in seinem STANDARD-Zustand befindet.
Einer Lenkwinkelbestimmungseinrichtung 403 wird ein Hinweis darauf gegeben, ob sich das Fahrzeug 100 in einer der vordefinierten Sonderbedingungen oder im STANDARD-Zustand befindet. Einer oder mehrere der Zustandswerte, wie Längsgeschwindigkeit (Vx) oder Rollwinkel (θx), werden ebenfalls von der Lenkwinkelbestimmungseinrichtung 403 zusammen mit dem vom Lenkeingangssensor 119 empfangenen angeforderten Lenkwinkel empfangen. Die Lenkwinkelbestimmungseinrichtung 403 ist so konfiguriert, dass sie einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel in Abhängigkeit von mindestens dem vom Lenkeingangssensor 119 empfangenen angeforderten Lenkwinkel, dem von der Zustandserfassungseinrichtung 402 bestimmten Zustand des Fahrzeugs 100 und empfangenen Zustandswerten bestimmt. Die Steuereinrichtung 105 ist so konfiguriert, dass sie ein Ausgangssignal an den ersten LenkaktuatorAktuator 102 liefert, um die Hinterradlenkung in Abhängigkeit vom vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel zu steuern.
In einer Ausführungsform, wie der von 2, in der das Fahrzeug 100 drahtgesteuert ist, kann die Lenkwinkelbestimmungseinrichtung 403 so konfiguriert sein, dass sie zusätzlich einen vorgeschlagenen Vorderradlenkwinkel in Abhängigkeit von mindestens dem angeforderten Lenkwinkel, dem durch die Zustandserfassungseinrichtung 402 bestimmten Zustand des Fahrzeugs 100 und empfangenen Zustandswerten bestimmt. Die Steuereinrichtung 105 ist dann so konfiguriert, dass sie ein Ausgangssignal an den zweiten Lenkaktuator 202 liefert, um die Vorderradlenkung in Abhängigkeit vom vorgeschlagenen Vorderradlenkwinkel zu steuern.
Weitere Einzelheiten darüber, wie die vordefinierten Sonderbedingungen erkannt werden und wie der vorgeschlagene Lenkwinkel bestimmt wird, werden nachstehend beschrieben. Die STANDARD-Bedingung, die sich einstellt, wenn keine der definierten Sonderbedingungen erkannt wird, wird jedoch zunächst unter Bezugnahme auf die 5 bis 9 beschrieben.
Die 5 und 6 zeigen Draufsichten des Fahrzeugs 100, das mit einer relativ hohen Geschwindigkeit bzw. einer relativ niedrigen Geschwindigkeit fährt. In beiden 5 und 6 werden die Vorderräder 106 um etwa 15 Grad relativ zur Längsachse 5001 des Fahrzeugs 100 gedreht, um das Fahrzeug 100 nach links zu drehen. In 5 liegt die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100, wie sie von der Raddrehzahlerfassungseinrichtung 304 ermittelt wird, über einer Schwellengeschwindigkeit, und folglich wurden die Hinterräder 103 in Phase mit den Vorderrädern 106 gelenkt. Das heißt, weil die Vorderräder 106 nach links gedreht wurden, sind auch die Hinterräder 103 nach links gedreht. Das Lenken der Hinterräder 103 im Gleichlauf mit den Vorderrädern 106 verleiht dem Fahrzeug 100 bekanntlich eine erhöhte Stabilität, was bei hohen Geschwindigkeiten vorteilhaft ist.
In 5 sind die Hinterräder 103 nur um etwa 1,5 Grad nach links gelenkt worden, d.h. um ein Zehntel des Winkels, um den sich die Vorderräder 106 gedreht haben. Der Anteil des Vorderradlenkwinkels, um den die Hinterräder 103 gelenkt wurden, wird hier als Verstärkungswert bezeichnet. In diesem Beispiel hat die Hinterradlenkung also einen Verstärkungswert von +0,1 (= 1,5/15).
In 6 liegt die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 unter der Schwellengeschwindigkeit, und folglich sind die Hinterräder 103 phasenverschoben zu den Vorderrädern 106 gelenkt worden. Das heißt, weil die Vorderräder 106 nach links gedreht wurden, wurden die Hinterräder 103 nach rechts gedreht. Die Stabilität des Fahrzeugs 100 ist bei niedrigen Geschwindigkeiten kein Problem, und bekanntlich verleiht die phasenverschobene Lenkung der Hinterräder 103 gegenüber den Vorderrädern 106 dem Fahrzeug 100 eine erhöhte Agilität.
Die Hinterräder 103 wurden um etwa 3 Grad nach rechts gelenkt, d.h. um ein Fünftel des Winkels, um den sich die Vorderräder 106 gedreht haben. Die Hinterradlenkung hat in diesem Beispiel also einen Verstärkungswert von -0,2 (= -3/15). D.h. der absolute Wert (0,2) des Verstärkungswertes ist höher als der Verstärkungswert für Geschwindigkeiten über der Schwellengeschwindigkeit, aber der Verstärkungswert ist negativ, da die Hinterräder 103 mit den Vorderrädern 106 phasenverschoben sind.
Der Betrieb der Lenkwinkelbestimmungseinrichtung 403 als Reaktion auf die Bestimmung, dass sich das Fahrzeug 100 in seinem STANDARD-Zustand befindet, wie in 7 dargestellt. Die Lenkwinkelbestimmungseinrichtung 403 erhält eine Anzeige der aktuellen Längsgeschwindigkeit (oder Geschwindigkeit) des Fahrzeugs 100, der aktuell gewählten Fahrart und des angeforderten Lenkwinkels. Die Lenkwinkelbestimmungs-einrichtung 403 ermittelt einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel, der vom aktuellen Fahrmodus abhängig ist. Für jeden Fahrmodus ist der Verstärkungswert, der zur Multiplikation des angeforderten Lenkwinkels verwendet wird, um den vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel zu bestimmen, eine Funktion der Längsgeschwindigkeit (Vx), wie in 7 dargestellt. In jedem Fall ist der Verstärkungswert für Längsgeschwindigkeiten unterhalb einer Schwellengeschwindigkeit negativ und für Längsgeschwindigkeiten oberhalb der Schwellengeschwindigkeit positiv. Die Schwellengeschwindigkeit hängt jedoch von der Fahrart ab. Auch die Höhe des Verstärkungswertes, unterhalb und/oder oberhalb der jeweiligen Schwellengeschwindigkeit, kann von der gewählten Fahrart abhängen.
Im vorliegenden Beispiel beträgt der Verstärkungswert für einen ersten Fahrmodus, der für das Fahren auf asphaltierten Straßen gewählt werden kann, -0,2, wenn die Längsgeschwindigkeit unter einer Schwellengeschwindigkeit von 80 km/h (Kilometer pro Stunde) liegt, und +0,1, wenn die Längsgeschwindigkeit über dieser Schwellengeschwindigkeit liegt. Für einen zweiten Fahrmodus, der für das Fahren auf reibungsarmen Oberflächen wie Gras, Kies oder Schnee gewählt werden kann, beträgt der Verstärkungswert -0,1, wenn die Längsgeschwindigkeit unter einer Schwellengeschwindigkeit von 50 km/h liegt, und +0,1, wenn die Längsgeschwindigkeit über dieser Schwellengeschwindigkeit liegt. Für einen dritten Fahrmodus, der für das Fahren auf verformbaren Oberflächen mit geringer Reibung, wie z.B. Sand, gewählt werden kann, beträgt der Verstärkungswert -0,4, wenn die Längsgeschwindigkeit unter einer Schwellengeschwindigkeit von 35 km/h liegt, und +0,2, wenn die Längsgeschwindigkeit über dieser Schwellengeschwindigkeit liegt.
Nach Bestimmung des vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkels durch Multiplikation des angeforderten Lenkwinkels mit dem entsprechenden Verstärkungswert liefert die Lenkwinkelbestimmungseinrichtung 403 ein Ausgangssignal an den Aktuator 102, um ein Lenken der Hinterräder bei dem vorgeschlagenen Lenkwinkel zu bewirken.
In 8 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das ein Verfahren 800 veranschaulicht, das die vorliegende Erfindung darstellt und mit der Steuereinrichtung 105 durchführbar ist, um die Lenkung der Hinterräder 103 des Fahrzeugs 100 zu steuern. Im Block 801 des Verfahrens 800 wird ein erstes Signal empfangen, das einen angeforderten Lenkwinkel anzeigt. Das erste Signal kann als Reaktion auf eine Benutzereingabe an einem Benutzereingabegerät, wie z.B. einem Lenkrad mit zugehörigem Lagesensor, erzeugt werden. Alternativ kann das erste Signal von einem Fahrzeugautomatisierungssystem, wie z.B. einem Selbstparksystem oder einem Selbstfahrsystem, erzeugt werden. In der Ausführungsform von 1 kann der angeforderte Lenkwinkel auch der Winkel sein, um den die Vorderräder 106 des Fahrzeugs 100 relativ zu seiner Längsachse gedreht werden (5001 in 5).
Im Block 802 wird ein zweites Signal empfangen, das auf einen ausgewählten Modus hinweist, der aus mindestens einem ersten und einem zweiten Modus ausgewählt ist. Der ausgewählte Modus kann durch eine Benutzereingabe an einem Benutzereingabegerät 311 oder automatisch durch ein Geländeschätzsystem 310, wie oben beschrieben, ausgewählt werden.
Im Block 803 wird ein vorgeschlagener Hinterradlenkwinkel in Abhängigkeit von dem ersten und dem zweiten Signal bestimmt. Daher hängt der vorgeschlagene Hinterradlenkwinkel vom angeforderten Lenkwinkel und auch vom aktuell gewählten Modus ab. Am Block 804 wird ein Ausgangssignal bereitgestellt, das so konfiguriert ist, dass es das Lenken der Hinterräder 103 des Fahrzeugs 100 bei dem vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel bewirkt. Das Verfahren 800 kann dann wiederholt durchgeführt werden, um die Hinterräder 103 entsprechend weiteren Lenkwinkelanforderungen und/oder neuen Auswahlen des Fahrmodus des Fahrzeugs 100 kontinuierlich zu lenken.
Ein Verfahren 900, die ein spezifisches Beispiel für das Verfahren 800 liefert, wird durch das in 9 dargestellte Flussdiagramm veranschaulicht. Im Block 801 des Verfahrens 900 wird ein erstes Signal empfangen, das einen angeforderten Lenkwinkel anzeigt, und im Block 802 wird ein zweites Signal empfangen, das einen ausgewählten Modus anzeigt, der aus mindestens einem ersten Modus und einem zweiten Modus ausgewählt wurde. Somit sind die Blöcke 801 und 802 des Verfahrens 900 die gleichen wie die oben für das Verfahren 800 beschriebenen Blöcke 801 und 802.
Im Block 901 wird ein drittes Signal empfangen, das eine aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 oder die Längsgeschwindigkeit (Vx) anzeigt. Das dritte Signal kann Informationen über die momentane Geschwindigkeit des Fahrzeugs oder die Längsgeschwindigkeit enthalten oder alternativ dazu Informationen, die die Berechnung einer solchen Geschwindigkeit ermöglichen. Das dritte Signal kann z.B. von Raddrehzahlerfassungsmitteln 304 und/oder der IMU 305 oder einem Positionserfassungssystem (nicht abgebildet) wie einem globalen Navigationssatellitensystem wie GPS (Global Positioning System) empfangen werden.
Im Block 902 wird ein Verstärkungswert in Abhängigkeit von der gewählten Betriebsart und der durch das dritte Signal angezeigten aktuellen Geschwindigkeit gewählt. In der vorliegenden Ausführungsform wird dies mit Hilfe von Lookup-Tabellen erreicht. Ein Verstärkungswert, der der durch das dritte Signal angezeigten aktuellen Geschwindigkeit entspricht, wird aus einer Lookup-Tabelle abgerufen, die dem gewählten Modus entspricht. D.h. die Verstärkungswerte, die den Fahrzeuggeschwindigkeiten entsprechen, werden in einer Lookup-Tabelle für jeden wählbaren Modus gespeichert, und im Block 902 wird die Lookup-Tabelle für den gewählten Modus verwendet, um einen Verstärkungswert zu bestimmen, der der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht. Für niedrige Geschwindigkeiten, die unter einer Schwellengeschwindigkeit liegen, ist der Verstärkungswert negativ, und für höhere Geschwindigkeiten ist der Verstärkungswert positiv. Die Schwellengeschwindigkeit, bei der der Verstärkungswert sein Vorzeichen wechselt, hängt vom gewählten Modus ab, z.B. wie oben mit Bezug auf 7 beschrieben. Für den Fall, dass eine Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen zwei benachbarte Geschwindigkeiten der Nachschlagetabelle fällt, kann ein entsprechender Verstärkungswert durch lineare Interpolation aus den Verstärkungswerten der beiden benachbarten Geschwindigkeiten bestimmt werden.
Welcher Verstärkungswert auch immer gewählt wird, in Block 902 wird der gewählte Verstärkungswert dann mit dem angeforderten Lenkwinkel in Block 803A multipliziert, um einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel zu bestimmen. An Block 804 wird dann ein Ausgangssignal z.B. an den Aktuator 102 des Fahrzeugs 100 geliefert, um ein Lenken der Hinterräder des Fahrzeugs 100 bei dem vorgeschlagenen Lenkwinkel zu bewirken.
Blöcke des Verfahrens 900 können dann wiederholt durchgeführt werden, um die Hinterräder kontinuierlich in Übereinstimmung mit weiteren angeforderten Lenkwinkeln, der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder neuen Auswahlen des Modus des Fahrzeugs 100 zu lenken.
Ein erster spezieller Zustand des Fahrzeugs 100, in 4 mit RÜCKWÄRTS ABWÄRTS bezeichnet, wird nun unter Bezugnahme auf die 10 bis 14 beschrieben. 10 zeigt eine Draufsicht auf das Fahrzeug 100, das mit relativ geringer Geschwindigkeit rückwärts eine schräge Bodenfläche 1001 hinunterfährt. Die Pfeile 1002 zeigen die Richtung nach unten entlang der Bodenfläche 1001 an, und Pfeil 1003 stellt die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 dar, die ungefähr parallel zu den Pfeilen 1002 verläuft.
Wie oben mit Bezug auf die 5 und 6 diskutiert, ist bekannt, dass Fahrzeuge mit vier lenkbaren Rädern bei niedrigen Geschwindigkeiten, d.h. von Geschwindigkeiten von 0 km/h bis zu einer Schwellengeschwindigkeit, die Hinterräder phasenverschoben zu den Vorderrädern lenken. Es ist auch bekannt, dass es die Hinterräder phasenverschoben zu den Vorderrädern lenkt, wenn das Fahrzeug 100 rückwärts fährt. Wie in 10 gezeigt, kann das Fahrzeug 100 jedoch so angeordnet sein, dass es auf bestimmten Geländeformen, wie z.B. Sand, die Hinterräder 103 beim Rückwärtsfahren an einer Steigung in Phase mit den Vorderrädern lenkt. Dadurch wird verhindert, dass die Vorderseite des Fahrzeugs 100 beim Rückwärtslenken den Hang tiefer als gewünscht hinunter schwenkt. Dadurch wird die Stabilität des Fahrzeugs 100 in einer solchen Situation erhöht und das Fahrzeug ist leichter zu steuern. Außerdem kann das Fahrzeug 100 in Abhängigkeit von der Steilheit des Gefälles und/oder der Reibung, die durch seine Oberfläche entsteht, und/oder einem gewählten Fahrermodus so angeordnet werden, dass die Hinterräder überhaupt nicht gelenkt werden.
Der Betrieb der Lenkwinkelbestimmungseinrichtung 403 und der Zustandserfassungseinrichtung 402, wenn sie feststellt, dass sich das Fahrzeug 100 in seinem Zustand der Rückwärtsfahrt befindet, ist in 11 dargestellt. Die Zustandserfassungseinrichtung 402 empfängt: eine Angabe des Nickwinkels (θy) des Fahrzeugs 100 von der Fahrzeugzustands-schätzeinrichtung 401; eine Angabe (aus dem gegenwärtig gewählten Gang) der beabsichtigten Richtung (rückwärts oder vorwärts) des Fahrzeugs 100; eine Angabe der Längsgeschwindigkeit (Vx) des Fahrzeugs oder alternativ das Vorzeichen (positiv oder negativ) der Längsgeschwindigkeit; den gegenwärtig gewählten Fahrmodus und den angeforderten Lenkwinkel.
Die Zustandserfassungseinrichtung 402 stellt fest, dass sich das Fahrzeug 100 in einem Rückwärtsbewegungszustand befindet, wenn die Längsgeschwindigkeit negativ ist, was eine Rückwärtsbewegung anzeigt. Die Rückwärtsbewegung kann auf ein absichtliches Rückwärtsfahren des Fahrzeugs 100 zurückzuführen sein oder darauf, dass das Fahrzeug 100 rückwärts einen Hang hinunterrutscht, wenn es ihn nicht hochgeklettert ist, z.B. weil der Hang eine sehr geringe Reibungsfläche hat oder weil er aus losem Partikelmaterial wie Sand besteht. In der vorliegenden Ausführungsform stellt die Zustandserfassungseinrichtung 402 auch fest, dass sich das Fahrzeug 100 in einem Rückwärtsbewegungszustand befindet, selbst wenn es stillsteht, wenn die beabsichtigte Fahrzeugrichtung (angezeigt durch den eingelegten Rückwärtsgang) rückwärts gerichtet ist.
In Abhängigkeit davon, dass der Nickwinkel (θy) über einem Schwellenwert des Nickwinkels liegt und eine Bestimmung, dass sich das Fahrzeug 100 in einem Rückwärtsbewegungszustand befindet, bestimmt die Zustandserfassungseinrichtung 402, dass sich das Fahrzeug im Rückwärtsfahrtzustand befindet. In Abhängigkeit von einer solchen Bestimmung bestimmt das Lenkwinkelbestimmungs-einrichtung 403 einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel in Abhängigkeit von dem angeforderten Lenkwinkel.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der vorgeschlagene Lenkwinkel ebenfalls in Abhängigkeit von der gegenwärtig gewählten Fahrart bestimmt. Zum Beispiel wird in Abhängigkeit von der Wahl eines ersten Fahrmodus, der ein Standardmodus für das Fahren auf asphaltierten Straßen und dergleichen sein kann, ein vorgeschlagener Hinterradlenkwinkel durch Multiplikation eines negativen Verstärkungswertes (wie der für den STANDARD-Zustand gewählte) mit dem angeforderten Lenkwinkel bestimmt. Folglich werden die Hinterräder 103 phasenverschoben zu den Vorderrädern 106 gelenkt. Dies verleiht dem Fahrzeug 100 eine gute Manövrierfähigkeit, was z.B. beim Einparken vorteilhaft sein kann.
Alternativ kann ein zweiter Fahrmodus gewählt werden, bei dem es sich um einen Modus für das Fahren auf reibungsarmen und/oder rauen Oberflächen wie Gras, Kies, Schnee, einer schlammigen, zerfurchten Oberfläche oder einer felsigen, rauen Oberfläche handeln kann. In Abhängigkeit von der Wahl eines solchen zweiten Fahrmodus kann ein vorgeschlagener Hinterradlenkwinkel unter Verwendung eines Verstärkungswertes mit einer kleinen Größe im Vergleich zu dem für den ersten Fahrmodus verwendeten Verstärkungswert bestimmt werden. In einem Beispiel ist der für den zweiten Fahrmodus verwendete Verstärkungswert Null, so dass die Hinterräder 103 bei Null Grad gehalten werden.
Alternativ kann ein dritter Fahrmodus gewählt werden, bei dem es sich um einen Modus zum Fahren auf verformbarem Material wie Sand handeln kann. Wie unter Bezugnahme auf 10 beschrieben, kann in Abhängigkeit von der Wahl eines solchen dritten Fahrmodus ein vorgeschlagener Hinterradlenkwinkel als Produkt aus dem angeforderten Lenkwinkel und einem positiven Verstärkungswert bestimmt werden, so dass die Hinterräder 103 in Phase mit den Vorderrädern 106 gelenkt werden.
In einer alternativen Ausführung, bei der alle Hinterräder 103, 106 wie in 2 in mindestens einem Fahrmodus in Abhängigkeit von der Bestimmung eines Rückwärtsbewegungszustandes und der Bestimmung, dass der Nickwinkel des Fahrzeuges größer als ein Schwellenwert des Nickwinkels ist, drahtgebunden gelenkt werden, bewirkt die Steuereinrichtung 105, dass das Fahrzeug 100 rückwärts lenkt, indem nur die Hinterräder 103 gelenkt werden. In dieser Ausführungsform ist das Lenkwinkelbestimmungs-einrichtung 403 so konfiguriert, dass es ein Blockieren der Vorderräder 106 bei Null Grad bewirkt und einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel proportional zum angeforderten Lenkwinkel bestimmt. In einer anderen alternativen Ausführungsform, in der alle Laufräder 103, 106, wie in 2, in mindestens einem Fahrmodus in Abhängigkeit von der Bestimmung eines Rückwärtsbewegungszustandes und der Bestimmung, dass der Nickwinkel des Fahrzeuges größer als ein Schwellennickwinkel ist, drahtgesteuert sind, bewirkt die Steuereinrichtung 105, dass die Lenkung des Fahrzeuges 100 in erster Linie von den Hinterrädern 106 durchgeführt wird. In einem solchen Szenario kann die Steuereinrichtung 105 das Lenken durch alle Laufräder 103, 106 im Verhältnis zu dem vom Lenkeingangssensor 119 empfangenen angeforderten Lenkwinkel bewirken, aber die Hinterräder 103 werden durch größere Winkel gelenkt als die Vorderräder 106.
Ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 1200 veranschaulicht, das die vorliegende Erfindung darstellt und mit der Steuereinrichtung 105 durchführbar ist, um die Lenkung der Hinterräder 103 des Fahrzeugs 100 beim Rückwärtsfahren an einer Steigung zu steuern, ist in 12 dargestellt. Im Block 1201 wird ein Rückwärtsbewegungszustand eines Fahrzeugs 100 bestimmt. Dies kann den Empfang eines Signals umfassen, das anzeigt, dass ein Rückwärtsgang des Fahrzeugs 100 eingelegt oder eine Rückwärtsbewegung des Fahrzeugs 100 erkannt wurde.
Im Block 1202 wird der Nickwinkel des Fahrzeugs 100 bestimmt. Dies kann den Empfang eines Signals umfassen, das den Nickwinkel von einer anderen Verarbeitungseinrichtung anzeigt, oder die Bestimmung des Nickwinkels aus Signalen, die von einer Erfassungseinrichtung wie einer Gyroskopeinrichtung oder einer Trägheitsmesseinheit 305 empfangen werden.
Im Block 1203 wird ein vorgeschlagener Hinterradlenkwinkel in Abhängigkeit von einem angeforderten Lenkwinkel, dem Nickwinkel und dem Rückwärtsbewegungszustand des Fahrzeugs 100 bestimmt. Am Block 1204 wird ein Ausgangssignal bereitgestellt, das so konfiguriert ist, dass es die Lenkung der Hinterräder 103 des Fahrzeugs 100 in Abhängigkeit vom vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel steuert. Das Ausgangssignal kann einem Aktuator 102 zur Steuerung der Lenkung der Hinterräder des Fahrzeugs 100 zugeführt werden, so dass das Aktuator die Hinterräder 103 auf den vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel dreht.
Ein Verfahren 1300, das ein Beispiel für das Verfahren 1200 liefert, wird durch das in 13 dargestellte Flussdiagramm veranschaulicht. Im Block 1201 wird ein Rückwärtsbewegungszustand eines Fahrzeugs 100 bestimmt, und im Block 1301 wird ein Signal empfangen, das auf einen Fahrmodus hinweist, der aus mindestens einem ersten Modus und einem zweiten Modus ausgewählt wurde. Das Signal kann z.B. von einem Benutzereingabegerät 311 als Antwort auf eine Benutzerauswahl oder von einem Geländeschätzsystem 310, wie oben unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, empfangen werden. In Block 1302 wird bestimmt, ob der Nickwinkel des Fahrzeugs 100 größer als ein Schwellennickwinkel ist. Ist dies nicht der Fall, wird im Block 1305 ein vorgeschlagener Hinterradlenkwinkel, der mit dem Vorderradlenkwinkel phasenverschoben ist, in Abhängigkeit von einem angeforderten Lenkwinkel bestimmt. D.h., der vorgeschlagene Hinterradlenkwinkel ist das Produkt aus dem Vorderradlenkwinkel und einem negativen Verstärkungswert.
Alternativ dazu wird, wenn in Block 1302 festgestellt wird, dass der Nickwinkel des Fahrzeugs 100 größer als der Schwellenwert des Nickwinkels ist, in Block 1303 bestimmt, ob gegenwärtig ein erster Modus ausgewählt ist. Beispielsweise kann der erste Modus ein Hinweis darauf sein, dass das Fahrzeug auf einem Gelände eingesetzt wird, auf dem die Stabilität des Fahrzeugs 100 beim Rückwärtsfahren an einer Steigung keine Rolle spielt. Die erste Betriebsart kann z.B. anzeigen, dass das Fahrzeug 100 auf einer asphaltierten Straße eingesetzt wird und/oder dass die Reibung zwischen den Rädern 103, 106 des Fahrzeugs 100 und dem Gelände über einem Reibungsschwellenwert liegt.
In einer Ausführungsform ist der in Block 1302 verwendete Schwellenwert des Nickwinkels ein konstanter Wert von z.B. 10 Grad, aber in anderen Ausführungsformen ist der Schwellenwert des Nickwinkels von der gegenwärtig gewählten Fahrart abhängig.
Wenn festgestellt wird, dass der erste Modus ausgewählt ist, dann wird der oben erwähnte Prozess an Block 1305 durchgeführt. Wenn in Block 1303 festgestellt wird, dass ein anderer Modus gegenwärtig ausgewählt ist, z.B. geeignet für die Verwendung auf einer Oberfläche mit geringer Reibung oder einer verformbaren Oberfläche wie Sand, wird alternativ in Block 1304 ein vorgeschlagener Hinterradlenkwinkel bestimmt. Die Bestimmung in Block 1304 ergibt einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel, der nicht außer Phase mit dem Vorderradlenkwinkel ist. Wie oben beschrieben, kann der vorgeschlagene Lenkwinkel unter Verwendung eines Verstärkungswertes von Null oder nahe Null (d.h. unter 0,1) für reibungsarme Oberflächen oder eines positiven Verstärkungswertes für verformbare Oberflächen wie Sand berechnet werden.
Nach der Bestimmung des vorgeschlagenen Lenkwinkels am Block 1304 oder Block 1305 wird am Block 1204 ein Ausgangssignal bereitgestellt, das so konfiguriert ist, dass es die Hinterradlenkung in Abhängigkeit vom vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel steuert.
Ein alternatives Verfahren 1400, die ein zweites Beispiel für das Verfahren 1200 liefert, wird durch das in 14 dargestellte Flussdiagramm veranschaulicht. Im Block 1201 wird eine Rückwärtsbewegungsbedingung eines Fahrzeugs 100 bestimmt, und im Block 1401 wird bestimmt, ob der Nickwinkel des Fahrzeugs größer als ein Schwellennickwinkel ist. Ist dies nicht der Fall, wird in Block 1402 ein erster vorgeschlagener Hinterradlenkwinkel bestimmt, der das Produkt aus einem Verstärkungswert und einem Vorderradlenkwinkel ist. Wenn alternativ in Block 1401 festgestellt wird, dass der Nickwinkel des Fahrzeugs grösser als der Schwellen-Nickwinkel ist, wird in Block 1403 ein vorgeschlagener Hinterradlenkwinkel bestimmt, der proportional zum geforderten Lenkwinkel ist. Zusätzlich wird bewirkt, dass die Vorderräder 106 des Fahrzeugs 100 über Winkel gelenkt werden, die proportional zum angeforderten Lenkwinkel, aber kleiner als die der Hinterräder 103 sind, so dass das Fahrzeug 100 hauptsächlich von den Hinterrädern 103 gelenkt wird. In einer Ausführungsform können die Vorderräder 106 bei null Grad blockiert sein, und das Fahrzeug 106 wird nur durch die Hinterräder 103 gelenkt. Am Block 1404 wird ein Ausgangssignal, z.B. an den Aktuator 102, geliefert, um die Lenkung der Hinterräder in Abhängigkeit vom vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel zu steuern. Auf diese Weise werden die Vorderräder blockiert und die Lenkung wird nur mit den Hinterrädern durchgeführt.
Ein zweiter spezieller Zustand des Fahrzeugs 100, in 4 mit NIEDRIGER TRAKTION bezeichnet, wird nun unter Bezugnahme auf die 15 bis 21 beschrieben. 15 zeigt eine Draufsicht auf das Fahrzeug 100, das sich mit relativ geringer Geschwindigkeit vorwärts bewegt. Das Fahrzeug 100 befindet sich im BEREITSCHAFTSZUSTAND und seine Vorderräder 106 sind nach links gedreht, damit das Fahrzeug nach links gelenkt werden kann. Die Hinterräder 103 werden phasenverschoben mit den Vorderrädern 106 gelenkt, um die Manövrierfähigkeit des Fahrzeugs 100 zu verbessern. Wie oben beschrieben, ist der Winkel, um den die Hinterräder 103 gedreht werden, das Produkt aus dem Winkel, um den die Vorderräder gedreht werden, und einem Verstärkungswert.
Die 16 und 17 zeigen Draufsichten des Fahrzeugs 100 während eines Vorgangs zur Befreiung des Fahrzeugs, wenn es nicht in der Lage ist, vorwärts zu fahren, weil sich eines oder mehrere der Laufräder 103, 106 in einer Vertiefung im Boden befinden und der Boden sehr geringe Reibung bietet und/oder verformbar ist. Die Bodenoberfläche kann zum Beispiel aus Schlamm, Schnee oder Sand bestehen. Ein ähnliches Verfahren kann durchgeführt werden, wenn sich das Fahrzeug 100 sehr langsam fortbewegt, weil die Reifen des Fahrzeugs 100 nur eine sehr geringe Traktion haben. Um das Fahrzeug von der Stelle, an der es festgefahren ist, zu befreien und/oder dem Fahrzeug das Vorankommen zu ermöglichen, fordert der Fahrer des Fahrzeugs 100 durch Betätigung seines Gaspedals 1601 ein Drehmoment vom Antriebsstrang des Fahrzeugs 102 an und versetzt sein Lenkrad 108 in Schwingungen, um die Vorderräder 106 zwischen einer Linksausrichtung gemäß 16 und einer Rechtsausrichtung gemäß 17 in Schwingungen zu versetzen. Die Schwingung der Vorderräder unterstützt die Vorderräder 106 dabei, zusätzliche Bodenhaftung zu erzielen und/oder die Vertiefung, in der sich die Räder 106 befinden, zu verringern. So kann z.B. auf schlammigem Untergrund zusätzliche Bodenhaftung erzielt werden, indem die Seitenwände der Reifen der Räder 106 gegen die Spurrillen wirken, in denen sich die Reifen befinden, oder auf losem Sand kann eine Vertiefung, in der sich die Räder 106 befinden, durch die Wirkung der Reifen, die zusätzlichen Sand in die Vertiefung ziehen, in ihrer Tiefe verringert werden.
In den 16 und 17 hat die Steuereinrichtung 105 festgestellt, dass sich das Fahrzeug 100 in einem Zustand NIEDRIGER TRAKTION befindet, und folglich wird der Winkel, durch den die Hinterräder 103 gelenkt werden, unter Verwendung eines relativ großen Verstärkungswertes im Vergleich zu dem Verstärkungswert bestimmt, der im in 15 dargestellten STANDARD-Zustand verwendet wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Verstärkungswert von -1 zur Bestimmung des vorgeschlagenen Lenkwinkels für die Hinterräder 103 verwendet, so dass die Hinterräder 103 in ähnlicher Weise gelenkt werden wie die Vorderräder 106, jedoch phasenverschoben zu den Vorderrädern 106. Folglich trägt die Schwingung der Hinterräder 103 dazu bei, dass das Fahrzeug 100 in ähnlicher Weise wie die Schwingung der Vorderräder 106 vorwärts bewegt werden kann.
Der Betrieb der Lenkwinkelbestimmungseinrichtung 403 und der Zustandserfassung-einrichtung 402, wenn sie feststellt, dass sich das Fahrzeug 100 in einem Zustand NIEDRIGER TRAKTION befindet, ist in 18 dargestellt. Die Zustandserfassungseinrichtung 402 ist so konfiguriert, dass sie Angaben über die Längsgeschwindigkeit (Vx) des Fahrzeugs 100, den angeforderten Lenkwinkel, eine Drosselklappenstellung (oder eine Antriebsstrangdrehmoment-anforderung), ein Giergeschwindigkeitsziel und eine gemessene Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs 100 empfängt. Aus diesen Angaben bestimmt die Zustandserfassungseinrichtung 402 in Abhängigkeit von einem Satz von Kriterien, die erfüllt sind, ob sich das Fahrzeug 100 in einem Zustand NIEDRIGER TRAKTION befindet.
Ein erstes der Kriterien ist die Bestimmung, dass der Vorderradlenkwinkel mit einer Frequenz oberhalb einer Schwellenfrequenz oszilliert, d.h. die Vorderräder werden wiederholt nach links und dann nach rechts mit einer Frequenz gelenkt, die größer als eine Schwellenfrequenz ist. In einer Ausführungsform beträgt die Schwellenfrequenz 0,5 Hz.
Ein zweites Kriterium besteht darin, dass das vom Antriebsstrang angeforderte Drehmoment über einem Drehmomentschwellenwert liegt, oder dass das Gaspedal vom Fahrer des Fahrzeugs betätigt wird.
Wie oben erwähnt, wird ein Giergeschwindigkeitsziel durch die Fahrzeugzustandsschätzeinrichtung 401 aus dem Lenkwinkel und der Schätzung der Längsgeschwindigkeit (Vx) des Fahrzeugs über dem Boden mit Hilfe eines mathematischen Modells bestimmt. Die Zustandserfassungseinrichtung 402 ist so konfiguriert, dass sie einen Gierratenfehler berechnet, indem es die Differenz zwischen der gemessenen Gierrate und der Ziel-Gierrate bestimmt. Wenn das Fahrzeug 100 mit einer Geschwindigkeit über den Boden fährt, die ungefähr gleich der von der Raddrehzahlerfassungseinrichtung 304 gemessenen Geschwindigkeit ist, sollte die ZielGiergeschwindigkeit ungefähr gleich der gemessenen Giergeschwindigkeit sein, d.h. der Giergeschwindigkeitsfehler sollte sehr klein sein. Wenn jedoch das Fahrzeug 100 festsitzt oder nur sehr langsam vorankommt, während die Räder 103, 106 mit einer relativ hohen Geschwindigkeit durchdrehen, wird die gemessene Giergeschwindigkeit viel geringer als das Giergeschwindigkeitsziel, d.h. der Giergeschwindigkeitsfehler ist groß. Ein drittes Kriterium, um festzustellen, ob das Fahrzeug festsitzt oder aufgrund geringer Bodenhaftung nicht gut vorankommt, ist, dass der Gierratenfehler über einem Schwellenfehlerwert liegt. In einer Ausführungsform liegt der Schwellenfehlerwert bei 8 Grad pro Sekunde, in anderen Ausführungsformen liegen die Schwellenfehlerwerte zwischen 5 und 10 Grad pro Sekunde.
Ein zusätzliches Kriterium kann die Bestimmung sein, dass der Nickwinkel des Fahrzeugs 100 nicht über einem Schwellennickwinkel liegt, weil dann die fehlende Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs 100 durch einen missglückten Steigflug verursacht werden kann. In diesem Fall wird der Zustand RÜCKWÄRTS ABWÄRTS vor dem Zustand NIEDRIGE TRAKTION bestimmt, so dass die Lenkung der Hinterräder 103 so konfiguriert ist, dass das Fahrzeug 100 sicher rückwärts den Hang hinunter gelenkt werden kann.
Wenn die Kriterien erfüllt sind, bestimmt die Zustandserfassungseinrichtung 402 einen Zustand NIEDRIGER TRAKTION und die Lenkwinkelbestimmungseinrichtung 403 bestimmt einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel in Abhängigkeit vom angeforderten Lenkwinkel und einem relativ hohen negativen Verstärkungswert. In einer Ausführungsform berechnet die Lenkwinkelbestimmungseinrichtung 403 immer dann, wenn eine Bedingung NIEDRIGE TRAKTION bestimmt wird, den vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel durch Multiplikation des angeforderten Lenkwinkels mit einem hohen negativen Verstärkungswert, wie z.B. -1. In der vorliegenden Ausführungsform hängt der verwendete Verstärkungswert jedoch auch von der gegenwärtig gewählten Fahrart ab. Für einen Fahrmodus, der für das Fahren auf rauhen Oberflächen mit hoher Reibung, wie z.B. felsigen Böden, verwendet werden kann, kann die Größe des Verstärkungswertes relativ niedrig gewählt werden, z.B. weniger als 0,2, und möglicherweise kann der Verstärkungswert auf dem Standard-Verstärkungswert gehalten werden, der für das Fahrzeug in seinem STANDARD-Zustand verwendet wird. Für alle anderen Fahrmodi kann ein relativ hoher Verstärkungswert, wie z.B. -1, verwendet werden.
Der Aktuator 102 für die Lenkung der Hinterräder 103 darf es nicht ermöglichen, die Hinterräder 103 in so großen Winkeln zu lenken, wie sie durch den Vorderradlenkmechanismus ermöglicht werden. Nach der Bestimmung des vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkels liefert die Lenkwinkelbestimmungseinrichtung 403 jedoch eine Ausgabe an den Aktuator 102, um ein Lenken mit dem vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel, soweit möglich, zu bewirken.
Ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 1900 veranschaulicht, das die vorliegende Erfindung darstellt und mit dem Aktuator 105 durchführbar ist, um die Lenkung der Hinterräder 103 des Fahrzeugs 100 zu steuern, ist in 19 dargestellt. Im Block 1901 des Verfahrens 1900 wird ein erstes Signal empfangen, das einen angeforderten Lenkwinkel anzeigt, und im Block 1902 wird aus den empfangenen Signalen bestimmt, ob sich das Fahrzeug 100 in einem Zustand NIEDRIGER TRAKTION befindet. Im Block 1903 wird ein vorgeschlagener Hinterradlenkwinkel in Abhängigkeit vom ersten Signal und davon bestimmt, ob das Fahrzeug 100 sich in einem Zustand NIEDRIGER TRAKTION befindet, und im Block 1904 wird ein Ausgangssignal, z.B. an den Aktuator 102, geliefert, um das Lenken der Hinterräder mit dem vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel zu bewirken.
Ein Verfahren 2000, das ein Beispiel für das Verfahren 1900 liefert, wird durch das in 20 gezeigte Flussdiagramm veranschaulicht. Im Block 2001 wird ein erstes Signal empfangen, das einen angeforderten Lenkwinkel anzeigt. Im Block 2002 wird festgestellt, ob sich das Fahrzeug 100 in einem Zustand NIEDRIGER TRAKTION befindet, und wenn ja, wird im Block 2003 ein erster Verstärkungswert ausgewählt. Wenn alternativ festgestellt wird, dass sich das Fahrzeug 100 nicht in einem Zustand NIEDRIGER TRAKTION befindet, wird im Block 2004 ein zweiter Verstärkungswert ausgewählt, der kleiner als der erste Verstärkungswert ist. Wie oben erwähnt, kann der erste Verstärkungswert -1 oder nahe bei -1 (z.B. mindestens -0,5) liegen, während der zweite Verstärkungswert vergleichsweise klein ist, d.h. der Verstärkungswert, der gewählt wird, wenn festgestellt wird, dass sich das Fahrzeug 100 in einem anderen Zustand befindet, z.B. im Zustand STANDARD.
Welcher Verstärkungswert auch immer gewählt wird, ein vorgeschlagener Hinterradlenkwinkel wird im Block 2005 durch Multiplikation des Vorderradlenkwinkels mit dem gewählten Verstärkungswert bestimmt. Im Block 2006 wird dann ein Ausgangssignal geliefert, das ein Lenken der Hinterräder 103 mit dem vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel bewirkt.
Ein Beispiel für den Prozess im Block 2002 zur Bestimmung, ob sich das Fahrzeug 100 in einem Zustand mit NIEDRIGER TRAKTION befindet, ist im Flussdiagramm von 21 dargestellt. Im Block 2101 des Verfahrens wird bestimmt, ob ein Drehmoment aus dem Antriebsstrang des Fahrzeugs 100 angefordert wird. Wenn ein Drehmoment angefordert wird, wird in Block 2102 bestimmt, ob eine Differenz zwischen einer gemessenen Gierrate des Fahrzeugs 100 und einer Soll-Gierrate größer als ein Schwellenfehlerwert ist. Wenn die Differenz größer als der Fehler-Schwellenwert ist, wird in Block 2103 bestimmt, ob der Vorderradlenkwinkel mit einer Frequenz schwingt, die größer als eine Schwellenfrequenz ist. Wenn die Oszillation eine Frequenz hat, die größer als die Schwellenfrequenz ist, wird bestimmt, dass sich das Fahrzeug 100 in einem Zustand NIEDRIGER TRAKTION befindet, und der erste Verstärkungswert wird im Block 2003 gewählt.
Wenn eine der Bestimmungen in den Blöcken 2101 bis 2103 ein negatives Ergebnis liefert, wird festgestellt, dass sich das Fahrzeug 100 nicht in einem Zustand NIEDRIGER TRAKTION befindet, und der zweite Verstärkungswert wird im Block 2004 gewählt.
Ein dritter spezieller Zustand des Fahrzeugs 100, in 4 mit QUERNEIGUNG bezeichnet, wird nun unter Bezugnahme auf die 22 bis 29 beschrieben. 22 zeigt eine Draufsicht auf das vorwärtsfahrende Fahrzeug 100 in seinem STANDARD-Zustand. Die Vorderräder 106 sind mit einem Lenkeinschlag von null Grad orientiert und folglich sind auch die Hinterräder 103 mit einem Lenkeinschlag von null Grad orientiert.
Eine Draufsicht auf das Fahrzeug 100 ist in 23 dargestellt, das in seinem QUERNEIGUNG-Zustand vorwärts fährt. In 23 fährt das Fahrzeug 100 entlang einer Querneigung 2301, wobei die linke Seite des Fahrzeugs 100 der Querneigung 2301 höher liegt als die rechte Seite des Fahrzeugs 100. Die Pfeile 2302 in 23 zeigen die steilsten Richtungen entlang der Querneigung 2301 an, und das Fahrzeug 100 fährt in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu den Pfeilen 2302 verläuft, um eine konstante Höhe auf der Querneigung 2301 aufrechtzuerhalten.
Wenn auf diese Weise entlang einer Querneigung gefahren wird, besteht die Tendenz, dass die Schwerkraft auf ein Fahrzeug einwirkt, so dass die Vorderseite eines herkömmlichen Fahrzeugs veranlasst wird, die Querneigung tiefer als das Heck des Fahrzeugs hinunterzugleiten, und das Fahrzeug die Querneigung hinuntergezogen wird. Um diesen Effekt auszugleichen, kann ein erfahrener Fahrer die Querneigung leicht nach oben lenken, um das Fahrzeug in einer gewünschten Richtung entlang der Querneigung in Bewegung zu halten. Wie in 23 dargestellt, sorgt das Fahrzeug 100 jedoch für die Lenkung der Hinterräder 103, so dass die Richtung des Fahrzeugs 100 entsprechend dem Wunsch des Fahrers entlang der Querneigung 2301 verläuft, ohne dass der Fahrer die Lenkung übernehmen muss, um den Effekt der Querneigung 2301 zu kompensieren. Konkret werden die Hinterräder 103 so gelenkt (in diesem Beispiel nach rechts), dass die hinteren 2303 des Fahrzeugs 100 tiefer an der Querneigung 2301 entlang führen als die vorderen 2304 des Fahrzeugs 100, während die Vorderräder 106 in einem Lenkwinkel von Null bleiben. Somit ist das Fahrzeug 100 so ausgerichtet, dass seine Längsachse leicht den Hang hinauf zeigt, aber aufgrund der Schwerkraftwirkung fährt das Fahrzeug 100 wie gewünscht in konstanter Höhe an der Querneigung 2301 entlang.
Die Steuereinrichtung 105 ist so konfiguriert, dass sie automatisch ein Lenken der Hinterräder 103 auf diese Weise bewirkt, wenn es feststellt, dass das Fahrzeug 100 auf einer Querneigung 2301 fährt, die in einem Winkel geneigt ist, der größer als ein Schwellenwinkel ist. Die Grösse des Lenkwinkels der Hinterräder 103, während die Vorderräder 106 um null Grad gelenkt werden, hängt davon ab, wie steil die Querneigung 2301 ist. Sie hängt auch davon ab, welcher Fahrmodus gerade gewählt ist. Zum Beispiel können auf einer aus Sand gebildeten Querneigung 2301, z.B. einer Sanddünenseite, die Lenkwinkel der Hinterräder 103 so angeordnet werden, dass sie relativ groß sind, um den relativ großen Effekt zu kompensieren, den die Querneigung 2301 auf das Fahrzeug 100 hat, verglichen mit dem Effekt, den eine massive Querneigung 2301 mit einer hohen Reibungsfläche haben würde.
Wenn während der Fahrt des Fahrzeugs 100 entlang einer Querneigung 2301, wie in 23 dargestellt, eine Lenkeingabe empfangen wird, um das Fahrzeug 100 entweder die Querneigung 2301 hinauf oder hinunter zu drehen, z.B. durch einen Fahrer, der das Lenkrad 108 benutzt, werden die Vorderräder 106 entsprechend der Lenkeingabe gelenkt, und die Steuereinrichtung 105 reduziert den Lenkwinkel der Hinterräder 103 um einen proportionalen Betrag. Somit hat der Hinterradlenkwinkel einen maximalen Winkel, wenn der Vorderradlenkwinkel null Grad beträgt. Da die Lenkeingabe bewirkt, dass der Vorderrad-Lenkwinkel weiter zunimmt, wird der Lenkwinkel der Hinterräder 103 weiter proportional verringert, bis der Hinterrad-Lenkwinkel Null ist, wenn der Vorderrad-Lenkwinkel bei einem Schwellen-Lenkwinkel liegt. Der Schwellenlenkwinkel kann je nach Schräglagenwinkel zwischen etwa 0 und 15 Grad liegen. (Es ist zu beachten, dass es sich bei diesem Schwellenwinkel um einen Lenkradwinkel der Vorderräder und nicht um einen Lenkradwinkel handelt). Wenn der Vorderradlenkwinkel über den Schwellenwinkel hinaus zunimmt, kann der Hinterradlenkwinkel auf Null gehalten werden, bis der Lenkwinkel der Vorderräder 103 einen zweiten, höheren Schwellenwinkel erreicht; an diesem Punkt kehrt die Steuereinrichtung 105 in den Standardzustand zurück, in dem der Hinterradlenkwinkel proportional zum Vorderradlenkwinkel ist. Beispielsweise werden bei relativ niedrigen Geschwindigkeiten auf einer Sanddüne die Hinterräder 103 phasenverschoben zu den Vorderrädern 106 gelenkt, um dem Fahrzeug 100 eine verbesserte Manövrierfähigkeit zu verleihen, die es dem Fahrer des Fahrzeugs 100 ermöglichen kann, die Querneigung 2301 abzulenken.
Der Betrieb der Lenkwinkelbestimmungseinrichtung 403 und der Zustandserfassungs-einrichtung 402, wenn sie feststellt, dass sich das Fahrzeug 100 in seinem QUERNEIGUNG-Zustand befindet, ist in 24 dargestellt. Die Zustandserfassungseinrichtung 402 empfängt einen geschätzten Rollwinkel (θx) des Fahrzeugs 100, von der Fahrzeugzustandsschätzeinrichtung 401. Der geschätzte Rollwinkel (θx) wird von der Fahrzeugzustandsschätzeinrichtung 401 durch Sensorfusion der von der IMU 305 erhaltenen Messungen der Wankrate (ωx) und der Querbeschleunigung (ay) berechnet. Der QUERNEIGUNG-Zustand wird durch die Zustandserfassungseinrichtung 402 nur dann bestimmt, wenn der empfangene Rollwinkel (θx) einen Schwellen-Rollwinkel für mehr als eine vordefinierte Zeitdauer überschreitet.
In der vorliegenden Ausführungsform empfängt die Zustandserfassungseinrichtung 402 auch Angaben über die Zentripetalbeschleunigung, die Längsgeschwindigkeit (Vx) des Fahrzeugs 100 und den angeforderten Lenkwinkel. Die Zentripetalbeschleunigung kann durch die Zustandserfassungseinrichtung 401 aus der Gierrate (ωz) und der Längsgeschwindigkeit (Vx) des Fahrzeugs berechnet werden, wie bekannt ist. In der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Zustandserfassungseinrichtung 402 nur dann, dass sich das Fahrzeug 100 im QUERNEIGUNG-Zustand befindet, wenn der empfangene Rollwinkel (θx) den Schwellenwert des Rollwinkels überschreitet, während die Zentripetalbeschleunigung länger als die vordefinierte Zeitspanne unter einem Schwellenwert liegt. Durch das Erfordernis, dass die Zentripetalbeschleunigung unter einem Schwellenwert liegt, kann die Zustandserfassungs-einrichtung 402 verhindern, dass ein durch die Zentripetalbeschleunigung verursachter Rollwinkel als ein Rollwinkel erkannt wird, der dadurch entsteht, dass sich das Fahrzeug 100 in einer Querneigung befindet.
In der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Zustandserfassungseinrichtung 402 auch nur dann, dass sich das Fahrzeug 100 im QUERNEIGUNG-Zustand befindet, wenn die aktuelle Längsgeschwindigkeit (oder Geschwindigkeit) unter einem Schwellenwert für die Höchstgeschwindigkeit liegt und der angeforderte Lenkwinkel kleiner als ein maximaler Lenkwinkel ist.
Wenn der QUERNEIGUNG-Zustand durch die Zustandserfassungseinrichtung 402 bestimmt wird, bestimmt die Lenkwinkelbestimmungseinrichtung 403 einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel in Abhängigkeit vom angeforderten Lenkwinkel, dem Rollwinkel (θx) und, in der vorliegenden Ausführungsform, der gegenwärtig gewählten Fahrart.
Um dies zu erreichen, wird der empfangene Rollwinkel (θx) mit einem Querneigungs-Verstärkungswert multipliziert, um einen Querneigungslenkwinkel 2401 zu bestimmen, bei dem die Hinterräder 103 gelenkt werden können, wenn der angeforderte Lenkwinkel Null ist. In der vorliegenden Ausführung wird der Querneigungs-Verstärkungswert in Abhängigkeit vom gegenwärtig gewählten Fahrmodus gewählt. Der Querneigungs-Verstärkungswert kann in Abhängigkeit von der Reibung gewählt werden, die durch die Oberfläche, auf der das Fahrzeug 100 fährt, entsteht. Typischerweise ist der gewählte Querneigungs-Verstärkungswert relativ groß, wenn der Fahrmodus für das Befahren eines aus verformbarem Material wie Sand bestehenden Geländes gewählt wird, und kann geringer sein, wenn das Gelände aus einer Oberfläche mit geringer Reibung wie Gras, Kies oder Schnee besteht. Bei einer festen Oberfläche mit hoher Reibung, wie z.B. Asphalt, kann der Querneigungs-Verstärkungswert relativ sehr klein sein. Alternativ kann es ein Kriterium für die Bestimmung des QUERNEIGUNG-Zustands durch die Zustandserfassungseinrichtung 402 sein, dass der gewählte Fahrmodus nicht für feste Oberflächen mit hoher Reibung, wie z.B. Asphalt, gewählt wird. D.h. für eine solche Oberfläche bleibt das Fahrzeug 100 beim Befahren von Querneigungen weiterhin in seinem STANDARD-Zustand.
Der angeforderte Lenkwinkel wird mit einem Korrekturkoeffizienten multipliziert, um einen Korrekturwinkel 2402 zu bestimmen. Die Größe des Querneigungslenkwinkels 2401 wird dann um den Korrekturwinkel 2402 verringert, um einen korrigierten Querneigungs-lenkwinkel 2403 zu bestimmen. D.h. unabhängig davon, ob der angeforderte Lenkwinkel auf der Querneigung nach oben oder nach unten gerichtet ist, wird die Größe des Querneigungslenkwinkels 2401 um einen Betrag verringert, der dem Korrekturwinkel 2402 entspricht.
Wenn das Fahrzeug 100 länger als eine kurze Zeitspanne, z.B. mehr als 2 Sekunden, an der Querneigung entlang gefahren ist, können die Hinterräder 103 erfolgreich mit dem korrigierten Querneigungslenkwinkel 2403 gelenkt werden. Um jedoch dem Fahrzeug 100 Stabilität zu verleihen und es dem Fahrer zu ermöglichen, beim Auffahren des Fahrzeugs 100 auf eine Querneigung leicht die Kontrolle zu behalten, ist die Lenkwinkelbestimmungseinrichtung 403 so konfiguriert, dass sie einen sanften Übergang vom Lenkwinkel der Hinterräder 103 im STANDARD-Zustand und dem Lenkwinkel der Hinterräder 103 im QUERNEIGUNG-Zustand gewährleistet. Um dies zu erreichen, berechnet die Lenkwinkelbestimmungseinrichtung 403, wenn der QUERNEIGUNG-Zustand erkannt wird, weiterhin einen Standard-Hinterradlenkwinkel 2404, indem sie den angeforderten Lenkwinkel mit einem Standardverstärkungswert multipliziert, d.h. wie oben unter Bezugnahme auf die 5 bis 9 beschrieben. Der korrigierte Querneigungslenkwinkel 2403 und der Standard-Hinterrad-Lenkwinkel 2404 werden dann durch eine Überblendfunktion 2405 kombiniert, um den vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel zu erzeugen.
Die Überblendfunktion 2405 ist so konfiguriert, dass sie den vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel erzeugt, indem ein Teil des korrigierten Querneigungslenkwinkels 2403 zu einem Teil des Standard-Hinterradlenkwinkels 2404 während einer anfänglichen Periode nach einer Anzeige, dass die QUERNEIGUNG-Bedingung erkannt wurde, addiert wird. Während dieser Anfangsperiode wird der Anteil des korrigierten Querneigungslenkwinkels 2403 mit der Zeit von Null an stetig erhöht, während der Anteil des Standard-Hinterrad-Lenkwinkels 2404 mit der Zeit bis auf Null stetig verringert wird. Nach der Anfangsperiode bestimmt die Überblendfunktion 2405, dass der vorgeschlagene Hinterradlenkwinkel gleich dem korrigierten Querneigungslenkwinkel 2403 ist.
Die Lenkwinkelbestimmungseinrichtung 403 liefert Ausgangssignale an den Aktuator 102, um den Aktuator 102 zu veranlassen, die Hinterräder 103 mit dem vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel zu lenken.
In einer Ausführungsform, wie der in 2, in der das Fahrzeug 100 mit Steer-by-Wire-Vorderrädern 106 ausgestattet ist, kann die Lenkwinkelbestimmungseinrichtung 403 so konfiguriert werden, dass sie die Lenkung der Vorderräder 106 in Abhängigkeit vom Rollwinkel des Fahrzeugs 100 automatisch zusätzlich oder anstelle der Lenkung der Hinterräder 103 steuert. In dieser Ausführung werden, wenn das Fahrzeug 100 in einer im wesentlichen konstanten Höhe an einer Querneigung entlang gefahren wird, wobei eine Seite des Fahrzeugs 100 höher als die andere Seite ist (d.h. so dass der Rollwinkel nicht Null ist), die Vorderräder 106 automatisch so gelenkt, dass die Vorderseite des Fahrzeugs 100 an der Querneigung höher angehoben wird als die Rückseite des Fahrzeugs 100, ohne dass der Fahrer eine Lenkeingabe vornimmt.
Ein Beispiel für die Funktionsweise der Lenkwinkelbestimmungseinrichtung 403 für ein solches Fahrzeug 100 mit Steer-by-Wire-Vorderrädern 106 ist in 25 dargestellt. Wenn festgestellt wird, dass sich das Fahrzeug 100 in seinem QUERNEIGUNG-Zustand befindet, wird ein Querneigungslenkwinkel 2501 durch Multiplikation des Rollwinkels des Fahrzeugs 100 mit einem Verstärkungswert der Vorderradquerneigung bestimmt. Ein Bruchteil des Querneigungslenkwinkels 2501 wird zum angeforderten Lenkwinkel durch eine Überblendfunktion 2502 addiert, um den vorgeschlagenen Vorderradlenkwinkel zu erhalten. Der Bruchteil des Querneigungslenkwinkels 2501, der durch die Überblendfunktion 2502 hinzugefügt wird, wird über einen vordefinierten Zeitraum von etwa 1 Sekunde nach dem Zeitpunkt, an dem der QUERNEIGUNG-Zustand erkannt wird, kontinuierlich von Null auf Eins erhöht. Nach Ablauf dieses vordefinierten Zeitraums wird der gesamte Querneigungslenkwinkel zum angeforderten Lenkwinkel addiert.
Es ist zu verstehen, dass die Addition das Vorzeichen (positiv oder negativ) der Winkel berücksichtigt, so dass ein negativer Querneigungslenkwinkel, wenn er zu einem positiven angeforderten Lenkwinkel addiert wird, zu einem vorgeschlagenen Vorderradlenkwinkel mit einer Größe führt, die der Differenz zwischen den Größen des angeforderten Lenkwinkels und des Querneigungslenkwinkels entspricht.
Es ist zu begrüßen, dass eine solche automatische Lenkung der Vorderräder als Reaktion auf die Erkennung eines QUERNEIGUNG-Zustands auch bei einem Fahrzeug mit Vorderrädern, die „steer-by-wire“-gelenkt sind, und Hinterrädern, die nicht lenkbar sind, angewendet werden kann.
Ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 2600 veranschaulicht, das die vorliegende Erfindung darstellt und mit der Steuereinrichtung 105 zur Steuerung der Lenkung der Hinterräder 103 des Fahrzeugs 100 durchführbar ist, ist in 26 dargestellt. Im Block 2601 des Verfahrens 2600 wird ein erstes Signal empfangen, das einen angeforderten Lenkwinkel anzeigt, und im Block 2602 wird ein zweites Signal empfangen, das einen Rollwinkel des Fahrzeugs anzeigt. In Block 2603 wird festgestellt, ob ein Satz vordefinierter Kriterien erfüllt ist, die anzeigen, dass sich das Fahrzeug 100 in einem QUERNEIGUNG-Zustand befindet. Wenn nicht alle Kriterien erfüllt sind, wird ein vorgeschlagener Lenkwinkel für lenkbare Räder des Fahrzeugs 100 in Abhängigkeit vom ersten Signal und unabhängig vom zweiten Signal in Block 2605 bestimmt. Wenn alternativ dazu festgestellt wird, dass alle Kriterien in Block 2603 erfüllt sind, was anzeigt, dass sich das Fahrzeug 100 in einem QUERNEIGUNG-Zustand befindet, dann wird ein vorgeschlagener Lenkwinkel für die lenkbaren Räder des Fahrzeugs 100 in Abhängigkeit von dem ersten Signal (das den angeforderten Lenkwinkel anzeigt) und dem zweiten Signal (das den Rollwinkel des Fahrzeugs anzeigt) in Block 2604 bestimmt. Im Anschluss an den Vorgang im Block 2604 oder im Block 2605 wird im Block 2606 ein Ausgangssignal bereitgestellt, das so konfiguriert ist, dass es ein Lenken der lenkbaren Räder bei dem vorgeschlagenen Lenkwinkel bewirkt. Das Verfahren 2600 wird wiederholt durchgeführt, um die lenkbaren Räder des Fahrzeugs während der Fahrt 100 zu steuern.
Die im Block 2603 des Verfahrens 2600 durchgeführten Prozesse sind im Flussdiagramm von 27 dargestellt. Im Block 2701 wird ein erster Vorgang des Blocks 2603 durchgeführt, bei dem festgestellt wird, ob das zweite Signal einen Rollwinkel anzeigt, der größer als ein Schwellen-Rollwinkel ist. Wenn dies der Fall ist, wird in Block 2702 bestimmt, ob der Rollwinkel über eine vordefinierte Zeitspanne kontinuierlich über dem Schwellenwinkel lag. Wenn dies der Fall ist, wird in Block 2703 bestimmt, ob die Zentripetalbeschleunigung auf das Fahrzeug 100 während der vordefinierten Zeitspanne kontinuierlich unter einem Schwellenwert lag. Wenn dies der Fall ist, wird in Block 2704 bestimmt, ob die Geschwindigkeit (oder Längsgeschwindigkeit) des Fahrzeugs 100 kleiner als eine Schwellengeschwindigkeit ist. Wenn dies der Fall ist, wird im Block 2705 bestimmt, ob der angeforderte Lenkwinkel kleiner als ein Schwellenlenkwinkel ist. Ist dies der Fall, dann sind alle Kriterien in Block 2603 erfüllt, d.h. es wird festgestellt, dass sich das Fahrzeug 100 im QUERNEIGUNG-Zustand befindet, und folglich wird der Vorgang in Block 2604 durchgeführt.
Wird in einem der Blöcke 2701 bis 2705 ein negatives Ergebnis festgestellt, das anzeigt, dass mindestens ein Kriterium des Kriteriensatzes nicht erfüllt ist, so wird der Vorgang in Block 2605 durchgeführt.
Die im Block 2605 durchgeführten Prozesse des Verfahrens 2600 sind im Flussdiagramm von 28 für ein Fahrzeug 100 dargestellt, bei dem die Hinterräder 103 in Abhängigkeit vom Rollwinkel des Fahrzeugs 100 automatisch gelenkt werden. Im Block 2801 wird ein erster Prozess des Blocks 2605 durchgeführt, in dem ein Querneigungs-Verstärkungswert in Abhängigkeit von dem aktuell gewählten Fahrmodus des Fahrzeugs 100 bestimmt wird. Im Block 2802 wird ein Querneigungslenkwinkel 2401 bestimmt, indem der Querneigungs-Verstärkungswert mit dem Rollwinkel des Fahrzeugs 100 multipliziert wird. Im Block 2803 wird der angeforderte Lenkwinkel, der durch das empfangene erste Signal angezeigt wurde, mit einem Lenkkorrekturkoeffizienten multipliziert, um einen Korrekturwinkel zu bestimmen. Im Block 2804 wird dann der in Block 2602 ermittelte Querneigungslenkwinkel zum Korrekturwinkel addiert, wobei die Vorzeichen der Winkel berücksichtigt werden, um einen korrigierten Querneigungslenkwinkel zu erzeugen. Schließlich wird im Block 2805 ein vorgeschlagener Hinterradlenkwinkel in Abhängigkeit vom korrigierten Querneigungslenkwinkel bestimmt.
Die im Block 2805 durchgeführten Prozesse sind in dem in 29 gezeigten Flussdiagramm dargestellt. Zunächst wird im Block 2805, im Block 2901, bestimmt, wie viel Zeit, t, seit der ersten Erkennung eines QUERNEIGUNG-Zustands, d.h. seit der ersten Erfüllung aller Kriterien im Block 2603, vergangen ist. In Block 2902 wird bestimmt, ob die seit der ersten Bestimmung des QUERNEIGUNG-Zustands verstrichene Zeit t größer als eine vordefinierte Überblendzeit t_B ist. Ist dies der Fall, dann wird in Block 2905 der vorgeschlagene Hinterradlenkwinkel so bestimmt, dass er gleich zu dem korrigierten Querneigungslenkwinkel ist, der in Block 2804 erzeugt wurde. Andernfalls wird in Block 2903 ein Standard-Hinterradlenkwinkel bestimmt, indem der angeforderte Lenkwinkel mit einem Standard-Verstärkungswert multipliziert wird. D.h. der Standard-Hinterradlenkwinkel wird auf genau die gleiche Weise bestimmt wie der vorgeschlagene Hinterradlenkwinkel, wenn sich das Fahrzeug im STANDARD-Zustand befindet.
Nachdem der Standard-Hinterradlenkwinkel im Block 2903 bestimmt wurde, wird ein vorgeschlagener Hinterradlenkwinkel durch eine Überblendfunktion im Block 2904 bestimmt. Der vorgeschlagene Hinterradlenkwinkel wird berechnet, indem der korrigierte Querneigungs-lenkwinkel mit dem Bruchteil (t/t_B) der verstrichenen Überblendzeit tB multipliziert und das Ergebnis zu dem Produkt addiert wird, das sich aus der Multiplikation des Standard-Hinterradlenkwinkels mit dem verbleibenden Bruchteil ((t_B - t)/t_B) der Überblendzeit t_B ergibt.
Nach der Bestimmung des vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkels im Block 2904 oder 2905 wird das Verfahren im Block 2606 durchgeführt, um das Verfahren 2600 abzuschließen.
Für die Zwecke dieser Offenlegung ist davon auszugehen, dass die hier beschriebenen Steuereinrichtungen/Steuergerät(e) jeweils aus einer Steuereinheit oder einem Rechengerät mit einem oder mehreren elektronischen Prozessoren bestehen können. Ein Fahrzeug und/oder ein System davon kann eine einzige Steuereinheit oder ein einziges elektronisches Steuergerät umfassen, oder alternativ können verschiedene Funktionen des/der Steuergerätes/Steuergeräte in verschiedenen Steuereinheiten oder Steuergeräten darstellen oder in diesen untergebracht sein. Es könnte ein Satz von Befehlen bereitgestellt werden, die, wenn sie ausgeführt werden, das (die) Steuergerät(e) oder die Steuereinheit(en) veranlassen, die hier beschriebenen Steuertechniken (einschließlich der beschriebenen Verfahren) zu implementieren. Der Befehlssatz kann in einen oder mehrere elektronische Prozessoren eingebettet sein, oder alternativ könnte der Befehlssatz als Software bereitgestellt werden, die von einem oder mehreren elektronischen Prozessoren ausgeführt wird. Zum Beispiel kann ein erster für die Verarbeitung Verantwortlicher in Software implementiert werden, die auf einem oder mehreren elektronischen Prozessoren ausgeführt wird, und ein oder mehrere andere für die Verarbeitung Verantwortliche können ebenfalls in Software implementiert werden, die auf einem oder mehreren elektronischen Prozessoren ausgeführt wird, optional auf demselben oder denselben Prozessoren wie der erste für die Verarbeitung Verantwortliche. Es wird jedoch geschätzt, dass auch andere Vorkehrungen nützlich sind, und daher soll die vorliegende Offenlegung nicht auf eine bestimmte Anordnung beschränkt werden. In jedem Fall kann der oben beschriebene Satz von Anweisungen in ein computerlesbares Speichermedium (z.B. ein nicht vorübergehendes computerlesbares Speichermedium) eingebettet sein, das einen beliebigen Mechanismus zur Speicherung von Informationen in einer von einer Maschine oder elektronischen Prozessoren/Computervorrichtung lesbaren Form umfassen kann, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: ein magnetisches Speichermedium (z.B. Diskette); optisches Speichermedium (z.B. CD-ROM); magnetooptisches Speichermedium; Festwertspeicher (ROM); Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM); löschbarer programmierbarer Speicher (z.B. EPROM oder EEPROM); Flash-Speicher; oder elektrische oder andere Arten von Medien zur Speicherung solcher Informationen/Instruktionen.
Der erste Lenkaktuator 102 ist so betreibbar, dass er ein Drehmoment liefert, das ausreicht, um die Räder 103 des Fahrzeugs 100 bei den niedrigeren und höheren Geschwindigkeiten zu drehen, wie oben in Bezug auf 3 und 4 beschrieben. Im Stillstand reicht dieses Drehmoment jedoch möglicherweise nicht aus, um die Reibung zwischen den Rädern 103 und einer angetriebenen Fläche zu überwinden.
Eine alternative Lösung, die die vorliegende Erfindung bietet, besteht darin, die Räder 103 in Abhängigkeit von einem bestimmten Zeitwert, bei dem die Fahrzeuggeschwindigkeit Null erreicht, wieder in einen Geradeaus-Zustand zu bringen.
In solchen Szenarien kann das Steuersystem 104 so konfiguriert werden, dass es eine „Rückkehr zu Null“-Funktion implementiert. Diese Funktion umfasst zwei Hauptschritte, wie in 30a dargestellt. Der erste Schritt wird im Bestimmungsblock 501 durchgeführt, in dem das Regelsystem eine Anforderung für die „Rückkehr zum Nullpunkt“ des gelenkten Rades bestimmt, und umfasst den Vergleich einer geschätzten Zeit bis zum Erreichen der Fahrzeuggeschwindigkeit 0, d.h. eines Verzögerungszeitwerts T_d, mit einem Zielzeitwert T_T. Der Verzögerungszeitwert T_d gibt eine vorausgesagte Dauer an, bis die Fahrzeuggeschwindigkeit Null erreicht, d.h. ein Maß für die Zeit von einem aktuellen Zeitpunkt bis zu einem Zeitpunkt, zu dem das Fahrzeug voraussichtlich die Geschwindigkeit Null haben wird. Der zweite Schritt wird im Steuerblock 502 durchgeführt, in dem, wenn im Bestimmungsblock 501 festgestellt wird, dass eine „Rückkehr zu Null“ erforderlich ist, das Steuersystem ein Steuersignal ausgibt, um die gelenkten Räder 103 so zu steuern, dass sie sich in Richtung auf den Geradeaus-Zustand drehen. In einigen Beispielen sind diese Blöcke Teil eines einzelnen Reglers 105 des Regelsystems 104, in anderen Beispielen sind sie Teil von getrennten Reglern 105 innerhalb des Regelsystems 104.
Der Vergleich des Verzögerungszeitwerts T_d mit einem Zielzeitwert T_T, um zu bestimmen, ob die Räder in den Geradeauszustand gesteuert werden sollen, umfasst die Überwachung des Zustands, bei dem der Verzögerungszeitwert T_d kleiner oder gleich dem Zielzeitwert T_T ist: $T_{d} \leq T_{T}$
Eine Überwachung für den Zustand, bei dem der Zielzeitwert T_T größer oder gleich dem Verzögerungszeitwert T_d ist, wäre ebenfalls angebracht. $T_{T} \geq T_{d}$
Beide Zeitwerte T_d, T_T können als Teil von Signalen geliefert werden, die an einem elektrischen Eingang (nicht abgebildet) der Steuereinrichtung 105 empfangen werden. Diese Signale können dem Steuersystem 104 von einem anderen Fahrzeugsystem gemäß 30b zur Verfügung gestellt oder von einer anderen Steuereinrichtung 105 des Steuersystems 104 gemäß 30c ermittelt werden.
Beispielsweise kann der Verzögerungszeitwert T_d von dem Steuersystem 104 als Teil eines Signals von einer anderen Steuereinrichtung oder System des Fahrzeugs empfangen werden. Ein Fahrzeug mit einem Autonomiegrad von 2 oder höher (gemäß SAE-Definition) kann über eine Fahrzeugniveau-Steuereinrichtung und/oder einen Trajektorienplaner verfügen, die in der Lage sind, einen Zeitpunkt zu bestimmen und/oder zu planen, zu dem das Fahrzeug stillstehen wird, und dieser oder eine Ableitung davon könnte als Wert für den Verzögerungszeitwert T_d bereitgestellt werden.
Einer oder beide der Zeitwerte T_d, T_T können innerhalb des Regelsystems 104 bestimmt werden.
31a zeigt ein Beispiel für das Regelsystem 104, bei dem der Verzögerungszeitwert T_d in Abhängigkeit von einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit v und einer aktuellen Fahrzeugbeschleunigung a im Bestimmungsblock 503 bestimmt wird.
Eine positive Geschwindigkeit in Verbindung mit null oder einer positiven Beschleunigung zeigt an, dass das Fahrzeug vorwärts fährt und nicht verzögert und somit keine „Rückkehr zu null“ erforderlich ist. Ebenso ist eine negative Geschwindigkeit in Verbindung mit einer Beschleunigung von Null oder einer negativen Beschleunigung ein Hinweis darauf, dass das Fahrzeug rückwärts fährt und nicht abbremst. In beiden Fällen wird die Standardkontrolle, wie in den 4 und 5 beschrieben, beibehalten.
Ist die Geschwindigkeit positiv und die Beschleunigung negativ oder die Geschwindigkeit negativ und die Beschleunigung positiv, so ist dies ein Anzeichen dafür, dass das Fahrzeug verzögert wird, und es kann ein Verzögerungszeitwert T_d bestimmt werden: $T_{d} = v / a$
Der Verzögerungszeitwert T_d kann stattdessen bei 503 bestimmt werden, indem eine Vielzahl von Fahrzeuggeschwindigkeitswerten v1, v2... vn in entsprechenden Zeitintervallen gemäß 31b empfangen werden. Diese Werte können dann so extrapoliert werden, dass ein geschätzter Zeitpunkt, zu dem die Fahrzeuggeschwindigkeit gleich 0 ist, bereitgestellt werden kann. Der Verzögerungszeitwert T_d kann daher als die Differenz zwischen dem aktuellen Zeitpunkt und dem geschätzten Zeitpunkt, zu dem die Fahrzeuggeschwindigkeit gleich 0 ist, berechnet werden.
Der Zielzeitwert T_t kann ein vorbestimmter Wert sein, der in einem Speicher 302 der mindestens einen Steuereinrichtung 105 gespeichert ist.
Alternativ kann der Zielzeitwert T_T einen Aktuatorzeitwert T_a umfassen, so dass in einigen Beispielen: $T_{T} = T_{a} ist .$
In einigen Beispielen kann der Aktuatorzeitwert T_a dynamisch bestimmt werden, wie im Bestimmungsblock 505 in 31c gezeigt. Diese Bestimmung kann durch Vergleich einer aktuellen Aktuatorauslenkung θa (proportional zu einem aktuellen Lenkwinkel) mit einer Aktuatorrate ωa erfolgen, d.h. der Geschwindigkeit, mit der der Aktuator die Räder in Bogenmaß pro Sekunde oder Grad pro Sekunde drehen kann. Die Gleichung für diese Bestimmung lautet: $T_{a} = θ_{a} / ω_{a}$
Wenn z.B. die aktuelle Winkelverschiebung der Räder 5° beträgt und die Aktuatorrate 10 Grad pro Sekunde beträgt, dann beträgt der Aktuatorzeitwert T_a eine halbe Sekunde.
Die Aktuatorrate ω_a kann ein vorbestimmter Wert sein, der in einem Speicher 302 der mindestens einen Steuereinrichtung 105 gespeichert ist, oder sie kann dynamisch bestimmt werden. Beide Bestimmungen können in Abhängigkeit von verschiedenen Fahrzeug- und Umgebungsvariablen durchgeführt werden. Zu diesen Variablen können ein Fahrzeugmassenwert, die Reifeneigenschaften des Fahrzeugs, ein Oberflächenreibungswert und ein Antriebsmodus des Fahrzeugs gehören. Der Fahrzeugmassenwert kann ein vorbestimmter Wert sein, der in der Speichereinrichtung 102 gespeichert ist, alternativ kann er von einem Fahrzeugmassenschätzer im Steuersystem 104 oder einem anderen System des Fahrzeugs 100 empfangen werden. Der Oberflächen-Reibungswert ist ein Maß für den Reibungskoeffizienten zwischen dem Reifen und der angetriebenen Oberfläche, er kann durch den TES 306 bestimmt und von diesem empfangen werden oder direkt von der Geländeerfassungseinrichtung 312 empfangen und innerhalb des Steuersystems bestimmt werden.
In einigen Beispielen ist das Steuersystem 104 so konfiguriert, dass es eine Aktuatorrate ω_a aus einer im Speichergerät 302 gespeicherten Nachschlagetabelle in Abhängigkeit von empfangenen Signalen abruft, die für die verschiedenen Fahrzeug- und Umgebungsvariablen kennzeichnend sind.
Die Aktuatorraten ω_a können im Bereich von 0 rad/s bis 0,5 rad/s liegen. Niedrigere Werte wären in Situationen mit sehr hoher Fahrzeugbeladung und hoher Oberflächenreibung, so dass der Aktuator möglicherweise nicht in der Lage ist, ein ausreichendes Drehmoment zum Drehen der Räder 103 bereitzustellen. Höhere Werte wären in Situationen, in denen es wenig bis gar keine Reibung oder Fahrzeugbeladung gibt. Maximale Werte wären verfügbar, wenn die Fahrzeugräder keinen Kontakt mit der Oberfläche haben. Durchschnittliche Winkel-geschwindigkeiten ω_a können im Bereich von 0,15 rad/s bis 0,25 rad/s liegen, wobei 0,2 rad/s die bei normaler Fahrzeugnutzung zu erwartende Geschwindigkeit ist.
Es wird geschätzt, dass diese Winkelverschiebungen und -raten θ_a, ω_a durch lineare Werte ersetzt werden können, z.B. in Bezug auf die Position einer Fahrzeuglenkzahnstange, ohne vom Anwendungsbereich der Erfindung abzuweichen.
Der Zielzeitwert T_T kann weitere Zeitwerte nach 31d enthalten, wobei der Zielzeitwert T_T am Bestimmungsblock 504 in Abhängigkeit von den weiteren Zeitwerten bestimmt wird. Beispielsweise kann der Zielzeitwert T_T einen Latenz- oder abstimmbaren Zeitwert T_L enthalten, so dass: $T_{T} = T_{a} + T_{L} ist .$
Der abstimmbare Zeitwert T_L kann ein vorbestimmter Wert sein, der in einem Speicher 302 der mindestens einen Steuereinrichtung 105 gespeichert ist. Der Wert kann im Bereich von 0 bis 2 Sekunden liegen, mit einem bevorzugten Wert von 1 Sekunde. Der abstimmbare Zeitwert ermöglicht eine Abschwächung möglicher, geschätzter Latenzen in den Fahrzeugsystemen sowie die Bereitstellung eines größeren Fensters, innerhalb dessen der Aktuator 102 die Räder 103 wieder in den Geradeaus-Zustand bringen kann.
Der abstimmbare Zeitwert T_L kann in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren modifiziert oder bestimmt werden. Zu diesen Faktoren können die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit, die aktuelle Fahrzeugbeschleunigung, der Fahrzeugmassenwert, der Oberflächenreibungswert und der Antriebsmodus des Fahrzeugs gehören.
Nach der Bestimmung, dass eine „Rückkehr zum Nullpunkt“ erforderlich ist, bietet das Steuersystem dann die Steuerung der Räder 103 an, um zu einem Geradeauszustand zurückzukehren. Der Geradeauszustand kann definiert werden, wenn die Räder 103 parallel zu einer Längsachse 1001 des Fahrzeugs 100 +/- einer vordefinierten Toleranz liegen.
Die Toleranz kann in Abhängigkeit von den Merkmalen der mit den Lenk- und Aufhängungssystemen verbundenen Komponenten des Fahrzeugs definiert werden. Der Geradeauszustand kann als 0°+/- 3,5° definiert werden.
Die Steuereinrichtung 105 liefert ein Steuersignal an den Lenkaktuator 102. Dieses Steuersignal kann die Steuerung übersteuern, die bei normaler Fahrt, d.h. durch ein Steuersignal für den Normalbetrieb, bereitgestellt wird. Alternativ kann es an der Stelle ausgegeben werden, an der es in der selben Steuereinrichtung 105 bestimmt wird.
Sobald festgestellt wird, dass das Fahrzeug 100 wieder in Bewegung ist, kann das Steuersystem 104 seine normale Funktion, wie oben unter Bezugnahme auf die 4 und 5 definiert, wieder aufnehmen. Die Bestimmung, dass sich das Fahrzeug in Bewegung befindet, kann den Empfang einer Anzeige umfassen, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als 0,2 m/s ist.
Die Funktion „Rückkehr zum Nullpunkt“ kann in Abhängigkeit von der gegenwärtig gewählten oder festgelegten Fahrart geändert oder deaktiviert werden. Wenn z.B. in einem Kriechszenario gefahren wird und daher höchstwahrscheinlich im Kriechmodus arbeitet, wird die Bewegung des Fahrzeugs als sehr langsam charakterisiert. Das Gelände weist wahrscheinlich auch ein sehr hohes Maß an Oberflächenreibung auf, und die Räder 103 können unterschiedliche Lasten aufweisen. Diese Bedingungen übersteigen höchstwahrscheinlich die Fähigkeiten des Aktuators 102, und die Schwankungen bei niedriger Geschwindigkeit können dazu führen, dass die Räder 103 zittern, da das Fahrzeug kontinuierlich auf 0 abgebremst und dann wieder beschleunigt wird.
Die Funktion „Rückkehr zu Null“ kann auch in Abhängigkeit von anderen bestimmten Fahrszenarien deaktiviert werden. Beispielsweise können bei Hochgeschwindigkeitsstreckenfahrten die Fahrzeugverzögerungen sehr hoch sein, so dass der Verzögerungszeitwert T_d kleiner als der Zielzeitwert T_T sein kann, das Fahrzeug aber nicht tatsächlich bis zum Stillstand abgebremst wird. Um die Aktivierung der Funktion „Rückkehr zum Stillstand“ zu verhindern, können Schwellenwerte für die Fahrzeuggeschwindigkeit und -beschleunigung festgelegt werden, so dass die Funktion bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten oder hohen Verzögerungen nicht aktiviert wird.
Es wird gewürdigt, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Anmeldung abzuweichen.
Die in den 8, 9, 12 bis 14, 19 bis 21 und 26 bis 29 dargestellten Blöcke können Schritte in einem Verfahren und/oder Codeabschnitte im Computerprogramm 303 darstellen. Die Darstellung einer bestimmten Reihenfolge der Blöcke bedeutet nicht notwendigerweise, dass es eine erforderliche oder bevorzugte Reihenfolge für die Blöcke gibt, und die Reihenfolge und Anordnung der Blöcke kann variiert werden. Darüber hinaus kann es möglich sein, dass einige Schritte weggelassen werden.
Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in den vorhergehenden Absätzen unter Bezugnahme auf verschiedene Beispiele beschrieben wurden, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass Änderungen an den angegebenen Beispielen vorgenommen werden können, ohne vom beanspruchten Erfindungsumfang abzuweichen. So kann z.B. in alternativen Ausführungsformen die Steuereinrichtung 105 so konfiguriert werden, dass sie die Lenkung der Hinterräder 103 des Fahrzeugs 100 im STANDARD-Zustand steuert, wie unter Bezugnahme auf die 6 bis 9 beschrieben, jedoch nicht in allen oder nur in ausgewählten der besonderen Zustände. Es wird auch davon ausgegangen, dass die Steuereinrichtung 105 so konfiguriert werden kann, dass sie zusätzlich zu den beschriebenen Sonderbedingungen weitere Sonderbedingungen erkennt und die Hinterradlenkung in einer Weise steuert, die auf diese anderen Sonderbedingungen zugeschnitten ist.
Die in der vorstehenden Beschreibung beschriebenen Merkmale können in anderen als den ausdrücklich beschriebenen Kombinationen verwendet werden.
Obwohl Funktionen mit Bezug auf bestimmte Merkmale beschrieben wurden, können diese Funktionen durch andere Merkmale, ob beschrieben oder nicht, ausgeführt werden.
Obwohl Funktionen unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, können diese Funktionen auch in anderen Ausführungsformen vorhanden sein, unabhängig davon, ob sie beschrieben sind oder nicht.
Obwohl in der vorstehenden Beschreibung versucht wird, die Aufmerksamkeit auf diejenigen Merkmale der Erfindung zu lenken, die als besonders wichtig erachtet werden, sollte verstanden werden, dass der Anmelder Schutz in Bezug auf jedes patentierbare Merkmal oder jede patentierbare Merkmalskombination beansprucht, auf das/die hierin zuvor Bezug genommen wurde und/oder das/die in den Zeichnungen gezeigt wird, unabhängig davon, ob darauf besondere Betonung gelegt wurde oder nicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

GB 2492655 B [0162]
US 2014350789 A1 [0162]

Claims

Eine Vorrichtung zur Steuerung der Lenkung der Hinterräder eines Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung eine Steuereinrichtung umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie ein erstes Signal empfängt, das einen angeforderten Lenkwinkel anzeigt; ein zweites Signal empfängt, das einen ausgewählten Modus anzeigt, der aus mindestens einem ersten Modus und einem zweiten Modus ausgewählt ist; einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel in Abhängigkeit von dem ersten Signal und dem zweiten Signal bestimmt; und ein Ausgangssignal liefert, das so konfiguriert ist, dass es ein Lenken der Hinterräder bei dem vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel bewirkt.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung so konfiguriert ist, dass sie ein drittes Signal empfängt, das die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs anzeigt, und den vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel in Abhängigkeit von dem dritten Signal bestimmt.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei: der vorgeschlagene Hinterradlenkwinkel das Produkt aus einem Vorderradlenkwinkel und einem Verstärkungswert ist; und die Steuereinrichtung konfiguriert ist, um den vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel mit einem Verstärkungswert zu bestimmen, der von dem ausgewählten Modus abhängt, der durch das zweite Signal angezeigt wird, und wobei die Steuereinrichtung optional konfiguriert ist, um den Verstärkungswert in Abhängigkeit davon auszuwählen, ob die aktuelle Geschwindigkeit unter oder über einer Schwellengeschwindigkeit liegt.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist, um: ein Lenken der Hinterräder bei dem vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel außer Phase mit dem Vorderradlenkwinkel in Abhängigkeit von der aktuellen Geschwindigkeit zu bewirken, die unterhalb der Schwellwertgeschwindigkeit liegt; und ein Lenken der Hinterräder bei dem vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel in Phase mit dem Vorderradlenkwinkel in Abhängigkeit von der aktuellen Geschwindigkeit zu bewirken, die oberhalb der Schwellwertgeschwindigkeit liegt.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Steuereinrichtung so konfiguriert ist, dass sie die Schwellwertgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem gewählten Modus auswählt.
Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinrichtung so konfiguriert ist, dass sie das zweite Signal von einem Geländeschätzsystem empfängt, das so konfiguriert ist, dass es das zweite Signal in Abhängigkeit von den erfassten Eigenschaften des Bodens, auf dem das Fahrzeug fährt, erzeugt.
Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinrichtung so konfiguriert ist, dass sie: den ersten Modus in Abhängigkeit von einer Bestimmung auswählt, dass die Reibung zwischen den Rädern des Fahrzeugs und dem mit den Rädern in Kontakt stehenden Boden unter einem ersten Reibungsschwellenwert liegt; und den zweiten Modus in Abhängigkeit von einer Bestimmung auswählt, dass die Reibung über dem ersten Reibungsschwellenwert liegt.
Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuereinrichtung so konfiguriert ist, dass sie: den ersten Modus in Abhängigkeit von einer Bestimmung auswählt, dass der mit den Rädern des Fahrzeugs in Kontakt stehende Boden durch die Räder des Fahrzeugs verformbar ist.
Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das zweite Signal als Reaktion auf eine Eingabe an einer Benutzereingabevorrichtung erzeugt wird.
Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei mindestens eine Leistungscharakteristik des Fahrzeugs in Abhängigkeit von dem ausgewählten Modus bestimmt wird, wobei die mindestens eine Leistungscharakteristik mindestens eine der folgenden Gruppen umfasst: Drosselpedalkarte; Getriebekarte; Stabilitätsregeleinstellungen.
Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei: die Steuereinrichtung konfiguriert ist, um einen aktuellen Zustand des Fahrzeugs als einen von mehreren vordefinierten Zuständen zu bestimmen und einen vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel zu bestimmen, der von dem aktuellen Zustand abhängt; und die vordefinierten Zustände mindestens einen der folgenden Zustände umfassen: einen Zustand geringer Traktion; orientiert mit einem Rollwinkel oberhalb eines Schwellenrollwinkels; rückwärts abwärts eine Steigung hinunter bewegend.
Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Steuereinrichtung eine elektronische Speichervorrichtung mit darin gespeicherten Befehlen und einen elektronischen Prozessor umfasst, der elektrisch mit der elektronischen Speichervorrichtung gekoppelt und so konfiguriert ist, dass er auf die elektronische Speichervorrichtung zugreift und die Befehle ausführt.
Ein System mit der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und mindestens einem Aktuator zum Steuern eines Lenkwinkels der Hinterräder des Fahrzeugs als Reaktion auf das Ausgangssignal.
Ein System nach Anspruch 13, umfassend ein Geländeschätzsystem, das konfiguriert ist, um Eigenschaften eines Geländes zu bestimmen, auf dem das Fahrzeug fährt, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist, um den ausgewählten Modus in Abhängigkeit von Signalen auszuwählen, die von der Steuereinrichtung von dem Geländeschätzsystem empfangen werden.
Ein Fahrzeug, das die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder das System nach Anspruch 13 oder 14 umfasst.
Ein Verfahren zur Steuerung der Lenkung der Hinterräder eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines ersten Signals, das einen angeforderten Lenkwinkel anzeigt; Empfangen eines zweiten Signals, das einen ausgewählten Modus anzeigt, der aus mindestens einem ersten Modus und einem zweiten Modus ausgewählt wurde; Bestimmen eines vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkels in Abhängigkeit von dem ersten Signal und dem zweiten Signal; und Erzeugen des Lenkens der Hinterräder beim vorgeschlagenen Hinterradlenkwinkel.
Ein Computerprogramm, das, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, den Prozessor veranlasst, das Verfahren nach Anspruch 16 durchzuführen.