DE19635009B4 - System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs mit einem Lenkrad (18), dessen durch einen Fahrzeugfahrer erzeugte Drehbewegung durch einen Lenkmechanismus in eine Schwenkbewegung lenkbarer Räder (32) des Fahrzeugs gewandelt wird, umfassend:
ein Straßenzustanderfassungsmittel (10), das an dem Fahrzeug angebracht ist, zum Erfassen eines Zustands einer vorausliegenden Straße mit zumindest einer Fahrbahn, auf der das Fahrzeug fährt;
ein Positionserfassungsmittel (64, CPU1) zum Erfassen einer Position des Fahrzeugs bezüglich der Fahrbahn aufgrund zumindest einer Ausgabe des Straßenzustandserfassungsmittels;
ein Lenkwinkelbestimmungsmittel (CPU1; S202) zum Bestimmen eines gewünschten Lenkwinkels (θD), der erforderlich ist, um das Fahrzeug auf einer Mittelposition der Fahrbahn zu halten, welche aufgrund zumindest einer Ausgabe des Positionserfassungsmittels (64, CPU1) bestimmt ist;
ein Lenkkrafterfassungsmittel (22, 24, 26, 28, 38, 170) zum Erfassen einer vom Fahrer durch das Lenkrad (18) angelegten Lenkkraft (TS);
ein Hilfskraftmittel (46, 50, 172) zum Erzeugen eines Hilfskraftbetrags zum Unterstützen zumindest eines Teils der Lenkkraft...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs, wie es aus dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 9, 10, 11 und 13 definiert ist.
  • Ein solches System ist aus der EP 0 654 392 A1 bekannt. Dort wird lediglich eine Bewertung durchgeführt, ob sich in einem vorbestimmten Bereich in der Lenkvorrichtung ein Hindernis befindet oder nicht, ohne aber abzuschätzen, ob der vom Hindernis ausgehende Gefahrengrad erheblich – und daher zu berücksichtigen – ist oder nicht.
  • In der EP 0 654 392 A1 wird die Lenkreaktionskraft erzeugt, wenn die gegenwärtige Position des Fahrzeugs um mehr als einen vorbestimmten Betrag von der Mittellinie der Fahrbahn abweicht.
  • Aus der JP 03-016879 A ein System bekannt, welches annimmt, daß der Reifen aus der Straße schlupft, wenn sich herausstellt, daß die erfaßte Girrate um die Fahrzeuggierachse außerhalb eines Wertes liegt, der zu diesem Zeitpunkt durch das Lenkverhalten erzeugt werden muß, und das den Lenkmechanismus zum Erzeugen einer Lenkreaktionskraft antreibt, so daß das Lenkverhalten der erfaßten Gierrate entspricht.
  • Ob nun die Gierrate oder andere ähnliche Parameter, wie etwa die Querbeschleunigung G (welche seitlich auf das Fahrzeug wirkt) als Überwachungsparameter verwendet werden, beruht das herkömmmliche System auf dem Konzept der (Rückkopplungs) Regelung, in der der durch den Fahrzeugfahrer erzeugte Lenkwinkel dahingehend überwacht wird, ob die richtige Lenkkraft erzeugt wird, und falls nicht, wird dem Fahrer nahegelegt, richtig zu lenken. Allgemein kommt dieser Regeltyp zur Wirkung, nachdem ein Fehler zwischen der fahrerseitigen Bedienungsvariablen und der gesteuerten Variablen aufgetreten ist. Die Rückkopplungsregelung dient somit zur Korrektur von Symptomen, ist jedoch nicht geeignet, von vornherein das Auftreten des Fehlers zu vermeiden.
  • Es wurden in den letzten Jahren verschiedene Sensoren oder Detektoren entwickelt, die auf fortgeschrittener Computertechnologie beruhe und den gegenwärtigen Fahrzeugfahrzustand genau überwachen können. Es wird daher möglich, nicht nur den Parameter wie etwa die Querbeschleunigung G zu überwachen sondern es ist auch möglich, durch Bildbearbeitung die Abwei chung des Fahrzeugs von der Fahrbahn zu erfassen, auf der das Fahrzeug fährt. Ferner möglich wird die Überwachung durch einen Ultraschallsensor oder ein Radar, ob ein anderes Fahrzeug sich von hinten auf einer anderen Fahrbahn annähert. In der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP 04-019274 A wurde daher vorgeschlagen, eine Kollision von Fahrzeugen vorherzusagen, wenn der Fahrer die Fahrspur zu einer anderen wechselt.
  • Das in der obigen JP 04-019274 A offenbarte herkömmliche System ist so konfiguriert, daß es nicht mehr tut, als einfach den Betrag der Servounterstützung zu senken, wenn der Fahrer das Fahrzeug in eine Richtung lenken will, in der sich das andere Fahrzeug befindet. Insbesondere ist das herkömmliche System nicht in der Lage, die Lenkkraft zu korrigieren. Das herkömmliche System ist nicht so konfiguriert, daß es ein zukünftiges Fahrzeugverhalten oder einen Zustand ab dem gegenwärtigen Fahrzeugfahrzustand vorhersagen und die Lenkkraft auf einen geeigneten Wert korrigieren könnte, so daß das künftige Fahrzeugverhalten oder der künftige Zustand gleich dem Verhalten wird, das der Fahrer erwartet, oder das dem Fahrer Information etwa in Form von Lenkkraft gibt, welche die andernfalls auftretende Gefahr betrifft, wenn der Fahrer ein Zeichen übersehen hat.
  • Ein Ziel der Erfindung ist es, ein System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs anzugeben, das ein künftiges Fahrzeugverhalten oder einen künftigen Zustand aus dem gegenwärtigen Fahrzustand vorhersagt, und mittels vorwärts gerichteter oder Optimalwertsteuerung die Lenkkraft auf einen geeigneten Wert korrigiert, so daß das zukünftige Fahrzeugverhalten oder der zukünftige Zustand dem vom Fahrer erwarteten Verhalten gleicht, und das dem Fahrer Informationen in Form von Lenkkräften gibt, welche die andernfalls auftretende Gefahr betrifft, wenn der Fahrer ein Zeichen übersehen hat.
  • Ferner kann es eine Situation geben, in der nach Vorhersage eines künftigen Fahrzeugzustands oder -verhaltens es sicherer sein kann, beispielsweise nach rechts zu lenken als die Lenkung geradeaus zu halten. Wenn das zutrifft, ist es entsprechend günstiger, die Information an den Fahrer auszugeben, indem man die Lenkkraft (Lenkraddrehmoment oder Lenkradbetätigungskraft) in die rechte Richtung erhöht oder sie in der entgegengesetzten Richtung senkt.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es daher, ein System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs anzugeben, welches einen künftigen Fahrzeugzustand oder ein künftiges Verhalten vorhersagt, um die vorhergesagte Information an den Fahrer auszugeben, indem es die nach links und rechts wirkenden Lenkkräfte unterschiedlich macht.
  • Ferner, wenn es nach einem vorhergesagten künftigen Fahrzustand oder -verhalten sicherer ist, beispielsweise nach rechts zu lenken als die Lenkung geradeaus zu halten, ist es besonders günstig, den Fahrer zum Lenken nach rechts anzuregen, um einen Unfall zu vermeiden, anstelle ihm einfach Vorschläge zu machen, indem man die Lenkkraft in Richtung nach rechts senkt.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es daher, ein System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs anzugeben, das einen künftigen Fahrzeugzustand oder ein künftiges Verhalten vorhersagt und den Fahrer aktiv dazu anregt, das Fahrzeug im Sinne einer Unfallvermeidung zu bedienen.
  • Im übrigen ist die Erfindung nicht nur bei einem Fahrzeug anwendbar, das mit einer Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung ausgerüstet ist, sondern auch bei einem Fahrzeug, das mit einer Muskelkraftlenkung ausgerüstet ist. Besonders vorteilhaft ist das System jedoch bei Anwendung an einem Fahrzeug mit einer Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung, weil das System in der Struktur einfacher und kleiner sein kann.
  • Bei einem Fahrzeug, das mit einer Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung ausgerüstet ist, wurde vorgeschlagen, den Hilfskraftbetrag zu senken, um die Lenkkraft (Lenkradbetätigungskraft oder Lenkraddrehmoment) zu intensivieren. So ist es bekannt, die Lenkkraft zu erhöhen, indem von einer Pumpe zugeführter Öldruck zu einem Ölreservoir durch ein Solenoidventil in einem auf Fahrzeuggeschwindigkeit ansprechenden Servolenksystem abgelassen wird. Aus der japanischen Patentschrift JP 54-11171 B ist es in ähnlicher Weise bekannt, die Lenkkraft durch Anheben des Öldrucks in der Reaktionskammer zu intensivieren. Jedoch sind diese herkömmlichen Systeme derart konfiguriert, daß sie die nach links und rechts gerichtete Lenkkraft in gleichem Maße intensivieren. Insbesondere haben diese herkömmlichen Systeme zum Ziel, das Auftreten übermäßigen Lenkens zu verhindern, falls dieses bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit erwünscht ist.
  • Wenn bei einem mit einer Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung ausgerüsteten Fahrzeug angenommen wird, daß beispielsweise ein Lenken nach rechts gefährlich ist, wird es entsprechend günstig sein, den Hilfskraftbetrag in Richtung nach rechts zu senken, um die Lenkkraft (die Lenkradbetätigungskraft) in derselben Richtung zu erhöhen. Wenn andererseits vorhergesagt wird, daß ein Lenken nach rechts sicherer ist, wird es günstiger sein, den Hilfskraftbetrag in Richtung nach rechts zu erhöhen, um die Lenkkraft in derselben Richtung zu senken. Bei dieser Konfiguration wird der Fahrer dazu angeregt, die Lenkung in Richtung nach rechts zu korrigieren. Natürlich kann dieses System auch so konfiguriert sein, daß es unabhängig von der fahrerseitigen Lenkung eine Lenkkraft erzeugt, um den Fahrer aktiv anzuregen, das Fahrzeug im Sinne einer Unfallvermeidung zu bedienen.
  • Ein viertes Ziel der Erfindung ist es daher, ein System zur Korrektur der Lenkkraft eines mit einer Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung ausgerüsteten Fahrzeugs anzugeben, das nach links und rechts unterschiedliche Lenkkräfte erzeugt, indem es den Hilfskraftbetrag erhöht/senkt, oder das den Fahrer dazu bringt, das Fahrzeug im Sinne einer Unfallvermeidung zu bedienen.
  • Auch in den oben genannten Situationen muß der Fahrer natürlich das Fahrzeug frei lenken können, so daß es nach seinem Wunsch geradeaus fährt oder nach links oder recht abbiegt. Dies deswegen, weil der Fahrer nicht immer eine Kurve oder ein vorausliegendes Hindernis überblickt. Statt dessen könnte er den Wunsch haben, von der Straße vor der Kurve abzubiegen oder beabsichtigen, vor dem Gegenstand anzuhalten oder an diesem vorbeizufahren und dann anzuhalten.
  • Ein fünftes Ziel der Erfindung ist es daher, ein System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs anzugeben, mit dem der Fahrer die durch das System korrigierte Lenkkraft überlagern kann, wenn die korrigierte Lenkkraft mit seiner Einschätzung nicht übereinstimmt.
  • Ferner könnte es eine Situation geben, in der es nach Vorhersage eines künftigen Fahrzustands oder -verhaltens besser wäre, nicht nach links oder rechts zu lenken. Beispielsweise könnte es eine Situation geben, in der andere Fahrzeuge gerade auf der linken und rechten Fahrbahn vorbeifahren oder überholen und zusätzlich auf der eigenen Fahrspur voraus ein Hindernis vorhanden ist. In dieser Situation ist es günstiger, die Lenkkraft nach links oder rechts zu erhöhen oder zu intensivieren, um den Fahrer dazu anzuregen, weiter geradeaus zu fahren oder zumindest die gegenwärtige Fahrspur zu halten.
  • Ein sechstes Ziel der Erfindung ist es daher, ein System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs anzugeben, das, wenn gewertet wird, daß ein Lenken nach rechts oder links wahrscheinlich ungünstig ist, die Lenkkraft in Antwort auf den Grad der Bewertung in Richtung nach rechts und nach links erhöhen oder intensivieren kann.
  • Wenn in einem mit einer Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung ausgestatteten Fahrzeug die Lenkkraft nur durch Erhöhen oder Mindern des Kraftbetrags geändert wird, ist die maximale Lenkkraft theoretisch gleich jener der Muskelkraftlenkung. Bei der minimalen Lenkkraft nimmt der Widerstand zur Straßenoberfläche lediglich auf null ab, so daß der Fahrer das Lenkrad mit dem kleinen Finger bewegen kann. Wenn die Systemzuverlässigkeit weiter verbessert werden soll und anzunehmen ist, daß der Fahrer das Fahrzeug nicht richtig lenken kann, wie etwa bei dosiertem Lenken, wird es jedoch günstiger sein, das System derart zu konfigurieren, daß es die Situation erkennt und das Fahrzeug in richtiger Weise lenkt.
  • Diesbezüglich wurde ein System zur automatischen Lenkung eines Fahrzeugs vorgeschlagen, welches das Fahrzeug führt, so daß es entlang eines gewünschten Fahrkurses fährt. Das automatisch gelenkte Fahrzeug ist so konstruiert, daß der Fahrer die Lenkung während der Fahrt dem System anvertraut, wenn eine bestimmte Bedingung erfüllt ist. Bei den zuvor erwähnten Systemen gibt es jedoch keine derartige automatische Lenkung, und es wurde noch keine geeignete Technik vorgeschlagen, wie diese zu konstruieren wäre.
  • Wenn ein System aufgrund des erfaßten gegenwärtigen Zustands vor dem eigenen Fahrzeug einen optimalen Fahrkurs auf einer Fahrbahn wählen kann, die Lenkung des Fahrzeugs entlang dem Kurs bedienen kann und in Form der Lenkkraft dem Fahrer vorschlagen kann, wie er zu lenken hat, kann der Fahrer die zu lenkende Richtung erkennen, indem er mit seinen Händen eine Richtung erfühlt, in die die Lenkkraft kleiner ist, und er kann das Fahrzeug leicht entlang dem Kurs lenken. Ein solches System, das als gute Schnittstelle zu einem Menschen bzw. dem Fahrer arbeitet, wurde noch nicht vorgeschlagen.
  • Wenn ein solches System jedoch die Lenkkraft so groß macht, daß das Fahrzeug entlang einer Fahrspur fährt, kann das Fahrzeug auf dem Kurs automatisch auch dann fahren, wenn der Fah rer das Lenkrad losläßt. Durch analoges Ändern des Teilnahmegrads des Systems wird es möglich, das System kontinuierlich von dem Zustand, in dem das Fahrzeug in Zusammenwirkung mit dem Fahrer gelenkt wird, zu dem Zustand, in dem das Fahrzeug automatisch gelenkt wird, stufenlos zu ändern. Somit wird die Konstruktion eines Systems möglich, das mit der technologischen Entwicklung, wie etwa, der Umgebungserkennung, Schritt hält.
  • Ein siebtes Ziel der Erfindung ist es daher, ein System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs anzugeben, das die Höhe der Lenkkraft bestimmt, die optimal ist, damit das Fahrzeug entlang einer Fahrspur fährt, wenn der Fahrer das Lenkrad betätigt, und das ihm in Form von Lenkkraft Information gibt, so daß er das Fahrzeug leicht entlang der Fahrbahn lenken kann, so daß das System in der Lage ist, mit dem Menschen zu koexistieren.
  • Ein achtes Ziel der Erfindung ist es, ein System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs anzugeben, das den Grad menschlicher Teilnahme an der Fahrzeuglenkung stufenlos ändern kann. Obwohl es von der Bestimmung von Steuerparametern abhängt, ist es somit möglich, eine automatische Lenkung zu realisieren, in der ein Mensch nicht länger an der Fahrzeuglenkung teilnimmt.
  • In Rückschau auf die oben genannte JP 03-016879 A ist leicht einzusehen, daß die Erfindung mit den dort offenbarten Mechanismen nicht realisiert werden kann. Weil nämlich die meisten Hilfskraftlenkungen oder Fremdkraftlenkungen einschließlich der oben zitierten zur Energieeinsparung das sogenannte offene Mittenprinzip verwenden, wird Öldruck zum Erzeugen einer Beeinflussungskraft nicht erzeugt, solange das Lenkrad nicht bewegt worden ist. Ferner, obwohl die Drehbewegung des Lenkrads den Öldruck erzeugt und infolgedessen es nach einem ersten Aspekt möglich sein sollte, die gewünschte Beeinflussungskraft zu erhalten, kann man die Tatsache nicht verleugnen, daß sich der Öldruck mit der Reaktionskraft von der Straßenoberfläche her ändert. Die Tatsache, daß der zu erzeugende Öldruck nicht konstant ist, mach somit die Beeinflussungskraft unstabil, was zusätzliche Technik erfordert, um den Öldruck zu stabilisieren.
  • In der zweiten Ausführung des oben genannten Standes der Technik wird anstelle des unstabilien Hydraulikdrucks eine elektrische Kraft als unabhängige Hilfskraftenergiequelle verwendet. Dies ermöglicht die Bestimmung der Beeinflussungskraft mit hoher Genauigkeit. Jedoch hat das in der zweiten Ausführung des Standes der Technik offenbarte System verschiedene Nachteile:
    • (1) Weil der Mechanismus zum Erzeugen der Beeinflussungskraft in einem drehenden Element aufgenommen, ist muß man Gleitringe verwenden, die ziemlich unzuverlässig sind.
    • (2) Weil die Mechanismen zum Erzeugen elektromagnetischer Kraft im Öl liegen, zieht die Magnetkraft Staub oder Schmutz in das Öl, was den Betrieb verschlechtert.
  • Die herkömmlichen Systeme erfordern also eine Verbesserung.
  • Ein neuntes Ziel der Erfindung ist es daher, ein System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs anzugeben, das kompakt ist, leicht hergestellt werden kann und im Betrieb zuverlässig ist.
  • Bevorzugt soll das System bei der Initialisierung auf einem Neutralpunkt (Geradeausstellung) gebraucht werden.
  • Ein zehntes Ziel der Erfindung ist es, wein System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs anzugeben, das den Neutralpunkt (Geradeausstellung) während der Initialisierung des Systems leicht einstellen kann.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein System der gattungsgemäßen Art anzugeben, das in der Lage ist, die Korrektur der Lenkkraft an den von dem Hindernis tatsächlich ausgehenden Gefahrengrad anzupassen.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird ein System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 1, 9, 10, 11 und 13 angegeben.
  • Gemäß Anspruch 1 ändert das System die Kennung der Lenkkraftunterstützung derart, daß der Fahrer veranlaßt wird, den jeweils optimalen Lenkkraftbetrag (Lenkwinkel) anzulegen, damit das Fahrzeug einer Fahrbahn entlang fährt. Hierbei gibt das System dem Fahrer Information in der Form der veränderlichen Hilfsienkkraft, so daß der Fahrer das Fahrzeug leichter der Fahrbahn entlang lenken kann.
  • Gemäß den Ansprüchen 9, 11, 12 und 13 wird die vom Lenkmechanismus erzeugte Lenkkraft nach Maßgabe einer Ausgabe eines Gefahrengradschätzmittels beeinflußt. Daher wird der Fahrer in die Lage versetzt, die Korrektur der von ihm aufzubringenden Lenkkraft an den vom Hindernis tatsächlich ausgehenden Gefahrengrad anzupassen.
  • Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • 1 zeigt im Gesamtschema das System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs;
  • 2 zeigt schematisch einen im System von 1 verwendeten Lenkmechanismus;
  • 3 zeigt im Blockdiagramm die Details einer Steuereinheit mit einer CPU1 etc. nach 1;
  • 4 zeigt von der CPU1 in 3 berechnete Parameter;
  • 5 zeigt im Flußdiagramm den Betrieb des Systems nach 1;
  • 6 zeigt einen Hydraulikdrucksteuerkreis eines Hilfskraftlenksystems mit dem System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs nach einer zweiten Ausführung der Erfindung;
  • 7 zeigt eine Seitenansicht der Struktur um einen Beeinflussungsmotor nach 6;
  • 8 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII in 7;
  • 9 zeigt die herkömmlichen Lenkcharakteristiken des hydraulischen Hilfskraftlenksystems nach 6;
  • 10 zeigt die Lenkcharakteristiken des Systems nach der zweiten Ausführung der Erfindung;
  • 11 zeigt im Flußdiagramm den Betrieb des Systems nach der zweiten Ausführung der Erfindung;
  • 12 zeigt einen Teil eines Hydraulikdrucksteuerkreises eines Hilfskraftlenksystems ähnlich 6, jedoch mit einem System zur Korrektur der Lenkkraft des Fahrzeugs nach einer dritten Ausführung der Erfindung;
  • 13 zeigt im Flußdiagramm den Betrieb des Systems nach der dritten Ausführung der Erfindung gemäß 12;
  • 14 zeigt die Lenkcharakteristiken, die man mit dem System nach der dritten Ausführung der Erfindung erhält;
  • 15 zeigt ähnlich 12 das System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs nach einer vierten Ausführung der Erfindung;
  • 16 zeigt perspektivisch einen Teil eines elektrischen Hilfskraftlenksystems mit dem System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs nach einer fünften Ausführung der Erfindung;
  • 17 zeigt die Ausgangscharakteristiken eines Drehmomentsensors nach 16;
  • 18 zeigt Kennlinien des Stroms des Elektromotors nach 16 bezüglich der Lenkkraft;
  • 19 zeigt die Lenkkennlinien, die man mit dem System nach der fünften Ausführung der Erfindung erhält;
  • 20 zeigt im Flussdiagramm den Betrieb des Systems nach der fünften Ausführung der Erfindung;
  • 21 zeigt im Flussdiagramm den Betrieb des Systems zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs nach einer sechsten Ausführung der Erfindung;
  • 22 zeigt die Kennlinien des Stroms des im System nach der sechsten Ausführung der Erfindung verwendeten Motors bezüglich der Lenkkraft; und
  • 23 zeigt die Lenkkennlinien, die man mit dem System nach der sechsten Ausführung der Erfindung erhält.
  • 1 zeigt eine perspektivische Gesamtansicht des erfindungsgemässen Systems zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs.
  • Wie in 1 gezeigt, ist das System mit einem Bildsensor, wie etwa einer CCD (ladungsgekoppelten) Monochrom TV-Kamera 10 ausgerüstet, die als Hinderniserfassungsmittel über dem Fahrersitz in der Nähe des Rückspiegels angebracht ist, um ein monokulares Bild der Strasse einschliesslich der vorausliegenden Fahrbahnen aufzunehmen. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet ein Millimeterwellen-Radarsystem als Straßenzustandserfassungsmittel, das ausgestrahlte und reflektierte Funkfrequenzenergie zum Erfassen der Gegenwart von Hindernissen einschliesslich anderer Fahrzeuge verwendet. Das Radarsystem 12 umfasst zwei vordere Radargeräte 12a, die an der Vorderseite des Fahrzeugs angebracht sind, und sechs seitliche und hintere Radargeräte 12b (die hinteren Radargeräte sind nicht gezeigt), die an der Seite und an der Rückseite des Fahrzeugs angebracht sind.
  • Ein Gierratensensor 14 ist in der Nähe des Schwerpunkts des Fahrzeugs angebracht, um die Gierrate (Winkelgeschwindigkeit) des Fahrzeugs um die Gierachse (z-Achse) zu erfassen. Zusätzlich ist ein als ein Reedschalter ausgebildeter Fahrgeschwindigkeitssensor 16 in der Nähe der Fahrzeugantriebswelle (nicht gezeigt) angebracht, um als Fahrgeschwindigkeitserfassungsmittel die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu erfassen.
  • Wie am besten in 2 zu sehen, umfasst ein Lenkmechanismus ein Lenkrad 18 und eine mit diesem verbundene Lenkwelle (Lenksäule) 20. Die Lenkwelle 20 ist am entgegengesetzten Ende integral mit einer Ritzelwelle 22 verbunden. Die Ritzelwelle 22 ist an ihrem freien Ende mit einem Ritzel 24 ausgebildet, das mit einer Stangenverzahnung 28 kämmt, die an einer Zahnstange 26 derart gebildet ist, dass eine Drehung des Ritzels die Zahnstange verschiebt. Die Zahnstange 26 ist über Koppelstangen (nicht gezeigt) und Achsschenkel 30 etc. mit lenkbaren Rädern 32 (nur eines gezeigt) mechanisch verbunden. Der Lenkmechanismus wandelt die Lenkraddrehbewegung in eine Schwenkbewegung der lenkbaren Räder 32 des Fahrzeugs.
  • Ein Elektromotor 34, als Beeinflussungsmotor oder Beeinflussungsmittel, ist in der Nähe der Lenkwelle 20 vorgesehen. Die Motorausgangsleistung wird durch Riemenscheiben 35, 36 und einen Antriebsriemen 37 auf die Lenkwelle 20 übertragen, um zum Erzeugen einer Lenkkraft die Ritzelwelle 22 zu drehen. Der Elektromotor 34 ist mit einem Drehcodierer 38 versehen, der den Eingangslenkwinkel durch den Drehbetrag des Elektromotors 34 erfasst.
  • Nach 1 werden Ausgänge der Sensoren zu einer Steuereinheit 60 geleitet.
  • 3 zeigt die Steuereinheit 60 im Detail.
  • Die Steuereinheit 60 enthält drei Mikroprozessoren, nämlich CPU1, CPU2 und CPU3. Der Elektromotor 34 wird mit Strom von dem Motorverstärker 62 unter der Steuerung der CPU2 versorgt. Der Elektromotor 34 kann einen Drehzahluntersetzer aufweisen, der das Motordrehmoment verstärkt.
  • Die Ausgänge der CCD-Kamera 10 werden einer Bildprozessoreinheit 64 zugeführt, die als Positionserfassungseinheit die Eingangsdaten berechnet und bearbeitet, um den Zustand der Strasse vor dem Fahrzeug zu erfassen. Die Ausgänge des vorderen Radars 12a werden einer vorderen Hindernisauswerteeinheit 66 zugeführt, welche die Eingangsdaten berechnet und bearbeitet, um die Positionsinformation über ein eventuell vor der Fahrzeug befindliches Hindernis zu erhalten. Die Ausgänge der Bildbearbeitungseinheit 64 und der vorderen Hindernisauswerteeinheit 66 werden der CPU1 zugeleitet. In ähnlicher Weise werden die Ausgänge von dem Gierratensensor 14 und dem Fahrgeschwindigkeitssensor 16 über eine jeweilige Vorprozessorschaltung (nicht gezeigt) der CPU1 zugeführt. Aufgrund der Eingangsdaten führt die CPU1 eine Bewegungsplanung und Entscheidung durch, bestimmt den gewünschten Weg und den gewünschten Lenkwinkel θD und gibt diese dann an die CPU2 aus.
  • Die Details der Bestimmung des gewünschten Lenkwinkels sind in den japanischen Patentoffenlegungsschriften JP 05-197423 A (entsprechend US 5,350,912 A und JP 07-081604 A beschrieben, die beide vom Anmelder stammen. Daher wird die Bestimmung des gewünschten Lenkwinkels hier nur kurz erläutert. Anzumerken ist, dass die Technik auf der Prämisse beruht, dass das Fahrzeug auf einer Strasse, wie etwa einer Autobahn, fährt, auf der durch Fahrbahnmarkierungen (gewöhnlich durch weisse Linien) Fahrbahnen festgelegt sind.
  • Bei der bisher vorgeschlagenen Technik bestimmt die CPU1 zuerst den gewünschten Weg. Wie in 4 gezeigt, ist insbesondere der gewünschte Weg eine Bezugslinie M (in 4 gestrichelt gezeichnet), die imaginär in der Mitte einer durch Fahrbahnmarkierungen begrenzten Fahrbahn gezogen ist. Dann berechnet die CPU1 einen gewünschten Punkt auf dem gewünschten Weg M sowie eine Anfangsgierrate, die erforderlich ist, damit das Fahrzeug den gewünschten Punkt erreicht. Dann berechnet die CPU1 die Richtung, in die sich das Fahrzeug bewegen sollte sowie die Winkeldifferenz zwischen der Richtung und dem gewünschten Weg und berechnet die Gierratenkorrektur zur Minderung der Winkeldifferenz. Schliesslich bestimmt die CPU1 die gewünschte Gierrate durch Korrektur der gewünschten Anfangsgierrate durch die Gierratenkorrektur und bestimmt den genannten gewünschten Lenkwinkel θD derart, dass die gewünschte Gierrate erzeugt wird.
  • Gleichzeitig bestimmt die CPU1 die Abweichung DELTA L, welche den Abstand zwischen der Mitte des Fahrzeugs und der Bezugsmittellinie (gewünschter Weg) M bezeichnet (wobei L den Abstand zwischen der Fahrbahnmarkierung N und der Bezugsmittellinie M bezeichnet) sowie den Inklinationswinkel θV der Längsachse (x-Achse) des Fahrzeugs zur Bezugsmittellinie M (oder der Fahrbahnmarkierung N).
  • Zurück zu 3. Ausgänge der seitlichen Radargeräte 12b, welche ein Hindernis wie etwa ein anderes Fahrzeug überwachen, das seitlich und hinter dem eigenen Fahrzeug fährt (die Richtung liegt gelegentlich in einem Totwinkel) wird einer Umgebungsauswerteeinheit 68 zugeführt, welche als Gefahrengradschätzmittel die Umgebung um das eigene Fahrzeug herum auswertet, indem sie den Gefahrengrad schätzt, wenn die Fahrspur gewechselt wird. Die CPU2 erhält den Ausgang der Umgebungsauswerteeinheit 68 und wertet aus, ob der gegenwärtige Lenkwinkel geeignet ist. Dann wertet die CPU2 den Gefahrengrad aus, wenn die Fahrspur gewechselt wird, und wenn der Gefahrengrad hoch ist, erhöht oder intensiviert sie die Lenkkraft in Richtung nach links oder rechts, in der der Gefahrengrad als hoch eingeschätzt wird. Der der somit bestimmten Lenkkraft entsprechende Strom wird durch den Motorverstärker 62 dem Elektromotor 34 zugeführt.
  • Ferner ist die CPU1 so konfiguriert, dass sie aufgrund der die Gegenwart von Hindernissen vor dem Fahrzeug betreffenden Information und der gegenwärtigen Fahrzeuggeschwindigkeit das Auftreten einer Kollision vorhersagt und mit der die Fahrzeuggeschwindigkeit steuernden CPU3 kommuniziert, um über eine nicht gezeigte Treiberschaltung ein nicht gezeigtes Bremsbetätigungsglied zum Niederdrücken des nicht gezeigten Bremspedals zu erregen. Da jedoch der Kern der Erfindung nicht in der Bremsbetätigung liegt, wird der Betrieb der CPU3 nicht weiter erläutert. Zusätzlich beinhaltet die CPU2 den Betrieb der Lenkwinkelkorrektur. Weil jedoch der Kern der Erfindung auch darin nicht liegt, wird dies nicht näher erläutert.
  • Der Betrieb des Systems zur Korrektur der Lenkkraft nach der Erfindung wird nun anhand des Flussdiagramms von 5 erläutert. Der Betrieb wird durch die CPU2 durchgeführt, und steuert somit den Betrieb des Elektromotors 34. Das Programm wird mit vorbestimmten Intervallen von der CPU2 durchgeführt.
  • In Schritt S1 wird die erfasste Fahrgeschwindigkeit V gelesen und das Programm geht zu Schritt S2 weiter, in dem die Abweichung DELTA L (welche den Abstand von der Bezugsmittellinie M bezeichnet) und der durch die CPU1 bestimmte gewünschte Lenkwinkel θD gelesen werden. Dann geht das Programm zu Schritt S3 weiter, in dem die erfasste Fahrgeschwindigkeit V mit einer vorbestimmten Fahrgeschwindigkeit VTH, beispielsweise 50 km/h, verglichen wird. Wenn die erfasste Fahrgeschwindigkeit V unter der vorbestimmten Fahrgeschwindigkeit VTH liegt, endet das Programm sofort. Wenn V jedoch nicht unter VTH liegt, geht das Programm zu Schritt S4 weiter, in dem die Abweichung DELTA L mit dem vorgenannten Wert L verglichen wird, um festzustellen, ob DELTA L L überschreitet. Hierbei wird geprüft, ob das Fahrzeug die Fahrspur gewechselt hat (in die nächste rech te oder linke Fahrspur eingefahren ist). Wenn die Antwort in Schritt S4 Ja ist, endet das Programm sofort.
  • Der Grund für das Einsetzen des Schritts S3 ist, dass es als nicht erforderlich angesehen wird, bei relativ niedriger Fahrgeschwindigkeit die Lenkkraft zu korrigieren. Es genügt, dass die Steuerung wieder aufgenommen wird, wenn der Fahrer das System durch einen nicht gezeigten Schalter rücksetzt. Weil der offenbarte Steueralgorithmus zur Steuerung der Lenkung dient, um die Fahrt auf derselben Fahrbahn fortzusetzen, wenn S4 feststellt, dass die Fahrbahn gewechselt worden ist, ist das System so konfiguriert, dass es den Betrieb unterbricht, bis der Fahrer das System rücksetzt. Was den Schritt S4 betrifft, wird jedoch die Lenkkraft erhöht, damit das Fahrzeug zu der vorherigen Fahrbahn zurückkehrt, obwohl es den Fahrbahnwechsel bereits abgeschlossen hat. Das System kann natürlich auch so konfiguriert sein, dass es die Steuerung auf der neuen Fahrbahn fortsetzt, wenn die CPU2 so modifiziert ist, dass sie das Überqueren der Linienmarkierung (in 4 mit N bezeichnet) erkennen kann, um einen neuen gewünschten Weg in der nächsten Fahrbahn erneut zu bestimmen.
  • Wenn im Flussdiagramm von 5 das Ergebnis von Schritt S4 negativ ist, geht das Programm zu Schritt S5 weiter, indem ein gewünschtes Motordrehmoment T des Beeinflussungsmotors 34 berechnet oder bestimmt wird, indem der gewünschte Lenkwinkel θD mit einem Faktor (einem geeignet gesetzten Proportionalfaktor) KBias multipliziert wird. Weil hier der gewünschte Lenkwinkel θTH ein Wert ist, der zuerst aufgrund eines gewünschten Punkts auf dem gewünschten Weg M bestimmt ist, lässt sich sagen, dass die Bestimmung des gewünschten Motordrehmoments der Bestimmung einer gewünschten Lenkkraft entspricht, welche von dem Lenkmechanismus zu erzeugen ist, um eine gewünschte Position des Fahrzeugs bezüglich der Fahrbahn erhalten zu können, welche aufgrund der erfassten Position des Fahrzeugs festgestellt ist, so dass der Elektromotor 34 den Lenkmechanismus derart beeinflusst, dass der Lenkmechanismus die festgestellte gewünschte Lenkkraft erzeugt.
  • Das Programm geht dann zu Schritt S6, in dem das festgestellte gewünschte Motordrehmoment T geprüft wird. Insbesondere wird der Absolutwert des berechneten Drehmoments mit einem oberen Grenzwert T0 verglichen, und wenn die Absolutwert den oberen Grenzwert T0 überschreitet, wird das berechnete Drehmoment auf den oberen Grenzwert begrenzt. Das Programm geht dann zu Schritt S7 weiter, in dem ein Strom berechnet wird und an den Motorverstärker 62 ausgegeben wird, so dass der Beeinflussungsmotor 34 das festgestellte und geprüfte Motordrehmoment erzeugt. Das Programm geht dann zu Schritt S8, in dem geprüft wird, ob das Programm beendet werden soll, und falls nicht, geht es zu Schritt S1 zurück und wiederholt dieselben Prozesse.
  • Somit kann das System derart konfiguriert werden, dass das System den Betrag der Lenkkraft feststellt, der für den Fahrer optimal ist, damit er das Fahrzeug leicht entlang der Fahrbahn lenken kann. Das System kann somit einem Menschen (Fahrer) die Information in Form mit ihm koexistierender Lenkkraft geben und kann ferner den Teilnahmegrad des Menschen kontinuierlich zur automatischen Lenkung hin variieren, bei der der Mensch nicht mehr als aktiver Fahrer teilnimmt.
  • Weil ferner das System grundlegend so konfiguriert ist, dass es die Ziele durch Steuerung des Lenkkraftbetrags erzielt, ist inhärent ein Ausfallsicherungsbetrieb sichergestellt, auch wenn der Elektromotor in dem System ausfällt. Bei Motorausfall wird insbesondere nur die Lenkkraft anders, und die wichtigste Rolle des Lenksystems, Hindernisse zu vermeiden, bleibt unverändert. Zusätzlich ist es ein wesentliches Merkmal des Systems, dass durch Hinzufügung einiger Komponenten zu dem herkömmlichen Mechanismus es nicht erforderlich ist, Herstellungseinrichtungen in einer Fabrik wesentlich zu verändern. Weil das System kompakt und leicht herzustellen ist, ist es sehr zuverlässig und hat geringere Herstellungskosten. Das wesentliche Merkmal ist auch bei anderen Ausführungen anwendbar, die später beschrieben werden.
  • Das oben beschriebene System zeigt das Grundkonzept der Erfindung darin, daß es in ein Fahrzeug eingebaut werden kann, das mit Muskelkraftlenkung oder Fremdkraftlenkung oder Hilfskraftlenkung ausgerüstet ist. Insbesondere bezeichnet der Begriff ”Muskelkraftlenksystem” ein Lenksystem, in dem die Lenkkraft ausschließlich von dem Fahrer aufgebracht wird. Der Begriff ”Fremdkraftlenksystem” bedeutet ein Lenksystem, bei dem die Lenkkraft ausschließlich durch eine Energiequelle in dem Fahrzeug aufgebracht wird, und der Begriff ”Hilfslenkkraftsystem” bedeutet ein Lenksystem, bei dem die Lenkkraft durch Muskelkraft des Fahrers und durch eine Energiequelle aufgebracht wird.
  • Obwohl der durch die Umgebungsauswerteeinheit 68 geschätzte Gefahrengrad in der Ausführung nicht in Betracht gezogen wird, versteht es sich aus der folgenden Beschreibung, daß bei Bedarf der geschätzte Wert hinzugefügt werden kann.
  • 6 zeigt einen Hydrauliksteuerkreis eines hydraulischen Hilfskraftlenksystems, in dem das Lenkkraftkorrektursystem nach einer zweiten Ausführung der Erfindung enthalten ist. In der zweiten Ausführung und folgenden weiteren Ausführungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Komponenten wie in der ersten Ausführung.
  • Obwohl das System nach der ersten Ausführung bei allen Arten von Lenksystemen anwendbar ist, ist das System nach der zweiten Ausführung nur bei Fremdkraftlenksystemen oder Hilfskraftlenksystemen anwendbar. 6 zeigt den Zustand, in dem das Lenkrad nach links gedreht wird.
  • Insbesondere ist die Ritzelwelle 22 mit dem Ritzel 24 an ihrem freien Ende in bekannter Weise drehbar in einem Ritzelhalter 44 aufgenommen. Der die Welle aufnehmende Halter 44 ist in einem Gehäuse 42 drehbar aufgenommen. Wenn auf die Ritzelwelle 22 ein Lenkdrehmoment (Lenkradbetätigungskraft) wirkt, bewegt sich ein nicht gezeigter Ritzelhaltezapfen nach links oder rechts, um ein Vierwegeventil 46 von der Neutralstellung nach rechts oder links zu verschieben, so dass in einem Arbeits- oder Lenkzylinder 50 eine Kammer 50a oder 50b mit der Druckölzufuhrleitung von einer Flügelpumpe 48 verbunden wird (sie ist durch den nicht gezeigten Verbrennungsmotor des Fahrzeugs angetrieben), wohingegen die andere Kammer 50b oder 50a mit einem Ölreservoir 52 verbunden wird, um hierdurch die gewünschte Hilfskraft zu erzeugen.
  • In 6 setzt die Flügelpumpe 48 Öl aus dem Ölreservoir 52 unter Druck und führt dieses Drucköl zu einem Einlass des Vierwegeventils 46 und zwei weiteren Steuerventilen (einem Druckreduzierventil 70 und einem variablen Drossel- oder Dosierventil 72), die in Antwort auf die Fahrgeschwindigkeit arbeiten. Das Bezugszeichen 74 bezeichnet ein bekanntes Strömungssteuerventil zum Drosseln der Ölmenge auf eine konstante Menge gegen die Fluktuation der Pumpenauswurfmenge. Das Bezugszeichen 76 bezeichnet ein bekanntes Pilotablassventil.
  • Wie zuvor erwähnt, ist das Ritzel 24 drehbar in dem Ritzelhalter 44 aufgenommen, der wiederum drehbar in dem Gehäuse 42 aufgenommen ist. Anzumerken ist, dass die Mitte der Drehbewegung X des Ritzels 24 von jener Y des Halters 44 um E nach oben versetzt ist. Ein nicht gezeigter Haltestift steht von den Figuren von einer Stelle A an dem Halter 44 in Richtung nach oben vor. Der Stift ist in einen Schlitz B eingesetzt, der an dem Vierwegeventil 46 ausgebildet ist. Das Vierwegeventil 46 weist zwei Stifte 78 und 80 auf, die in der Figur nach oben abstehen, so dass sie Kolben 84 und 86 einer Reaktionskammer 82 zwischen sich aufnehmen. Eine andere Reaktionskammer des Systems ist an der entgegengesetzten Seite angeordnet und gegenüber dem Vierwegeventil 46 um 180° versetzt. Zu Erläute rungszwecken ist nur eine Reaktionskammer richtig dargestellt, wohingegen die andere über dieser schematisch dargestellt ist.
  • Jede Reaktionskammer 82 wird mit Fluiddruck von den Steuerventilen 70 und 72 versorgt (welche auf die Fahrgeschwindigkeit ansprechen). Eine Zentrierfeder 88 spannt den Kolben 84 oder 86 nach aussen vor. Die Auswärtsbewegung des Kolbens wird durch die linken und rechten Stifte 78 und 80 oder von der Wand des Gehäuses 42 gebildeten Schultern C begrenzt. Wenn sich das Vierwegeventil in der Neutralstellung befindet (Geradeauslenkung), ist der Abstand zwischen den Schultern C gleich jenem zwischen den Stiften. Das Grundkonzept dieser Systemkonfiguration ist in der japanischen Patentschrift JP 62-10871 B4 = ( JP 58-026674 A ) des Anmelders beschrieben und wird nicht weiter erläutert.
  • In dem System nach der zweiten Ausführung der Erfindung ist ein ähnlicher Elektromotor 90 als Beeinflussungsmotor oder Beeinflussungsmittel vorgesehen, der die gleiche Funktion wie der Elektromotor 34 hat. Der Elektromotor 90 hat einen Arm 92, der um einen Punkt D herum schwenkbar ist. Der Arm 92 berührt über eine Feder 94 das Vierwegeventil 46 in der Figur rechts. Insbesondere, wenn der Elektromotor 90 angetrieben wird, verschwenkt der Arm 92 nach links oder rechts, um die Feder 94 zu verlagern. Diese Bewegung wirkt somit auf das Vierwegeventil 46 als eine Art Lenkkraft oder Beeinflussungskraft. Um den Hub des Arms 92 zu begrenzen, sind links und rechts Anschläge 96 und 98 vorgesehen. Dies verhindert, dass das Vierwegeventil 46 eine übermässige Beeinflussungskraft erhält.
  • 7 und 8 zeigen die Struktur um den Elektromotor 90 im Detail.
  • Der Elektromotor 90 ist in einem Gehäuse 102 befestigt, und zwar durch einen Flansch 104, der an dem das Vierwegeventil 46 aufnehmenden Gehäuse 42 angebracht ist. Eine Motorausgangswelle 106 ist an den Arm 92 geschraubt. Der Arm 92 weist an seinem entgegengesetzten Ende einen Schlitz 108 auf, der eine Rolle 110 aufnimmt. Beide Enden der Rolle 110 sind in Führungsschlitze des Gehäuses eingesetzt, so dass die Rolle 110 linear entlang der Führungsschlitze läuft. Die Rolle 110 steht in ihrer Mitte drehbar mit einem Federträger 115 in Eingriff, so dass die Rolle die Feder in Antwort auf Schwenkbewegung des Arms 92 loslässt oder zusammendrückt. Diese Komponenten einschliesslich des Arms 92 sind in einem Raum angeordnet, der durch einen Deckel fluiddicht verschlossen ist. Die Innenseite des Deckels ist mit Öl gefüllt, das im wesentlichen unter Atmosphärendruck steht.
  • Der Elektromotor 90 ist an der Rückseite mit einem Drehcodierer 116 versehen, um den Betrag der Drehbewegung des Motors zu erfassen. Der Elektromotor 90 wird durch ein Befehlssignal angetrieben, das aufgrund der durch den Codierer 116 festgestellten Winkelverschiebung bestimmt wird. Der Elektromotor 90 kann mit einem Drehzahluntersetzer versehen sein, um das Ausgangsdrehmoment zu verstärken.
  • Der Arm 92 ist mit Zentrierfedern 118 und 120 versehen, die mechanisch sicherstellen, dass der Arm in die Neutralstellung vorgespannt wird (entsprechend der Geradeausstellung des Lenkrads), wenn das Fahrzeug steht und die Stromzufuhr zu der Steuereinheit 60 unterbrochen wird. Wie in der Figur gezeigt, sind die Federn derart konfiguriert, dass sie die Anfangslast zu der Neutralstellung hin erzeugen, um sicherzustellen, dass der Arm in die Neutralstellung zurückkehrt (Geradeausstellung). Wie aus 7 zu ersehen, ist die Motorausgangswelle durch eine Öldichtung 122 abgedichtet, um einen problemlosen Motorbetrieb zu ermöglichen.
  • Wieder zurück zu 6. Das Druckreduzierventil 70 reguliert den Fluiddruck von der Pumpe auf einen konstant niedrigen Druck und gibt in ihn durch eine Öffnung 70a aus. Der reduzierte Fluiddruck wirkt auf die linke Seite der variablen Drossel 72, die in der Figur unten dargestellt ist, um das Ventil gegen die Federkraft nach rechts zu drücken. Wenn das Fahrzeug anhält, verbindet durch die entstandene Pegeldifferenz die variable Drossel 72 die Reaktionskammer 82 mit der Fluiddruckquelle um ein geringes Ausmass, und gleichzeitig durch eine zweite Pegeldifferenz mit dem Ölreservoir. Im Ergebnis wird der Druck in der Reaktionskammer 82 im wesentlichen bei oder unter Atmosphärendruck gehalten.
  • Die Auslassöffnung 70a des Druckreduzierventils 70 ist über eine Drossel 130 mit einer Ölpumpe 132 verbunden. Die Ölpumpe 132 dreht sich synchron mit der Getriebeausgangswelle (nicht gezeigt). Die Ölpumpe 132 enthält einen Rotor 132a, dessen Ausgangswelle ein Zahnrad trägt, das mit einem der Differentialzahnräder in Eingriff steht, welche die Getriebeausgangswelle bil Der Ölpumpenrotor 132a stoppt, wenn die Fahrgeschwindigkeit null ist, und dreht sich mit einer Geschwindigkeit, die proportional mit der Fahrgeschwindigkeit V zunimmt, um hierdurch Öl in der Figur von der rechten Öffnung zu der linken Öffnung zu pumpen. Die durch die Ölpumpe 132 tretende Ölmenge nimmt zu, wenn die Fahrgeschwindigkeit V zunimmt. Wenn die Ölpumpe 132 stoppt, wird der Druck an der linken Seite der variablen Drossel 72 in der Figur auf einen durch das Druckreduzierventil 70 bestimmten Pegel reguliert und wirkt auf die Drossel 72, um diese nach rechts zu drücken. Wenn die Pumpe 132 wieder mit der Drehung beginnt, wird das Öl von der linken Seite der Drossel 72 gepumpt und der Druck fällt ab, wodurch die Drossel 72 durch die von rechts wirkende Federkraft nach links verschoben wird. Wenn somit die Fahrgeschwindigkeit V zunimmt, nimmt die Dichtwirkung der Pegeldifferenz zur Verbindung der Reaktionskammer 82 mit der Fluiddruckquelle ab, während jene zur Verbindung der Kammer mit dem Ölreservoir zunimmt. Bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit wird die Reaktionskammer 82 von dem Ölreservoir getrennt und vollständig mit der Fluiddruckquelle verbunden, so dass der Fahrer ein Gefühl erhält, das proportional zu der Reaktionskraft von der Strassenoberfläche ist.
  • Nun wird der Betrieb des Hilfskraftlenksystems beschrieben.
  • Angenommen, in der Neutralstellung (Geradeausstellung) wirkt keine Betätigungskraft auf das Lenkrad 18, und somit ist keine Kraft zwischen dem Ritzel 24 und der Zahnstange 28 vorhanden. Das Vierwegeventil 46 befindet sich durch die Kraft der Feder 88 in der Reaktionskammer 82 in der Neutralstellung und arbeitet entsprechend dem offenen Mittenprinzip, so daß das Drucköl zu dem Ölreservoir zurückfließt. Der Fluiddruck ist im wesentlichen null und der Druck in den linken und rechten Kammern 50a und 50b des Arbeitszylinders 50 liegen bei null.
  • Angenommen, das Lenkrad 18 wird wie mit dem Pfeil gezeigt nach links bewegt, dann dreht sich die Zahnstange 26 wegen des Widerstands von der Straßenoberfläche nicht. Das auf das Ritzel 24 wirkende Drehmoment spannt dieses so vor, daß es auf der Stangenverzahnung 28 nach links rollt, weil sich die Zahnstange 26 nicht bewegt. Die Rollbewegung des Ritzels ist jedoch durch die Federkraft in der Reaktionskammer 82 gehemmt. Wenn die Rollkraft des Ritzels geringer als die Federkraft ist, bleibt das Vierwegeventil 46 in der Neutralstellung und erzeugt keine Hilfskraft. Wenn hier das auf das Ritzel 24 wirkende Drehmoment den auf die lenkbaren Vorderräder wirkenden Widerstand der Straßenfläche überschreitet, könnten sich die Vorderräder ohne Hilfskraft drehen. Dies geschieht, wenn das Fahrzeug auf Eis fährt und die Vorderräder leicht schlupfen oder das Fahrzeug fährt und die Reaktionskraft von der Straßenfläche gering ist.
  • Wenn die Betätigungskraft an dem Lenkrad 18 ausreichend hoch wird, so daß das Ritzel 24 auf der Stangenverzahnung 28 nach links rollt, bewegt sich das Vierwegeventil 46 und drückt die Innenfeder nach rechts. Infolge dessen wird die linke Kammer 50a des Arbeitszylinders 50 mit der Fluiddruckwelle verbunden, wohingegen die rechte Kammer 50b mit dem Ölreservoir verbunden wird. Durch die resultierende Kraft aus dem Ritzeldrehmoment und dem Fluiddruck wird die Zahnstange 26 nach rechts ange trieben, um Hilfskraft zu erzeugen. Somit wirkt die Komponente, die aus der Ritzelwelle 22, dem Ritzel 24, der Zahnstange 26 und der Stangenverzahnung 28 etc. gebildet ist, als eine Art Lenkkrafterfassungsmittel.
  • Weil bei hoher Fahrgeschwindigkeit V die Reaktionskammer 82 mit Fluiddruck versorgt wird, kehrt das Vierwegeventil zu der Neutralstellung zurück, wenn der Fluiddruck zunimmt. Die Höhe des Fluiddrucks hängt vom Hub der variablen Drossel 72 in Richtung nach links ab, anders gesagt von der Fahrgeschwindigkeit V. Der in die Reaktionskammer 82 eingeführte Fluiddruck und somit die Rückstellkraft des Ventils 46 in die Neutralstellung nimmt mit abnehmender Fahrgeschwindigkeit V ab. 9 zeigt die Kennlinien der Lenkkraft (Ritzeldrehmoment) bezüglich des Widerstands von der Strassenfläche (Ausgang von der Zahnstange) in dem offenbarten System.
  • 9 zeigt die Kennlinien der Lenkkraft (Ritzeldrehmoment) relativ zum Widerstand von der Strassenfläche (Ausgang an der Zahnstange) in dem offenbarten System.
  • Nun sei angenommen, dass der in 6 dargestellte Elektromotor 90 des Systems arbeitet und der Arm 92 so angetrieben wird, dass er mit einem bestimmten Winkel von der dargestellten Stelle im Uhrzeigersinn verschwenkt wird, so dass das Vierwegeventil 46 nach links vorgespannt wird. In diesem Fall muss das zum Verschieben des Ventils 46 nach rechts erforderliche Ritzeldrehmoment grösser sein. Hierdurch wird es schwieriger, die Hilfskraft in Richtung nach links zu erzeugen, wodurch eine Lenkbewegung nach links schwerer wird. Andererseits ist aufgrund der Beeinflussungskraft ein geringeres Ritzeldrehmoment erforderlich, um das Ventil 46 nach links zu verschieben, wodurch es leichter wird, die Hilfskraft in Richtung nach rechts zu erzeugen. Durch Verschwenken des Arms 92 im Uhrzeigersinn wird somit das Lenken nach rechts leichter, wohingegen die Lenkung in die entgegengesetzte Richtung schwe rer wird. Hierdurch wird die Lenkkraft in Richtung nach links und nach rechts unterschiedlich.
  • Dies ist in 10 gezeigt. In den gezeigten Kennlinien verschiebt sich der Anfangspunkt der Hilfskraft mit zunehmender Beeinflussungskraft entlang der Kennlinie des Muskelkraftlenksystems. Weil das System derart konfiguriert ist, daß die Beeinflussungskraft nur auf die Feder 88 in der Reaktionskammer wirkt, werden die (unterbrochenen) Kennlinien parallel von (durchgehenden) herkömmlichen Hilfskraftkennlinien parallel verschoben, wie mit den Pfeilen gezeigt, und zwar entlang der geraden Linie des Muskelkraftlenksystems. Hieraus ist ersichtlich, daß ein Verschwenken des Arms im Gegenuhrzeigersinn das Lenken nach rechts schwerer macht und das Lenken nach links leichter.
  • Wenn festgestellt wird, daß die Beeinflussungskraft größer als die vorbestimmte Kraft der Feder 88 in der Reaktionskammer ist, entspricht dies den in der Figur strichpunktierten Kennlinien. Insbesondere, auch wenn das Ritzeldrehmoment (Ritzeleingang) null ist, wird ein Straßenflächenwiderstand (Ausgang an der Zahnstange) erzeugt, so daß eine Minuslenkkraft erzeugt wird. In diesem Fall dreht sich das Lenkrad 18 von selbst, wenn man es losläßt, so daß das Fahrzeug automatisch gelenkt wird. Der Lenkbetrag ist jedoch auf ein solches Ausmaß begrenzt, daß es mit der Reaktionskraft von der Straßenfläche ausgeglichen ist. Wenn die Beeinflussungskraft weiter zunimmt, kann der Vorderradschwenkwinkel (Lenkwinkel) erhöht werden.
  • Anzumerken ist, daß die hier genannte Reaktionskraft bei fahrendem Fahrzeug das Ausrichtdrehmoment ist, welches die Reifen aufgrund der Geometrie der Radaufhängung in die Geradeausstellung schwenkt.
  • Aus dem obigen ist ersichtlich, daß der Vorderradschwenkwinkel durch Zunahme/Abnahme der Beeinflussungskraft gesteuert werden kann. Weil es jedoch schwierig ist, dies in Offenschleifen steuerung genau zu steuern, ist ein Drehcodierer 126 vorgesehen, um den Drehbetrag der Lenkwelle 20 zu erfassen. Weil sich die Lenkwelle 20 infolge der erzeugten Beeinflussungskraft dreht, steuert die CPU2 den Elektromotor 90 durch einen ähnlichen Motorverstärker wie in der ersten Ausführung, so dass der erfasste Drehbetrag der Lenkwelle auf einen gewünschten Lenkwinkel gebracht wird.
  • Der Betrieb des Systems nach der zweiten Ausführung wird nun anhand des Flussdiagramms in 11 erläutert.
  • Die 11 zeigt den Steueralgorithmus der CPU2, welche den Betrieb durch den Elektromotor 90 steuert. Zu Erläuterungszwecken sei hier angenommen, dass der Gefahrengrad α nur für die rechte Fahrbahn geschätzt wird, gesehen von der gegenwärtigen Fahrbahn, auf der das eigene Fahrzeug fährt. Wenn der Grad sowohl für die rechten als auch linken Fahrbahnen geschätzt werden soll, genügt es, wenn ähnliche Prozesse für die linke Fahrbahn sich anschliessen.
  • In Schritt S10 des Flussdiagramms werden die erfasste Verschiebung oder die Stellung β des Elektromotor 90 (aus dem Ausgang des Codierers 116 durch geeignete Wandlung) und die Fahrgeschwindigkeit V gelesen, und das Programm geht zu Schritt S12, in dem die Ausgänge der CPU1 gelesen werden, das sind die Abweichungen DELTA L von der Mittellinie (gewünschter Weg) M, der Inklinationswinkel θV der Längsachse des eigenen Fahrzeugs bezüglich der Mittellinie, der gewünschte Lenkwinkel θD und der durch die Umgebungsauswerteeinheit 68 geschätzte Gefahrengrad αR nach rechts. Hier wird der Gefahrengrad αR erläutert.
  • Die seitlichen Radargeräte 12b erfassen den relativen Abstand D zwischen dem eigenen Fahrzeug und anderen Fahrzeugen, die auf der linken (oder rechten) Fahrbahn fahren. Durch Differenzieren des Abstands D zum Erhalt des Werts dD erhält man den Wert, der die relative Fahrgeschwindigkeit zum eigenen Fahrzeug bezeichnet. Der Abstandbetrag α wird in der Ausführung wie folgt definiert: αR = A – (Kd × dDR) – (KD × DR)wobei αR ≤ 0 und A eine Konstante ist.
  • Dies bedeutet, dass, wenn die relative Fahrgeschwindigkeit dD einen positiven Wert hat, sich das andere Fahrzeug von dem eigenen Fahrzeug wegbewegt. Der Gefahrengrad nimmt somit ab, wenn dD zunimmt. Wenn andererseits dD einen negativen Wert hat, bedeutet dies, dass das andere Fahrzeug aufschliesst, und der Gefahrengrad zunimmt, wenn der Absolutwert von dD zunimmt. Weil der relative Abstand D immer einen positiven Wert hat, nimmt der Gefahrengrad ab, wenn der Wert D zunimmt. Weil der Gefahrengrad keinen negativen Wert haben sollte, wird der Grad auf 0 gesetzt, wenn der berechnete Wert negativ wird. In der Gleichung bezeichnet das Suffix R den Wert der rechten Fahrbahn. Wenn ein ähnlicher Wert für die-linke Fahrbahn berechnet wird, wird diesem das Suffix L beigefügt.
  • Hier ist anzumerken, dass, weil bei konstantem Abtastintervall die Differenzierung kompliziert ist, es alternativ möglich ist, eine Differenz zwischen dem zum gegenwärtigen Intervall abgetasteten gegenwärtigen Abstand D1 und dem zum folgenden Intervall abgetasteten folgenden Abstand D1-1 zu erhalten, indem dD = D1 – D1 – 1.
  • Ferner anzumerken ist, dass, auch wenn der Gefahrengrad nur entweder für die rechte oder linke Fahrbahn berechnet wird, und wenn ein Hindernis, wie etwa ein Pannenfahrzeug, sich voraus auf der eigenen Fahrbahn befindet, der Gefahrengrad in ähnlicher Weise für die eigene Fahrbahn berechnet werden sollte. Obwohl ferner der Gefahrengrad als einfache lineare Funktion definiert ist, ist es alternativ auch möglich, diesen durch Berechnung zu definieren und das Quadrat des relativen Abstands oder der Fahrzeuggeschwindigkeit oder ähnlicher Werte zu verwenden.
  • In 11 geht das Programm dann zu Schritt S14 weiter, wo geprüft wird, ob die gegenwärtige Fahrgeschwindigkeit V unter der vorbestimmten Fahrgeschwindigkeit VTH liegt, und wenn das Ergebnis ja ist, endet das Programm sofort, und zwar aus dem gleichen Grund wie in der ersten Ausführung. Wenn nicht, geht das Programm zu Schritt S16, in dem geprüft wird, ob die Abweichung DELTA L größer als die Fahrbahnbreite L ist, d. h. es wird geprüft, ob das eigene Fahrzeug in die benachbarte rechte oder linke Fahrbahn eingefahren ist, und falls ja, endet das Programm sofort aus dem gleichen Grund wie in der ersten Ausführung.
  • Wenn das Ergebnis in Schritt S16 negativ ist, geht das Programm zu Schritt S18, in dem die gewünschte Stellung des Elektromotors (gewünschte Beeinflussungskraft) βD berechnet wird. Insbesondere wird der gewünschte Lenkwinkel θmit einem Faktor K1 multipliziert (geeignet gesetzter Proportionalfaktor), und die Differenz zwischen DELTA L/L und dem Produkt des Inklinationswinkels θV des eigenen Fahrzeugs und einem Faktor k wird mit einem Faktor K2 multipliziert (geeignet gesetzter Proportionalfaktor), der mit dem Gefahrengrad αR multipliziert wird. Die Differenz zwischen den zwei Produkten dient zur Bestimmung der gewünschten Motorverstellung βD. Die gewünschte Verlagerung wird im Prinzip bestimmt durch Multiplikati des gewünschten Lenkwinkels θD mit dem Faktor und dadurch, dass der Elektromotor 90 zum Verstellen (Verschwenken) des Arms 92 angetrieben wird derart, dass die gewünschte Lenkkraft erreicht wird. Weil die Feder 94, welche zusammen mit der Armverstellung durch den Elektromotor 90 die Beeinflussungskraft bestimmt, in der Ausführung eine lineare Kennung hat, wird die gewünschte Motorverstellung βD proportional zu dem gewünschten Lenkwinkel θD gemacht. Wie bei der ersten Ausführung lässt sich auch hier sagen, dass der gewünschte Lenkwinkel θD ein Wert ist, den man braucht, um eine gewünschte Position des Fahrzeugs zur Fahrbahn zu halten, welche aufgrund der erfaßten Fahrzeugposition bestimmt wird.
  • Der Grund dafür, warum der Faktor K2 mit dem Gefahrengrad αR korrigiert wird, ist, weil eine Abweichung des Gefahrengrads αR von null eine Situation anzeigt, daß ein anderes Fahrzeug auf der rechten Fahrbahn aufschließt, bevorzugt der Faktor K2 vergrößert wird, um die Steuerreaktion zu verbessern mit dem Ziel, eine Kollision zu vermeiden. Nimmt man jedoch an, daß das eigene Fahrzeug bereits nach rechts gelenkt wird, wenn die Beeinflussungskraft durch den Faktor vergrößert wird, wird das eigene Fahrzeug durch den vergrößerten Faktor stark zur Rückkehr auf die ursprüngliche Fahrbahn gedrängt mit dem Nachteil, daß das Fahrzeug weiter über die gegenüberliegende Fahrbahnmarkierung zur linken Fahrbahn hin geführt werden könnte. Dies wäre wirklich nachteilig. Wenn daher gemäß Schritt S18 das eigene Fahrzeug die Mitte der Fahrbahn zur entgegengesetzten Fahrbahnmarkierung hin kreuzt, d. h. ΔL ≤ 0 ist, wird der Faktor K2 auf null reduziert, damit das obige Problem nicht auftreten kann. Anders gesagt, der Faktor K2 wird mit zunehmendem ΔL größer, wenn sich das eigene Fahrzeug zwischen der Mittelmarkierung und der rechten Fahrbahnmarkierung nahe der rechten Fahrbahn befindet, wo ein anderes Fahrzeug folgt, wohingegen K2 auf null gehalten wird, wenn sich das eigene Fahrzeug zwischen der Mittelmarkierung und der gegenüberliegenden linken Fahrbahnmarkierung befindet.
  • Für den Notfall sollte das System ferner eine gute Steuerreaktion haben. Wenn daher der Fahrer das Fahrzeug zur Richtungsänderung um den Winkel θV bezüglich der Mittellinie (oder Fahrbahnmarkierung) lenkt, wird der Faktor K2 unter Verwendung des Winkels θV vergrößert. Weil nämlich der Wert ein Zeichen dafür ist, daß der Fahrer das Fahrzeug zur nächsten Fahrbahn lenken will, wird ein Anheben des Faktors die Steuerreaktion verbessern. Dies ist eine Art Differenzsteuerung. Den gleichen Effekt erhält man natürlich auch durch Verwendung der Betätigungsgeschwindigkeit des Lenkrads 18 anstelle von θV.
  • Das Programm geht dann zu Schritt S20 weiter, in dem die berechnete gewünschte Verlagerung βD von der erfassten Stellung des Elektromotors 90 subtrahiert wird und die Differenz mit einem Faktor K0 multipliziert wird, um das gewünschte Drehmoment T des Elektromotors 90 zu bestimmen. Das Programm geht dann zu Schritt S22, in dem das berechnete Drehmoment T mit einer Obergrenze T0 verglichen wird. Wenn es die Grenze überschreitet, wird das berechnete Drehmoment T durch die Grenze T0 ersetzt. Weil der Hub des Arms 92 durch die Anschläge 96 und 98 begrenzt ist, könnte das übermässige Drehmoment elektrische Energie verschwenden. Ferner kann dies verhindern, dass der Elektromotor 90 durch Überwärmung beschädigt wird.
  • Das Programm geht dann zu Schritt S24, in dem die dem Elektromotor zuzuführende Stromstärke derart festgelegt wird, dass das berechnete Drehmoment erreicht wird, und wird zu dem Motorverstärker ausgegeben. Die Stromzufuhr wird in einer geschlossenen Schleife derart gesteuert bzw. geregelt, dass der Fehler zwischen dem Ausgang des Codierers 116 und dem gewünschten Wert abnimmt. Das Programm geht dann zu Schritt S26 weiter, in dem geprüft wird, ob das Programm enden soll, und solange nicht das Ergebnis ja ist, geht das Programm zu Schritt S10 zurück, um die obigen Prozesse zu wiederholen.
  • Durch die obige Konfiguration kann das System die Lenkkraft auf einen bestimmten Wert korrigieren, indem es ein künftiges Fahrzeugverhalten oder einen künftigen Zustand aufgrund gegenwärtiger Fahrzeugfahrzustände nach dem Konzept der vorwärts gerichteten Steuerung bzw. Optimalwertsteuerung vorhersagt, damit der Fahrer die Lenkung derart korrigieren kann, dass das Verhalten des Fahrzeugs mit dem vom Fahrer erwarteten Verhalten übereinstimmt, oder indem das System Information in Form von Lenkkraft über die Gefahr ausgibt, die anderenfalls auftreten könnte, weil der Fahrer sie übersehen haben könnte.
  • Ferner sagt das System einen künftigen Fahrzeugzustand oder künftiges Verhalten voraus und teilt dies dem Fahrer mit, indem es die Lenkkraft in Richtung nach rechts oder links unterschiedlich macht, und zwingt ihn, eine mögliche Gefahr zu vermeiden, die anderenfalls auftreten könnte. In einem mit einem Hilfskraftlenksystem oder Fremdkraftlenksystem ausgerüsteten Fahrzeug kann das System die gleichen Wirkungen erzielen, indem man den Hilfskraftbetrag ändert. Ferner kann der Fahrer nicht nur unter Verwendung aller seiner Sinne nach Wunsch manövrieren, sondern kann auch unter Bezug auf den Betrieb des Systems das Fahrzeug optimal lenken. Insbesondere, wenn das System feststellt, daß die Bewertung des Fahrers und die festgestellte Lenkkraft nicht gleich sind, kann der Fahrer den Systembetrieb überlagern. Wenn sich herausstellt, daß ein Lenken nach rechts oder links ungeeignet ist, kann in Antwort auf den Grad der Ungeeignetheit die Lenkkraft in beide Richtungen größer gemacht werden.
  • Dieses System läßt sich somit so konfigurieren, daß es den Lenkbetrag bestimmt, der für den Fahrer optimal ist, damit er das Fahrzeug leicht entlang der Fahrbahn lenken kann. Das System gibt somit die Information an einen Menschen (Fahrer) durch die Lenkkraft derart, daß sie mit ihm koexistiert, und das System kann ferner den Teilnahmegrad des Menschen stufenlos bis zur automatischen Lenkung ändern, bei der der Mensch nicht mehr am Fahrbetrieb teilnimmt. Anzumerken ist, daß das System den Fahrer nicht nur anleiten kann, das Fahrzeug entlang einer geraden Straße zu lenken, sondern auch entlang einer kurvigen Straße.
  • Weil insbesondere das System derart konfiguriert ist, daß, auch wenn der Eingang an dem Ritzel null ist, wie in 10 mit den strichpunktierten Linien gezeigt, ein Ausgang an der Zahnstange erzeugt wird, oder anders gesagt, eine Minuslenkkraft erzeugt wird, so daß sich das Lenkrad von selbst dreht, der Fahrer das Fahrzeug unter Verwendung aller seiner. Sinne unter Bezug auf den Ausgang des Systems lenken kann, wenn der Fahrer wachsam ist. Wenn andererseits der Fahrer weniger wachsam ist, kann er sich auf das System verlassen, das die Minus lenkung erzeugt und verhindert, daß das Fahrzeug von der Fahrbahn abweicht, wobei es ein eventuell vorhandenes Hindernis vor dem eigenen Fahrzeug vermeidet. Wenn das System den Fahrer durch die Lenkkraft anleitet, hat dieser somit das Gefühl, als ob er auf einem Kurs fahren würde, in dessen Mitte er wie auf einer Bobschlittenbahn eingefangen ist. Auch wenn er infolgedessen beabsichtigt oder unbeabsichtigt den Versuch macht, von einer geraden Mittellinie nach rechts oder links zu lenken, wird die schwergängige Lenkung in diese Richtung ihn daran hindern, von der Mitte der Fahrbahn abzuweichen. Das System kann somit imaginäre Wälle an den rechten und linken Fahrbahnmarkierungen erzeugen, so daß der Fahrer gezwungen wird, zur Mitte zurückzukehren und das Fahrzeug zwischen den Wällen zu lenken.
  • Wenn er andererseits die Fahrbahn wechseln möchte, reicht es aus, daß er das Lenkrad mit einer ausreichenden Kraft bewegt, um über die imaginären Wälle zu fahren. Wenn andere Fahrzeuge auf der nächsten Fahrbahn aufschließen, würde er den imaginären Wall an der Seite fühlen, an der das andere Fahrzeug aufschließt, wobei die Höhe des Walls dem Gefahrengrad entspricht. Auch wenn er sein Fahrzeug in diese Richtung zu lenken versucht, würde er durch den imaginären Wall zurückgedrückt. Eine Kollision würde somit von vornherein vermieden. Wenn der Abstand zu dem anderen Fahrzeug groß wird oder wenn das andere Fahrzeug auf eine andere Fahrbahn ausweicht, wird der imaginäre Wall entsprechend verschwinden. Weil das System derart konfiguriert ist, daß in Antwort auf den Inklinationswinkel der Fahrzeuglängsachse bezüglich der Mittellinie oder Fahrbahnmarkierung die Lenkkraft zunimmt, anders ausgedrückt, die Höhe des imaginären Walls zunimmt, ist die Steuerantwort verbessert.
  • Weil der imaginäre Wall nur dann aufgebaut wird, wenn das Fahrzeug in die Richtung gelenkt wird, in der ein anderes Fahrzeug aufschließt, kann er das Fahrzeug lenken, ohne den imaginären Wall zu fühlen, wenn er entlang der Mitte der Fahr bahn fährt. Auch wenn er durch den imaginären Wall zurückgedrückt wird, wird ihm der Wall nicht mehr bewußt, nachdem er zu der Mitte der Fahrbahn zurückgekehrt ist. Er würde auch nicht über die Mitte zu der entgegengesetzten Fahrbahn zurückgedrückt. Hierbei beginnt das Kleinerwerden der Walls unmittelbar, sobald die Lenkung das Fahrzeug zurückdrückt, weil der Inklinationswinkel der Fahrzeuglängsachse sich zu einem Negativwert gewendet hat. Der Fahrer wird den imaginären Wall nicht länger bemerken.
  • Weil ferner die Lenkkraft für die Links- und Rechtsrichtungen separat bestimmt werden kann, läßt sich das Fahrzeug so lenken, daß es mit den in diesen Richtungen auftretenden Zuständen zurechtkommt. Weil die Beeinflussungskraft durch die mechanischen Anschläge 96 und 98 begrenzt ist, kann diese Beeinflussungskraft auf den durch die Anschläge bestimmten Pegel begrenzt werden, und die Bewertung des Menschen überlagert den Betrieb des Systems auch dann, wenn zwischen seiner Bewertung und dem Systembetrieb keine Übereinstimmung vorliegt. Weil ferner das System so konfiguriert ist, daß es Federn 118 und 120 aufweist, welche den Lenkmechanismus in die Neutralstellung (Geradeausstellung) spannen, d. h. insbesondere, weil der Arm 92 in die Neutralstellung durch die Federn 118 und 120 gespannt wird, denen die Anfangslast zugeordnet ist, läßt sich der Betrieb aus der Neutralstellung leicht starten, wenn das System initialisiert wird.
  • Weil ferner das System grundlegend derart konfiguriert ist, daß es die Ziele durch Steuerung des Betrags der Lenkkraft erreicht, wird ein Ausfallsicherungsbetrieb inhärent sichergestellt, auch wenn der Beeinflussungsmechanismus ausfällt. Insbesondere weicht bei einem Motorfehler nur die Lenkkraft von der gewünschten ab, und die besonders wichtige Rolle des Lenksystems, nämlich Hindernisse zu vermeiden, bleibt unverändert. Zusätzlich ist es das charakteristische Merkmal des Systems nach der zweiten Ausführung, daß es, wie in der ersten Ausführung, nicht nötig ist, Herstellungseinrichtungen in einer Fabrik drastisch zu ändern, weil es durch Hinzufügen einiger Komponenten zu dem herkömmlichen Mechanismus realisiert werden kann. Weil das System kompakt und leicht herzustellen ist ist es zuverlässiger und weniger teuer. Insbesondere wenn das System in einem Hilfskraftlenksystem enthalten ist, braucht die Ausgangsleistung des Elektromotors nicht groß sein, was die Systemkonfiguration kompakt macht. Umgekehrt gesagt, das System lässt sich mit einem Muskelkraftlenksystem realisieren, wenn man einen grösseren Motor verwendet.
  • 12 zeigt einen Teil eines Hydrauliksteuerkreises ähnlich 6, jedoch mit Darstellung einer dritten Ausführung der Erfindung. Der Rest des Kreises gleicht jenem in 6.
  • Bei dem System nach der dritten Ausführung sind parallel zu dem Pilotentlastungsventil 76 für die Flügelpumpe 48 ein zweites Pilotentlastungsventil 140 und ein Servomotor 142 vorgesehen. Insbesondere ist das System derart konfiguriert, dass das zweite Pilotentlastungsventil 140 eine Feder 144 aufweist, welche den Hydraulikdruck bestimmt. Die Kennungen der Feder 144 werden durch den Servomotor 142 variabel gesteuert. Weil die zwei Pilotentlastungsventile 76 und 140 parallel vorgesehen sind, ist der maximale Hydraulikdruck des Kreises auf den geringeren Druck eines der Ventile beschränkt.
  • Obwohl sich ähnlich der zweiten Ausführung die Armbewegung verwenden lässt, wird hier eine Schraubvorrichtung 146 verwendet, um die Federkennlinien durch Drehbewegung des Servomotors 142 zu ändern. Die Schraubvorrichtung 146 weist eine Innenschraube 148 auf (die an dem Rotor des Servomotors 142 koaxial zu diesem befestigt ist), die sich mit der Drehung des Servomotors 142 dreht, um eine Innenschraube 150 linear zu verschieben, welche wiederum die Feder 144 zusammendrückt bzw. entspannt. Wenn die CPU2 feststellt, dass es ungeeignet ist, in eine der Richtungen zu lenken, treibt sie den Servomotor 142 so an, dass er die Federkraft des zweiten Pilotentlastungsventils 140 senkt, um den maximalen Hydraulikdruck zu senken, um hierdurch die Kraftunterstützung zu schwächen (den Betrag der Kraftunterstützung zu senken), so daß eine höhere Betätigungskraft erforderlich ist, um das Lenkrad 18 zu bewegen.
  • 13 zeigt im Flußdiagramm den Betrieb des Systems nach der dritten Ausführung der Erfindung.
  • Das Programm beginnt und geht über Schritt S100 und Schritt S104 zu Schritt S106, in dem von einem Basiswert δO das Produkt aus Multiplikation des Gefahrengrads αR mit einem Faktor K3 (einem geeignet gesetzten Proportionalfaktor) subtrahiert wird, um die gewünschte Verlagerung oder Stellung δD zu bestimmen, um in Abhängigkeit vom Gefahrengrad den Hydraulikdruck zu senken, der durch das Pilotentlastungsventil 140 festgelegt ist.
  • Das Programm geht dann zu Schritt S108, in dem die Differenz zwischen der gewünschten Verlagerung δD und der erfaßten Verlagerung δ berechnet wird, und diese Differenz wird mit einem Faktor K4 multipliziert, um das gewünschte Drehmoment T des Servomotors zu bestimmen, und das Programm geht zu Schritt S110, in dem der Strom an den Motorverstärker zum Erzeugen des Drehmoments ausgegeben wird. Das Programm geht dann zu Schritt S112, in dem geprüft wird, ob das Programm enden sollte oder nicht, und falls nicht, kehrt es zu Schritt S100 zurück, um die obigen Prozesse zu wiederholen. Wenn Schritt S104 feststellt, daß die Fahrgeschwindigkeit V unter der vorbestimmten Fahrgeschwindigkeit VTH liegt, springt das Programm zu Schritt S114, in dem die Servomotorstellung zu dem Grundwert δO zurückgebracht wird, weil aus dem zuvor genannten Grund die Steuerung nicht durchgeführt wird.
  • 14 zeigt die Lenkkennlinien, die man mit dem System nach der dritten Ausführung erhält.
  • Bei Betrieb des Pilotentlastungsventils 140 wird die Lenkkraft durch eine der vier dünnen Linien festgelegt, die parallel zu der dicken Linie verlaufen, welche die Muskelkraft-Lenkcharakteristik bezeichnet. In Abhängigkeit davon, wie stark der Servomotor 142 die Feder löst, werden die Lenkcharakteristiken durch eine der dünnen Linien festgelegt. Wenn die Federkraft auf null gesenkt wird, werden die Lenkkraftcharakteristiken gleich jenen des Muskelkraftlenksystems. Selbstverständlich ist die Anzahl der dünnen Linien nur ein Beispiel, und sie kann auch anders sein.
  • Weil die dritte Ausführung so konfiguriert ist, daß sie den Betrag der Hilfskraft senkt, wird dementsprechend keine automatische Lenkung durchgeführt. Jedoch kann es vorkommen, daß weder ein Lenken nach rechts noch ein Lenken nach links ein gutes Ergebnis bringen würde, beispielsweise dann, wenn auf beiden rechten und linken Fahrbahnen andere Fahrzeuge überholen oder am eigenen Fahrzeug vorbeifahren und unglücklicherweise vor dem eigenen Fahrzeug sich ein Hindernis befindet. In diesem Fall kann das System so konfiguriert werden, daß es die Betätigungskraft an dem Lenkrad in beide rechte und linke Richtungen größer macht, um den Fahrer anzuregen, weiterhin geradeaus zu lenken oder zumindest die gegenwärtige Fahrbahn zu halten.
  • Weil bevorzugt in der dritten Ausführung das Entlastungsventil 140 ein Pilotventil ist, kann die Ausgangsleistung des Servomotors 142 gering sein, so daß die Systemkonfiguration so klein wie möglich wird. Weil der Lenkmechanismus normalerweise in einem relativ engen Raum angebracht wird, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Systemkonfiguration klein ist. Die restlichen Vorteile und Wirkungen der dritten Ausführung gleichen jenen der zweiten Ausführung.
  • 15 ähnelt 12, jedoch mit Darstellung einer vierten Ausführung der Erfindung.
  • Während in der dritten Ausführung der Hydraulikdruck stufenlos reguliert wird, wird in der vierten Ausführung unter Verwen dung eines Solenoidventils 160 der Druck AN-AUS gesteuert, d. h. auf zwei Pegeln. Insbesondere, wenn die CPU2 feststellt, daß die Hilfskraft bevorzugt auf einen geringen Wert oder auf null gesenkt werden sollte, führt die CPU2 dem Solenoid 162 Strom zu, um ein Schlotterventil 164 zu öffnen.
  • Infolgedessen wird das Hydrauliköl in der rechten Kammer 74a des Strömungssteuerventils 164 abgelassen, und der Druck wird gesenkt. Das Ventil 74 wird demzufolge nach rechts verschoben, so daß das Hydrauliköl in das Ölreservoir zurückkehrt. Der Maximaldruck dieses Kreises wird somit durch die Druckdifferenz bestimmt, welche somit den Grenzbetrag der Hilfskraft bestimmt. Die Druckdifferenz wird durch den Öffnungsgrad einer in den Kreis eingesetzten Drosssel 166 bestimmt. Die Lenkcharakteristiken entsprechen somit den in 14 gezeigten dünnen Linien. In Abhängigkeit von der Konstruktion der Drossel 166 kann der gewöhnliche Hydraulikdruck null sein, wodurch die Charakteristiken genau so werden wie bei Muskelkraftlenksystemen.
  • Das System der vierten Ausführung kann nur den Betrag der Kraftunterstützung ändern und kann nicht automatisch lenken. Jedoch kann das System der vierten Ausführung die Lenkbetätigungskraft nach rechts und links größer machen und hat die gleiche Wirkung wie die dritte Ausführung. Weil das System ähnlich der dritten Ausführung das Pilotentlastungsventil verwendet, kann das Ventil sehr klein gemacht werden, was den elektrischen Stromverbrauch gering macht. Die restlichen Vorteile und Wirkungen der vierten Ausführung gleichen der zweiten Ausführung.
  • 16 ist eine Perspektivansicht des Systems nach einer fünften Ausführung der Erfindung. Das System ist in einem elektrischen Hilfskraftlenksystem enthalten, das keine Hydraulikenergie verwendet.
  • Das System nach 16 enthält einen Drehmomentsensor (Potentiometer) 170, einen Elektromotor 172, der zum Antrieb der Lenkwelle 20 aufgrund des erfassten Drehmoments angesteuert wird, sowie einen Drehzahluntersetzer 174 aus einem Schneckengetriebe, das die Ausgangsdrehzahl des Motors 172 im Sinne einer Erhöhung des Drehmoments reduziert. Die Komponenten sind als Einheit vormontiert und werden an die Lenkwelle 20 angebracht. Nicht dargestellt ist eine normale Zahnstangenlenkung an der Unterseite der Anordnung.
  • Wenn bei dem System nach der Erfindung auf das Lenkrad 18 eine Betätigungskraft wirkt wird eine Torsionsstange 176 verdreht. Die Verdrehung wird durch einen Nocken (nicht gezeigt) in eine Auf- und Abbewegung eines Gleitstücks 178 gewandelt, und diese Bewegung wird durch einen Drehmomentsensor (Potentiometer) 170 erfasst. Das Gleitstück 178 bewegt sich somit in Antwort auf die Grösse und Richtung der Betätigungskraft (Lenkkraft) auf und ab, welche auf das Lenkrad 18 wirkt. Die Charakteristiken des Drehmomentsensors 170 sind im Prinzip linear, wie in 17 gezeigt. Die CPU2 empfängt die Ausgangssignale des Drehmomentsensors und des Fahrgeschwindigkeitssensors und liefert einen Befehl, der eine Stromstärke bezeichnet, die in Antwort auf die Lenkkraft dem Elektromotor 172 zuzuführen ist, wie in 18 gezeigt. Die in dem System erzielten Lenkcharakteristiken sind ähnlich in Antwort auf die Fahrgeschwindigkeit veränderlich, wie in den 18 und 19 gezeigt. Dies ist an sich bekannt.
  • 20 zeigt im Flussdiagramm den Betrieb des Systems nach der fünften Ausführung der Erfindung.
  • In Schritt S200 werden das erfasste Drehmoment (oder die erfasste Lenkkraft) TS und die Fahrgeschwindigkeit V gelesen. Das erfasste Drehmoment S ist der aufgrund des Drehmomentsensors 170 erhaltene Wert und ist in Abhängigkeit von der Richtung der Lenkraddrehbewegung positiv oder negativ.
  • Das Programm geht dann zu Schritt S202, in dem die Gefahrengrade in Richtung nach rechts und links αR, αL sowie e gewünschter Lenkwinkel θD gelesen werden. Anders als in der zweiten Ausführung ist das System der fünften Ausführung derart konfiguriert, dass es den Gefahrengrad jeweils sowohl in Richtung nach rechts als auch nach links schätzt. Insbesondere, obwohl in der zweiten Ausführung die Lenkkraft beispielsweise in Richtung nach links zunimmt, sowie in den dritten und vierten Ausführungen in beide Rechts- und Linksrichtungen zunimmt, wird die Lenkkraft in der fünften Ausführung unabhängig voneinander in die Rechts- und Linksrichtungen gesteuert.
  • Das Programm geht dann zu Schritt S204, in dem ein Schwellenwert TTH zur Bestimmung, ob eine Kraftunterstützung eingeleit werden soll, durch den gewünschten Lenkwinkel θD und den Gefahrengrad in die Rechts- und Linksrichtungen αL und αLR korrigiert wird, um die korrigierten Schwellenwerte TOR, T0L jeweils für die Rechts- und Linksrichtungen zu bestimmen. Das Programm geht dann zu Schritt S206, in dem das Verhältnis zwischen der erfassten Fahrgeschwindigkeit V und einer vorbestimmten Fahrgeschwindigkeit V1 berechnet wird, und das Verhältnis w von 1,0 subtrahiert. Die Differenz wird dann mit einem Basiswert K0 multipliziert, um einen Faktor K5 zu bestimmen. Der Faktor wird somit derart festgelegt, dass er mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit sinkt.
  • Das Programm geht dann zu Schritt S208 weiter, in dem die Gefahrengrade αLR, αLL jeweils mit der erfassten Fahrgeschwindigkeit V multipliziert werden. Die Produkte werden jeweils von der Obergrenze T0 subtrahiert, um maximale Drehmomente TMAX für rechts und links zu erhalten. Weil der Gefahrengrad die Rechts- und Linksrichtungen einzeln geschätzt wird, wird dementsprechend das gewünschte maximale Drehmoment für beide Richtungen separat berechnet. Das Programm geht dann zu Schritt S210, in dem der Absolutwert des erfassten Drehmoments TS jeweils mit den Schwellenwerten TOR und TOL verglichen wird, um die Kraftunterstützung für die Rechts- und Linksrichtungen einzuleiten. Wenn sich herausstellt, daß der Absolutwert der erfaßten Lenkkraft einen oder beide Schwellenwerte überschreitet, geht das Programm zu Schritt S212, in dem festgestellt wird, ob das erfaßte Drehmoment positiv oder negativ ist, d. h. die Richtung der Lenkkraft festgestellt wird, und entsprechend der Feststellung wird ein Wert γ auf +1 oder –1 gesetzt.
  • Das Programm geht dann zu Schritt S214, in dem der Wert γ mit den jeweiligen Schwellenwerten τ0 multipliziert wird. Ferner wird die Differenz zwischen dem Produkt und der erfaßten Lenkkraft τS berechnet und mit dem Faktor K5 multipliziert, um ein gewünschtes Motordrehmoment TC zu bestimmen. In Abhängigkeit von der Lenkrichtung wird hier einer der Schwellenwerte mit dem Wert γ multipliziert und bei der Bestimmung des gewünschten Motordrehmoments verwendet. Das Programm geht dann zu Schritt S216, in dem das festgestellte gewünschte Motordrehmoment mit einer Obergrenze TMAX verglichen wird, um das Ausgangsmotordrehmoment T zu prüfen und festzustellen. Wenn der festgestellte Wert die Grenze überschreitet, wird das Ausgangsdrehmoment auf die Grenze beschränkt, nämlich auf einen Wert, der durch Multiplizieren der Grenze mit dem Wert γ erhalten ist.
  • Das Programm geht dann zu Schritt S218, in dem der Strom an den Motorverstärker ausgegeben wird, um das gewünschte Motordrehmoment T zu erzeugen. Somit wird die Lenkkraft in Antwort auf den gewünschten Lenkwinkel θD und den Gefahrengrad αR, αL bestimmt und durch Einstellen des Hilfskraftbetrags ausgeführt. Übrigens, wenn Schritt S210 herausfindet, daß der Absolutwert der erfaßten Lenkkraft nicht größer als die Schwellenwerte ist, geht das Programm zu Schritt S220, in dem das gewünschte Motordrehmoment TC auf null gelegt wird. Das Programm geht dann zu Schritt S222, in dem geprüft wird, ob das Programm beendet werden soll, und solange das Ergebnis nicht ja ist, geht das Programm zurück zu Schritt S200 zum Wiederholen der obigen Prozesse.
  • Nach obiger Beschreibung ist das System der fünften Ausführung derart konfiguriert, dass der Schwellenwert um den gewünschten Lenkwinkel und den Gefahrengrad in der Richtung, in der das Fahrzeug zu lenken ist, korrigiert wird, und der Schwellenwert dann mit dem erfassten Lenkdrehmoment verglichen wird, um die Differenz zwischen diesen zu berechnen, auf deren Basis die Motorstromstärke bestimmt wird. Der Schwellenwert kann in Abhängigkeit von der Bestimmung des Faktors negativ sein, und hierbei wird die Lenkkraft auch dann erzeugt, wenn kein Lenkdrehmoment eingegeben wird, so dass sich eine automatische Lenkung durchführen lässt. Hierdurch kann das System aufgrund desselben Algorithmus mit kooperativer Lenkung eines Menschen (Fahrers) sowie automatischer Lenkung zurechtkommen ähnlich wie bei den vorstehenden Ausführungen.
  • Die Lenkcharakteristiken in dem System der fünften Ausführung sind anhand der 18 und 19 erläutert, in denen die dicke durchgehende Linie (unter den dünnen durchgehenden Linien) eine Situation bezeichnen, in der keine Lenkkraftkorrektur durchgeführt wird, während das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit Va fährt, während die dicke, mit E bezeichnete gestrichelte Linie die Korrektur anzeigt, welche die Lenkkraft erhöht. Andererseits zeigt die strichpunktierte Linie F den Fall, in dem die Lenkkraft reduziert ist. Wenn die Charakteristiken weiter verschoben werden, wie mit der Doppelpunktstrichlinie gezeigt, wird die Lenkkraft negativ, was zu einer automatischen Lenkung führt.
  • Weil bei dem System der fünften Ausführung der Steueralgorithmus geändert werden kann, indem man den Softwarealgorithmus umschreibt, kann das System den nach rechts und links unabhängig wirkenden Hilfskraftbetrag leicht festlegen. Indem man ferner die Bestimmung des Faktors K5 in Schritt S206 im Flussdiagramm von 20 ändert, lässt sich das System leicht derart modifizieren, dass sich der Faktor nicht nur durch die Fahrgeschwindigkeit ändert, sondern auch durch den Gefahrengrad. In diesem Fall kann die Lenkkraft in Antwort auf den Gefahrengrad entsprechend der in 19 gezeigten Charakteristiken geändert werden, beispielsweise durch Ändern der Faktorbestimmung nach: K5 = K0(α0 – αR)(α0 – αL) × (1 – V/V1)wobei α0 eine Konstante ist.
  • Der Faktor wird mit zunehmendem Gefahrengrad kleiner, um hierdurch den Hilfskraftbetrag zu senken. Dies ist in 19 erläutert. Die unterbrochenen Linien nähern sich der linearen Muskelkraftlenkcharakteristik an, wenn der Hilfskraftbetrag abnimmt. Wenn, in einem extremen Beispiel, der Gefahrengrad in eine der Richtungen die Konstante α0 überschreitet, wird der Faktor K5 negativ. Infolgedessen liegt der Strom jenseits desjenigen Werts, der den Muskelkraftlenkcharakteristiken entspricht, und die Lenkkraft wird schwergängiger sein als bei Muskelkraftlenkung.
  • Durch obige Konfiguration kann das System nach der fünften Ausführung die Lenkkraft auf einen geeigneten Wert korrigieren, indem es ein künftiges Fahrzeugverhalten oder einen Fahrzeugzustand aufgrund der gegenwärtigen Fahrzeugfahrzustände vorhersagt, und zwar nach dem Konzept der Vorwärts- bzw. Optimalwertsteuerung, damit der Fahrer die Lenkung derart korrigieren kann, damit das Verhalten des Fahrzeugs mit dem von ihm erwarteten übereinstimmt, oder durch Ausgeben der Information über die andernfalls auftretende Gefahr, weil der Fahrer etwas übersehen hat, durch die Lenkkraft.
  • Insbesondere sagt das System ein künftiges Fahrzeugverhalten oder einen künftigen Fahrzeugzustand voraus und teilt dies dem Fahrer mit, indem es die Lenkkraft in Rechts- oder Linksrichtung unterschiedlich macht und drängt ihn dazu, eine mögliche Gefahr zu vermeiden, die andernfalls auftreten könnte. In einem mit einer Hilfskraftlenkung oder einer Fremdkraftlenkung ausgerüsteten Fahrzeug kann das System die gleichen Effekte erzielen, indem es den Betrag der Kraftunterstützung ändert.
  • Ferner kann der Fahrer nicht nur nach seinem Wunsch unter Nutzung aller seiner Sinne manövrieren, sondern er kann das Fahrzeug auch unter Bezug auf den Betrieb des Systems optimal lenken. Insbesondere ist das System derart konfiguriert, daß, wenn die Bewertung des Fahrers und die durch das System bestimmte Lenkkraft nicht übereinstimmen, der Fahrer den Systembetrieb überlagern kann. Wenn sich ferner herausstellt, daß ein Lenken nach rechts oder links nicht geeignet ist, können in Antwort auf den Grad der Ungeeignetheit die Lenkkräfte in beide Richtungen größer gemacht werden.
  • Somit läßt sich das System derart konfigurieren, daß das System den Lenkbetrag bestimmt, der für den Fahrer optimal ist, um das Fahrzeug leicht entlang der Fahrbahn lenken zu können. Hierdurch kann das System einen Menschen (Fahrer) durch mit ihm koexistierende Lenkkraft informieren und kann ferner den Teilnahmegrad eines Menschen stufenlos bis hin zu automatischer Lenkung ändern, in der der Mensch nicht länger beim Fahrvorgang teilnimmt.
  • 21 zeigt in einem Flußdiagramm ähnlich 20 den Betrieb des Systems nach einer sechsten Ausführung der Erfindung.
  • Die Konfiguration oder die Struktur des Systems der sechsten Ausführung gleicht im wesentlichen jener der fünften Ausführung. Das System unterscheidet sich von der fünften Ausführung im Betrieb oder im Steueralgorithmus. In dem System der sechsten Ausführung wird angenommen, daß der Gefahrengrad in Rechts- und Linksrichtungen gleich ist.
  • Das Programm geht von Schritt S300 zu Schritt S312, in dem das gewünschte Motordrehmoment TC in ähnlicher Weise berechnet wird wie in der fünften Ausführung. Das Programm geht dann zu Schritt S314, in dem der Gefahrengrad α mit einem Faktor KT multipliziert wird und das Produkt von dem berechneten gewünschten Motordrehmoment TC subtrahiert wird. Der Absolutwert der Differenz wird dann mit dem maximalen Drehmoment TMAX verglichen. Wenn sich herausstellt, daß dieser nicht größer als das maximale Drehmoment ist, wird die berechnete Differenz als Ausgangsdrehmoment T verwendet, und falls nicht, wird das maximale Drehmoment mit γ multipliziert, und das Produkt wird dann als Ausgangsdrehmoment T verwendet.
  • Kurz gesagt, wird in der sechsten Ausführung das Ausgangsdrehmoment beeinflußt, wohingegen in der fünften Ausführung die erfaßte Lenkkraft beeinflußt wird. 22 und 23 zeigen ähnlich den 18 und 19 der fünften Ausführung die Lenkcharakteristiken, die man mit dem System der sechsten Ausführung erhält. Wenn die mit der dicken gestrichelten Linie gezeigten Charakteristiken vorliegen, tritt der Widerstand der Straßenfläche (Ausgang der Zahnstange) auch dann auf, wenn die Lenkkraft (Ritzeldrehmoment) null ist. Dies bedeutet, daß ein kleines Beeinflussungssignal eine Minuslenkkraft erzeugen kann, d. h. ein leichtes Beeinflussungssignal kann bewirken, daß sich das Lenkrad von selbst dreht oder anders gesagt, es kann automatisch lenken. Der Rest der sechsten Ausführung gleich jenem der fünften Ausführung.
  • Hier sei anzumerken, daß der in 21 gezeigte Steueralgorithmus so modifiziert werden kann, daß er in Schritt S302 den gewünschten Lenkwinkel θD liest und somit einen Schritt aufweist, der Schritt S204 in 20 der fünften Ausführung ähnelt. Alternativ läßt sich der Steueralgorithmus derart modifizieren, daß er den Gefahrengrad in Rechts- und Linksrichtungen unterschiedlich festlegt, wie in der fünften Ausführung.
  • Obwohl in den ersten bis sechsten Ausführungen die CCD-Kamera und die Bildprozessoreinheit dazu dienen, den Straßenzustand vor dem eigenen Fahrzeug zu erfassen, ist es natürlich auch möglich, die Information von einem Navigationssystem zu beziehen. Weil die von dem Navigationssystem bereitgestellte Information nicht ausreicht und die Technik, das eigene Fahrzeug zu lokalisieren, nicht sehr genau ist, ist die Bildbearbeitung unter Verwendung der CCD-Kamera nach den vorstehenden Anführungen für besser geeignet, den gegenwärtigen Straßenzustand und Position bzw. Richtung des Fahrzeugs auf der gegenwärtigen Straße zu erfassen oder ein künftiges Verhalten des eigenen Fahrzeugs vorherzusagen. Daher wird in den Ausführungen diese Technik verwendet. Von den japanischen Behörden wurde vorgeschlagen, magnetische Markierungen entlang der Fahrbahnen der Straße einzubetten, um diese erkennen zu können. Wenn die Technik in der Zukunft verfügbar ist, läßt sich die Erfindung ohne Verwendung der Bildbearbeitung realisieren, welche relativ teuer ist.
  • Obwohl hier eine Autobahn als Beispiel einer Straße dient, ist die Erfindung hierauf nicht begrenzt und läßt sich auch bei einer normalen Straße durchführen, wenn diese irgendeine Fahrbahnmarkierung hat.
  • Obwohl die vorstehenden Ausführungen hauptsächlich anhand eines Fahrzeugs erläutert wurden, das mit dem Hilfskraftlenksystem ausgerüstet ist, läßt sich die Erfindung auch bei einem Fahrzeug mit einem Muskelkraftlenksystem anwenden.
  • Der in den fünften und sechsten Ausführungen verwendete Drehmomentsensor läßt sich durch jeden anderen Sensor dieses Typs ersetzen.
  • System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs mit einem Lenkrad, dessen durch einen Fahrzeugfahrer erzeugte Drehbewegung durch einen Lenkmechanismus in eine Schwenkbewegung der lenkbaren Räder des Fahrzeugs gewandelt wird. Das System ist mit Sensoren einschließlich einer CCD-Kamera versehen, um den Zustand der vorausliegenden Straße zu erfassen, welche zumindest eine Fahrbahn aufweist, auf der das Fahrzeug fährt, und um eine Position des Fahrzeugs bezüglich der Fahrbahn zu erfassen. In dem System wird die erwünschte Lenkkraft, die der Lenkmechanismus aufbringen muß, um die erfaßte Position des Fahrzeugs bezüglich der Fahrbahn zu halten, aufgrund der erfaßten Parameter bestimmt, und der Lenkmechanismus wird derart beeinflußt, daß der Lenkmechanismus die gewünschte Lenkkraft erzeugt. Zustände und der Verkehr auf den nächstliegenden Fahrbahnen werden überwacht, und es wird der Gefahrengrad geschätzt, um die Beeinflussungskraft zu bestimmen. Das System läßt sich an Muskelkraftlenksystemen oder Hilfskraftlenksystemen realisieren.

Claims (17)

  1. System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs mit einem Lenkrad (18), dessen durch einen Fahrzeugfahrer erzeugte Drehbewegung durch einen Lenkmechanismus in eine Schwenkbewegung lenkbarer Räder (32) des Fahrzeugs gewandelt wird, umfassend: ein Straßenzustanderfassungsmittel (10), das an dem Fahrzeug angebracht ist, zum Erfassen eines Zustands einer vorausliegenden Straße mit zumindest einer Fahrbahn, auf der das Fahrzeug fährt; ein Positionserfassungsmittel (64, CPU1) zum Erfassen einer Position des Fahrzeugs bezüglich der Fahrbahn aufgrund zumindest einer Ausgabe des Straßenzustandserfassungsmittels; ein Lenkwinkelbestimmungsmittel (CPU1; S202) zum Bestimmen eines gewünschten Lenkwinkels (θD), der erforderlich ist, um das Fahrzeug auf einer Mittelposition der Fahrbahn zu halten, welche aufgrund zumindest einer Ausgabe des Positionserfassungsmittels (64, CPU1) bestimmt ist; ein Lenkkrafterfassungsmittel (22, 24, 26, 28, 38, 170) zum Erfassen einer vom Fahrer durch das Lenkrad (18) angelegten Lenkkraft (TS); ein Hilfskraftmittel (46, 50, 172) zum Erzeugen eines Hilfskraftbetrags zum Unterstützen zumindest eines Teils der Lenkkraft gemäß einer vorbestimmten Kennung auf der Basis einer Ausgabe des Lenkkrafterfassungsmittels (22, 24, 26, 28, 38, 170); gekennzeichnet durch ein Schwellenwertberechnungsmittel (CPU2; S204) zum Berechnen eines Schwellenwerts (T0) der Lenkkraft, zum Einleiten der Erzeugung des Hilfskraftbetrags durch das Hilfskraftmittel (46, 50, 172) auf der Basis des festgestellten Lenkwinkels (θ0); ein Vergleichsmittel (CPU2; S210) zum Vergleichen der erfaßten Lenkkraft (TS) mit dem Schwellenwert (T0); und ein Kennungsänderungsmittel (CPU2; S214, S216) zum Ändern der vorbestimmten Kennung aufgrund einer Ausgabe des Vergleichsmittels (CPU2; S210).
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn das Lenkwinkelbestimmungsmittel (CPU1, S202) einen Lenkwinkel in Richtung nach rechts oder links feststellt, das Hilfskraftmittel (46, 50, 172) den Hilfskraftbetrag auf der Basis der geänderten vorbestimmten Kennung in derselben Richtung anhebt.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn das Lenkwinkelbestimmungsmittel (CPU1, S202) den Lenkwinkel in Richtung nach rechts oder links feststellt, das Hilfskraftmittel (46, 50, 172) den Hilfskraftbetrag auf der Basis der geänderten vorbestimmten Kennung in die entgegengesetzte Richtung senkt.
  4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Kennung derart ist, daß ein Hilfskraftbetrag null ist, wenn die erfaßte Lenkkraft (TS) unter dem Schwellenwert (T0) liegt, wohingegen der Hilfskraftbetrag unter Bezug auf die erfaßte Lenkkraft (TS) bestimmt wird, wenn die erfaßte Lenkkraft (TS) über dem Schwellenwert (T0) liegt.
  5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert (T0) auf der Basis des festgestellten Lenkwinkels (θ0) geändert wird.
  6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kennungsänderungsmittel (CPU2, S214, S216) die Kennung derart ändert, daß ein bezüglich einer Ausgabe des festgestellten Lenkwinkels (θ0) erhaltener Betrag zu einem Hilfskraftbetrag addiert wird, um die Lenkkraft in Richtung nach links oder rechts erhöhen.
  7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Begrenzungseinrichtung (96, 98) zum Begrenzen eines Hilfskraftbetrags des Hilfskraftmittels (46, 50, 172).
  8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Kennung derart ist, daß ein Hilfskraftbetrag mit zunehmender erfaßter Lenkkraft (TS) zunimmt, wenn die erfaßte Lenkkraft (TS) den Schwellenwert (T0) überschreitet, und der Schwellenwert (T0) auf der Basis des festgestellten Lenkwinkels (θ0) auf einen negativen Wert geändert wird.
  9. System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs mit einem Lenkrad (18), dessen durch einen Fahrzeugfahrer erzeugte Drehbewegung durch einen Lenkmechanismus in eine Schwenkbewegung lenkbarer Räder (32) des Fahrzeugs wandelt, umfassend: ein Hinderniserfassungsmittel (12), das an dem Fahrzeug angebracht ist, zur Erfassung eines Hindernisses außerhalb des Fahrzeugs; ein Lenkkrafterfassungsmittel (22, 24, 26, 28, 38, 170) zum Erfassen einer vom Fahrer an das Lenkrad (18) angelegten Lenkkraft; und ein Hilfskraftmittel (46, 50, 172) zum Erzeugen eines Hilfskraftbetrags zum Unterstützen zumindest eines Teils der Lenkkraft entsprechend einer vorbestimmten Kennung aufgrund einer Ausgabe des Lenkkrafterfassungsmittels (22, 24, 26, 28, 38, 170); gekennzeichnet durch ein Gefahrengradschätzmittel (68) zum Schätzen eines Gefahrengrads (α) aufgrund einer Ausgabe des Hinderniserfassungsmittels (12), wenn das Fahrzeug voraussichtlich in eine Richtung gelenkt wird, in der sich das Hindernis befindet; und ein Kennungsänderungsmittel (CPU2) zum Ändern der vorbestimmten Kennung derart, daß in Antwort auf zumindest eine Ausgabe des Gefahrengradschätzmittels (68) der Hilfskraftbetrag zumindest in der Richtung gesenkt wird, in der sich das Hindernis befindet.
  10. System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs mit einem Lenkrad (18), dessen durch einen Fahrzeugfahrer erzeugte Drehbewegung durch einen Lenkmechanismus in eine Schwenkbewegung lenkbarer Räder (32) des Fahrzeugs gewandelt wird, umfassend: ein Hinderniserfassungsmittel (12), das an dem Fahrzeug angebracht ist, zum Erfassen eines Hindernisses außerhalb des Fahrzeugs; gekennzeichnet durch ein Gefahrengradschätzmittel (68) zum Schätzen eines Gefahrengrads (α) aufgrund einer Ausgabe des Hinderniserfassungsmittels (12), wenn das Fahrzeug voraussichtlich in eine Richtung gelenkt wird, in der sich das Hindernis befindet; und ein Beeinflussungsmittel (34, 90, 92, 142, 172) zum Beeinflussen der vom Lenkmechanismus erzeugten Lenkkraft nach Maßgabe einer Ausgabe des Gefahrengradschätzmittels (68).
  11. System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs mit einem Lenkrad (18), dessen durch einen Fahrzeugfahrer erzeugte Drehbewegung durch einen Lenkmechanismus in eine Schwenkbewegung lenkbarer Räder (32) des Fahrzeugs gewandelt wird, umfassend: ein Hinderniserfassungsmittel (12), das an dem Fahrzeug angebracht ist, zum Erfassen eines Hindernisses außerhalb des Fahrzeugs; und ein Fahrzeugabweichungserfassungsmittel (CPU1) zum Erfassen einer Abweichung des Fahrzeugs (ΔL) von einer Bezugslinie (M) auf der Fahrbahn; gekennzeichnet durch ein Gefahrengradschätzmittel (68) zum Schätzen eines Gefahrengrads (α) aufgrund einer Ausgabe des Hinderniserfassungsmittels (12), wenn das Fahrzeug voraussichtlich in eine Richtung gelenkt wird, in der sich das Hindernis befindet; und ein Beeinflussungsmittel (34, 90, 92, 142, 172) zum Beeinflussen der vom Lenkmechanismus erzeugten Lenkkraft nach Maßgabe von Ausgaben des Gefahrengradschätzmittels (68) und des Fahrzeugabweichungserfassungsmittels (CPU1).
  12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Beeinflussungsmittel (34, 90, 92, 142, 172) außer Betrieb gesetzt wird, wenn eine Ausgabe (ΔL) des Fahrzeugsabweichungserfassungsmittels (CPU1) unter einem vorbestimmten Wert (L) liegt.
  13. System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs mit einem Lenkrad (18), dessen durch einen Fahrzeugfahrer erzeugte Drehbewegung durch einen Lenkmechanismus in eine Schwenkbewegung lenkbarer Räder (32) des Fahrzeugs gewandelt wird, umfassend: ein Hinderniserfassungsmittel (12), das zur Erfassung eines Hindernisses außerhalb des Fahrzeugs angebracht ist; und ein Fahrzeugwinkelerfassungsmittel (CPU1) zum Erfassen eines Inklinationswinkels der Längsachse des Fahrzeugs (θV) bezüglich der Fahrbahn; gekennzeichnet durch ein Gefahrengradschätzmittel (68) zum Schätzen eines Gefahrengrads (α) aufgrund einer Ausgabe des Hinderniserfassungsmittels (12), wenn das Fahrzeug voraussichtlich in eine Richtung gelenkt wird, in der sich das Hindernis befindet; und ein Beeinflussungsmittel (34, 90, 92, 142, 172) zum Beeinflussen der vom Lenkmechanismus erzeugten Lenkkraft nach Maßgabe von Ausgaben des Gefahrengradschätzmittels (68) und des Fahrzeugwinkelerfassungsmittels (CPU1).
  14. System nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch: ein Fahrzeugabweichungserfassungsmittel (CPU1) zum Erfassen einer Abweichung des Fahrzeugs (ΔL) von einer Bezugslinie (M) auf der Fahrbahn; und wobei das Beeinflussungsmittel (34, 40, 42, 142, 172) außer Betrieb gesetzt wird, wenn eine Ausgabe (ΔL) der erfaßten Abweichung unter einem vorbestimmten Wert (L) liegt.
  15. System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch: ein Fahrbahnwechsel-Erfassungsmittel (S4, S16) ob das Fahrzeug die Fahrbahn gewechselt hat; und wobei das Kennungsänderungsmittel (CPU2) oder das Beeinflussungsmittel (34, 40, 42, 142, 172) in Antwort auf zumindest eine Ausgabe des Fahrbahnwechsel-Erfassungsmittels (S4, S16) außer Betrieb gesetzt wird.
  16. System nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch: ein Fahrgeschwindigkeiterfassungsmittel (16) zum Erfassen einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (V); und wobei das Beeinflussungsmittel (34, 90, 92, 142, 172) oder das Kennungsänderungsmittel (CPU2) in Antwort auf zumindest eine Ausgabe des Fahrgeschwindigkeiterfassungsmittels (16) außer Betrieb gesetzt wird.
  17. System nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch ein Neutralstellungs-Drückmittel (118, 120) zum Drücken des Beeinflussungsmittels (90, 92) in eine Neutralstellung, die einer Geradeausstellung des Lenkrads (18) entspricht.
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