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Die
Erfindung betrifft ein Lenksteuersystem für ein Fahrzeug unter Verwendung
eines Stellglieds, wie etwa eines Elektromotors, zum Lenken von
Rädern
des Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Vierradlenksysteme
(4WS), die sowohl die Vorder- als auch Hinterräder lenken, wurden bereits als
eine Technologie in praktische Verwendung genommen, um die Reaktion
und Stabilität
des fahrenden Fahrzeugs zu verbessern. Bei solchen Vierradlenksystemen
ist es bekannt, eine Rückkopplungs-(F/B)-Technik
anzuwenden, um ein Stellglied, wie etwa einen Elektromotor, zu regeln,
der zum Lenken der Räder
(typischerweise der Hinterräder)
verwendet wird, derart, daß die
Differenz zwischen dem von einem Lenkwinkelsensor erfaßten Lenkwinkel der
Räder und
dessen Sollwert reduziert wird. Berechnet wird der Sollwert aus
einigen von Fahrzeugbetriebszuständen
(wie etwa Fahrgeschwindigkeit, Gierrate, Querbeschleunigung oder
dergleichen) und/oder einem vom Fahrer bestimmten Lenkradwinkel
(siehe beispielsweise JP-5-155 350 A).
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Die
Vierradlenksysteme dieses Typs können keine
zufriedenstellende (Rückkopplungs-)
Regelung des Lenkwinkels durchführen,
wenn die bei der Regelung verwendeten Sensoren nicht richtig funktionieren.
Wenn beispielsweise der Ausgang aus dem Lenkwinkelsensor der Räder etwa
wegen einer fehlerhaften Verbindungsleitung nicht in der Lage ist,
einen aktuellen Lenkwinkel anzuzeigen, kann die Steuerung einer
vom Elektromotor erzeugten Antriebskraft (oder einem Antriebsdrehmoment)
beim Versuch, die Differenz (oder den Fehler) zwischen den erfaßten und
Soll-Lenkwinkeln zu reduzieren, gegen den Wunsch des Fahrers zu
einer unrichtigen Lenksteuerung der Räder führen.
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Aus
diesem Grunde kann man ein Fehlerdiagnosesystem verwenden, um einen
Fehler jedes Sensors zu erfassen, derart, daß die Regelung der Räder mit
dem Stellglied ausgesetzt wird, wenn irgendein Fehler erfaßt wird.
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Jedoch
ist häufig
eine wesentliche Zeitdauer erforderlich, nachdem in einem Sensorsignal
eine Abnormalität
gefunden wurde, damit das Fehlerdiagnosesystem den Sensor als fehlerhaft
bestimmt, weil eine vorübergehende
Abnormalität
im Sensorsignal (beispielsweise durch Rauschen) nicht notwendigerweise
einen Ausfall des Sensors bedeutet. Beispielsweise kann ein Fehler,
wie etwa eine Trennung eines Drehcodierers, der als primärer Hinterrad-Lenkwinkelsensor
in einem Fahrzeug verwendet wird, wie folgt erfaßt werden. Das Fahrzeug ist
bevorzugt mit einem sekundären
Hinterrad-Lenkwinkelsensor eines anderen Typs ausgestattet, etwa
mit einem Sensor vom Differentialwandlertyp. Wenn die absolute Differenz
zwischen den gegenwärtigen
und vorhergehenden Impulszählern
von dem primären
Sensor gleich null oder eins ist, wird der Ausgangswert des sekundären Sensors
zu diesem Zeitpunkt als Bezugswert gespeichert. Während die
Differenz zwischen den gegenwärtigen
und vorhergehenden Impulszählern
von dem primären
Sensor gleich null oder eins ist (d. h. der Ausgang von dem primären Sensor
angenähert
flach ist), wird der Ausgang des sekundären Sensors fortlaufend überwacht
und mit dem gespeicherten Bezugswert verglichen. Der primäre Lenkwinkelsensor
wird als fehlerhaft gewertet, wenn die Differenz zwischen dem Ausgang
von dem sekundären
Sensor und dem Bezugswert zumindest für eine vorbestimmte Zeitdauer
fortlaufend größer ist als
ein vorbestimmter Schwellenwert.
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Somit
kann ein herkömmliches
Lenksteuersystem den Elektromotor zum Lenken der Räder unrichtig
antreiben, während
die Fehlerdiagnose durchgeführt
wird, bevor der Sensor als fehlerhaft gewertet wird. Eine Verkürzung der
Zeitdauer der Fehlerdiagnose, um die Chance zu minimieren, daß der Elektromotor
die Räder
unrichtig lenkt, wird die Zuverlässigkeit
der Fehlerdiagnose senken.
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Aus
der
DE 38 25 885 C2 ist
ein Lenksteuersystem nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt.
In der
DE 38 16 254
A1 wird eine Zeitverzögerung
bei der Angabe eines Notsignals vermieden, wenn einer von gedoppelten
Rechnern einer Hinterradlenksteuereinheit fehlerhaft arbeitet.
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Fahrzeuge
mit Vierradlenkung sind oft mit Mitteln versehen (wie etwa einer
Zentrierfeder), um die Hinterräder
in ihre Neutralstellungen zu drücken (siehe
US-Patent Nr. 5 135 067), als Ausfallsicherungsmaßnahme gegen
den Fehler des Hinterrad-Lenkstellglieds.
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Im
Hinblick auf diese Probleme ist es Aufgabe der Erfindung, ein Lenksteuersystem
für ein
Fahrzeug anzugeben, das während
der Fehlerdiagnose eines bei der Steuerung der Räder verwendeten Sensors eine
tolerable Lenksteuerung der Räder
fortführen
kann, und zwar auch im Falle eines Fehlers des Sensors, um hierdurch
ein besonders zuverlässiges Lenksteuersystem
für ein
Fahrzeugs realisieren zu können.
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Zur
Lösung
der Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Lenksteuersystem
für ein
Fahrzeug gemäß Anspruch
1 vorgeschlagen.
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Nach
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung umfaßt
das Lenksteuersystem einen Elektromotor als Lenkmittel.
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Bevorzugt
weist die Regeleinrichtung eine mit dem Elektromotor verbundene
FET-Brückenschaltung
auf sowie eine FET-Treibereinrichtung zum Erzeugen von Gatetreibersignalen
für FETs
in der FET-Brückenschaltung
derart, daß ein
Tastfaktor der Gatetreibersignale zumindest zu einem Teil der Zeit, während der
die Fehlerdiagnoseeinrichtung eine Fehlerdiagnose des Sensors durchführt, unter
einer vorbestimmten Obergrenze gehalten wird.
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Die
Erfindung ist besonders vorteilhaft, wenn der Elektromotor die Hinterräder des
Fahrzeugs lenkt.
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Weil
die vom Elektromotor zum Lenken der Räder erzeugte Antriebskraft
(oder das Drehmoment) während
der Fehlerdiagnose des Sensors, der bei der Steuerung des Lenkwinkels
der Räder
verwendet wird, geregelt wird, kann das erfindungsgemäße Lenksteuersystem
während
der Fehlerdiagnose eine tolerable Lenkwinkelsteuerung auch dann beibehalten,
wenn der Sensor fehlerhaft ist. Dies macht es möglich, eine ausreichend lange
Zeitperiode für
die Fehlerdiagnose beizubehalten, um den Sensor zuverlässig als
fehlerhaft zu bewerten. Somit kann die Erfindung ein besonders zuverlässiges Lenksteuersystem
für ein
Fahrzeug realisieren.
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Andere
und weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
weiter ersichtlich.
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1 zeigt
ein Gesamtschema eines Fahrzeugs mit Vierradlenkung zur Anwendung
der Erfindung;
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2 zeigt
ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Lenksteuersystems;
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3 zeigt
im Flußdiagramm
einen erfindungsgemäßen Steuerablauf;
und
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4 zeigt
grafisch einen berechneten Tastfaktor Xc % und einen effektiven
Tastfaktor X %.
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Zu 1.
Ein Lenkrad 1 ist an einem oberen Ende einer Lenkwelle 2 befestigt
und über
diese Lenkwelle 2 mit einer Vorderrad-Lenkgetriebeanordnung 3 verbunden,
die einen Zahnstangen- und Ritzelmechanismus aufweist. Insbesondere
umfaßt
diese Vorderrad-Lenkgetriebeanordnung 3 ein
Ritzel 4, das sich integral mit der Lenkwelle 2 dreht,
sowie eine Zahnstange 5, die mit dem Ritzel 4 kämmt. Die beiden
Enden der Zahnstange 5 sind mit Spurstangen 6L, 6R verbunden,
die wiederum mit Achsschenkeln 7L, 7R verbunden
sind, an denen jeweils linke bzw. rechte Vorderräder 8L, 8R angebracht
sind.
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Zum
Erfassen des Drehwinkels der Lenkwelle 2 ist die Lenkwelle 2 mit
einem Lenkradwinkelsensor 9 ausgestattet, der beispielsweise
durch einen Drehcodierer verwirklicht sein kann. Der Lenkradwinkelsensor 9 ist
mit einer Steuereinrichtung 10 verbunden, die eine CPU
oder dergleichen aufweist. Die Vorderräder 8L, 8R sind
mit jeweiligen Fahrgeschwindigkeitssensoren 11L, 11R ausgestattet,
die ebenfalls mit der Steuereinrichtung 10 verbunden sind,
um diese mit Fahrgeschwindigkeitssignalen zu versorgen.
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An
der Hinterradseite ist ein Elektromotor 12 vorgesehen,
der in Anspruch 1 die „Einrichtung
(12) zum Lenken des Rads (19L, 19R)" sowie die „Lenkeinrichtung
(12)" verkörpert und
der durch die Steuereinrichtung 10 gesteuert wird. Dieser
Elektromotor 12 ist etwa über einen Kegelgetriebemechanismus 13 mit
einer Hinterrad-Lenkgetriebeanordnung 14 verbunden, die
einen Zahnstangen- und Ritzelmechanismus aufweist. Die Hinterrad-Lenkgetriebeanordnung 14 umfaßt ein Ritzel 15,
das sich integral mit der Ausgangswelle des Elektromotors 12 dreht,
sowie eine Zahnstange 16, die mit dem Ritzel 15 kämmt. Die
beiden Enden der Zahnstange 16 sind mit Spurstangen 17L, 17R verbunden,
die wiederum mit Achsschenkeln 18L, 18R verbunden
sind, an denen jeweils linke bzw. rechte Hinterräder 19L, 19R angebracht
sind. Die Hinterräder 19L, 19R sind
ebenfalls mit entsprechenden Fahrgeschwindigkeitssensoren 21L, 21R versehen,
die mit der Steuereinrichtung 10 verbunden sind.
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Das
Ritzel 15 ist mit einem primären Hinterrad-Lenkwinkelsensor 20M ausgestattet,
der in Anspruch 1 den „Sensor
(20M) zum Erfassen eines Lenkwinkels eines Rads (19L, 19R)" verkörpert und der
in dieser Ausführung
ein Sensor vom Drehcodierertyp ist, um der Steuereinrichtung 10 ein
Signal zuzuführen,
welches den Lenkwinkel der Hinterräder 19L, 19R anzeigt.
Es kann ein sekundärer
Hinterrad-Lenkwinkelsensor 20S vorgesehen sein, der beispielsweise
einen Differentialwandler verwendet, der eine Linearverschiebung
der Zahnstange 16 erfaßt, um
die Fehlerdiagnose des primären
Lenkwinkelsensors 20M zu erleichtern.
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Wie
in 2 gezeigt, umfaßt die Steuereinrichtung 10 eine
CPU 22, die in Anspruch 1 die „Einrichtung (22)
zum Berechnen eines Soll-Lenkwinkels des Rads (19L, 19R)" sowie die „Fehlerdiagnoseeinrichtung
(22) zum Erfassen eines Fehlers des Sensors (20M)" verkörpert, eine
FET-Treiberschaltung 23, die in Anspruch 3 und 4 die „FET-Treibereinrichtung
(23)" verkörpert und
in 2 als „FET-Treiber" bezeichnet ist,
sowie eine FET-Brückenschaltung 24, die
mit dem Elektromotor 12 verbunden ist. Die FET-Brückenschaltung 24 umfaßt zwei
Paare von FETs, wobei jedes Paar aus den diagonal angeordneten FETs
besteht, derart, daß die
Richtung des durch den Elektromotor 12 fließenden elektrischen Stroms
in Abhängigkeit
davon änderbar
ist, welches Paar der FETs angeschaltet ist. Wie unten im näheren Detail
beschrieben, bearbeitet die CPU 22 die Signale von den
Fahrgeschwindigkeitssensoren 11, 21, dem Lenkradwinkelsensor 9,
dem primären
Lenkwinkelsensor 20M (und gegebenenfalls dem sekundären Lenkwinkelsensor 20S),
um für
die FET-Treiberschaltung 23 ein Steuersignal zu erzeugen.
Die FET-Treiberschaltung 23 erzeugt wiederum Gatetreibersignale
zum Antrieb der Gates der FETs in der FET-Brückenschaltung 24,
wobei der Tastfaktor dieser Gatetreibersignale entsprechend dem
Steuersignal von der CPU 22 bestimmt wird. Somit kann die
CPU 22 durch die FET-Treiberschaltung 23 und die
FET-Brückenschaltung 24 den
durch den Elektromotor 12 fließenden elektrischen Strom steuern,
und somit die Höhe
und Richtung des Motordrehmoments.
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Die
CPU 22 berechnet den Lenkwinkel und die Lenkwinkelgeschwindigkeit
der Vorderräder 8L und 8R aus
dem Ausgangssignal des Lenkradwinkelsensors 9, bestimmt
eine Fahrgeschwindigkeit unter Verwendung der Signale aus den Fahrgeschwindigkeitssensoren 11L, 11R, 21L und 21R und
bestimmt dann, auf Basis dieser Daten, einen optimalen Lenkwinkel
(oder Soll-Lenkwinkel) der Hinterräder 19L und 19R.
Dann vergleicht die CPU 22 den Sollhinterradlenkwinkel
mit einem vom primären Lenkwinkelsensor 20M erfaßten Hinterradlenkwinkel,
um hierdurch die geeignete Höhe
und Richtung des Drehmoments zu bestimmen. Bevorzugt werden die
Höhe und
die Richtung des Motordrehmoments derart bestimmt, daß die Differenz
zwischen den Soll- und erfaßten
Lenkwinkeln wirkungsvoll reduziert wird. Demzufolge wird das Steuersignal
für die
FET-Treiberschaltung 23 erzeugt,
um das gewünschte
Motordrehmoment zu realisieren.
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Wie
zuvor beschrieben, kann eine solche (Rückkopplungs-) Regelung des
Hinterradlenkwinkels nicht zufriedenstellend durchgeführt werden, wenn
der primäre
Lenkwinkelsensor 20M nicht richtig funktioniert. Somit
wird eine Fehlerdiagnose des primären Lenkwinkelsensors 20M durchgeführt, um
einen Fehler des primären
Lenkwinkelsensors 20M zu erfassen. Erfindungsgemäß wird der
Tastfaktor der Gatetreibersignale und somit die Höhe des vom
Elektromotor 12 erzeugten Drehmoments während der Fehlerdiagnose des
primären
Lenkwinkelsensors 20M in nachfolgend beschriebener Weise
geregelt.
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Zum
Flußdiagramm
von 3. Zuerst bestimmt der Prozeß, ob die Fahrgeschwindigkeit
V größer als
ein vorbestimmter Schwellenwert Vs ist oder nicht (Schritt 1). Wenn
die Fahrgeschwindigkeit V nicht größer als der Schwellenwert Vs
ist, wird keine Fehlerdiagnose durchgeführt, weil bei diesen niedrigen
Fahrgeschwindigkeiten der Hinterradlenkwinkel die Fahreigenschaft
des Fahrzeugs kaum beeinflußt.
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Wenn
sich herausstellt, daß die
Fahrgeschwindigkeit V größer als
der Schwellenwert Vs ist, dann prüft der Prozeß, ob ein
Flag (Merker) F gleich null ist oder nicht, der den gegenwärtigen Motorsteuermodus
bezeichnet (Schritt 2). Nach diesem Ausführungsbeispiel gibt es zwei
verschiedene Motorsteuermodi: (i) einen normalen Modus, in dem ein das
Sollmotordrehmoment indizierender berechneter Tastfaktor Xc % als
effektiver Tastfaktor X % verwendet wird, der gegenwärtig an
die Gatetreibersignale für
die FETs in der FET-Brückenschaltung 24 angelegt wird;
und (ii) einen Motordrehmomentregelmodus, in dem der Tastfaktor
der Gatetreibersignale bei einer vorbestimmten Obergrenze Xs % fixiert
ist, um das Motordrehmoment zu regeln.
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Wenn
das Flag F null ist, d.h. wenn der Motorsteuermodus der normale
Steuermodus ist, geht der Prozeß zu
Schritt 3 weiter, der feststellt, ob die Beziehung |ΔPcount| ≤ 1 vorliegt
oder nicht, wobei ⎕Pcount die Differenz zwischen den vorherigen
und gegenwärtigen
Impulszählern
von dem primären Lenkwinkelsensor 20M ist,
der wie gesagt ein Sensor vom Drehcodierertyp ist. Wenn |ΔPcount| ≤ 1, wird ein
Timer gestartet, sofern er noch nicht gestartet wurde, und dann
geht der Prozeß zu
Schritt 4 weiter. Wenn sich herausstellt, daß |ΔPcount| > 1, wird in Schritt 9 der Timer rückgesetzt,
und dann kehrt der Prozeß zu
Schritt 1 zurück.
Auf diese Weise zählt
dieser Timer die abgelaufene Zeit T, während der der Ausgang des primären Lenkwinkelsensors 20M fortlaufend
im wesentlichen flach ist, was die Möglichkeit eines Fehlers des
primären
Lenkwinkelsensors 20M anzeigt.
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Schritt
4 stellt fest, ob die abgelaufene Zeit T gleich oder größer als
eine vorbestimmte Zeit Ts ist. Wenn T ≥ Ts, geht der Prozeß zu Schritt
5 weiter, wo der Prozeß in
einen Fehlerdiagnosemodus eintritt, und geht weiter zu Schritt 6,
in dem festgestellt wird, ob der berechnete Tastfaktor Xc % größer als
die vorbestimmte Obergrenze Xs % ist oder nicht. Falls der berechnete
Tastfaktor Xc % größer als
die vorbestimmte Obergrenze Xs % ist, geht der Prozeß zu Schritt
7 weiter, wo der effektive Tastfaktor X % auf die vorbestimmte Obergrenze
Xs % gesetzt wird. Nach Setzen des Flags F im Schritt 8 auf 1, geht
der Prozeß zu
Schritt 1 zurück,
um die oben beschriebenen Schritte zu wiederholen.
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Wenn
sich in Schritt 6 herausstellt, daß der berechnete Tastfaktor
Xc gleich oder kleiner als die vorbestimmte Obergrenze Xs % ist,
wird in Schritt 10 das Flag F auf null gesetzt, und dann geht der
Prozeß zu
Schritt 1 zurück.
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Wie
auch in 4 gezeigt, sobald der Motorsteuermodus
in Schritt 6 der Motordrehmoment-Regelmodus wird und in Schritt
8 das Flag F auf eins gesetzt wird, behält der Prozeß diesen
Modus bei, bis der berechnete Tastfaktor Xc % unter die vorbestimmte
Obergrenze Xs % fällt
und in Schritt 10 das Flag F auf null zurückgesetzt wird, obwohl durch
die Fehlerdiagnose der primäre
Lenkwinkelsensor 20M als normal gewertet wird, um eine
abrupte Änderung des
Motordrehmoments zu verhindern.
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Auf
diese Weise wird das vom Elektromotor 12 erzeugte Drehmoment
während
der Zeitperiode, die die Fehlerdiagnose braucht, um den Sensor als fehlerhaft
zu bestimmen, unter einer vorbestimmten Obergrenze gehalten.
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Die
vorbestimmte Obergrenze Xs % des Tastfaktors X % kann so gewählt sein,
um eine tolerable Lenksteuerung der Hinterräder auch dann einhalten zu
können,
wenn der primäre
Lenkwinkelsensor 20M fehlerhaft ist, die jedoch in der
Praxis nur unwahrscheinlich erreicht wird, wenn das Fahrzeug in normaler
Weise geradeaus fährt.
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Ferner
ist es denkbar, den Tastfaktor X % allmählich zu verringern, anstelle
ihn lediglich unter der Obergrenze zu halten. Wenn im Falle eines
Fehlers des Hinterrad-Lenkstellglieds der Tastfaktor X % allmählich kleiner
wird, werden die Hinterräder
allmählich
in ihre Neutralstellungen gebracht, ohne daß sich das Fahrzeugverhalten
ungünstig
abrupt ändert.
Ferner ist die Erfindung auch mit anderen Fehlerdiagnosetechniken
realisierbar, als sie oben beschrieben sind. Bei einer solchen Fehlerdiagnosetechnik
erfolgt eine Fehlerdiagnose auf Basis der Differenz ΔS im Ausgang
zwischen dem primären
Lenkwinkelsensor 20M und dem sekundären Lenkwinkelsensor 20S. Falls
die Erfindung mit diesem Typ der Fehlerdiagnosetechnik verwirklicht
werden soll, bestimmt Schritt 3, ob ΔS größer als ein Schwellenwert Ss
ist oder nicht, und falls er größer ist,
geht der Prozeß zu
Schritt 4 weiter, und falls nicht, geht der Prozeß zu Schritt
9 weiter, ohne Änderung
des Rests des Prozesses. Diese Fehlerdiagnosetechnik kann nicht
nur eine fehlerhafte Verbindung oder einen fehlerhaften Anschluß des primären Lenkwinkelsensors 20M erfassen,
sondern auch Fehler des primären
Lenkwinkelsensors 20M, welche im Sensorsignal eine Instabilität verursachen.
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Durch
Regeln des durch den Elektromotor fließenden elektrischen Stroms
und somit der Höhe des
vom Elektromotor erzeugten Drehmoments während Durchführung der
Fehlerdiagnose des Lenkwinkelsensors kann das erfindungsgemäße Lenksteuersystem
während
der Fehlerdiagnose auch dann eine tolerable Lenksteuerung der Hinterräder halten,
falls der Lenkwinkelsensor fehlerhaft ist. Hierdurch hat man eine
ausreichend lange Zeitperiode für
die Fehlerdiagnose zur Verfügung,
um zuverlässig
zu bewerten, ob der Sensor fehlerhaft ist. Somit ist die Erfindung
besonders vorteilhaft bei der Realisierung eines besonders zuverlässigen Lenksteuersystems.
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In
einem Lenksteuersystem eines Fahrzeugs, welches einen Elektromotor
zum automatischen Lenken eines Rads verwendet, so daß die Differenz
zwischen einem erfaßten
Lenkwinkel des Rads und dessen Soll-Lenkwinkel reduziert wird, wird
ein von dem Elektromotor erzeugtes Drehmoment unter einer Obergrenze
gehalten, während
eine Fehlerdiagnose eines Sensors zum Erfassen des Lenkwinkels des
Rads durchgeführt
wird.
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Hierdurch
kann das Lenksteuersystem bei einem Fehler des Sensors auch während der
Fehlerdiagnose den Lenkwinkel des Rads tolerabel weitersteuern.
Man verfügt über eine
ausreichend lange Zeitperiode für
die Fehlerdiagnose, um zuverlässig zu
bewerten, ob der Sensor fehlerhaft ist. Hierdurch läßt sich
ein besonders zuverlässiges
Lenksteuersystem realisieren.