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Die
Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Bekannt
sind Lenkvorrichtungen für
Kraftfahrzeuge, die eine vorwärtskoppelnde
Steuereinheit enthalten, die dazu dient, den Konstantzustandfaktor einer
Bezugsgierrate gemäß einem
Verhältnis
zwischen einer von einem Gierratensensor erfaßten tatsächlichen Gierrate des Fahrzeugs
und einer vorab rechnerisch bestimmten geschätzten Gierrate zu korrigieren,
wenn sich auf trockener Straßenoberfläche das
Fahrzeug in einem Konstantzustand (steady state) befindet. Typischerweise
sind diese Lenkvorrichtungen derart ausgelegt, daß die Bezugsgierrate
verringert wird, wenn der Reibkoeffizient μ (der einem Verhältnis zwischen
der erfaßten
tatsächlichen
Gierrate und der rechnerisch geschätzten Gierrate entspricht)
abnimmt, so daß ein
geeigneter Steuerbetrag gesetzt wird, um ein stabileres Fahrzeugverhalten
zu erreichen.
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Die
bekannten Lenkvorrichtungen enthalten auch eine Rückkopplungsregeleinheit,
und es wurde versucht, die Rückkopplungsregeleinheit
im Hinblick auf ein verbessertes Stabilitätsverhalten des Fahrzeugs und
Minimierung ungewünschter
Querbewegungen des Fahrzeugs zu verbessern.
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Ferner
enthalten die bekannten Lenkvorrichtungen eine Straßenoberflächenzustand-Schätzeinheit
zum Schätzen
eines Reibkoeffizienten zwischen der Straßenoberfläche und den Fahrzeugreifen.
Wie vom Anmelder der vorliegenden Erfindung in der
japanischen Patentanmeldung Nr. HEI-7-240810 (entsprechend
japanischer Offenlegungsschrift
JP 09-058514 A ) vorgeschlagen wurde, erzeugt
die Straßenoberflächenzustand-Schätzeinheit
eine geschätzte
Gierrate durch Ableitung von Schätzparametern
auf der Basis der Bezugs- und tatsächlichen Gierraten, und setzt
geschätzte
Parameter auf der Basis der Bezugs-, tatsächlichen und geschätzten Gierraten.
Auf diese Weise kann die Straßenoberflächenzustand-Schätzeinheit
einen Reibkoeffizienten schätzen,
ohne daß ein
besonderer Sensor erforderlich wäre.
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Weil
jedoch hier lediglich der Konstantzustandfaktor der Bezugsgierrate
gemäß der tatsächlichen
Gierrate und der geschätzten
Gierrate, die bei im Konstantzustand befindlichen Fahrzeug erhalten wird,
korrigiert wird, sind die bekannten Lenkvorrichtungen nicht in der
Lage, dynamische Charakteristiken des Fahrzeugverhaltens in Antwort
auf Änderungen
des Reibkoeffizienten μ zwischen
der Straßenoberfläche und
den Fahrzeugreifen zu ändern.
Ein weiteres Problem mit den herkömmlichen Lenkvorrichtungen
ist, daß sie
die Konstantzustand- und dynamischen Charakteristiken des Fahrzeugs
in Antwort auf Änderungen
der Fahrzeugquerbeschleunigung nicht ändern können.
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Weil
ferner die Rückkopplungsregeleinheit dazu
dient, einen Regelbetrag auf der Basis fester Parameter zu setzen,
können
die bekannten Lenkvorrichtungen keine optimale Rückkopplungsregelung in optimaler
Weise durchführen,
wenn das Fahrzeug auf einer Straßenoberfläche mit geringem Reibwiderstand
fährt (d.
h. low-μ Straßenoberfläche) oder mit
hoher Beschleunigung eine Kurve fährt (high-G Kurvenfahrt), was
in unerwünschter
Weise zu einem schlechteren Lenkgefühl führen würde.
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Wenn
das Fahrzeug auf einer Straßenoberfläche mit
geringem μ fährt oder
mit hoher Beschleunigung um die Kurve fährt, ist der Gierratenfaktor
viel geringer als bei Fahrt auf einer trockenen Straßenfläche, und
auch die dynamischen Charakteristiken des Fahrzeugs zeigen eine
geringere Dämpfung.
Demzufolge geben die Rückkopplungsregelparameter,
die im Zustand trockener Straßenoberfläche abgeleitet sind,
einen ausreichend hohen (Verstärkungs-)Faktor,
was zu einer übermäßigen Aussteuerung
führen würde, auch
wenn die äquivalente
Seitenführungskraft
der Fahrzeugreifen klein ist.
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Weil
ferner die Straßenoberflächenzustand-Schätzeinheit
einen Reibkoeffizienten μ zwischen
der Straßenoberfläche und
den Fahrzeugreifen lediglich auf Basis des Verhältnisses zwischen der tatsächlichen
Gierrate und der geschätzten
Gierrate schätzt
und einen tatsächlichen
Reibkoeffizienten μ nicht
identifizieren kann, würde
die in der
JP-09-58514-A offenbarte
Lenkvorrichtung verschiedenen Einschränkungen unterliegen, bei Verwendung
des Verhältnisses
zwischen der tatsächlichen Gierrate
und der geschätzten
Gierrate, um Fahrzeuge mit Vierradlenkung zu steuern, und ist daher
nicht zu einer Steuerung in geeigneter Weise geeignet, die zu einem
sich ändernden
tatsächlichen
Straßenoberflächenzustand
passt. Die bekannte Lenkvorrichtung zeigt ein weiteres Problem darin,
dass die Genauigkeit des Verhältnisses
zwischen der tatsächlichen Gierrate
und der geschätzten
Gierrate abnehmen würde,
wenn die Querbeschleunigung (Quer-G) des Fahrzeugs groß ist.
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Aus
der
DE 44 10 465 A1 ist
eine Lenkvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
Dort wird der Straßenreibkoeffizient
auf der Basis eines Lenkwinkels der Fahrzeuggeschwindigkeit und
der Querbeschleunigung ermittelt.
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Die
EP 0 278 366 B1 lehrt
die Schätzung
eines Reibkoeffizienten auf Basis der Gierrate und des Hinterradlenkwinkels,
der durch den Lenkradbetätigungswinkel
bestimmt wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug anzugeben, die
stabile Lenkcharakteristiken erreicht, die Schwankungen des Straßenoberflächenzustands
entsprechen, auch wenn von außen
einwirkende Störungen,
wie etwa Seitenwind, das Fahrzeug beeinflussen.
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Zur
Lösung
der Aufgabe wird eine Lenkvorrichtung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.
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Die
Lenkvorrichtung umfasst eine vorwärtskoppelnde Steuereinheit
zur Bestimmung eines Lenkwinkels der Hinterräder auf der Basis eines Betätigungswinkels
des Lenkrads;
ein Fahrzeugmodell zum Schätzen der Gierrate auf der Basis
eines Lenkwinkels der Vorderräder
und des von der vorwärtskoppelnden
Steuereinheit bestimmten Lenkwinkels der Hinterräder; und
eine Rückkopplungsregeleinheit
zum Korrigieren des Lenkwinkels der Hinterräder auf der Basis einer Differenz
zwischen der von dem Fahrzeugmodell geschätzten Gierrate und einer von
dem Fahrzeug ausgegebenen tatsächlichen
Gierrate,
wobei die vorwärtskoppelnde
Steuereinheit und das Fahrzeugmodell Steuer/Regelbeträge nach
Maßgabe
eines Reibkoeffizienten einer Straßenoberfläche korrigieren, wobei die
Rückkopplungs-Regeleinheit eine
lineare Rückkopplungsregelung
durchführt.
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Da
der Reibkoeffizient auf der Basis des Lenkradbetätigungswinkels, des Hinterradlenkwinkels
und der tatsächlichen
Gierrate berechnet wird, ist hierzu kein gesonderter Reibkoeffizientensensor erforderlich.
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Durch
die vorwärtskoppelnde
Steuereinheit und das Fahrzeugmodell, die gleichzeitig die Steuer/Regelbeträge auf der
Basis des Reibungskoeffizienten korrigieren, lässt sich durch die vorwärtskoppelnde
Steuerung ein geeigneter Steuer/Regelbetrag ermitteln, der einem
tatsächlichen
Straßenoberflächenzustand
entspricht. Hierdurch lässt
sich die Querstabilität
des Fahrzeugs signifikant verbessern.
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Da
ferner eine Rückkopplungsschleife
vorgesehen ist, die eine Kombination des das momentane Verhalten
des Fahrzeugs annähernden
Fahrzeugmodells und der linearen Rückkopplungsregeleinheit aufweist,
lassen sich Lenkcharakteristiken erzielen, die einem tatsächlichen
Straßenoberflächenzustand entsprechen.
Hierdurch lässt
sich die Querstabilität des
Fahrzeugs signifikant verbessern.
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Durch ”Internal
Model Control” (IMC),
oder Interne Modellsteuerung, unter Verwendung des in der Rückkopplungsschleife
enthaltenen Fahrzeugmodells kann die Rückkopplungsregeleinheit mit
linearen Charakteristiken arbeiten. Somit erreicht die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung
eine stabile Steuerung durch geeignete Kompensation von Effekten äußerer Störung, wie
etwa Seitenwind und Modellbildungsfehler.
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Ferner
erreicht die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung
eine robuste Stabilität
der Vorrichtung oder des Systems, was bislang ein signifikantes
Problem mit herkömmlichen
adaptiven Steuerungen war. Zusätzlich
kann die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung
ihre Verhaltensstabilität
auch dann beibehalten, wenn bei der Schätzung eines Reibkoeffizienten
zwischen den Fahrzeugreifen und der Straßenoberfläche ein Fehler auftritt.
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Bevorzugte
Ausführungen
der Erfindung werden nun als Beispiel anhand der beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm einer Anordnung einer Lenkvorrichtung nach einer Ausführung;
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2A bis 2D Graphiken
von Zeitantwortcharakteristiken eines Gierraten-Rückkopplungsregelsystems
von 1, wenn der Reibkoeffizient μ 0,4 beträgt;
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3A bis 3D Graphiken
von Charakteristiken des Gierraten-Rückkopplungs-Regelsystems relativ
zu Schätzfehlern
des Reibkoeffizienten;
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4A und 4B Lissajous-Figuren
von Gierraten-Änderungskurven,
beobachtet durch einen 2-Spur-Änderungstest,
durchgeführt
unter Verwendung geschlossener Schleifen des Gierraten-Rückkopplungs-Regelsystems der
Erfindung und eines herkömmlichen
Rückkopplungs-Regelsystems; und
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5A und 5B Lissajous-Figuren
von Fahrzeugschlupf-Änderungskurven,
beobachtet durch den 2-Spur-Änderungstest.
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Die
Erfindung dient zur Durchführung
von vorwärtskoppelnder
Steuerung/Regelung auf der Basis eines Reibkoeffizienten, erhalten
durch Korrektur eines Verhältnisses
zwischen einer tatsächlichen Gierrate
und einer vorbestimmten Bezugsgierrate gemäß der Geschwindigkeit und der
Querbeschleunigung eines zugeordneten Fahrzeugs, um hierdurch einen
Fahrzeugschlupfwinkel zu minimieren und hierdurch optimale Seitenlenkcharakteristiken
zu erreichen, die Änderungen
des Straßenoberflächenzustands
und der Querbeschleunigung des Fahrzeugs entsprechen. Ein Kennzeichen
der Erfindung ist ein Fahrzeugmodell in einer Rückkopplungsschleife zur Durchführung von ”Internal
Model Control” (IMC),
um das gesamte Steuersystem stabil zu halten und hierdurch optimale
Seitenlenkcharakteristiken zu erreichen, auch wenn äußere Störungen,
wie etwa Seitenwind, das Fahrzeug beeinflussen oder ein Modellbildungsfehler
auftritt.
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1 zeigt
in einem Blockdiagramm ein Beispiel einer Anordnung einer Lenkvorrichtung
nach einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung, die zur Verwendung mit vierradgelenkten Fahrzeugen (”4WS”-Fahrzeuge)
ausgelegt ist. In 1 umfaßt die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung
eine Hinterradlenkvorrichtung 1, die ein Fahrzeugmodell 3 zum Annähern des
Verhaltens eines vorliegenden Fahrzeugs 2 enthält, einen
Subtrahierer 4, eine Linearrückkopplungsregeleinheit 5,
eine vorwärtskoppelnde
Steuereinheit 6 sowie einen Addierer 7. Die Hinterradlenkvorrichtung 1 kann
einen Schlupfwinkel des Fahrzeugs durch vorwärtskoppelnde Steuerung auf
Basis eines erfaßten
Betätigungswinkels θH des Fahrzeuglenkrads kontinuierlich minimieren.
Auch durch lineare Rückkopplungsregelung
mittels einer das Fahrzeugmodell 3 enthaltenden Rückkopplungsschleife
kann die Hinterradlenkvorrichtung 1 Effekte auf das Fahrzeug
einwirkender externer Störungen NS, wie etwa Seitenwind, minimieren, um hierdurch eine
Annäherung
an eine tatsächliche
Gierrate γ zu gestatten,
die sich mit Änderungen
in und um das Fahrzeug herum ändert.
Auf diese Weise erreicht die Hinterradlenkvorrichtung 1 konstant
optimale Seitenlenkcharakteristiken, die Änderungen des Straßenoberflächenzustands
entsprechen.
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Das
Fahrzeug 2 unterliegt normalerweise verschiedenen externen
Störungen
NS, wie etwa Rauschen und Seitenwind, was
zu einem unstabilen Querverhalten des Fahrzeugs führen würde. Daher gibt
das Fahrzeug 2 ein tatsächliches
Gierratensignal γ aus,
das Effekte, wie etwa die externe Störung NS enthält.
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Das
Fahrzeugmodell 3 ist ein vorbestimmtes Bezugsmodell, das
das erwünschte
oder ideale Querverhalten des vorliegenden Fahrzeugs 2 repräsentiert,
und es berechnet eine Modellgierrate γM auf der
Basis eines von einer Vorderradlenkvorrichtung 9 zugeführten Vorderrad-Lenkwinkelsignals δF und
eines von einer vorwärtskoppelnden
Steuereinheit 6 zugeführten
Hinterradlenkwinkelsignals δO. Das Fahrzeugmodell 3 gibt die
berechnete Modellgierrate γM als ein Modellgierratensignal γM aus.
Das Fahrzeugmodell 3 enthält einen Parameteränderungsabschnitt
zur Korrektur von Parametern gemäß Schwankungen
des geschätzten
Reibkoeffizienten μE zwischen den Fahrzeugreifen und der Straßenoberfläche und
der Querbeschleunigung und gibt entsprechend den korrigierten Parametern
das Modellgierratensignal γM aus.
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Der
Subtrahierer 4 berechnet eine Differenz oder einen Versatz Δγ zwischen
dem vom Fahrzeug 2 ausgegebenen tatsächlichen Gierratensignal γ und dem
von dem Fahrzeugmodell 3 ausgegebenen Modellgierratensignal γM (Δγ = γ – γM),
und liefert ein Versatzsignal Δγ zu der Linear-Rückkopplungs-Regeleinheit 5.
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Wenn
keine äußere Störung vorliegt
(NS = 0) und kein Modellbildungsfehler,
ist das tatsächliche Gierratensignal γ gleich dem
Modellgierratensignal γM, so daß das
von dem Subtrahierer 4 ausgegebene Versatzsignal Δγ den Wert
von ”0” einnimmt.
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Die
Linear-Rückkopplungs-Regeleinheit 5, die
einen Speicher, wie etwa ein ROM, und einen Parameteränderungsabschnitt
enthält,
erzeugt einen Steuer/Regelbetrag u gemäß dem von dem Subtrahierer 4 zugeführten Versatzsignal Δγ und liefert
den somit erzeugten Steuer/Regelbetrag u zu dem Addierer 7.
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Das
obengenannte Fahrzeug 2, das Fahrzeugmodell 3,
der Subtrahierer 4 und die Linear-Rückkopplungs-Regeleinheit 5 bilden
zusammen ein Gierraten-Rückkopplungs-Regelsystem,
welches die Internal Model Control (IMC) unter Verwendung des in
der Rückkopplungsschleife
enthaltenen Fahrzeugmodells 3 durchführt. Die Verwendung der Internal
Model Control bei der Rückkopplungsregelung vereinfacht
signifikant die nicht lineare Kompensation und Anwendung der Fahrzeugmodellparameter.
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Die
Linear-Rückkopplungs-Regeleinheit 5 verwendet
die sogenannte ”μ-Analyse”, eine
Form des robusten Regelverfahrens, damit das Versatzsignal Δγ null werden
kann, auch wenn ein unerwarteter Betätigungsfehler oder ein Schätzfehler
in dem Fahrzeugmodell auftritt, das in dem Gierraten-Rückkopplungsregelsystem enthalten
ist, um hierdurch für
eine robuste Stabilität
und notwendige betriebsmäßige Kompensation
zu sorgen.
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Wenn
die Übertragungsfunktion
F(s) des Fahrzeugs 2 der Übertragungsfunktion FE(s) des Fahrzeugmodells 3 äquivalent
ist, d. h. F(s) = FE(s), ist das tatsächliche
Gierratensignal γ gleich
dem Modellgierratensignal γM, und somit bleibt das Gierraten-Rückkopplungsregelsystem
stabil. Wenn umgekehrt die Übertragungsfunktion
F(s) des Fahrzeugs 2 der Übertragungsfunktion FE(s) des Fahrzeugmodells 3 nicht äquivalent
ist, d. h. F(s) ≠ FE(s), unterscheidet sich das tatsächliche
Gierratensignal γ von dem
Modellgierratensignal γM(γ ≠ γM),
und somit ermöglicht
die lineare Rückkopplungsregeleinheit 5 eine
solche Regelung, daß das
Versatzsignal Δγ null wird.
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Die
vorwärtskoppelnde
Steuereinheit 6 hat hier die Form einer adaptiven vorwärtsgekoppelten Steuerung,
die einen Parameteränderungsabschnitt und
einen Steuer/Regelbetrag-Berechnungsabschnitt enthält. Die
vorwärtskoppelnde
Steuereinheit 6 korrigiert Parameter auf der Basis des
Lenkwinkelsignals θH und des geschätzten Reibkoeffizienten μE, um
hierdurch einen vorwärtskoppelnden
Steuer/Regelbetrag zu korrigieren, und berechnet einen Hinterradlenkwinkel δR gemäß dem korrigierten
Steuer/Regelbetrag. Somit gibt die vorwärtskoppelnde Steuereinheit 6 einen
Hinterradlenkwinkel δR zu dem Addierer 7 aus.
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Mit
Hilfe des Parameteränderungsabschnitts steuert
die vorwärtskoppelnde
Steuereinheit 6 derart, daß eine konstante Minimierung
des Fahrzeugschlupfwinkels nicht nur dann möglich ist, wenn sich das Fahrzeug
in einem stabilen Zustand befindet, sondern auch dann, wenn sich
das Fahrzeug in einem Übergangszustand
befindet.
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Die
Reibkoeffizientenschätzeinheit 8 schätzt einen
tatsächlichen
Reibkoeffizienten μ zwischen den
Fahrzeugreifen und der Straßenoberfläche. Insbesondere
erzeugt die Reibkoeffizientenschätzeinheit 8 einen
geschätzten
Reibkoeffizienten μE, wobei Effekte der Fahrzeuggeschwindigkeit
und der Querbeschleunigung geeignet kompensiert sind, auf der Basis
des Hinterradlenkwinkels δO und der tatsächlichen Gierrate γ. Der geschätzte Reibkoeffizient μE wird
der vorwärts
koppelnden Steuereinheit 6 zur obigen Parameterkorrektur
zugeleitet.
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Mit
dieser vorwärtskoppelnden
Steuereinheit 6 kann die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung einen minimalen
Fahrzeugschlupfwinkel sowohl im Konstantzustand als auch im Übergangszustand
des Fahrzeugs einstellen, durch geeignete Korrektur des Steuer-
bzw. Regelbetrags in Antwort auf Änderung des Straßenoberflächenzustand
auf Basis des Reibkoeffizienten μ.
Ferner schätzt
die vorwärtskoppelnde
Steuereinheit 6 einen Hinterradlenkwinkel δR auf der
Basis von Betriebszuständen
des Fahrzeugs, und die Lenkvorrichtung kann die erforderliche Steuerung
mit verbessertem Ansprechverhalten durchführen. Durch Ausführung der
Internal Model Control unter Verwendung des in der Rückkopplungsschleife enthaltenen
Fahrzeugmodells kann die Lenkvorrichtung Effekte äußerer Störungen NS, wie etwa Seitenwind, und Modellbildungsfehler
kompensieren und somit für
eine stabile Steuerung sorgen.
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Die
folgenden Absätze
beschreiben Simulationsergebnisse unter Verwendung des erfindungsgemäßen Gierraten-Rückkopplungs-Regelsystems. Die 2A bis 2D zeigen
Graphiken von Zeitantwortcharakteristiken des Gierraten-Rückkopplungs-Regelsystems
der Erfindung, wenn der Reibkoeffizient μ 0,4 ist (μ = 0,4).
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Insbesondere
zeigt 2A einen zeitlich veränderten
Betätigungswinkel
des Lenkrads, und die 2B, 2C und 2D zeigen
Zeitantwortcharakteristiken für
den Hinterradlenkwinkel, die Gierrate bzw. den Fahrzeugschlupfwinkel,
entsprechend dem zeitlich veränderten
Lenkradbetätigungswinkel
von 2A.
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In
den 2B, 2C und 2D bezeichnen
die Kurven FA, FB und
FF die Charakteristiken des erfindungsgemäßen Gierraten-Rückkopplungs-Regelsystems, des
herkömmlichen
Gierraten-Rückkopplungs-Regelsystems
bzw. eines adaptiven vorwärtskoppelnden
Steuersystems, die zu beobachten waren, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
V bei 30 m/s gehalten wurde.
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In 2B,
in der die Zeitantwortcharakteristiken für den Hinterradlenkwinkel aufgetragen
sind, ist zu erkennen, daß das
adaptive vorwärtskoppelnde
Steuersystem FF die allerbesten Zeitantwortcharakteristiken
mit geringster Schwankung erreicht, daß das erfindungsgemäße Gierraten-Rückkopplungs- Regelsystem FA eine weniger gute Zeitantwortcharakteristik
mit einer etwas größeren Schwankung
zeigt und daß das
herkömmliche
Gierraten-Rückkopplungsregelsystem
FB die schlechteste Zeitantwortcharakteristik
mit der größten Schwankung
zeigt.
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In 2C,
in der die Zeitantwortcharakteristiken für die Gierrate aufgetragen
sind, ist zu erkennen, daß das
erfindungsgemäße Gierraten-Rückkkopplungs-Regelsystem
FA die allerbesten Zeitantwortcharakteristiken
mit der geringsten Schwankung erreicht, daß das adaptive vorwärtskoppelnde
Steuersystem FF eine weniger gute Zeitantwortcharakteristik
mit einer größeren Schwankung zeigt
und daß das
herkömmliche
Gierraten-Rückkopplungs-Regelsystem
FB die schlechteste Zeitantwortcharakteristik
mit der größten Schwankung
zeigt. Ferner ist in 2D, in der die Zeitantwortcharakteristiken
für den
Fahrzeugschlupfwinkel aufgetragen sind, zu erkennen, daß das erfindunsgemäße Gierraten-Rückkopplungs-Regelsystem
FA eine viel bessere Zeitantwortcharakteristik
mit einer viel kleineren Schwankung erreicht als das adaptive vorwärtskoppelnde
Steuersystem FF und das herkömmliche
Gierraten-Rückkopplungs-Regelsystem
FB.
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3A bis 3D zeigen
in Graphiken die Charakteristiken des oben genannten Gierraten-Rückkopplungs-Regelsystems
der Erfindung im Hinblick auf Fehler des geschätzten Reibkoeffizienten.
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Insbesondere
zeigt 3A einen zeitlich veränderten
Betätigungswinkel
des Lenkrads, und 3B, 3C und 3D zeigen
Zeitantwortcharakteristiken für
den Hinterradlenkwinkel, die Gierrate bzw. den Fahrzeugschlupfwinkel,
entsprechend dem zeitlich veränderten
Lenkradbetätigungswinkel
von 3A. Insbesondere zeigen die 3B, 3C und 3D die
Zeitantwortcharakteristiken bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit V
von 30 m/s, wobei der tatsächliche
Reibkoeffizient μ bei
0,4 fixiert war und der geschätzte
Reibkoeffizient 0,5 (Fehler: +0,1), 0,6 (Fehler: +0,2) und 0,7 (Fehler:
+3) betrug.
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In
den 3C und 3D, in
denen die Zeitantwortcharakteristiken für die Gierrate und den Fahrzeugschlupfwinkel
aufgetragen sind, ist zu erkennen, daß das erfindungsgemäße Gierraten-Rückkopplungsregelsystem
eine überragende
Angleichung und Fahrzeugstabilität
erreicht, obwohl die jeweiligen Spitzenwerte mit zunehmendem Fehler
ein wenig zunehmen. Das bedeutet, daß die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung
nicht nur auf glatten Straßenflächen mit
niedrigem Reibkoeffizienten μ nützlich ist,
sondern auch auf anderen Straßenflächen mit hohem
Reibkoeffizienten μ.
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Bei
dem rückkoppelnden
Gierratenregelsystem mit der Internal Model Control(IMC)-Funktion kann
die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung
die Gierrate und den Fahrzeugschlupfwinkel im Vergleich zur herkömmlich bekannten
Ausführung
reduzieren und kann somit die Querverhalten-Stabilität des Fahrzeugs signifikant
verbessern. Auch wenn ferner ein gewisser Fehler bei der Schätzung des Reibkoeffizienten
zwischen den Fahrzeugreifen und der Straßenoberfläche auftritt, kann die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung
das Querverhalten des Fahrzeugs stabilisieren, indem Effekte des
Schätzfehlers
geeignet kompensiert werden.
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4A und 4B sind
Lissajous-Figuren der Gierrate, erhalten durch einen 2-Spur-Änderungstest
(ISO/TC22/SC9), der unter Verwendung geschlossener Schleifen des
erfindungsgemäßen Gierraten-Rückkopplungs-Regelsystems
und des herkömmlichen
Rückkopplungs-Regelsystems durchgeführt wurde. Ähnlich zeigen
die 5A und 5B Lissajous-Figuren
des Fahrzeugschlupfwinkels, erhalten durch den 2-Spur-Änderungstest (ISO/TC22/SC9)
unter Verwendung der geschlossenen Schleifen des oben erwähntenerfindungsgemäßen Gierraten-Rückkopplungs-Regelsystems
und des herkömmlichen
Rückkopplungs-Regelsystems. Der
Test wurde bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit V durchgeführt, die
auf einen kritischen Wert von 25 m/s eingestellt wurde.
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Insbesondere
zeigen die 4A und 5A beim
Bezugszeichen FA Lissajous-Figuren der Gierrate
und des Fahrzeugschlupfwinkels, erhalten mit dem erfindungsgemäßen Gierraten-Rückkopplungs-Regelsystem,
wohingegen die 4B und 5B beim
Bezugszeichen FB Lissajous-Figuren der Gierrate
und des Fahrzeugschlupfwinkels zeigen, die mit dem herkömmlichen
Rückkopplungsregelsystem
erhalten wurden.
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Aus
diesen Lissajous-Figuren ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Gierraten-Rückkopplungs-Regelsystem
eine weit bessere Annäherung für sowohl
die Gierrate als auch den Fahrzeugschlupf im Vergleich zur herkömmlichen
Ausführung
erreicht und somit die Querstabilität des Fahrzeugs signifikant
verbessern kann.
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Insgesamt
läßt sich
sagen, daß die
Erfindung die Querstabilität
des Fahrzeugs effektiv verbessern, indem Effekte äußerer Störung, wie
etwa Seitenwind, und Modellbildungsfehler geeignet kompensiert werden.
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In
einer Lenkvorrichtung zur Verwendung mit einem vierradgelenkten
Fahrzeug bestimmt eine vorwärtskoppelnde
Steuereinheit 6 einen Lenkwinkel der Fahrzeughinterräder auf
der Basis eines erfaßten Betätigungswinkels
des Lenkrads. Die Lenkvorrichtung enthält ferner ein Fahrzeugmodell 3,
welches eine Gierrate auf der Basis eines Lenkwinkels der Vorderräder und
des von der vorwärtskoppelnden Steuereinheit 6 bestimmten
Lenkwinkels der Hinterräder
schätzt.
Eine Rückkopplungsregeleinheit 5 korrigiert
den Lenkwinkel der Hinterräder
auf der Basis einer Differenz zwischen der von dem Fahrzeugmodell 3 geschätzten Gierrate
und einer in dem Fahrzeug 2 erfaßten tatsächlichen Gierrate. Die vorwärtskoppelnde
Steuereinheit 6 und. das Fahrzeugmodell 3 korrigieren
Steuer- bzw. Regelbeträge
nach Maßgabe
eines Reibzustands der Straßenoberfläche, und
die Rückkopplungsregeleinheit 5 führt eine
lineare Regelung durch.
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Unter
vorwärtskoppelnder
Kompensation (feedforward compensation) bzw. vorwärtskoppelnder
Steuerung/Regelung (feedforward control) kann in diesem Zusammenhang
auch eine Kompensation bzw. Steuerung/Regelung mit Störgrößenaufschaltung
(DIN 19226 Teil 4) verstanden werden.