DE19805736B4 - Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug - Google Patents

Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug Download PDF

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Abstract

Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug mit in Antwort auf Betätigung eines Lenkrads lenkbaren Vorder- und Hinterrädern, wobei die Lenkvorrichtung umfaßt:
eine vorwärtskoppelnde Steuereinheit (6) zur Bestimmung eines Hinterradlenkwinkelsignals (δR) auf der Basis eines erfassten Betätigungswinkels (θH) des Lenkrads;
ein Fahrzeugmodell (3) zum Schätzen einer Modellgierrate (γM) auf der Basis eines Lenkwinkels (δF) der Vorderräder und des von der vorwärtskoppelnden Steuereinheit (6) ausgegebenen Hinterradlenkwinkelssignals (δR); und
eine rückkoppelnde Regeleinheit (5), die zum Korrigieren des Hinterradlenkwinkelssignals (δR) auf der Basis einer Differenz (Δγ) zwischen der Modellgierrate (γM) und einer im Fahrzeug (2) erfassten Gierrate (γ) einen Regelbetrag (u) ausgibt,
wobei jeweilige Steuer/Regelbeträge der vorwärtskoppelnden Steuereinheit (6) und des Fahrzeugmodells (3) nach Maßgabe eines Reibkoeffizienten (μE) zur Straßenoberfläche korrigiert werden,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Addierer (7) das von der vorwärtskoppelnden Steuereinheit (6) ausgegebene Hinterradlenkwinkelsignal (δR) zu dem Regelbetrag (u) der rückkoppelnden Regeleinheit (5) addiert und das resultierende Summensignal...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die EP 0 278 366 B1 lehrt die Schätzung eines Reibkoeffizienten auf Basis der Gierrate und des Hinterradlenkwinkels, der durch den Lenkradbetätigungswinkel bestimmt wird.
  • 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.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird eine Lenkvorrichtung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.
  • 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.
  • Da der Reibkoeffizient auf der Basis des Lenkradbetätigungswinkels, des Hinterradlenkwinkels und der tatsächlichen Gierrate berechnet wird, ist hierzu kein gesonderter Reibkoeffizientensensor erforderlich.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Bevorzugte Ausführungen der Erfindung werden nun als Beispiel anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
  • 1 ein Blockdiagramm einer Anordnung einer Lenkvorrichtung nach einer Ausführung;
  • 2A bis 2D Graphiken von Zeitantwortcharakteristiken eines Gierraten-Rückkopplungsregelsystems von 1, wenn der Reibkoeffizient μ 0,4 beträgt;
  • 3A bis 3D Graphiken von Charakteristiken des Gierraten-Rückkopplungs-Regelsystems relativ zu Schätzfehlern des Reibkoeffizienten;
  • 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
  • 5A und 5B Lissajous-Figuren von Fahrzeugschlupf-Änderungskurven, beobachtet durch den 2-Spur-Änderungstest.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 3A bis 3D zeigen in Graphiken die Charakteristiken des oben genannten Gierraten-Rückkopplungs-Regelsystems der Erfindung im Hinblick auf Fehler des geschätzten Reibkoeffizienten.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (1)

  1. Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug mit in Antwort auf Betätigung eines Lenkrads lenkbaren Vorder- und Hinterrädern, wobei die Lenkvorrichtung umfaßt: eine vorwärtskoppelnde Steuereinheit (6) zur Bestimmung eines Hinterradlenkwinkelsignals (δR) auf der Basis eines erfassten Betätigungswinkels (θH) des Lenkrads; ein Fahrzeugmodell (3) zum Schätzen einer Modellgierrate (γM) auf der Basis eines Lenkwinkels (δF) der Vorderräder und des von der vorwärtskoppelnden Steuereinheit (6) ausgegebenen Hinterradlenkwinkelssignals (δR); und eine rückkoppelnde Regeleinheit (5), die zum Korrigieren des Hinterradlenkwinkelssignals (δR) auf der Basis einer Differenz (Δγ) zwischen der Modellgierrate (γM) und einer im Fahrzeug (2) erfassten Gierrate (γ) einen Regelbetrag (u) ausgibt, wobei jeweilige Steuer/Regelbeträge der vorwärtskoppelnden Steuereinheit (6) und des Fahrzeugmodells (3) nach Maßgabe eines Reibkoeffizienten (μE) zur Straßenoberfläche korrigiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Addierer (7) das von der vorwärtskoppelnden Steuereinheit (6) ausgegebene Hinterradlenkwinkelsignal (δR) zu dem Regelbetrag (u) der rückkoppelnden Regeleinheit (5) addiert und das resultierende Summensignal (δO) dem Fahrzeugmodell (3) zum Schätzen der Modellgierrate (yM) zuführt, und dass der Reibkoeffizient (μE) auf der Basis des erfassten Lenkradbetätigungswinkels (θH), des vom Addierer (7) ausgegebenen Summensignals (δO) und der erfassten Gierrate (y) berechnet wird, wobei Effekte der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Querbeschleunigung kompensiert sind.
DE1998105736 1997-02-12 1998-02-12 Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug Expired - Fee Related DE19805736B4 (de)

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