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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Abdriftsteuervorrichtung für ein Fahrzeug
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Als
eine Massnahme zur Steuerung des Verhaltens eines Fahrzeugs während einer
Kurvenfahrt ist es bekannt, das Abdriften des Fahrzeugs dadurch zu
steuern, dass an einem ausgewählten
Rad oder an einigen ausgewählten
Rädern
des Fahrzeugs in unsymmetrischer Weise Brems- oder Traktionskräfte geschaffen
werden, wodurch im Fahrzeug um dessen Schwerpunkt ein Giermoment
in eine Richtung erzeugt werden soll, in der das Giermoment die
Kurvenfahrt des Fahrzeugs positiv beeinflusst, d. h. unterstützt. Im
Fall eines Fahrzeugs mit Vierradlenkung ist andererseits auch bekannt,
dass das Durchfahren einer engen Kurve, ohne abzudriften, dadurch
erreicht werden kann, dass die Hinterräder in eine der Richtung der
Vorderräder
entgegengesetzte Richtung gelenkt werden. Diese beiden Prinzipien
zur Steuerung des Abdriftens von Fahrzeugen lassen sich miteinander
kombinieren, wenn das Fahrzeug ein Fahrzeug mit Vierradlenkung ist.
In der JP 4-081351 A wird vorgeschlagen, das Abdriften eines Fahrzeugs
mit Vierradlenkung durch die Kombination einer Bremssteuerung und
einer Hinterradlenkung zu steuern, wobei die Hinterräder in eine
Richtung gelenkt werden, die der Lenkrichtung der Vorderräder entgegengerichtet
ist, wenn das Bremssystem betätigt
wird, um im Fahrzeug ein Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment hervorzubringen,
wodurch ein Abdriften des Fahrzeugs verhindert werden soll.
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Das
entscheidende Problem im Zusammenhang mit dem Abdriften des Fahrzeugs
besteht jedoch darin, dass die Fahrzeugräder in bestimmten Situationen
im Hinblick auf den Schräglaufwinkel
und die Vertikallast nicht mehr in der Lage sind, durch ihren Reibkontakt
mit der Fahrbahn eine Zentripetalkraft zu erzeugen, die erforderlich
wäre, um
die während
einer Kurvenfahrt auf das Fahrzeug wirkende Zentrifugalkraft aufzunehmen.
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Aus
der
DE 4010332 A1 ist
eine Abdriftsteuervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1
bekannt.
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Hiervon
ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative
Abdriftsteuervorrichtung für
ein Fahrzeug mit Vierradlenkung zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch die erfindungsgemässe Abdriftsteuervorrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemässe Ausgestaltungen
sind durch die Merkmale in den Unteransprüchen definiert.
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Wenn
Fahrzeuge mit Vierradlenkung eine Kurve fahren, weisen die vier
Räder im
allgemeinen Schräglaufwinkel
auf, wie es in 12 schematisch dargestellt ist,
wobei das linke und rechte Vorderrad 100FL und 100FR eines
Fahrzeugs 102 einen relativ grossen Schräglaufwinkel βf zeigen,
während
das linke und rechte Hinterrad 100RL und 100RR nur
einen kleinen Schräglaufwinkel βr zeigen,
so dass sich die Seitenkraft Ff der Vorderräder in einer bereits gesättigten
abnehmenden Phase befindet, was einer weiteren Zunahme des Schräglaufwinkels
entgegensteht, wie es in 13 gezeigt
ist, während
die Seitenkraft Fr der Hinterräder
mit einer Zunahme des Schräglaufwinkels
noch zunehmen kann. Daher ist man der Ansicht, dass eine noch grössere Seitenkraft erhalten
werden kann, wenn der Schräglaufwinkel der
Hinterräder
erhöht
wird, sofern dies, wie im Fall eines Fahrzeugs mit Vierradlenkung,
möglich
ist. Wird der Schräglaufwinkel
der Hinterräder
erhöht,
indem die Hinterräder
während
ei ner von den Vorderrädern
gelenkten Kurvenfahrt des Fahrzeugs in dieselbe Richtung wie die
Vorderräder
gelenkt werden, ruft die durch diese Massnahme an den Hinterrädern erhaltene
grössere
Seitenkraft jedoch ein Giermoment um den Fahrzeugschwerpunkt 104 in
eine Richtung entgegen der Kurvenfahrtrichtung des Fahrzeugs hervor,
was dem Vorhaben, das Abdriften des Fahrzeugs zu unterdrücken, eigentlich
entgegensteht. Man ist jedoch auch der Ansicht, dass ein derartiges
Anti-Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment durch
ein geeignete Massnahme kompensiert oder aufgehoben werden kann,
die darin besteht, das durch das Brems-/Traktionssystem geschaffene Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment
entsprechend zu erhöhen.
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Nachstehend
erfolgt eine kurze Beschreibung der Zeichnung. Es zeigt:
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1 eine
schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit Vierradlenkung, das die
erfindungsgemäße Abdriftsteuervorrichtung
beinhaltet;
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2 ein
Ablaufdiagramm, das eine Ausführungsform
des Betriebs der erfindungsgemäßen Abdriftsteuervorrichtung
zeigt;
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3 ein
Ablaufdiagramm, das den Betrieb im Schritt 20 von 2 zeigt;
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4 ein
Ablaufdiagramm, das den Betrieb im Schritt 160 von 2 zeigt;
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5 ein
Verzeichnis zur Bestimmung des Koeffizienten Cv in Abhängigkeit
vom Abdriftzustandswert DS;
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6 ein
Verzeichnis zur Bestimmung des durch die Gierrate γrt erzielten
Kompensationsschräglaufwinkels βrt der Hinterräder;
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7A und 7B schematische
Ansichten eines Fahrzeugs mit Vierradlenkung in einem frühen bzw.
späten
Stadium einer Rechtskurve, wobei die Hinterräder in dieselbe Richtung gelenkt
sind wie die Vorderräder,
ohne Ausführung
einer Brems-/Traktionssteuerung zur Steuerung des Kurvenfahrverhaltens;
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8A und 8B schematische
Ansichten eines Fahrzeugs mit Vierradlenkung in einem frühen bzw.
späten
Stadium einer Rechtskurve, wobei die Hinterräder in die entgegengesetzte
Richtung gelenkt sind, ohne Ausführung
einer Brems-/Traktionssteuerung zur Steuerung des Kurvenfahrverhaltens;
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9A und 9B schematische
Ansichten eines Fahrzeugs mit Vorderradlenkung in einem frühen bzw.
späten
Sta dium einer Rechtskurve, ohne Ausführung einer Brems-/Traktionsssteuerung
zur Unterstützung
der Kurvenfahrt des Fahrzeugs;
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10A und 10B schematische
Ansichten eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs
mit Vierradlenkung in einem frühen
bzw. späten
Stadium einer Rechtskurve, wobei die Hinterräder in dieselbe Richtung gelenkt
sind wie die Vorderräder,
mit Ausführung
einer Brems-/Traktionssteuerung zur Unterstützung der Kurvenfahrt des Fahrzeugs,
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11 eine
Draufsicht der Spuren während der
Kurvenfahrt der Fahrzeuge der 7A, 7B, 8A, 8B, 9A, 9B, 10A und 10B im
Vergleich miteinander und im Vergleich mit der Spur eines herkömmlichen
Fahrzeugs (Spur A), das weder eine Hinterradlenkung noch eine Brems-/Traktionssteuerung
hat;
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12 eine
schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit Vierradlenkung zur Analyse
der Schräglaufwinkel
der vier Räder;
und
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13 eine
graphische Darstellung der im allgemeinen durch die Vorder- und
Hinterräder
eines herkömmlichen
Fahrzeugs mit Vierradlenkung erhaltenen Seitenkraft in Beziehung
zum Schräglaufwinkel
der Räder.
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Nachstehend
erfolgt die ausführliche
Beschreibung der vorliegenden Erfindung an einigen bevorzugten Ausführungsformen,
wobei auf die beigefügte
Zeichnung Bezug genommen wird.
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 10 ein Fahrzeug mit Vierradlenkung, das
eine erfindungsgemäße Abdriftregel- bzw. Abdriftsteuervorrichtung 12 aufweist.
Das Fahrzeug 10 hat vier Räder (ein Vorderradpaar 16FL und 16FR und
ein Hinterradpaar 16RL und 16RR), ein Lenksystem,
das ein Vorderradlenksystem (das nicht dargestellt ist) und ein
Hin terradlenksystem 14 (mit einer Lenkwinkelsteuervorrichtung 18 und
einer Lenkwinkelbetätigungsvorrichtung 20)
aufweist, sowie ein hydraulisches Bremssystem 22, das einen
Hydraulikkreis 24, Radzylinder 26FL, 26FR, 26RL und 26RR für die Räder 16FL, 16FR, 16RL bzw. 16RR,
ein vom Fahrer selektiv zu betätigendes
Bremspedal und einen Hauptzylinder 30 aufweist. Die erfindungsgemäße Abdriftsteuervorrichtung 12 besteht
im wesentlichen aus einer elektronischen Steuereinrichtung 32 und Sensoren 34,
die die elektronische Steuereinrichtung 32 mit Signalen
versorgen; im weiteren Sinn weist die erfindungsgemäße Abdriftsteuervorrichtung 12 jedoch
auch das Hinterradlenksystem 14 und das hydraulische Bremssystem 22 auf,
das von der elektronischen Steuereinrichtung 32 gesteuert
werden kann, um das Abdriften des Fahrzeugs 10 zu unterdrücken. Obwohl
die vorliegende Erfindung hierin nachstehend in Bezug auf das vorstehende
erwähnte Fahrzeug 10 ausführlich beschrieben
wird, in welchem das Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment durch das
Bremssystem 22 erzeugt wird, wird in diesem Zusammenhang
darauf hingewiesen, daß die Bremssteuerung
natürlich
auch mit einer Traktionssteuerung kombiniert werden könnte, um
das erforderliche Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment zu erzeugen.
In dieser Beschreibung wird daher der Begriff "Brems-/Traktionssystem" verwendet, um das auf der Bremssteuerung
basierende System zur Erzeugung des Kurvenfahrtunterstützungsgiermoments
darzustellen, in das wahlweise auch ein Trakionssystem integriert
werden könnte,
um das Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment
zu erzeugen.
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Die
Lenkwinkelsteuervorrichtung 18 und die Lenkwinkelbetätigungsvorrichtung 20 können herkömmlichen
Vorrichtungen entsprechen. Der Hydraulikkreis 24 kann ebenfalls
einem herkömmlichen Hydraulikkreis
entsprechen und weist, obwohl es in 1 nicht
gezeigt ist, einen Ausgleichsbehälter, eine
Pumpe und verschiedene Ventile auf. Der Bremsdruck in jedem Radzylinder 26FL, 26FR, 26RL und 26RR wird
im Normalfall im Ansprechen auf das Niederdrücken des Bremspedals 28 über den
Hauptzylinder 30 durch den Hydraulikkreis 24 gesteuert; der
Bremsdruck wird während
der Steuerung der elektronischen Steuereinrichtung 32 zur
Ausführung einer
Verhaltenssteuerung, im allgemeinen einer Kurvenfahrtstabilitätssteuerung,
und im besonderen zur Ausführung
der erfindungsgemäßen Abdriftsteuerung
ebenfalls durch den Hydraulikkreis 24 gesteuert.
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Obwohl
es in 1 nicht dargestellt ist, kann die elektronische
Steuereinrichtung 32 aus einem herkömmlichen Mikrocomputer mit
Bauelementen, wie z.B. einer Zentralverarbeitungseinheit (CPU),
einem Festwertspeicher (ROM), einem Direktzugriffsspeicher (RAM),
Eingangs- und Ausgangsanschlüssen
und einem diese Bauelemente verbindenden, bidirektionalen gemeinsamen
Bus, aufgebaut sein.
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Die
gemeinsam mit dem Bezugszeichen 34 bezeichneten Sensoren
beinhalten einen Gierratensensor, der ein die Gierrate γ des Fahrzeugs
repräsentierendes
Signal erzeugt, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, der ein die
Fahrzeuggeschwindigkeit V repräsentierendes
Signal erzeugt, einen Querbeschleunigungssensor, der ein die Querbeschleunigung
Gy des Fahrzeugs repräsentierendes
Signal erzeugt, ein Paar von Lenkwinkelsensoren, die Signale erzeugen,
welche den Lenkwinkel δf der
Vorderräder
bzw. den Lenkwinkel δr
der Hinterräder
repräsentieren,
einen Satz Radgeschwindigkeitssensoren, die Signale erzeugen, welche
die Radgeschwindigkeiten Vwi (i = fl, fr, rl, rr) der vier Räder repräsentieren,
und einen Satz Drucksensoren, die Signale erzeugen, welche die Bremsdrücke Pbi
(i = fl, fr, rl, rr) an den vier Rädern repräsentieren. Die Signale in Bezug
auf die Gierrate und die Querbeschleunigung sind positiv, wenn das
Fahrzeug eine Linkskurve fährt.
Das Signal in Bezug auf den Lenkwinkel der Vorder- bzw. Hinterräder ist
positiv, wenn die Vorder- bzw. Hinterräder gegenüber der Längsachse der Fahrzeugkarosserie
nach links gelenkt sind.
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Die
elektronische Steuereinrichtung 32 führt in Abhängigkeit von den Parametern,
die von den vorstehend erwähnten
Sensoren 34 erfaßt
werden, verschiedene Berechnungen durch, schätzt einen Abdriftzustand des
Fahrzeugs ab und betätigt
den Hydraulikkreis 24 so, daß das Fahrzeug ein Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment
erhält,
indem die Bremskräfte
der jeweiligen Räder
gesteuert werden, während
gleichzeitig das Hinterradlenksystem 14 in der Weise betätigt wird,
daß die
Hinterräder
in dieselbe Richtung wie die Vorderräder gelenkt werden.
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Im
folgenden wird unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 der
Betrieb der erfindungsgemäßen Abdriftsteuervorrichtung
ausführlich
beschrieben. Die Steuerung gemäß der im
Ablaufdiagramm von 2 dargestellten Routine beginnt
mit dem Einschalten eines (nicht dargestellten) Zündschalters des
Fahrzeugs und wird solange, wie der Zündschalter eingeschaltet bleibt,
in einer bestimmten Taktzeit wiederholt.
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Gemäß 2 werden
im Schritt 10 zunächst die
Signale der vorstehend beschriebenen Sensoren 34 eingelesen.
Anschließend
wird im Schritt 20 gemäß einer
hierin nachstehend unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen
Routine ein Soll-Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment Mt berechnet.
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Im
Schritt 30 wird das Soll-Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment Mt dann dem
Lenkwinkel δr der
Hinterräder
entsprechend unter Verwendung einer geeigneten Konstante d wie folgt
zu Mta abgewandelt: Mta
= Mt + d·δr (1)
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Dies
bedeutet, daß der
Sollwert des durch das Bremssystem zu erzeugenden Kurvenfahrtunterstützungsgiermoments
um eine dem Wert des hinteren Lenkwinkels δr proportionale zusätzliche
Größe d·δr erhöht wird,
um das Anti-Kurven fahrtunterstützungsgiermoment
zu kompensieren, das erzeugt wird, wenn die Hinterräder in dieselbe
Richtung wie die Vorderräder
gelenkt werden.
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Im
Schritt 40 wird in Abhängigkeit
von der Gierrate γ und
dem Lenkwinkel δf
der Vorderräder unter
Verwendung geeigneter positiver Konstanten c1 und c2 ein Soll-Lenkwinkel δrt für die Hinterräder wie
folgt berechnet: δrt = c1·γ – c2·δf (2)
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Wie
daraus hervorgeht, repräsentiert
die Konstante c1 den Grad, in dem die Hinterräder in dieselbe Richtung gelenkt
werden sollen wie die Vorderräder
und der mit einem Anstieg der Gierrate des Fahrzeugs zunimmt, während die
Konstante c2 den Grad repräsentiert,
in dem die Lenkfunktion der Vorderräder nicht durch die Lenkung
der Hinterräder
in dieselbe Richtung wie die Vorderräder aufgehoben werden soll.
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Im
Schritt 50 wird in Abhängigkeit
von den momentanen tatsächlichen
Bremsdrücken
Pbi der jeweiligen Räder
ein Parameter M, der das tatsächliche Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment
repräsentiert,
das durch das Bremssystem momentan erzeugt wird, wie folgt berechnet: M = Pbfl – Pbfr + Pbrl – Pbrr (3)
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Im
Schritt 60 wird beurteilt, ob das Produkt aus der Gierrate γ und dem
Parameter M positiv ist, d.h. ob das Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment wenigstens
im Hinblick auf seine Richtung richtig erzeugt wird. Wenn die Antwort
JA lautet, geht die Routine direkt zum Schritt 80, während, wenn
die Antwort NEIN lautet, die Steuerung zum Schritt 70 geht, in welchem
der Parameter M auf Null gesetzt wird; anschließend geht die Routine zum Schritt
80.
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Im
Schritt 80 wird der Soll-Lenkwinkel δrt der Hinterräder in Abhängigkeit
vom Parameter M unter Verwendung einer geeigneten positiven Konstante
e abgewandelt, so daß folgender
abgewandelter Soll-Lenkwinkel δrta
für die
Hinterräder
erhalten wird: δrta = δrt + e·M (4)
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Diese
Abwandlung erfolgt, um einen möglicherweise
größeren Wert
des Hinterradlenkwinkels, der in dieselbe Richtung zeigt wie der
Lenkwinkel der Vorderräder,
zu suchen, der dem Anstieg des Kurvenfahrtunterstützungsgiermoments
entsprechend zulässig
ist, so daß an
den Hinterrädern
eine möglicherweise
größere Zentripetalkraft
zur Verfügung
steht, ohne die Lenkfähigkeit
des Fahrzeugs zu beeinträchtigen.
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Im
Schritt 90 wird beurteilt, ob das hydraulische Bremssystem 22 zur
Ausführung
der Verhaltenssteuerung des Fahrzeugs normal arbeitet. Eine derartige
Beurteilung läßt sich
unter Verwendung einer herkömmlichen
Einrichtung nach einem beliebigen zweckmäßigen Verfahren machen. Wenn
die Antwort JA lautet, geht die Routine zum Schritt 100, während, wenn
die Antwort NEIN lautet, die Routine zum Schritt 130 geht.
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Im
Schritt 100 wird beurteilt, ob das Hinterradlenksystem 14 normal
arbeitet. Eine derartige Beurteilung kann ebenfalls unter Verwendung
einer herkömmlichen
Einrichtung nach einem beliebigen zweckmäßigen Verfahren erfolgen. Wenn
die Antwort JA lautet, geht die Steuerung zum Schritt 110, in dem das
abgewandelte Soll-Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment Mta zu dem
endgültigen
Soll-Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment
Mtc gemacht wird, während
der modifizierte Soll-Hinterradlenkwinkel δrta zu einem endgültigen Soll-Hinterradlenkwinkel δrtc gemacht
wird. Wenn die Antwort im Schritt 100 NEIN lautet, geht die Routine
zum Schritt 120, in dem das Soll-Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment
Mt zu dem endgültigen
Soll-Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment
Mtc zu gemacht wird, um auszuschließen, daß ein fehlerhafter Einfluß des Hinterradlenksystems
in die Steuerung eingeht, während
gleichzeitig der endgültige
Soll-Hinterradlenkwinkel δrtc aus
demselben Grund auf Null gesetzt wird.
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Im
Schritt 130 wird in derselben Weise wie im Schritt 100 beurteilt,
ob das Hinterradlenksystem 14 normal arbeitet. Wenn die
Antwort JA lautet, geht die Steuerung zum Schritt 140, in dem das
endgültige Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment
Mtc aus einem ähnlichen
Grund auf Null gesetzt wird, d.h. um auszuschließen, daß ein fehlerhafter Einfluß des hydraulischen
Bremssystems in die Steuerung eingeht, während gleichzeitig der Soll-Hinterradlenkwinkel δrt, der nicht
durch M abgewandelt wurde, aus demselben Grund zu dem endgültigen Soll-Hinterradlenkwinkel δrtc gemacht
wird. Wenn die Antwort des Schritts 130 NEIN lautet, geht die Routine
zum Schritt 150, in dem das endgültige
Soll-Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment
Mtc und der endgültige Soll-Hinterradlenkwinkel δrtc aus demselben
Grund beide auf Null gesetzt werden.
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Die
Beurteilung im Schritt 90 in Bezug darauf, ob das hydraulische Bremssystem
normal arbeitet oder nicht, und die Beurteilungen in den Schritten 100
und 130 in Bezug darauf, ob das Hinterradlenksystem 14 normal
arbeitet oder nicht, sind jedoch nicht erfindungswesentlich. Daher
können
diese Schritte weggelassen werden.
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Im
Schritt 160 wird in Abhängigkeit
von einer in 4 dargestellten, hierin nachstehend
ausführlich
beschriebenen Routine unter Verwendung des endgültigen Kurvenfahrtunterstützungsgiermoments Mtc
eine Steuerung des hydraulischen Bremssystems ausgeführt. Im
Schritt 170 wird anschließend unter
Verwendung des endgültigen
Soll-Hinterradlenkwinkels δrtc
eine Hinterradlenksystemsteuerung ausgeführt.
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3 zeigt
die Einzelheiten des Schritts 20 von 2, in dem
das Soll-Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment
berechnet wird. Gemäß dieser Routine
wird im Schritt 21 in Abhängigkeit
von der Fahrzeuggeschwindigkeit V, dem Vorderradlenkwinkel δf und dem
Radstand H unter Verwendung eines geeigneten Stabilitätsfaktors
Kh eine primäre
Standardgierrate γc
berechnet und anschließend
in Abhängigkeit
von der Zeit durch eine Zeitkonstante T und den Laplace-Operator
s wie folgt zu einer endgültigen
Standardgierrate γ abgewandelt: γc = V·δf/(1 + Kh·V2)·H (5) γt = γc/(1 + T·s) (6)
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Die
Standardgierrate γt
kann ferner durch die Querbeschleunigung Gy des Fahrzeugs in der
Weise abgewandelt werden, daß in
der Standardgierrate γt die
Dynamik der Gierrate berücksichtigt
wird.
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Im
Schritt 22 wird ein Abdriftwert DV wie folgt berechnet: DV = (γt – γ) (7)oder DV = H·(γt – γ)/V (8)
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Im
Schritt 23 wird die Kurvenfahrtrichtung des Fahrzeugs in Abhängigkeit
vom Vorzeichen der durch den Gierratensensor erfaßten Gierrate
beurteilt; wenn das Fahrzeug eine Linkskurve fährt, wird ein Abdriftzustandswert
DS als DV definiert, während,
wenn das Fahrzeug eine Rechtskurve fährt, der Abdriftzustandswert
DS als -DV definiert wird. Wenn der Wert von DV als ein negativer
Wert berechnet wurde, wird der Abdriftzustandswert DS auf Null gesetzt.
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Im
Schritt 24 wird in Abhängigkeit
vom Abdriftzustandswert DS ein Koeffizient Cv bestimmt, indem auf
ein Verzeichnis Bezug genommen wird, wie es in 5 gezeigt
ist. Der Koeffizient Cv ist ein Wert, der das Soll-Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment Mt
in Abhängigkeit
vom Abdriftzustand des Fahrzeugs schließlich proportional abwandelt,
wie es im Schritt 28 beschrieben ist.
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Im
Schritt 25 wird ein Differential der Querbeschleunigung als eine
Differenz Gy – V·γ berechnet; durch
Integrieren des Differentials über
die Zeit wird eine Quergleitgeschwindigkeit Vy des Fahrzeugs berechnet.
Dann wird der Schwimmwinkel β der
Fahrzeugkarosserie als das Verhältnis
der Quergleitgeschwindigkeit Vy zur Längsgeschwindigkeit Vx des Fahrzeugs
(= Fahrzeuggeschwindigkeit V) als β = Vy/Vx berechnet.
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Im
Schritt 26 wird in Abhängigkeit
vom Hinterradlenkwinkel δr,
vom Fahrzeugschwimmwinkel β, von
der Gierrate γ,
von der Fahrzeuggeschwindigkeit V und vom Abstand Lr zwischen dem
Fahrzeugschwerpunkt und der Hinterradachse der Schräglaufwinkel βr der Hinterräder wie
folgt berechnet: βr = δr – β + Lr·γ/V (9)
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Im
Schritt 27 wird mittels der Gierrate γ unter Bezugnahme auf ein Verzeichnis,
wie es in 6 gezeigt ist, ein Kompensationsschräglaufwinkel βrt der Hinterräder bestimmt.
Wie es aus dem nächsten Schritt
hervorgeht, repräsentiert
der Kompensationsschräglaufwinkel βrt eine Vorwärtskopplungsgröße für einen
Anstiegs der Zentrifugalkraft, die im Fahrzeug aufgrund der Erzeugung
des Kurvenfahrtunterstützungsgiermoments
entsteht. In dem in 6 gezeigten Beispiel wird die
Kompensation als proportional zum Wert der Gierrate geschätzt.
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Im
Schritt 28 wird unter Verwendung einer geeigneten positiven Proportionalitätskonstante
a für die
Summe aus βr
und βrt
und einer geeigneten Proportionalitätskonstante b für das Differential βrd von βr der Sollwert
Mt für
das Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment
wie folgt berechnet: Mt
= {a (βr
+ βrt) +
b·βrd}Cv (10)
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4 zeigt
die Einzelheiten des Schritts 160. Gemäß dieser Routine werden im
Schritt 161 unter Verwendung von T als die Spurweite, K als eine
geeignete Proportionalitätskonstante
und Kf (0 < Kf < 1) als ein Anteilverhältnis der
Bremskraft für
die Vorderräder
die Soll-Bremskräfte
Fxti (i = fl, fr, rl, rr) für
das linke und rechte Vorderrad und das linke und rechte Hinterrad
wie folgt berechnet: Fxtfl
= {Mtc/(T·cosδf – K·sinδf)}Kf
Fxtfr
= {–Mtc/(T·cosδf + K·sinδf)}Kf
Fxtrl
= (Mtc/T) (1 – Kf)
Fxtrr
= (–Mtc/T)(1 – Kf) (11)
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Im
Schritt 162 werden unter Verwendung von Kfs als eine Kraft-Schlupfverhältnis-Umwandlungskonstante
die Soll-Schlupfverhältnisse
Rsti (i = fl, fr, rl, rr) der jeweiligen Räder wie folgt berechnet: Rsti = Fxti·Kfs (12)
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Im
Schritt 163 wird beurteilt, ob die Gierrate γ positiv ist, d.h. ob das Fahrzeug
eine Linkskurve fährt.
Wenn die Antwort JA lautet, wird anschließend im Schritt 164 das Soll-Schlupfverhältnis Rstfl
des linken Vorderrads auf Null gesetzt und die Standardradgeschwindigkeit
Vb zur Verwendung im Schritt 166 als die Radgeschwindigkeit des
linken Vorderrads, d.h. als Vwf1, eingestellt. Wenn die Antwort
im Schritt 163 NEIN lautet, wird anschließend im Schritt 165 das Soll-Schlupfverhältnis Rstfr
des rechten Vorderrads auf Null gesetzt und die Standardradgeschwindigkeit
Vb als die Radgeschwindigkeit des rechten Vorderrads, d.h. als Vwfr,
eingestellt.
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Im
Schritt 166 werden die Soll-Radgeschwindigkeiten Vwti (i = fl, fr,
rl, rr) für
die jeweiligen Räder wie
folgt berechnet: Vwti
= Vb·(1 – Rsti) (13)
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Im
Schritt 167 wird die Bremssteuerung ausgeführt, um an jedem ausgewählten Rad
eine gesteuerte Bremskraft zu erzeugen, so daß die Radgeschwindigkeit jedes
Rads in Richtung der Soll-Radgeschwindigkeit Vwti gesteuert wird.
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Im
folgenden wird unter Bezugnahme auf die 7A, 7B bis 11 die
Verbesserung des durch die vorliegende Erfindung erzielten Verhaltens des
Fahrzeugs während
der Kurvenfahrt im Vergleich mit dem Verhalten herkömmlicher
Fahrzeuge während
der Kurvenfahrt beschrieben.
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Die 7A und 7B zeigen
einen Fall, in dem ein Fahrzeug 102b eine Rechtskurve fährt, wobei
die Hinterräder 100RL und 100RR in
dieselbe Richtung gelenkt sind wie die Vorderräder 100FL und 100FR,
wobei aber das Brems-/Traktionssystem
keine Kurvenfahrtunterstützungssteuerung
ausführt.
In diesem Fall führt
ein relativ großer
Hinterradschräglaufwinkel βr, der in
dieselbe Richtung zeigt wie ein Vorderradschräglaufwinkel βf, in einer
frühen
Kurvenfahrtphase zu einer relativ großen Zentripetalkraft Fr, neben
einer relativ großen
Zentripetalkraft Ff durch die Vorderräder, wie es in 7A gezeigt
ist. Da die Seitenkraft Fr an den Hinterrädern jedoch ein Giermoment
Mys um den Fahrzeugschwerpunkt 104 hervoruft, das der gelenkten
Kurvenfahrt des Fahrzeugs entgegengerichtet ist, rotiert das Fahrzeug
in einer späteren
Kurvenfahrtphase bezüglich
der Fahrtrichtung des Fahrzeugs im Gegenuhrzeigersinn um den Fahrzeugschwerpunkt 104,
wie es in 7B gezeigt ist, so daß der Fahrzeugschwimmwinkel
unerwünschterweise
verkleinert wird, was zu einer Abnahme der Schräglaufwinkel der vier Räder insgesamt
führt,
wodurch ein Verlust der Lenkfähigkeit
des Fahrzeugs entsteht. Als Folge zeigt das Fahrzeug, wie es in 11 durch
die Spur B dargestellt ist, im Vergleich zur Spur A eines herkömmlichen
Fahrzeugs 102a, das kein Hinterradlenksystem und kein Brems-/Traktionssystem
zur Steuerung der Stabilität während der
Kurvenfahrt aufweist, ein deutliches Untersteuerungsverhalten. Anders
ausgedrückt
zeigt das Fahrzeug 102b ein viel stärkeres Abdriftverhalten als
das herkömmliche
Fahrzeug 102a, das ein bestimmtes Abdriftverhalten hat.
Des weiteren ist ersichtlich, daß die Spur B in einer frühen Kurvenfahrtphase
unerwünschterweise
zur Innenseite der Kurven hin neigt.
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Die 8A und 8B zeigen
einen Fall, in dem ein Fahrzeug 102c eine Rechtskurve fährt, wobei
die Hinterräder 100RL und 100RR in
die entgegengesetzte Richtung gelenkt sind als die Vorderräder 100FL und 100FR und
wobei kein Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment
geschaffen wird. In diesem Fall ist, wie es in 8A gezeigt
ist, der Schräglaufwinkel βr der Hinterräder in einer
frühen
Kurvenfahrtphase dem Schräglaufwinkel βf der Vorderräder entgegengerichtet,
so daß die
durch die Hinterräder
erzeugte Seitenkraft Fr ein Giermoment Mys um den Fahrzeugschwerpunkt 104 erzeugt,
das die Kurvenfahrt des Fahrzeugs unterstützt. Obwohl das Fahrzeug in
diesem Fall infolge der Unterstützung
durch das Giermoment Mys eine relativ enge Kurve fahren kann, wie
es durch die Spur C in 11 dargestellt ist, wird es,
da die an den Hinterrädern
erzielbare Zentripetalseitenkraft klein oder sogar negativ ist, insbesondere
an den Hinterrädern
von der Fahrbahn entgegen der auf das Fahrzeug wirkenden Zentrifugalkraft
weniger stark festgehalten, wodurch es leicht dazu kommen kann,
daß es
im Uhrzeigersinn um den Fahrzeugschwerpunkt 104 rotiert und
die Stabilität während der
Kurvenfahrt verliert, so daß in
einer späteren
Kurvenfahrtphase ein Schleudern erfolgt, wie es in 11 gezeigt
ist. Des weiteren ist ersichtlich, daß die Spur C in der frühen Kurvenfahrtphase
unerwünschterweise
zur Außenseite
der Kurve hin neigt.
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Die 9A und 9B zeigen
einen Fall, in dem ein Fahrzeug 102d durch das Brems-/Traktionssystem
ein Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment Myb
um den Fahrzeugschwerpunkt 104 erhält, jedoch ohne Ausführung einer
Lenksteuerung der Hinterräder.
Die 9A und 9B zeigen
das Verhalten des Fahrzeugs in einer frühen bzw. einem späteren Kurvenfahrtphase.
In diesem Fall ist das Verhalten des Fahrzeugs während der Kurvenfahrt dem des Falls
der 8A und 8B ähnlich,
abgesehen davon, daß die
Spur des Fahrzeugs so verläuft,
wie es durch die Spur D in 11 dargestellt
ist, da das im Ansprechen auf die Erfassung eines Kurvenfahrtzustands
des Fahrzeugs erzeugte Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment Myb verzögert effektiv
wird.
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Die 10A und 10B zeigen
einen Fall, in dem ein Fahrzeug 102e eine Rechtskurve fährt, wobei
erfindungsgemäß das Fahrzeug
durch das Brems-/Traktionssystem ein Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment
um den Fahrzeugschwerpunkt 104 erhält und die Hinterräder 100RL und 100RR in dieselbe
Richtung gelenkt werden wie die Vorderräder 100FL und 100FR,
wodurch die Zentripetalkraft Fr an den Hinterrädern erhöht werden soll. Die 10A und 10B zeigen
das Verhalten des Fahrzeugs während
der Kurvenfahrt in einer frühen bzw.
späteren
Kurvenfahrtphase. Obwohl die relativ große Seitenkraft Fr an den Hinterrädern ein
entsprechend großes
Anti-Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment
Mys um den Fahrzeugschwerpunkt 104 erzeugt, wird dieses
Anti-Kurvenfahrtunterstützungsgiermoment
durch das dementsprechend erhöhte Kurvenfahrtunterstützungsiermoment
Myb des Brems-/Traktionssystems
kompensiert oder aufgehoben, während
gleichzeitig eine an den Hinterrädern
wirkende Zentripetal kraft Fr erhalten wird, durch welche das Abdriften
des Fahrzeugs effektiv unterdrückt
wird. Durch eine geeignete Gestaltung der Steuerung des Brems-/Traktionssystems
und der Lenksteuerung der Hinterräder in dieselbe Richtung wie
die Vorderräder,
wird erreicht, dass die Spur des Fahrzeugs in einer gewünschten
Spur, beispielsweise der Spur E in 11, liegt.