DE19841709B4

DE19841709B4 - Lenksteuersystem für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE19841709B4
Application number: DE19841709A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Wako Kawagoe; Shinnosuke Wako Ishida; Tomoaki Wako Teramoto; Kaoru Wako Matsuno
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1997-09-13
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2018-09-12
Also published as: US6178365B1; JP3314866B2; DE19841709A1; JPH1178949A

Abstract

System zur Lenksteuerung/-regelung eines Fahrzeugs, umfassend:
ein Lenkmittel (14, 24) mit einem Stellglied (38), das angetriebene Räder (32) des Fahrzeugs lenkt;
ein erstes Lenksteuermittel (76) zur Steuerung des Stellglieds (38) in einem ersten Steuermodus (EPS);
ein erstes Erfassungsmittel (64, 68) zum Erfassen eines Fahrbahnmerkmals einer Straße, auf der das Fahrzeug fährt;
ein zweites Erfassungsmittel (82) zum Erfassen einer Bewegung des Fahrzeugs;
ein Lenkunterstützungsdrehmoment-Berechnungsmittel (in 74) zum Berechnen eines Lenkunterstützungsdrehmoments, welches zum Halten einer Positionsbeziehung zwischen dem Fahrzeug und dem Fahrbahnmerkmal erforderlich ist;
ein Drehmomenterfassungsmittel (42) zum Erfassen eines Lenkdrehmoments (τh), welches vom Fahrer manuell an das Lenkmittel (14, 24) angelegt wird; und
ein zweites Lenksteuermittel (in 74) zum Berechnen eines Drehmomentbefehls (TA) zur Ausgabe an das erste Lenksteuermittel (76) auf der Basis des durch das Lenkunterstützungsdrehmoment-Berechnungsmittel (in 74) berechneten Lenkunterstützungsdrehmoments und des erfaßten Lenkdrehmoments (τh) zur Steuerung des Stellglieds (38) in einem zweiten...

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksteuer/-regelsystem für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Frühere Patentanmeldungen des Anmelders, wie etwa die DE 43 00 941 A1 entsprechend JP-05-197423, offenbaren Fahrzeug-Lenksteuersysteme, die eine Lenkwinkelunterstützung vorsehen, um das Fahrzeug bei der Fahrt entlang einer Fahrbahn oder einer Fahrspur, auf einem gewünschten Kurs zu halten. Aus der DE 196 48 497 A1 und der JP 09-221054 A sind Systeme zur Lenksteuerung eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt. Aus der DE 196 35 892 A1 ist es bekannt, einen den Fahrkomfort verbessernden Automatik-Fahrmodus mit automatischer Lenkung eines Fahrzeugs zu deaktivieren, wenn die Fahrgeschwindigkeit, das Lenkdrehmoment oder die Lenkposition jeweilige vorbestimmte Werte überschreiten.

Durch eine genaue Lenkunterstützung zur Verhinderung von Fahrspurwandern des Fahrzeugs reduzieren diese Techniken im starken Maße die Belastung des Fahrers, was dazu beiträgt, den Fahrer insbesondere während langdauernder Hochgeschwindigkeitsfahrt auf einer Autobahn o.dgl. zu unterstützen.

Im Hinblick auf die Wechselwirkungen zwischen der Lenkunterstützungssteuerung und den Lenkbetätigungen des Fahrers sollte die Unterstützungs- oder Hilfssteuerung bevorzugt anstelle über den Lenkwinkel über das Drehmoment (Lenkkraft) erfolgen.

Wenn das Fahrzeug sowohl mit einem Fahrspurhalte-Lenkdrehmomentunterstützungs-Steuersystem dieser Bauart als auch einem Lenkdrehmomentunterstützungs-Steuersystem der Servorlenkung ausgestattet ist, nachfolgend als Servolenkdrehmomentunterstützung bezeichnet muß der Steuermodus zwischen den zwei Systemen umschaltbar sein. Wenn sich das Unterstützungsdrehmoment während des Umschaltens abrupt ändert, führt dies zu dem Nachteil, daß beispielsweise der Fahrzeugfahrer bei einer Änderung der Lenkdrehmomentunterstützung ein unangenehmes Gefühl bekommt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Lenksteuersystem für ein Fahrzeug anzugeben, das in einem Fahrzeug, welches mit zwei Typen von Lenkdrehmomentunterstützungs-Steuersystemen ausgestattet ist, das Unterstützungsdrehmoment bestimmt, um ein glattes oder ruckfreies Umschalten des Steuermodus sicherzustellen, um hierdurch Nachteile zu verhindern, etwa den, daß der Fahrzeugfahrer bei einer Änderung der Lenkdrehmomentunterstützung ein unangenehmes Gefühl bekommt.

Wenn ferner die Lenkdrehmoment-Unterstützungssteuerung derart erfolgt, daß das Fahrzeug entlang einer Fahrspur fährt (Fahrspurhalte-Lenkdrehmomentunterstützung), sollte, wenn der Fahrer den Wunsch hat, selbst etwa zum Fahrspurwechsel zu lenken oder einem Hindernis auf der Straße auszuweichen, der Steuermodus bevorzugt sofort von der Fahrspurhalte-Lenkdrehmomentunterstützungssteuerung zu der Drehmomentunterstützung der normalen Servolenkung umgeschaltet werden.

Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es daher, ein Lenksteuersystem für ein Fahrzeug anzugeben, das in einem Fahrzeug, welches mit zwei Typen von Lenkdrehmomentunterstützungs-Steuersystemen ausgestattet ist, in Antwort auf den Wunsch des Fahrers, ein unmittelbares Umschalten des Steuermodus von der Fahrspurhalte-Lenkdrehmomentunterstützung zu der Drehmomentunterstützung einer normalen Servolenkung in Antwort auf den Wunsch des Fahrers ermöglicht.

Wenn ferner die Lenkdrehmomentunterstützungssteuerung wie oben erwähnt in Antwort auf den Wunsch des Fahrers zu jener der Servolenkdrehmomentunterstützung umgeschaltet wird, sollte es noch immer ein glattes Umschalten gewährleistet sein, um keine Nachteile zu bewirken, daß etwa der Fahrzeugfahrer bei einer Änderung der Lenkdrehmomentunterstützung ein unangenehmes Gefühlt bekommt.

Ein noch weiteres Ziel der Erfindung ist es daher, ein Lenksteuersystem für ein Fahrzeug anzugeben, das in einem Fahrzeug, welches mit zwei Typen von Lenkdrehmomentunterstützungs-Steuersystemen versehen ist, das Hilfsdrehmoment bestimmt, um ein glattes Umschalten des Steuermodus zu gewährleisten, wenn das Umschalten in Antwort auf eine Absicht des Fahrers erfolgt, um hierdurch Nachteile zu vermeiden, daß etwa der Fahrer das Umschalten der Lenkdrehmomentunterstützung als unangenehm empfindet.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein System zur Lenksteuerung/-regelung eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.
1 zeigt schematisch die Gesamtkonfiguration eines erfindungsgemäßen Fahrzeuglenksteuersystems;
2 zeigt schematisch die Konfiguration eines in 1 dargestellten Lenkmechanismus;
3 zeigt ein Flußdiagramm der Lenksteuerung durch eine SAS ECU und eine EPS ECU gemäß 2;
4 zeigt ein Blockdiagramm der Betriebsfunktion der in 2 gezeigten SAS ECU;
5 zeigt den Betrieb der in 2 dargestellten SAS ECU;
6 zeigt graphisch die Kennlinien des Lenkunterstützungsdrehmoments, das von der SAS ECU und der EPS ECU gemäß 2 bestimmt wird;
7 zeigt ein Flußdiagramm des Betriebs des erfindungsgemäßen Systems nach 1;
8 zeigt ein Funktions-Blockdiagramm des Systembetriebs;
9 zeigt ein Zeitdiagramm der Vorgänge zur Modusumschaltung zwischen dem SAS-Modus und dem EPS-Modus unter Bezug auf das Flußdiagramm von 7;
10 zeigt graphisch Kennlinien zur Bestimmung von gewählten Konstituentenverhältnissen des im SAS-Modus bestimmten Lenkunterstützungsdrehmoments und des im EPS-Modus bestimmten Lenkunterstützungsdrehmoments, und
11 zeigt einen Teil des Flußdiagramms von 7, jedoch nach einer zweiten Ausführung der Erfindung.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, ist ein am Fahrersitz 12 eines Fahrzeugs 10 angeordnetes Lenkrad 14 mit einer Lenkwelle 16 verbunden, das wiederum über Universalgelenke 18, 20 mit einer Verbindungswelle 22 verbunden ist.
Die Verbindungswelle 22 ist mit einem Ritzel 26 eines Zahnstangen- und Ritzel-Lenkgetriebes 24 verbunden. Das Ritzel 26 kämmt mit einer Zahnstange 28. Eine am Lenkrad 14 angelegte Drehbewegung durchläuft das Ritzel 26 zur Wandlung in eine Linearbewegung der Zahnstange 28. Die Linearbewegung durchläuft Spurstangen (Lenkstangen) 30, 30 an den entgegengesetzten Enden der Vorderachse des Fahrzeugs zum Verschwenken von zwei Vorderrädern (gelenkten Rädern) 32, 32 in der gewünschten Richtung um zugeordnete Lenkzapfen (nicht gezeigt).
Ein Elektromotor 38 und ein Kugelumlaufmechanismus 40 sind koaxial zu der Zahnstange 28 angeordnet. Die Ausgabe des Motors 38 wird durch den Kugelumlaufmechanismus 40 in eine Linearbewegung der Zahnstange 28 umgewandelt, um die Zahnstange 28 in die Richtung zu bewegen, welche die durch das Lenkrad 14 eingegebene Lenkkraft (Lenkdrehmoment) reduziert oder unterstützt.
Ein Drehmomentsensor 42, der in der Nähe des Zahnstangen-Ritzel-Lenkgetriebes 24 vorgesehen ist, gibt ein Signal aus, welches die Richtung und den Betrag der vom Fahrer eingegebenen Lenkkraft (Lenkdrehmoment) anzeigt. Ein in der Nähe der Lenkwelle 16 vorgesehener Lenkwinkelsensor 44 gibt ein Signal aus, welches die Richtung und den Betrag des vom Fahrer eingegebenen Lenkwinkels θ anzeigt. Der Lenkwinkelsensor 44 ist hier ein Drehcodierer o.dgl.
Radgeschwindigkeitssensoren 46, 46, die jeweils in der Nähe der Vorderräder 32, 32 vorgesehen sind, und Radgeschwindigkeitssensoren 50, 50 (in 1 ist nur einer gezeigt), die jeweils in der Nähe der zwei Hinterräder 48, 48 vorgesehen sind, geben bei jeder Drehung der zugeordneten Vorder- und Hinterräder Signale aus. Die Radgeschwindigkeitssensoren 46, 46 und 50, 50 sind hier magnetische Aufnehmer o.dgl. Die Vorderräder 32, 32 sind von einer Maschine (nicht gezeigt) angetrieben, die vorne am Fahrzeug 10 angebracht ist. Die Hinterräder 48, 48 sind hier nicht angetrieben.
Ein Fahrzeughöhensensor 52 ist in der Nähe der Radaufhängung (nicht gezeigt) jedes Vorderrads 32 vorgesehen, und ein weiterer Fahrzeughöhensensor 54 ist in der Nähe der Radaufhängung (nicht gezeigt) jedes Hinterrads 48 vorgesehen. Auf Basis des Hubs (der Verlagerung) der zugeordneten Radaufhängung gibt jeder Höhensensor ein Signal aus, welches die Höhe des Fahrzeugs 10 am Ort des jeweiligen Sensors über der Straße anzeigt.
Wie in 1 gezeigt, ist eine einzelne CCD (ladungsgekoppelter Baustein) Kamera 64, die mit einem Rückspiegel 62 kombiniert ist, an der Innenfläche der Windschutzscheibe 60 über dem Fahrersitz 12 angebracht. Mehrere Radarvorrichtungen 66 (Millimeterwellenbetrieb; in 1 ist nur eine gezeigt) sind an geeigneten Stellen nahe dem vorderen Stoßfänger des Fahrzeugs 10 vorgesehen und emittieren modulierte Wellen nach vorne.
Die CCD-Kamera 64 erzeugt ein Bild der Straße vor dem Fahrzeug. Wie in 2 gezeigt, wird das von der CCD-Kamera 64 ausgegebene Bildsignal einer Bildbearbeitungs-ECU (elektronische Steuereinheit) 68 zugeführt, die einen Mikrocomputer umfaßt, der die Fahrbahngrenzen (weiße Linien) extrahiert, die sich auf der Straße befinden. Die Ausgaben der Millimeterwellenradare 66 werden einer Radarausgabebearbeitungs-ECU 70 zugeführt, die ebenfalls einen Mikrocomputer aufweist, wo sie mit einer empfangenen Welle gemischt werden, die durch eine nicht gezeigte Antenne empfangen wird, und ermittelt, ob sich ein größerer Gegenstand wie etwa ein anderes Fahrzeug vor dem eigenen Fahrzeug 10 befindet oder nicht.
Das Fahrzeuglenksteuer/-regelsystem nach der Erfindung weist ferner eine elektronische Steuereinheit 74 auf (gezeigt als SAS ECU), die ebenfalls einen Mikrocomputer aufweist. Die Ausgaben der Bildbearbeitungs-ECU 68, der Radarausgabebearbeitungs-ECU 70 und des Drehmomentsensors 42 etc. werden der SAS ECU 74 zugeführt.
Das System ist ferner mit einer zweiten elektronischen Steuereinheit 76 (gezeigt als EPS ECU) versehen, die wiederum einen Mikrocomputer aufweist. Die EPS ECU 76 berechnet den Drehmomentunterstützungsbetrag der Servolenkung. Die Ausgabe des Drehmomentsensors 42 wird der EPS ECU 76 zugeführt.
Die SAS ECU 74 und die EPS ECU 76 kommunizieren miteinander über eine Signalleitung 78. Die SAS ECU 74 berechnet den Lenkdrehmomentunterstützungsbetrag, was später beschrieben wird, und leitet die berechneten Daten der EPS ECU 76 zu.
Die EPS ECU 76 verwendet die von der SAS ECU 74 empfangenen Lenkdrehmoment-Unterstützungsbetragdaten zur Berechnung eines Befehlswerts in Tastverhältnissen als PWM (Pulsweitenmodulation) und gibt diesen an eine Motortreiberschaltung 80 aus. Die Motortreiberschaltung 80, die eine nicht gezeigte Brückenschaltung aus vier Leistungs-FET-Schaltvorrichtungen aufweist, treibt den Elektromotor 38 in Antwort auf den Befehlswert an.
Ein Gierratensensor 82 (1) ist nahe dem Schwerpunkt des Fahrzeugs 10 angebracht. Der Gierratensensor 82 gibt ein Signal aus, welches die Gierrate (Gierwinkelgeschwindigkeit) um die Vertikalachse (Schwerpunktachse) am Fahrzeugschwerpunkt anzeigt.
Eine geeignete Anzahl von Berührungsdrucksensoren 84, die am Lenkrad 14 vorgesehen sind, geben Drucksignale aus, welche anzeigen, ob der Fahrer das Lenkrad ergreift oder nicht. Eine geeignete Anzahl zweiter Berührungsdrucksensoren 86, die unter dem Fahrersitz angebracht sind, geben Signale aus, die anzeigen, ob der Fahrer darauf sitzt oder nicht.
Eine im Bereich des Armaturenbretts vorgesehene Navigationseinrichtung 88 ist mit einer Speichervorrichtung ausgestattet, welche Straßeninformation (Karteninformation) speichert, welche die Region betrifft, in der das Fahrzeug 10 fährt.
Ein Bremssensor 90, der dem nicht gezeigten Bremspedal nahe dem Boden des Fahrersitzes 12 zugeordnet ist, gibt ein Signal aus, welches den Niederdrückbetrag des Bremspedals durch den Fahrer anzeigt. Ein Beschleunigersensor 92, der dem nicht gezeigten Gaspedal des Fahrzeugs zugeordnet ist, gibt ein Signal aus, welches den Niederdrückbetrag des Gaspedals durch den Fahrer anzeigt.
Nachfolgend wird der Betrieb des Systems erläutert.
Zum leichteren Verständnis folgt zunächst eine Gesamterläuterung der Steuerung durch die SAS ECU 74 und die EPS ECU 76.
3 zeigt im Flußdiagramm die durch den Mikrocomputer in der SAS ECU 74 durchgeführten Operationen.
Das Programm beginnt in Schritt S10, in dem bestimmt wird, ob die Lenkdrehmomentsteuerung in dem SAS-Modus ist, wobei insbesondere bestimmt wird, ob die SAS ECU 74 die Fahrbahnhalte-Lenkdrehmomentunterstützungssteuerung durchführt.
Anzumerken ist hier, daß in dieser Ausführung die SAS ECU 74 grundlegend die Fahrbahnhalte-Lenkdrehmomentunterstützungssteuerung durchführt, während die EPS ECU 76 die Steuerung übernimmt, wenn der Fahrer ausdrücklich seinen Wunsch äußert, selbst zu lenken.
Wenn das Ergebnis in Schritt S10 positiv ist, geht das Programm zu Schritt S12 weiter, in dem die Ausgabe des Drehmomentsensors 42, der das vom Fahrer angelegte Lenkdrehmoment τh anzeigt, und andere Ausgaben, wie etwa die Ausgabe von der Bildbearbeitungs-ECU 68 gelesen werden. Das Programm geht dann zu Schritt S14 weiter, in dem die SAS ECU 74 das Fahrbahnhalte-Lenkunterstützungsdrehmoment bestimmt oder berechnet, um das Fahrzeug 10 in paralleler Fahrt zur Fahrbahn bzw. Fahrspur zu halten (Fahrbahnbegrenzungen).
Obwohl diese Bestimmung durch eine separate Routine erfolgt, die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, wird das Prinzip kurz anhand der 4 und 5 erläutert.
Eine gewünschte Punktsequenz wird aus den Fahrbahnbegrenzungen, die durch Bildbearbeitung der Ausgabe der CCD-Kamera 64 in der Bildbearbeitungs-ECU 68 erhalten ist, berechnet. Aus der gewünschten Punkt sequenz wird eine Sollgierrate berechnet. Wie in 6 gezeigt, wird ein Unterstützungsdrehmoment nach Maßgabe der Abweichung von der Fahrbahnmitte berechnet, und es wird eine Steuerung/Regelung durchgeführt, um einen Kurs zu erreichen, der auf Basis der Sollgierrate bestimmt ist. Da diese Steuerung im Detail in der japanischen Patentanmeldung beschrieben ist, die vom Anmelder am Prioritätstag der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurde, wird dies nicht weiter erläutert.
Zurück zu 3. Das Programm geht dann zu Schritt S16 weiter, in dem ein Motorstrombefehl auf der Basis des berechneten Lenkhilfsdrehmoments bestimmt wird (genauer gesagt, einem Drehmomentbefehl TA in 4), und wird an die Motortreiberschaltung 80 ausgegeben.
Wenn andererseits das Ergebnis in Schritt S10 negativ ist, geht das Programm zu Schritt S18 weiter, in dem das genannte Lenkdrehmoment τh, das vom Fahrer eingegeben wird, gelesen wird, und zu Schritt S20, in dem das Servolenk-Unterstützungsdrehmoment bestimmt oder berechnet wird. 6 zeigt die Charakteristiken dieses Lenkhilfsdrehmoments. Das Servolenk-Unterstützungsdrehmoment wird in Antwort auf das erfaßte Lenkdrehmoment bestimmt (in der Figur in Klammern gesetzt). Insbesondere kommuniziert, wenn das Ergebnis in S10 negativ ist, die SAS ECU 74 mit der EPS ECU 76 durch die Signalleitung 78 derart, daß die EPS ECU 76 die in S18 und S20 gezeigten Prozesse durchführt.
Der Betrieb des Systems wird nun anhand des Flußdiagramms von 7 erläutert. 8 zeigt im Blockdiagramm das Funktionsprinzip des Betriebs.
Der gezeigte Betrieb befaßt sich mit dem Umschalten des Steuermodus zwischen der SAS ECU 74 und der EPS ECU 76. Das Programm wird in dem Mikrocomputer in der EPS ECU 76 durchgeführt, die mit der SAS ECU 74 kommuniziert, um diese bei Bedarf zu aktivieren. Dieses Programm wird als Schleife alle 0,5 msec wiederholt.
Das Programm beginnt in Schritt S100, in dem bestimmt wird, ob die Lenkdrehmomentsteuerung in dem SAS-Modus ist (durchgeführt von der SAS ECU 74).
Angenommen sei beispielsweise, daß die vorhergehenden Zyklen in dem EPS-Modus erfolgten (Steuerung durch die EPS ECU 76), und nun in den SAS-Modus umgeschaltet wird. Insbesondere, wie im Zeitdiagramm von 9 gezeigt, war dies der EPS-Modus (mit durchgehenden Linien gezeigt), und wird nun in den SAS-Modus umgeschaltet (mit unterbrochenen Linien gezeigt).
Demzufolge ist das Ergebnis in Schritt S100 positiv und das Programm geht zu Schritt S102 weiter, in dem bestimmt wird, ob weitere Prozesse zur Modusumschaltung (später anhand S112 erläutert) beendet worden sind. Da im vorliegenden Beispiel angenommen wird, daß die Steuerung gerade umgeschaltet wurde, ist das Ergebnis natürlich negativ, und das Programm geht zu S104 weiter, in dem das Bit des Merkers oder Flags F_CHG invertiert wird, d.h. auf 1 gesetzt wird, und zu Schritt S106, in dem das Flag-Bit geprüft wird.
Da das Flag-Bit gerade auf 1 gesetzt wurde, geht das Programm zu S108 weiter, in dem das erfaßte Lenkdrehmoment τh gelesen wird, und zu S110, in dem die EPS ECU 76 das Servolenk-Unterstützungsdrehmoment durch Abfrage der Charakteristiken (6) unter Verwendung des erfaßten Lenkdrehmoments als Adreßwert bestimmt.
Das Programm geht dann zu S112 weiter, in dem die vorgenannten Prozesse zur Modusumschaltung durchgeführt werden. Insbesondere dienen die Prozesse zur Bestimmung eines Konstituentenverhältnisses des EPS-Servolenk-Unterstützungsdrehmoments und des SAS-Fahrspurhalte-Lenkunterstützungsdrehmoments, unter der Annahme, daß die Summe der Konstituentenverhältnisse oder Anteile der jeweiligen Lenkunterstützungsdrehmomente des EPS-Modus und des SAS-Modus 100 % beträgt.
Betrachtet man dies anhand des Zeitdiagramms von 9, werden die Konstituentenverhältnisse der Drehmomente in den zwei Modi über die Zeit geändert (ein Wert eines Zeitzählers, hier eines Herunterzählers). 10 zeigt graphisch eine Kennlinie a, welche das Konstituentenverhältnis relativ zur Zeit (Zählerwert) bestimmt. Wenn der Zählerwert null erreicht hat, d.h., wenn eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist, wird bestimmt, daß die Prozesse zur Modusumschaltung abgeschlossen sind.
Da angenommen wird, daß die Steuerung gerade in den SAS-Modus geschaltet hat, so daß das Fahrbahnhalte-Lenkunterstützungsdrehmoment in dem SAS-Modus nicht bestimmt worden ist, wird das Servolenk-Unterstützungsdrehmoment in dem EPS-Modus sofort als Lenkbefehl bestimmt (in 4 gezeigtes TA). Das Programm geht dann zu Schritt S114 weiter, in dem der Motorstrombefehl auf der Basis des bestimmten Lenkunterstützungsdrehmoments bestimmt und ausgegeben wird (Drehmomentbefehl).
In der nächsten Schleife geht das Programm über S100 zu S102, in dem bestimmt wird, ob die Prozesse zum Umschalten abgeschlossen worden sind, durch Prüfung, ob der Zählerwert null erreicht hat oder nicht.
Wenn das Ergebnis in S102 immer noch negativ ist, geht das Programm zu S104 weiter, in dem das Flag-Bit erneut invertiert wird, d.h. auf null rückgesetzt wird. Das Programm geht über S106 zu S116 weiter, in dem das erfaßte Lenkdrehmoment τh gelesen wird, und zu S118, in dem bestimmt wird, ob das erfaßte Lenkdrehmoment τh kleiner als ein Bezugswert τhr ist (z.B. 35 kgf·cm).
Anzumerken ist hier, daß anstelle des Lenkdrehmoments eine Lenkgeschwindigkeit (die Drehzahl des Lenkrads 14, bestimmt als Differential oder Differenz Δθ des Lenkwinkels θ, erhalten aus der Ausgabe des Lenkwinkelsensors 44) in Schritt S116 verwendet werden kann und mit einer Bezugsgeschwindigkeit Δθr in S118 verglichen werden kann. In diesem Fall sollte die Bezugsgeschwindigkeit größer sein als die Lenkgeschwindigkeit, die für gewöhnlichen Fahrbahnwechsel erforderlich ist. Die Bezugsgeschwindigkeit sollte unter Berücksichtigung etwa einer Lenkgeschwindigkeit bestimmt werden, die zum Vermeiden eines Hindernisses auf der Straße erforderlich ist.
Anzumerken ist hier, daß in dieser Ausführung sowohl das Lenkdrehmoment als auch die Lenkgeschwindigkeit in S116 und S118 verwendet werden können.
Wenn das Ergebnis in S118 positiv ist, geht das Programm zu S120 weiter, in dem das Fahrbahnhalte-Lenkunterstützungsdrehmoment auf der Basis der Abweichung von der Fahrbahnmitte entsprechend den in 6 gezeigten Kennlinien bestimmt wird, um das Fahrzeug auf der jeweiligen Fahrbahn zu halten. (Dieser Prozeß ist der gleiche, wenn in S116 die Lenkgeschwindigkeit Δθ verwendet wird und in S118 so bestimmt wird, daß sie kleiner als die Bezugsgeschwindigkeit Δθr ist.)
Das Programm geht dann zu S112 weiter, in dem die vorgenannten Prozesse zur Modusumschaltung durchgeführt werden. Insbesondere werden das Lenkunterstützungsdrehmoment des SAS-Modus und jenes des EPS-Modus entsprechend den Konstituentenverhältnissen bestimmt, die durch die Kennlinie a in 10 relativ zur Zeit (Zählerwert) bestimmt sind, so daß mit zunehmender Zeit (Zählerwert CNT) der Anteil des SAS- Fahrbahnhaltelenkunterstützungsdrehmoments zunimmt und der Anteil des EPS-Servolenk-Unterstützungsdrehmoments abnimmt.
Da hier zum ersten Mal das Lenkunterstützungsdrehmoment in dem SAS-Modus bestimmt wird, ist das (Fahrbahnhalte) Lenkunterstützungsdrehmoment im SAS-Modus relativ klein. Das Programm geht dann zu S114, in dem das Fahrbahnhalte-Lenkunterstützungsdrehmoment in dem SAS-Modus und das Servolenk-Unterstützungsdrehmoment in dem SAS-Modus summiert werden, um den Drehmomentbefehl TA zu erhalten, wie im Blockdiagramm von 4 gezeigt, und auf Basis der Summe TA wird der Motorstrom bestimmt und ausgegeben.
In der dritten Programmschleife wird das Flag-Bit erneut in S104 invertiert, und in S110 wird das EPS-Servolenkunterstützungsdrehmoment bestimmt. Die oben genannten Prozesse werden mit jeder Programmschleife wiederholt.
Somit wird die Bestimmung des EPS-Servolenk-Unterstützungsdrehmoments und die des SAS-Fahrspurhalte-Unterstützungsdrehmoments wiederholt. Der Anteil des SAS-Fahrspurhalte-Lenkhilfsdrehmoments nimmt mit zunehmender Anzahl von Programmschleifen zu, und wenn der Zählerwert null erreicht hat (anders gesagt, wenn in S102 bestimmt wird, daß die Prozesse zur Modusumschaltung abgeschlossen wurden), ist das Lenkunterstützungsdrehmoment nur noch das des SAS-Modus, wie in 9 gezeigt.
Die Zeit wird flexibel auf einen Wert gesetzt, der von mehreren 100 msec bis 3 sec reicht. Im Ergebnis erfolgt das Schalten vom EPS-Modus zum SAS-Modus allmählich und somit glattgängig. Wenn der Modus vom SAS zu EPS umgeschaltet wird, wird die Zeit auf 2 sec o.dgl. festgesetzt.
Der Prozeß in S118 wird nun im näheren Detail erläutert.
Wenn, wie oben erwähnt, das Lenkunterstützungsdrehmoment derart gesteuert wird, daß das Fahrzeug entlang der Fahrbahn fährt, sollte der Steuermodus bevorzugt in den zur konventionellen Servolenkung umgeschaltet werden, wenn der Fahrer dies selbst so wünscht, beispielsweise, um in einem Notfall einem Hindernis auszuweichen.
Aus diesem Grund ist die Ausführung folgendermaßen konfiguriert: wenn der Fahrer das Lenkrad 14 mit einem Drehmoment τh dreht, welches größer als der Bezugswert τhr ist (oder mit einer größeren Geschwindigkeit als der Bezugsgeschwindigkeit Δθ), anders gesagt, wenn bestimmt wird, daß der Fahrer zu lenken wünscht, geht das Programm von S118 zu S124 weiter, in dem das Lenkunterstützungsdrehmoment (zur Servolenkung) in einem Pseudo-EPS-Modus entsprechend den in 6 gezeigten Charakteristiken in Antwort auf das erfaßte Lenkdrehmoment bestimmt wird.
Hierbei wird in einem Notfall, wenn sich etwa ein Hindernis vor dem Fahrzeug befindet und der Fahrer das Lenkrad 14 mit einem größeren Drehmoment als dem Bezugswert oder einer größeren Geschwindigkeit als der Bezugsgeschwindigkeit dreht, die fahrerseitige Lenkung im Pseudo-EPS-Modus durch das Servolenk-Unterstützungsdrehmoment unterstützt.
Falls ferner das Lenkrad 14 unbeabsichtigt gedreht wird, beispielsweise durch eine auf die Fahrzeugräder einwirkende Kraft durch eine Störung wie etwa Seitenwind und der Fahrer das Lenkrad 14 in diesem Moment festhält, steht ihm im Pseudo-EPS-Modus das Servolenk-Unterstützungsdrehmoment zur Verfügung. Diese Modusumschaltung erfolgt, falls initiiert, durch die bezüglich S112 genannten Prozesse allmählich.
Anzumerken ist, daß nach der Umschaltung in dem Pseudo-EPS-Modus und wenn das Lenkdrehmoment (oder die Lenkgeschwindigkeit) unter den Bezugswert fällt, die SAS-Modussteuerung wieder aufgenommen wird. In diesem Sinne wird dieser vorläufige EPS-Modus als "Pseudo"-EPS-Modus bezeichnet.
Wenn der SAS-Modus später in den EPS-Modus umgeschaltet wird, erfolgt das Umschalten in der genannten Weise allmählich.
Dieses Umschalten vom SAS-Modus in den EPS-Modus wird nun anhand der gleichen Figur erläutert.
In diesem Fall ist das Ergebnis in S100 negativ und das Programm geht zu S122 weiter, in dem bestimmt wird, ob die Prozesse zur Modusumschaltung abgeschlossen worden sind. Unter der Annahme, daß der Modus gerade von SAS zu EPS umgeschaltet wurde, ist das Ergebnis in S122 normalerweise negativ, und das Programm geht zu S104 weiter, in dem das Flag-Bit invertiert wird, wobei insbesondere das Flag-Bit auf 0 rückgesetzt wird, und zu S106, in dem das Flag-Bit geprüft wird.
Da das Flag-Bit auf 0 rückgesetzt wurde, geht das Programm zu S116 weiter, in dem das erfaßte Lenkdrehmoment τh gelesen wird, und zu S118, in dem bestimmt wird, ob das erfaßte Lenkdrehmoment τh kleiner als der Bezugswert τhr ist. Wenn das Ergebnis positiv ist, geht das Programm zu S120 weiter, in dem das Fahrbahnhalte-Lenkunterstützungsdrehmoment in dem SAS-Modus bestimmt wird. Die Lenkgeschwindigkeit ist auch in S116, S118 verwendbar.
In der nächsten Programmschleife wird das Flag-Bit erneut in S104 invertiert, und das Programm geht zu S108 und S110 weiter, in dem das Servolenk-Unterstützungsdrehmoment im EPS-Modus bestimmt wird. Die obigen Prozesse werden wiederholt, und das SAS-Fahrbahnhalte-Lenkunterstützungsdrehmoment und das EPS-Servolenk-Unterstützungsdrehmoment werden in jeder Programmschleife abwechselnd bestimmt.
Somit werden das EPS-Servolenk-Unterstützungsdrehmoment und das SAS-Fahrbahnhalte-Lenkunterstützungsdrehmoment entsprechend den durch die Kennlinie a und die Zeit bestimmten (der Wert CNT eines Hochzählers) Konstituentenverhältnisse bestimmt. Die zwei Werte werden summiert, und der Motorstrombefehl wird auf Basis der Summe in S114 bestimmt. Wenn der Hochzählerwert seinen Maximalwert (MAX) erreicht hat, wird bestimmt, daß die Prozesse zur Umschaltung beendet worden sind.
Wenn mit dieser Konfiguration das System mit dem SAS-Modus (Steuerung durch die SAS ECU 74) und dem EPS-Modus (Steuerung durch die EPS ECU 76) ausgestattet ist, kann das System den Modus (die Steuerung) allmählich und glatt umschalten, um hierdurch das Auftreten von Nachteilen zu vermeiden, daß etwa der Fahrzeugfahrer eine Änderung der Lenkunterstützung als unangenehm empfindet.
Ferner schaltet das System den Modus (die Steuerung/Regelung) in Antwort auf den freien Fahrerwunsch zur Änderung der Fahrbahn oder zum Vermeiden eines Hindernisses in den EPS-Modus. Da das Umschalten auch in diesem Fall allmählich und somit glatt erfolgt, ist der Fahrer frei von Unannehmlichkeiten beim Erfühlen einer Änderung der Lenkdrehmomentunterstützung.
11 zeigt in einem Teil des Flußdiagramms von 7 den Betrieb des Systems nach einer zweiten Ausführung der Erfindung.
In der zweiten Ausführung erfolgen die Prozeduren zur Modusumschaltung in S112 auf der Basis der genannten Lenkgeschwindigkeit Δθ. Insbesondere wird die Zeitkonstante der Charakteristik, welche das Konstituentenverhältnis bestimmt, in dem Sinne modifiziert, daß sie mit zunehmender Lenkgeschwindigkeit Δθ zunimmt. die in der zweiten Ausführung verwendete Kennlinie ist in 10 mit "b" markiert. In der zweiten Ausführung kann, wie in 9 strichpunktiert gezeigt, das Umschalten vom SAS-Modus in den EPS-Modus in einer kürzeren Zeit abgeschlossen werden.
Insbesondere können die Schaltprozesse in den EPS-Modus in einer Zeit abgeschlossen werden, die mit zunehmendemWunsch des Fahrers, beim Lenken teilzunehmen, abnimmt. Dies läßt sich auch durch Ändern des Zählerwerts in Antwort auf die Lenkgeschwindigkeit erreichen. Die andere Konfiguration und Konstruktion sowie die Vorteile sind die gleichen wie in der ersten Ausführung.
In den vorstehenden Ausführungen sind die in 10 gezeigten Kennlinien a oder b lediglich Beispiele. Die Charakteristik sollte derart bestimmt werden, daß die Schaltprozesse beendet werden, ohne daß der Fahrer beim Erfühlen einer Änderung der Lenkunterstützung ein unangenehmes Gefühl hat, und die Charakteristik kann auch so eingestellt werden, wie in 10 mit c, d oder e gezeigt.
Die derart konfigurierten Ausführungen zeigen ein System zur Lenksteuerung/-regelung eines Fahrzeugs, umfassend: ein Lenkmittel (Lenkrad 14, Lenkgetriebe 24) mit einem Stellglied (Elektromotor 38), der angetriebene Räder (Vorderräder 32) des Fahrzeugs lenkt; ein erstes Lenksteuermittel (EPS ECU 76) zur Steuerung des Stellglieds; ein erstes Erfassungsmittel (CCD-Kamera 64, Bildbearbeitungs-ECU 68) zum Erfassen eines Fahrbahnzustands einer Straße, auf der das Fahrzeug fährt; ein zweites Erfassungsmittel (Gierratensensor 82 etc.) zum Erfassen einer Bewegung des Fahrzeugs; ein Lenkunterstützungsdrehmoment-Berechnungsmittel (SAS ECU 74) zum Berechnen eines Lenkunterstützungsdrehmoments, welches zum Halten einer Positionsbeziehung zwischen dem Fahrzeug und der Fahrbahn erforderlich ist; ein Drehmomenterfassungsmittel (Drehmomentsensor 42) zum Erfassen eines Lenkdrehmoments (τh), welches manuell vom Fahrer an das Lenkmittel angelegt wird; sowie ein zweites Lenksteuermittel (SAS ECU 74) zum Berechnen eines Drehmomentbefehls (TA) zur Ausgabe an das erste Lenksteuermittel (EPS ECU 76) auf der Basis des von dem Lenkhilfsdrehmomentberechnungsmittel berechneten Lenkhilfsdrehmoments und des erfaßten Lenkdrehmoments (τh) zur Steuerung des Stellglieds derart, daß der Wert des Drehmomentbefehls (TA) abnimmt. Das System umfaßt ferner ein Schaltmittel (S100 bis S124) zum Umschalten zwischen dem Steuermodus (EPS-Modus) durch das erste Lenksteuermittel (EPS ECU 76) und dem Steuermodus (SAS-Modus) durch das zweite Lenksteuermittel (SAS ECU 74) allmählich über die Zeit, um hierdurch ein glattgängiges Umschalten des Steuermodus sicherzustellen und um das Auftreten von Nachteilen zu verhindern, daß etwa der Fahrer beim Erfühlen einer Änderung der Lenkunterstützung ein unangenehmes Gefühl hat.
In dem System schaltet das Schaltmittel vom Steuermodus (SAS-Modus) durch das zweite Lenksteuermittel (SAS ECU 74) zum Steuermodus (EPS-Modus) durch das erste Lenksteuermittel (EPS ECU 76), wenn das erfaßte Lenkdrehmoment (τh) größer als ein Bezugswert (τhr) ist, um hierdurch ein glattgängiges Umschalten des Steuermodus sicherzustellen und um das Auftreten von Nachteilen zu verhindern, daß etwa der Fahrer beim Erfühlen einer Änderung der Lenkunterstützung ein unangenehmes Gefühl hat, wenn der Steuermodus in Antwort auf den Wunsch des Fahrers, selbst zu lenken, umgeschaltet wird.
Das System enthält bevorzugt ein Lenkgeschwindigkeitserfassungsmittel (Lenkwinkelsensor 44) zum Erfassen einer Lenkgeschwindigkeit (Δθ), die manuell an das Lenkmittel vom Fahrer angelegt wird, wobei das Schaltmittel vom Steuermodus (SAS-Modus) des zweiten Lenksteuermittels (SAS ECU 74) zum Steuermodus (EPS-Modus) des ersten Lenksteuermittels (EPS ECU 76) umschaltet, wenn die erfaßte Lenkgeschwindigkeit (Δθ) größer als ein Bezugswert (Δθr) ist, um hierdurch eine glattgängige Umschaltung des Steuermodus sicherzustellen und um das Auftreten von Nachteilen zu verhindern, etwa daß der Fahrzeugfahrer beim Erfühlen einer Änderung der Lenkunterstützung ein unangenehmes Gefühl hat, wenn der Steuermodus in Antwort auf den Wunsch des Fahrers, selbst zu lenken, umgeschaltet wird.
In dem System schaltet das Schaltmittel vom Steuermodus (SAS-Modus) des zweiten Lenksteuermittels (SAS ECU 74) in den Steuermodus (EPS Modus) des ersten Lenksteuermittels (EPS ECU 76) in einer Zeit um, die mit zunehmendem erfaßten Lenkdrehmoment (τh) oder zunehmender erfaßter Lenkgeschwindigkeit (Δθ) kürzer wird, um hierdurch ein glattgängiges Umschalten des Steuermodus sicherzustellen und um das Auftreten von Nachteilen zu verhindern, daß etwa der Fahrer beim Erfühlen einer Änderung der Lenkunterstützung ein unangenehmes Gefühl hat, wenn der Steuermodus in Antwort auf den Wunsch des Fahrers, selbst zu lenken, umgeschaltet wird.
In dem System berechnet das Lenkdrehmoment-Berechnungsmittel (SAS ECU 74) das Lenkunterstützungsdrehmoment entsprechend einem Konstituentenverhältnis, welches in Bezug auf die Zeit bestimmt wird, wenn zwischen dem Steuermodus (EPS-Modus) des ersten Lenksteuermittels (EPS ECU 76) und dem Steuermodus (SAS-Modus) des zweiten Lenksteuermittels (SAS ECU 74) umgeschaltet wird, um hierdurch eine glattgängige Modusumschaltung sicherzustellen und um das Auftreten von Nachteilen zu verhindern, daß etwa der Fahrer beim Erfühlen einer Änderung der Lenkunterstützung ein unangenehmes Gefühl hat, wenn der Steuermodus in Antwort auf den Wunsch des Fahrers, selbst zu lenken, umgeschaltet wird, und um die Schaltprozesse in Antwort auf den Grad des Wunsches des Fahrers, selbst zu lenken, zu verkürzen.
Obwohl oben eine Ausführung erläutert wurde, in der der Lenkunterstützungsmechanismus gleichzeitig auch als herkömmlicher Servolenkmechanismus dient, können diese zwei Mechanismen auch unabhängig voneinander vorgesehen sein. Der Lenkunterstützungsmechanismus kann auch hydraulisch angetrieben sein, und nicht wie in der vorgenannten Ausführung elektrisch angetrieben sein.
Der Lenkwinkelsensor 44 und die anderen Sensoren können auch anders konfiguriert und angeordnet sein.
Obwohl die Modusumschaltung mit dem im Flußdiagramm angegebenen Algorithmus erfolgt, ist es alternativ möglich, an einem geeigneten Ort am Armaturenbrett des Passagierraums einen Schalter 100 vorzusehen, wie er strichpunktiert gezeigt ist, und der vom Fahrer betätigt werden kann, so daß die Steuerung in Antwort auf die Ausgabe des Schalters 100 umgeschaltet wird.
Ein System zur Lenksteuerung/-regelung eines Fahrzeugs umfaßt: ein Lenkmittel wie etwa ein Lenkrad mit einem Elektromotor, der das Lenken angetriebener Räder des Fahrzeugs unterstützt, ein erstes Lenksteuermittel zur Steuerung des Motors, eine CCD-Kamera zum Erfassen eines Fahrbahnmerkmals einer Straße, auf der das Fahrzeug fährt, einen Gierratensensor zur Bewegungserfassung des Fahrzeugs, ein Lenkunterstützungsdrehmoment-Berechnungsmittel zum Berechnen eines Lenkunterstützungsdrehmoments, welches zum Halten der Fahrbahn erforderlich ist, einen Drehmomentsensor zum Erfassen eines momentanen Lenkdrehmoments, welches vom Fahrer manuell an das Lenkmittel angelegt wird, sowie ein zweites Lenksteuermittel zum Berechnen eines Drehmomentbefehls zur Ausgabe an das erste Lenksteuermittel auf der Basis des vom Lenkunterstützungsdrehmoment-Berechnungsmittel berechneten Lenkunterstützungsdrehmoments und des erfaßten Lenkdrehmoments zur Steuerung des Stellglieds derart, daß der Wert des Drehmomentbefehls bzw. das Drehmoment, abnimmt. In dem System dient das Schaltmittel zum allmählichen Umschalten zwischen den Steuermodi des ersten Lenksteuermittels und des zweiten Lenksteuer mittels über die Zeit, um hierdurch ein glattes Umschalten des Steuermodus zu gewährleisten und um das Auftreten von Nachteilen zu verhindern, daß etwa der Fahrer bei der Änderung der Lenkunterstützung ein unangenehmes Gefühl hat.

Claims

System zur Lenksteuerung/-regelung eines Fahrzeugs, umfassend: ein Lenkmittel (14, 24) mit einem Stellglied (38), das angetriebene Räder (32) des Fahrzeugs lenkt; ein erstes Lenksteuermittel (76) zur Steuerung des Stellglieds (38) in einem ersten Steuermodus (EPS); ein erstes Erfassungsmittel (64, 68) zum Erfassen eines Fahrbahnmerkmals einer Straße, auf der das Fahrzeug fährt; ein zweites Erfassungsmittel (82) zum Erfassen einer Bewegung des Fahrzeugs; ein Lenkunterstützungsdrehmoment-Berechnungsmittel (in 74) zum Berechnen eines Lenkunterstützungsdrehmoments, welches zum Halten einer Positionsbeziehung zwischen dem Fahrzeug und dem Fahrbahnmerkmal erforderlich ist; ein Drehmomenterfassungsmittel (42) zum Erfassen eines Lenkdrehmoments (τh), welches vom Fahrer manuell an das Lenkmittel (14, 24) angelegt wird; und ein zweites Lenksteuermittel (in 74) zum Berechnen eines Drehmomentbefehls (TA) zur Ausgabe an das erste Lenksteuermittel (76) auf der Basis des durch das Lenkunterstützungsdrehmoment-Berechnungsmittel (in 74) berechneten Lenkunterstützungsdrehmoments und des erfaßten Lenkdrehmoments (τh) zur Steuerung des Stellglieds (38) in einem zweiten Steuermodus (SAS) derart, daß das erfaßte Lenkdrehmoment (τh) kleiner wird; dadurch gekennzeichnet, daß das System umfaßt: ein Schaltmittel (S100 bis S124) zum allmählichen Umschalten zwischen dem ersten Steuermodus (EPS) des ersten Lenksteuermittels (76) und dem zweiten Steuermodus (SAS) des zweiten Lenksteuermittels (in 74) über die Zeit.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltmittel vom zweiten Steuermodus (SAS) des zweiten Lenksteuermittels (in 74) zum ersten Steuermodus (EPS) des ersten Lenksteuermittels (76) umschaltet, wenn das erfaßte, vom Fahrer eingegebene Lenkdrehmoment (τh) größer als ein Bezugswert (τhr) ist.
System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: ein Lenkgeschwindigkeitserfassungsmittel (44) zum Erfassen einer Lenkgeschwindigkeit (Δθ), welche vom Fahrer manuell an das Lenkmittel angelegt wird; wobei das Schaltmittel vom zweiten Steuermodus (SAS) des zweiten Lenksteuermittels (in 74) zum ersten Steuermodus (EPS) des ersten Lenksteuermittels (76) umschaltet, wenn die erfaßte Lenkgeschwindigkeit (Δθ) größer als ein Bezugswert (Δθr) ist.
System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltmittel vom zweiten Steuermodus (SAS) des zweiten Lenksteuermittels (in 74) zum ersten Steuermodus (EPS) des ersten Lenksteuermittels, (76) in einer Zeit umschaltet, die mit zunehmendem erfaßten Lenkdrehmoment (τh) oder zunehmender erfaßter Lenkgeschwindigkeit (Δθ) kürzer wird.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkunterstützungsdrehmoment-Berechnungsmittel (in 74) das Lenkunterstützungsdrehmoment entsprechend einem in bezog auf die Zeit bestimmten Konstituentenverhältnis berechnet, wenn zwischen dem ersten Steuermodus (EPS) des ersten Lenksteuermittels (76) und dem zweiten Steuermodus (SAS) des zweiten Lenksteuermittels (in 74) umgeschaltet wird.