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Die
Erfindung betrifft ein Fahrzeuglenk-Steuer/Regelsystem gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Der
Anmelder hat in der
JP-07-47970
A ein Fahrzeuglenk-Steuersystem
vorgeschlagen, welches ein gewünschtes
Fahrverhalten des Fahrzeugs berechnet, insbesondere eine gewünschte Gierrate des
Fahrzeugs, auf der Basis der erfaßten Fahrgeschwindigkeit und
des Lenkwinkels unter Verwendung eines Gierraten-Modells, und welches
einen gewünschten
Fahrkurs auf der Basis der berechneten gewünschten Gierrate derart berechnet,
daß das Lenkdrehmoment
(die Lenkkraft) in Antwort auf einen Fehler zwischen dem gewünschten
Fahrkurs und dem aus der erfaßten
Gierrate bestimmten tatsächlichen
Fahrkurs unterstützt
wird.
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Ferner
hat der Anmelder in der
JP-05-197423
A und in der
JP-09-221054 A ,
etc. Fahrzeuglenk-Steuersysteme vorgeschlagen, die Bildsignale der
vor dem Fahrzeug liegenden Straße photographisch
erfassen und ausgeben, um weiße Linien
zu erfassen (die Fahrbahngrenzen der Straße definieren), und die eine
Lenkwinkelunterstützung vorsehen
derart, daß das
Fahrzeug entlang den erfaßten
weißen
Linien fährt.
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Durch
eine feine Lenkunterstützung
zur Verhinderung von Fahrzeug-Fahrbahnwandern mindern diese Techniken
stark die Belastung des Fahrers, die insbesondere während langdauernder
Hochgeschwindigkeitsfahrt auf einer Autobahn o.dgl. zunehmen kann.
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Abgesehen
vom obigen erstreckt sich der Bereich von Navigationssystemen über weite
Bereiche, von einfachen Orientierungshilfen bis zu Führungssystemen
mit automatischer Routenbestimmung. Das Navigationssystem besitzt
einen Straßenkartenspeicher,
der in einer CD-ROM o.dgl. gespeichert ist, und erfaßt die momentane
Fahrzeugposition beispielsweise durch das GPS-Satellitenortungssystem
(Global Positioning System), und erzeugt eine Richtungsinformation
auf einer Straßenkarte einschließlich der
erfaßten
momentanen Fahrzeugposition.
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Aus
der
DE 197 02 383
A1 ist ein System zur Lenksteuerung/regelung gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1 bekannt. Dort werden die von einem Navigationssystem
ausgegebenen Daten zur Bewertung einer Sollgierrate des Fahrzeugs
benutzt, um durch ein Lenkstellglied ein zusätzliches Lenkdrehmoment zu
erzeugen, wobei ferner ein Befehlsdrehmoment für das Lenkstellglied erhöht wird,
wenn die Aufmerksamkeit des Fahrers abnimmt.
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Aus
der
DE 696 19 333
T2 ist ein ähnliches System
bekannt, wobei aber nicht Kartendaten eines Navigationssystems benutzt
werden, sondern die aufbereiteten Daten von einer am Fahrzeug angebrachten
Kamera, die die vorausliegende Straße aufnimmt, dazu benutzt werden,
ein Lenkdrehmoment des Lenkstellglieds zu bestimmen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Fahrzeuglenk-Steuer/Regelsystem
anzugeben, das Navigationsinformation nutzt, um die Fahrbahnhalte-Lenkdrehmoment-Unterstützungsteuerung
besser durchzuführen,
und das die Lenktätigkeit
des Fahrzeugfahrers überwacht,
um zu verhindern, daß sich der
Fahrzeugfahrer in zu hohem Ausmaß auf diese Lenkunterstützungssteuerung
verläßt.
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Zur
Lösung
der Aufgabe wird ein System zur Lenksteuerung/Regelung eines Fahrzeugs
gemäß Anspruch
1 angegeben.
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Die
Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis
auf die beigefügten Zeichnungen
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Gesamtansicht der Gesamtkonfiguration eines erfindungsgemäßen Fahrzeuglenk-Steuer/Regelsystems;
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2 ein
Schema eines in 1 gezeigten Lenkmechanismus;
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3 ein
Flußdiagramm
des Betriebs des in 1 gezeigten Systems;
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4 ein
Blockdiagramm mit der Betriebsfunktion des Systems, ausgeführt von
einer SAS ECU und einer EPS ECU, insbesondere einer Fahrbahnhalte-Lenkhilfsdrehmoment-Steuerung,
durchgeführt
von der SAS ECU von 2;
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5 schematisch
das Ergebnis der in 4 dargestellten Fahrbahnhalte-Lenkhilfsdrehmoment-Steuerung
in Anwendung bei einer Straße (Fahrbahn)
mit der Krümmung
R; und
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6 einen
Graph der Charakteristik des von der SAS ECU und/oder der EPS ECU
gemäß 4 bestimmten
Lenkhilfsdrehmoments.
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1 ist
eine schematische Gesamtansicht eines Fahrzeuglenk-Steuer/Regelsystems
dieser Erfindung. 2 zeigt schematisch das System,
insbesondere im Hinblick auf den Lenkmechanismus.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt, ist ein am Fahrersitz 12 eines
Fahrzeugs 10 befindliches Lenkrad 14 mit einer
Lenkwelle 16 verbunden, die wiederum durch Universalgelenke 18, 20 mit
einer Verbindungswelle 22 verbunden ist.
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Die
Verbindungswelle 22 ist mit einem Ritzel 26 eines
Zahnstangen-Ritzelgetriebes 24 verbunden. Das
Ritzel 26 steht mit einer Zahnstange 28 in Eingriff.
Eine durch Drehung des Lenkrads 14 eingegebene Drehbewegung
wird auf das Ritzel 26 übertragen,
und mittels der Zahnstange 28 in eine Linearbewegung umgewandelt.
Die Linearbewegung wird durch die durch Spurstangen (Lenkstangen) 30, 30 an
den entgegengesetzten Enden der Vorderachse übertragen, um zwei Vorderräder (Lenkräder) 32, 32 in
der gewünschten
Richtung um zugeordnete Lenkzapfen (nicht gezeigt) zu drehen.
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Ein
Elektromotor 38 und ein Kugelumlaufmechanismus 40 sind
koaxial zur Zahnstange 28 angeordnet. Die Ausgabe des Motors 38 wird
durch einen Kugelumlaufmechanismus 40 in eine Linearbewegung
der Zahnstange 28 gewandelt, um die Zahnstange 28 in
die Richtung zu bewegen, die die Lenkkraft (und das Lenkdrehmoment)
mindert oder unterstützt,
die durch das Lenkrad 14 vom Fahrzeugfahrer angelegt wird.
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Ein
Drehmomentsensor 42 ist in der Nähe des Zahnstangen-Ritzelgetriebes 24 vorgesehen
und gibt ein Signal aus, das die Richtung und den Betrag der Lenkkraft
(Lenkdrehmoment) angibt, die vom Fahrzeugfahrer ausgeübt wird.
Ein Lenkwinkelsensor 44, der in der Nähe der Lenkwelle 16 vorgesehen ist,
gibt ein Signal aus, das die Richtung und den Betrag des vom Fahrzeugfahrer
eingegebenen Lenkwinkels θ ausgibt
(genauer gesagt den Vorderradlenkwinkel). Der Lenkwinkelsensor 44 ist
ein Drehcodierer o.dgl.
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Radgeschwindigkeitssensoren 46, 46 befinden
sich in der Nähe
beider Vorderräder 32, 32,
und Radgeschwindigkeitssensoren 50, 50 (in 1 ist nur
einer gezeigt) befinden sich in der Nähe der beiden Hinterräder 48, 48 (nur
eines gezeigt), die zu jedem vorbestimmten Drehwinkel der zugeordneten Vorder-
oder Hinterräder
Signale ausgeben. Die Radgeschwindigkeitssensoren 46, 46 und 50, 50 sind magnetische
Aufnehmer o.dgl. Die Vorderräder 32, 32 sind
Antriebsräder,
angetrieben von einer an der Vorderseite des Fahrzeugs 10 angebrachten
Maschine (nicht gezeigt). Die Hinterräder 48, 48 sind
hier nicht angetrieben.
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Ein
Fahrzeughöhensensor 52 ist
in der Nähe des
Federmechanismus (nicht gezeigt) jedes Vorderrads 42 vorgesehen,
und ein Fahrzeughöhensensor 54 ist
in der Nähe
des Federmechanismus (nicht gezeigt) jedes Hinterrads 48 vorgesehen.
Auf der Basis des Hubs (der Verlagerung) des zugeordneten Federmechanismus
gibt jeder Höhensensor
ein Signal aus, das die Höhe
des Fahrzeugs 10 an der Sensorstelle bedeutet.
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Wie
in 1 gezeigt, ist eine einzelne monokulare CCD (ladungsgekoppelte
Vorrichtung) Kamera 64 in Kombination mit einem Rückblickspiegel 62 an
der Innenfläche
der Windschutzscheibe 60 über dem Fahrersitz 12 angebracht.
Die CCD-Kamera 64 dient zur photographischen Erfassung
und Ausgabe eines Bildsignals der vor dem Fahrzeug 10 befindlichen
Straße.
Wie in 2 gezeigt, wird das von der CCD-Kamera 64 ausgegebene
Bildsignal einer Bildbearbeitungs-ECU (elektronische Steuereinheit) 68 zugeleitet,
die einen Mikrocomputer aufweist und Fahrbahngrenzen (auf die Straße gemalte
und Fahrbahnen begrenzende weiße
Linien) aus dem Bildsignal extrahiert.
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Das
Fahrzeuglenk-Steuer/Regelsystem dieser Erfindung besitzt ferner
eine elektronische Steuereinheit (SAS ECU) 74, die ebenfalls
einen Mikrocomputer aufweist. Die Ausgaben der Bildprozessor-ECU 68,
des Drehmomentsensors 42 etc. werden der SAS ECU 74 zugeführt.
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Das
System ist ferner mit einer zweiten elektronischen Steuereinheit
(EPS ECU) 76 ausgestattet, die ebenfalls einen Mikrocomputer
aufweist. Die Ausgaben des Drehmomentsensors 42 und des
Radgeschwindigkeitssensors 46 werden der EPS ECU 76 zugeführt.
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Die
SAS ECU 74 und die EPS ECU 76 können durch
eine Signalleitung 78 miteinander kommunizieren. Die SAS
ECU 74 berechnet ein später
beschriebenes Fahrbahnhalte-Lenkhilfsdrehmoment und leitet dieses
der EPS ECU 76 zu.
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Die
EPS ECU 76 berechnet einen Servolenk-Hilfsdrehmoment und
berechnet, auf der Basis des berechneten Servolenk-Hilfsdrehmoments
und dem zugeführten
Fahrbahnhalte-Lenkhilfsdrehmoment, ein End-Lenkhilfsdrehmoment.
Dann berechnet oder bestimmt sie, auf der Basis des berechneten End-Lenkhilfsdrehmoments,
eine Stellgröße (Motorstrom)
zur Anlage an den Elektromotor 38.
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Die
EPS ECU 76 ist mit einem Motortreiber 80 verbunden.
Der Motortreiber 80 ist mit einer an sich bekannten Brückenschaltung
(nicht gezeigt) ausgestattet, die aus vier FET-Schaltvorrichtungen zusammengesetzt
ist, deren An-/Aus-Zustand die Richtung bestimmt, mit der der Elektromotor 38 angetrieben
wird.
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Die
EPS ECU 76 berechnet oder bestimmt den Motorstrom (Stellgröße) als
PWM (Impulsweitenmodulation)-Tastverhältnis und gibt dies an den Motortreiber 80 aus.
Dann steuert die EPS ECU 76 im Tastverhältnis die FET-Schaltvorrichtungen
zur Regelung des Motorstroms derart, daß der Elektromotor 38 das
gewünschte
Hilfsdrehmoment erzeugt.
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Ein
Gierratensensor 82 ist in der Nähe des Schwerpunkts des Fahrzeugs 10 angebracht.
Der Gierratensensor 82 gibt ein Signal aus, das die Gierrate
(Gierwinkelgeschwindigkeit) γ um
die Vertikalachse (Schwerkraftachse) am Schwerpunkt des Fahrzeugs 10 angibt.
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Eine
geeignete Anzahl von Berührungsdrucksensoren 84,
die am Lenkrad 14 angebracht sind, geben Drucksignale aus,
die anzeigen, ob der Fahrzeugfahrer das Lenkrad 14 festhält oder
nicht. Eine geeignete Anzahl zweiter Berührungsdrucksensoren 86,
die unter dem Fahrersitz angebracht sind, geben Signale aus, die
anzeigen, ob der Fahrer sitzt oder nicht.
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Ferner
ist dieses System mit einem Navigationssystem 88 ausgestattet
(in 1 als "NAVI" bezeichnet). Das
Navigationssystem 88 hat eine CPU 88a, eine CD-ROM 88b,
die die Navigationsinformation mit zahlreichen Knotensätzen (Koordinaten-Positionsinformation)
speichert, die Orte anzeigen, wo das Fahrzeug 10 voraussichtlich
fährt,
sowie einen GPS (Global Positioning System) Empfänger 88d, der das
Signal von dem GPS-Satellitenortungssystem durch eine Antenne empfängt und
die momentane Position des Fahrzeugs 10 erfaßt.
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Die
CPU 88a des Navigationssystems 88 und die SAS
ECU 74 sind zur gegenseitigen Kommunikation miteinander
verbunden, und die SAS ECU 74 empfängt die oben genannte Navigationsinformation
mit den zahlreichen Knotensätzen,
die von dem Navigationssystem 88 ausgegeben werden. Auf
der Basis der eingegebenen Information bestimmt die SAS ECU 74 die
Straßenzustände, einschließlich zumindest
der Krümmung
R der Straße,
auf der das Fahrzeug 10 fährt, und korrigiert den erfaßten Lenkwinkel θ um den
berechneten Wert, was später
erläutert
wird. Somit gibt das Navigationssystem 88 die Information
von Zuständen
der Straße
aus, einschließlich
zumindest der Krümmung
der Straße.
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Ein
Bremsschalter 90, der dem Bremspedal (nicht gezeigt) in
der Nähe
des Bodens des Fahrersitzes 12 zugeordnet ist, gibt ein
Signal aus, das das Niederdrücken
des Bremspedals durch den Fahrer bedeutet. Ein Beschleuniger-Positionssensor 92,
der dem Gaspedal (nicht gezeigt) zugeordnet ist, gibt ein Signal
aus, das den Niederdrückbetrag
des Gaspedals durch den Fahrzeugfahrer bedeutet.
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3 zeigt
im Flußdiagramm
den Betrieb des Fahrzeuglenk-Steuersystems nach dieser Erfindung.
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Vor
dem Beginn der Erläuterung
des Flußdiagramms
wird der Betrieb des Systems anhand des Blockdiagramms von 4 umrissen.
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In 4 zeigt
der mit "SAS" bezeichnete Block
den von der SAS ECU 74 durchgeführten Betrieb, wohingegen der
mit "EPS" bezeichnete Block den
von der EPS ECU 76 durchgeführten Betrieb zeigt.
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Wie
in der Figur dargestellt, wird die Ausgabe der CCD-Kamera 64 der
Bildprozessor-ECU 68 zugeführt, wo weiße Linien, die Fahrbahngrenzen der
Fahrbahn (Straße)
definieren, auf der das Fahrzeug fährt, durch Bildbearbeitung
erfaßt
werden.
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Gleichzeitig
wird Navigationsinformation, die Sätze von Knoten (Koordinatenpositionsinformation) an
dieser Stelle (Straße)
aufweist, von dem Navigationssystem 88 an die SAS ECU 74 ausgegeben.
Die SAS ECU 74 wählt
zwei oder mehr Knoten (die einander benachbart sind) unter den Knotensätzen und bestimmt
die Zustände
der Straße
einschließlich
zumindest der Krümmung
R der Straße.
Man kann sagen, daß das
Navigationssystem 88 die Information von Straßenzuständen einschließlich zumindest
der Straßenkrümmung ausgibt.
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5 zeigt
die Krümmung
R der Fahrbahn (Straße),
die auf der Basis der Navigationsinformation bestimmt ist. Die SAS
ECU 74 korrigiert den erfaßten Lenkwinkel θ (den Lenkwinkel
der Vorderräder 32)
auf der Basis des Straßenzustands,
d.h. der Krümmung
R der Fahrbahn (Straße).
Somit korrigiert die SAS ECU 74 den erfaßten Lenkwinkel
auf der Basis der erfaßten
Straße
(Fahrbahn) und der ausgegebenen Information der Straßenzustände.
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Zurück zu 4.
Die SAS ECU 74 berechnet oder bestimmt eine gewünschte Gierrate
(gewünschtes
Fahrzeugdrehverhalten) γm.
Insbesondere weist die SAS ECU 74 ein Gierratenmodell auf,
das den korrigierten Lenkwinkel θ' und die erfaßte Fahrgeschwindigkeit
V als Eingaben empfängt
und die Ausgabe erzeugt, die die gewünschte Gierrate γm bedeutet.
Das Gierratenmodell wird durch folgende Gleichung ausgedrückt: γm
= θ'·V/((1 + A·V2)·L)
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Hier
bezeichnet L den Radstand des Fahrzeugs 10, der vorab berechnet
ist und in einem Speicher (nicht gezeigt) der SAS ECU 74 gespeichert
ist. A bezeichnet den Stabilitätsfaktor
und wird durch folgende Gleichung berechnet: A
= (–M/2L2)·(Lf·Kf – Lr·Kr)/Kf·Kr
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Hierbei
ist M: das Trägheitsmoment
des Fahrzeugs 10; Lf: der Abstand zwischen dem Schwerpunkt
des Fahrzeugs 10 und den Vorderrädern 32; Kf: die Seitenführungskraft
der Vorderräder 32;
Lr: den Abstand zwischen dem Schwerpunkt des Fahrzeugs 10 und
den Hinterrädern 48;
Kr: die Seitenführungskraft
der Hinterräder 48.
Diese Werte werden vorab berechnet und in dem Speicher der SAS ECU 74 gespeichert.
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Dann
berechnet die SAS ECU 74 den Fehler oder die Differenz Δγ zwischen
der berechneten gewünschten
Gierrate γm
und der erfaßten
tatsächlichen
Gierrate γ.
Die SAS ECU 74 multipliziert dann den berech neten Fehler
mit einem geeigneten Faktor (in der Figur nicht gezeigt), und bestimmt
oder berechnet, auf der Basis des Produkts, ein Fahrbahnhalte-Lenkhilfsdrehmoment,
um zu bewirken, daß das
Fahrzeug 10 entlang der Mitte (oder in der Nähe davon)
der Fahrbahn fährt,
die durch die Fahrbahngrenzen definiert ist. Dieses Hilfsdrehmoment
wird nachfolgend als "Hilfsdrehmoment
TLK" bezeichnet. Auch
wenn gemäß 5 das
Fahrzeug 10 voraussichtlich in der mit durchgehender Linie
gezeigten Richtung fahren will, wird aufgrund der Steuerung/Regelung
die Lenkung des Fahrzeugs 10 derart beeinflußt, daß sich das
Fahrzeug in der Richtung dreht, die durch die gestrichelten Linien
gezeigt ist, die durch die Linie der Fahrbahn bestimmt wird.
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Wenn
bei der in 4 gezeigten Steuerung/Regelung
das Lenkdrehmoment τh
erfaßt
wird, oder anders gesagt, wenn der Fahrzeugfahrer ein Lenkdrehmoment
eingibt, multipliziert die EPS ECU 76 das erfaßte Lenkdrehmoment τh mit einem
geeigneten Faktor (nicht gezeigt) und bestimmt oder berechnet auf
der Basis des Produkts ein Servolenk-Hilfsdrehmoment (nachfolgend als "Hilfsdrehmoment TPS" bezeichnet). Dieses
Hilfsdrehmoment TPS ist die Drehmomentunterstützung, wenn der Fahrzeugfahrer
einen positiven Wunsch zeigt, das Fahrzeug 10 selbst zu
lenken, beispielsweise um ein auf der Straße befindliches Hindernis zu
vermeiden.
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Ferner
wird gemäß 4 der
Aktuator (d.h. der Elektromotor 38) zur herkömmlichen
Servolenkdrehmoment-Unterstützungssteuerung
auch bei der Fahrbahnhalte-Drehmomentunterstützungssteuerung verwendet,
wodurch die Konfiguration des Systems einfach wird.
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6 zeigt
in einem Graph die Charakteristiken des Hilfsdrehmoments TLK und/oder
TPS. Wie in der Figur gezeigt, wird mit den 4 gezeigten Steuerungen/Regelungen,
das Hilfsdrehmoment TLK oder/und TPS in Antwort auf den Fehler Δγ oder das
erfaßte
Drehmoment τh
erzeugt, wie dargestellt. Das Hilfsdrehmoment TLK wird auf der Basis
des vom Fahrer eingegebenen Drehmoments (erfaßtes Drehmoment τh) und des
erfaßten
Lenkwinkels θ korrigiert,
was im Detail später
erläutert
wird.
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Aufgrund
des vorstehenden wird nun anhand von 3 der Betrieb
des Fahrzeuglenk-Steuer/Regelsystems erläutert.
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Das
Programm beginnt in S10, in dem die vorgenannte Navigationsinformation,
das Bildbearbeitungsergebnis und die Sensorausgaben (z.B. Gierrate γ, Fahrgeschwindigkeit
V, Lenkwinkel θ, vom
Fahrer eingegebenes Lenkdrehmoment τh) gelesen werden.
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Dann
geht das Programm zu S12, in dem der erfaßte Lenkwinkel θ gemäß den Straßenzuständen (z.B.
der Krümmung
R) korrigiert wird, die aus der Navigationsinformation erhalten
sind, und die gewünschte
Gierrate γm
wird bestimmt durch Eingeben des korrigierten Lenkwinkels θ' und der erfaßten Fahrgeschwindigkeit
V in das Gierratenmodell (Gleichung) und durch Erhalt der Ausgabe
des Modells.
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Dann
geht das Programm zu S14 weiter, in dem der Fehler Δγ zwischen
der gewünschten
Gierrate γm
und der erfaßten
Gierrate γ berechnet
oder bestimmt wird.
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Dann
geht das Programm zu S16, in dem bestimmt oder unterschieden wird,
ob der Absolutwert des berechneten Fehlers Δγ einen vorbestimmten Referenzwert γref überschreitet.
Wenn das Ergebnis nein ist, was bedeutet, daß das Fahrzeug 10 längs der
Mitte (oder in der Nähe
davon) der Fahrbahn (Straße)
fährt,
geht das Programm zu S18 weiter, in dem Timer (Hochzähler) T1,
T2 (später
erläutert)
auf null gesetzt werden (d.h. zur Messung des Zeitablaufs gestartet
werden).
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Das
Programm geht zu S20 weiter, in dem das Hilfsdrehmoment TLK auf
der Basis des berechneten Fehlers Δγ gemäß der in 6 gezeigten
Charakteristik berechnet oder bestimmt wird.
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Wenn
andererseits das Ergebnis in S16 ja ist, geht das Programm zu S22
weiter, in dem bestimmt oder unterschieden wird, ob der berechnete Fehler Δγ größer oder
gleich null ist, d.h., es wird bestimmt oder unterschieden, ob der
berechnete Fehler Δγ ein positiver
Wert ist, was bedeutet, daß die
tatsächliche
Gierrate kleiner als die gewünschte
Gierrate ist, oder ob der berechnete Fehler Δγ nein wird (minus) ist, was
bedeutet, daß die
tatsächliche
Gierrate größer als
die gewünschte
Gierrate ist.
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Wenn
das Ergebnis in S22 ja ist, was bedeutet, daß die tatsächliche Gierrate kleiner als
die gewünschte
Gierrate ist, geht das Programm über
S18 zu S20 weiter, in dem das Hilfsdrehmoment TLK auf der Basis
des Fehlers Δγ berechnet
wird.
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Wenn
das Ergebnis in S22 nein ist, was bedeutet, daß die tatsächliche Gierrate größer als
die gewünschte
Gierrate ist, geht das Programm zu S24 weiter, in dem bestimmt oder
unterschieden wird, ob das erfaßte
Drehmoment τh
ein vorbestimmtes erstes Drehmoment τhref1 überschreitet. Das vorbestimmte
erste Drehmoment τhref1
sollte einen Wert haben (z.B. 0,98 Nm), der eine Schätzung ermöglicht,
daß der
Fahrzeugfahrer den positiven Wunsch hat, das Fahrzeug selbst zu
lenken, beispielsweise um ein auf der Straße befindliches Hindernis zu
vermeiden. Ein solcher Wert sollte vorab bestimmt werden.
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Wenn
das Ergebnis in S24 ja ist, was bedeutet, daß der Fahrzeugfahrer den positiven
Wunsch hat, das Fahrzeug selbst zu lenken, geht das Programm zu
S26 weiter, in dem das Hilfsdrehmoment TLK auf null gesetzt wird,
anders gesagt, die Fahrbahnhalte-Lenkhilfsdrehmoment-Steuerung unterbrochen
wird, um zu verhindern, daß die
Fahrbahnhalte- Lenkhilfsdrehmoment-Steuerung
sich mit dem positiven Lenken des Fahrzeugfahrers stört. Wie
in 4 gezeigt, berechnet oder bestimmt daher die EPS
ECU 76 das Hilfsdrehmoment TPS auf der Basis des erfaßten Drehmoments τh gemäß den in 6 gezeigten
Charakteristiken derart, daß die
die Lenkbewegung des Fahrzeugfahrers unterstützt werden.
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Wenn
andererseits das Ergebnis S24 nein ist, geht das Programm zu S28
weiter, in dem bestimmt oder unterschieden wird, ob das erfaßte Drehmoment τh ein vorbestimmtes
zweites Drehmoment τhref2 überschreitet.
Das vorbestimmte zweite Drehmoment τhref2 sollte einen Wert haben
(z.B. 0,49 Nm), der eine Schätzung
ermöglicht,
ob sich der Fahrzeugfahrer zu stark auf die Fahrbahnhalte-Lenkhilfsdrehmoment-Steuerung
verläßt, und
daß er
das Lenkrad 14 nur mit geringer Kraft festhält. Dieser Wert
sollte auch vorab bestimmt werden.
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Wenn
das Ergebnis in S28 nein ist, was bedeutet, daß der Fahrzeugfahrer sich nicht
zu stark auf die Fahrbahnhalte-Lenkhilfsdrehmoment-Steuerung verläßt, geht
das Programm über
S18 zu S20 weiter, in dem das Hilfsdrehmoment TLK auf der Basis
des Fehlers Δγ berechnet
wird.
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Wenn
andererseits das Ergebnis in S28 ja ist, was bedeutet, daß sich der
Fahrzeugfahrer zu stark auf die Fahrbahnhalte-Lenkhilfsdrehmoment-Steuerung verläßt, geht
das Programm zu S30 weiter, in dem vorsorglich bestimmt oder entschieden wird,
ob der erfaßte
Lenkwinkel θ einen
vorbestimmten Lenkwinkel θref überschreitet.
Dieser vorbestimmte Lenkwinkel θref
sollte einen Wert haben (z.B. 5 Grad), der eine Schätzung ermöglicht,
ob sich der Fahrzeugfahrer auf die Fahrbahnhalte-Lenkhilfsdrehmoment-Steuerung verläßt. Dieser
Wert sollte auch vorab bestimmt werden.
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Wenn
das Ergebnis in S30 nein ist, was bedeutet, daß sich der Fahrzeugfahrer nicht
zu stark auf die Fahrbahnhalte-Lenkhilfsdrehmoment-Steuerung verläßt, geht
das Programm über
S18 zu S20 weiter, in dem das Hilfsdrehmoment TLK auf der Basis
des Fehlers Δγ berechnet
wird.
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Wenn
andererseits das Ergebnis in S30 ja ist, geht das Programm zu S32
weiter, in dem bestimmt wird, ob der Wert des Timers T1 größer oder gleich
einer vorbestimmten ersten Zeit Treff ist (z.B. 2 Sekunden), und
wenn das Ergebnis nein ist, geht das Programm zu S20 weiter. Wenn
das Ergebnis in S32 ja ist, geht das Programm zu S34 weiter, in
dem der Fahrzeugfahrer aufmerksam gemacht oder gewarnt wird, so
daß er
dies bemerkt. Insbesondere wird ein hörbarer Alarm, wie etwa ein
Summer (in den Figuren nicht gezeigt) betätigt wird, um einen Ton zu erzeugen,
während
eine sichtbare Anzeige (in den Figuren nicht gezeigt) zum Blinken
gebracht wird, so daß der
Fahrzeugfahrer aufgefordert wird, das Lenkrad 14 fest zu
ergreifen.
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Dann
geht das Programm zu S36 weiter, in dem bestimmt oder entschieden
wird, ob der Wert des Timers T2 größer oder gleich einer vorbestimmten
zweiten Zeit Tref2 (z.B. 5 Sekunden) ist, und das Ergebnis nein
ist, geht das Programm zu S20 weiter.
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Wenn
andererseits das Ergebnis in S36 ja ist, geht das Programm zu S38
weiter, in dem der Fahrzeugfahrer ähnlich wie in S36 aufmerksam
gemacht oder gewarnt wird, und zu S26, in dem das Hilfsdrehmoment
TLK auf null gesetzt wird, so daß die Fahrbahnhalte-Lenkhilfsdrehmoment-Steuerung unterbrochen
wird. Da hierbei das vom Fahrzeugfahrer empfundene Lenkdrehmoment
zunimmt, wird der Fahrer darauf aufmerksam werden. Nachdem somit die
Fahrbahnhalte-Lenkdrehmoment-Unterstützungsteuerung
unterbrochen wurde, wird die Steuerung wieder aufgenommen, wenn
der Fahrzeugfahrer Anweisungen gibt, die Steuerung wieder aufzunehmen, beispielsweise
durch Betätigung
eines Schalters (nicht gezeigt).
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Da
bei der obigen Konfiguration in dieser Ausführung die Eingabe an das Gierratenmodell
um Straßenzustände korrigiert
wird, die unter Nutzung der Navigationsinformation erhalten ist,
derart, daß die
gewünschte
Gierrate aus der Ausgabe des Modells bestimmt wird, kann die gewünschte Gierrate
in besserer Weise bestimmt werden, um hierdurch die Fahrbahnhalte-Lenkhilfsdrehmoment-Steuerung
in besserer Weise durchführen
zu können.
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Wenn
ferner das erfaßte
Lenkdrehmoment größer oder
gleich dem vorbestimmten ersten Drehmoment ist, d.h., wenn der Fahrzeugfahrer
den positiven Wunsch zeigt, das Fahrzeug selbst zu lenken, um beispielsweise
ein Hindernis auf der Straße
zu umgehen, wird das Fahrbahnhalte-Lenkhilfsdrehmoment auf null gesetzt.
Dies ermöglicht
eine bessere Anpassung an die Wünsche
des Fahrzeugfahrers.
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Ferner,
wenn das erfaßte
Lenkdrehmoment kleiner oder gleich dem vorbestimmten zweiten Drehmoment
ist (d.h. wenn der Fahrzeugfahrer das Lenkrad mit nur geringer Kraft
ergreift), und wenn der erfaßte
Lenkwinkel größer oder
gleich dem vorbestimmten Lenkwinkel ist, während geschätzt wird, daß der Fahrzeugfahrer
sich zu stark auf die Fahrbahnhalte-Lenkhilfsdrehmoment-Steuerung
verläßt, wird
der Fahrzeugfahrer gewarnt, so daß er dies bemerkt. Hierdurch
kann man verhindern, daß sich
der Fahrzeugfahrer zu stark auf die Fahrbahnhalte-Lenkhilfsdrehmoment-Steuerung
verläßt.
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Da
ferner die Warnung nur erfolgt, wenn der Zeitwert die vorbestimmte
erste Zeit überschreitet, kann
man verhindern, daß der
Fahrer unnötigerweise gewarnt
wird oder die Steuerung unterbricht, wenn sich der Fahrzeugfahrer
nur zeitweise oder für
eine vorübergehende
Dauer zu stark auf die Steuerung verläßt.
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Da
ferner die Fahrbahnhalte-Lenkhilfsdrehmoment-Steuerung auf null
gesetzt wird, wenn der Timerwert die vorbestimmte zweite Zeit überschritten hat,
so daß das
vom Fahrzeugfahrer empfundene Lenkdrehmoment zunimmt, ist es möglich, die
Aufmerksamkeit des Fahrers besser zu erwecken.
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Das
so aufgebaute System zum Steuern/Regeln der Lenkung eines Fahrzeugs
(10) umfaßt
somit: einen Aktuator (Elektromotor 38), der angetriebene
Räder (32)
des Fahrzeugs lenkt; Fahrzustand-Erfassungsmittel (Gierratensensor 82,
Radgeschwindigkeitssensoren 46, 50, Lenkwinkelsensor 44,
SAS ECU 74, S10) zum Erfassen von Fahrzuständen des
Fahrzeugs einschließlich
zumindest eines Drehverhaltens des Fahrzeugs (Gierrate γ), einer
Geschwindigkeit des Fahrzeugs (V) und eines Lenkwinkels des Fahrzeugs
(θ); Lenkdrehmomenterfassungsmittel
(Drehmomentsensor 42, SAS ECU 74, S10) zum Erfassen
eines vom Fahrzeugfahrer eingegebenen Lenkdrehmoments (τh); Straßenerfassungsmittel
(CCD-Kamera 64, Bildbearbeitungs-ECU 68, SAS ECU 74,
S10) zum Erfassen einer vor dem Fahrzeug liegenden Straße, auf
der Fahrzeug fährt;
Soll-Fahrzeugdrehverhalten-Bestimmungsmittel (SAS ECU 74,
S12) zum Bestimmen eines gewünschten
Drehverhaltens des Fahrzeugs (gewünschte Gierrate γm) auf der
Basis zumindest des erfaßten
Lenkwinkels und der erfaßten
Fahrgeschwindigkeit unter Verwendung eines vorbestimmten Modells;
Hilfsdrehmoment-Bestimmungsmittel (SAS ECU 74, S14 bis
S38) zum Bestimmen eines Fehlers (Δγ) zwischen dem gewünschten
Fahrzeugdrehverhalten und dem erfaßten Fahrzeugdrehverhalten
und zum Bestimmen eines Hilfsdrehmoments (TLK) auf der Basis des
bestimmten Fehlers, um zu bewirken, daß das Fahrzeug entlang der
Straße fährt; und
Stellgrößen-Bestimmungsmittel
(EPS ECU 76) zum Bestimmen einer Stellgröße zur Anlage
an dem Aktuator auf der Basis des bestimmten Hilfsdrehmoments. Das
System umfaßt
hierbei: Straßenzustandsinformations-Ausgabemittel
(Navigationsinformation 88) zur Ausgabe von Information
von Zuständen
der Straße
einschließlich
zumindest einer Krümmung
der Straße;
und Lenkwinkelkorrekturmittel (SAS ECU 74, S12) zum Korrigieren
des erfaßten Lenkwinkels
(θ) auf
der Basis der erfaßten
Straße und
der ausgegebenen Information der Zustände der Straße; und
wobei das Soll-Fahrzeugdrehverhalten-Bestimmungsmittel das gewünschte Drehverhalten
des Fahrzeugs auf der Basis zumindest des korrigierten Lenkwinkels
(θ) und
der erfaßten
Fahrgeschwindigkeit (V) unter Verwendung des vorbestimmten Modells
bestimmt.
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Bevorzugt
umfaßt
das Hilfsdrehmoment-Bestimmungsmittel: Fehlerbestimmungsmittel (SAS ECU 74,
S22) zur Bestimmung, ob der bestimmte Fehler einen negativen Wert
hat; und Drehmomentbestimmungsmittel (SAS ECU 74, S24)
zur Bestimmung, ob das erfaßte
Lenkdrehmoment (τh)
ein vorbestimmtes erstes Drehmoment (τhref1) überschreitet; und wobei es
das Hilfsdrehmoment auf null setzt, wenn entschieden wird, daß der bestimmte
Fehler einen negativen Wert hat, und entschieden wird, daß das erfaßte Lenkdrehmoment
ein vorbestimmtes erstes Drehmoment überschreitet (SAS ECU 74,
S26).
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Bevorzugt
umfaßt
das Hilfsdrehmoment-Bestimmungsmittel ferner: ein zweites Fehlerbestimmungsmittel
(SAS ECU 74, S16) zur Bestimmung, ob der bestimmte Fehler
(Δγ) als Absolutwert
einen Referenzwert (γref) überschreitet;
und das das Hilfsdrehmoment auf null setzt, wenn entschieden wird, daß der bestimmte
Fehler einen negativen Wert hat, entschieden wird, daß das erfaßte Lenkdrehmoment das
vorbestimmte erste Drehmoment überschreitet, und
entschieden wird, daß der
bestimmte Fehler als Absolutwert den Referenzwert überschreitet
(SAS ECU 74, S22, S24, S26).
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Erfindungsgemäß umfaßt das Hilfsdrehoment-Bestimmungsmittel:
ein Fehlerbestimmungsmittel (SAS ECU 74, S22) zur Entscheidung,
ob der bestimmte Fehler einen negativen Wert hat; ein Drehmomentbestimmungsmittel
(SAS ECU 74, S28) zur Entscheidung, ob das erfaßte Lenkdrehmoment (τh) ein vorbestimmtes
zweites Drehmoment (ohref2) überschreitet;
ein Zeitmeßmittel
(SAS ECU 74, S18, S22, S28), um die Messung des Zeitablaufs
zu beginnen, wenn entschieden wird, daß der bestimmte Fehler einen
negativen Wert hat, und entschieden wird, daß das erfaßte Lenkdrehmoment kleiner
oder gleich dem vorbestimmten zweiten Drehmoment ist; ein Zeitbestimmungsmittel
(SAS ECU 74, S32) zur Bestimmung, ob die gemessene Zeit
(T1) eine vorbestimmte erste Zeit (Tref1) überschreitet; und ein Alarmmittel
(SAS ECU 74, S34) zur Alarmierung des Fahrzeugfahrers,
wenn entschieden wird, daß die gemessene
Zeit die vorbestimmte erste Zeit überschreitet.
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Bevorzugt
umfaßt
das Hilfsdrehmoment-Bestimmungsmittel ferner: ein Lenkwinkelbestimmungsmittel
(SAS ECU 74, S30) zur Bestimmung, ob der Lenkwinkel (Θ) einen
vorbestimmten Lenkwinkel (Θref) überschreitet;
wobei das Zeitmeßmittel
die Messung des Zeitablaufs beginnt, wenn entschieden wird, daß der bestimmte
Fehler einen negativen Wert hat, entschieden wird, daß das erfaßte Lenkdrehmoment
kleiner oder gleich dem vorbestimmten zweiten Drehmoment ist, und
entschieden wird, daß der Lenkwinkel
den vorbestimmten Lenkwinkel überschreitet
(SAS ECU 74, S22, S28, S30).
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Bevorzugt
umfaßt
das Hilfsdrehmoment-Bestimmungsmittel ferner: ein Fehlerbestimmungsmittel (SAS
ECU 74, 316) zur Unterscheidung, ob der bestimmte
Fehler (☐y) als Absolutwert einen Referenzwert (yref) überschreitet;
wobei das Zeitmeßmittel
die Messung des Zeitablaufs beginnt, wenn entschieden wird, daß der bestimmte
Fehler keinen negativen Wert hat, entschieden wird, daß das erfaßte Lenkdrehmoment
kleiner oder gleich dem vorbestimmten zweiten Drehmoment ist, und
entschieden wird, daß der
bestimmte Fehler als Absolutwert den Referenzwert überschreitet
(SAS ECU 74, S22, S28, S16).
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Bevorzugt
umfaßt
das Hilfsdrehmoment-Bestimmungsmittel ferner: ein zweites Drehmomentbestimmungsmittel
(SAS ECU 74, S24) zur Bestimmung, ob das erfaßte Lenkdrehmoment
(τh) ein
vorbestimmtes Drehmoment (τhref1) überschreitet;
wobei das Zeitmeßmittel
die Messung des Zeitablaufs beginnt, wenn entschieden wird, daß der bestimmte Fehler
einen negativen Wert hat, entschieden wird, daß das erfaßte Lenkdrehmoment kleiner
oder gleich dem vorbestimmten zweiten Drehmoment ist, und entschieden
wird, daß das
erfaßte
Lenkdrehmoment das vorbestimmte Drehmoment nicht überschreitet (SAS
ECU 74, S22, S28, S24).
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Bevorzugt
umfaßt
das Hilfsdrehmoment-Bestimmungsmittel ferner: ein zweites Zeitbestimmungsmittel
(SAS ECU 74, S36) zur Bestimmung, ob die gemessene Zeit
(T2) eine vorbestimmte zweite Zeit (Tref2) überschreitet; wobei es das
Hilfsdrehmoment auf null setzt, wenn entschieden wird, daß die gemessene
Zeit die vorbestimmte zweite Zeit überschreitet (SAS ECU 74,
S26).
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Bevorzugt
alarmiert das Alarmmittel den Fahrzeugfahrer, wenn entschieden wird,
daß die
gemessene Zeit (T2) die vorbestimmte zweite Zeit (Tref2; SAS ECU 74,
S38) überschreitet.
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Bevorzugt
wird das Fahrzeugdrehverhalten durch eine Gierrate des Fahrzeugs
(γ) bezeichnet.
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Obwohl
das Fahrzeugdrehverhalten durch die Gierrate bestimmt wird, kann
es auch durch den Lenkwinkel bestimmt werden.
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Obwohl
in der obigen Ausführung
die EPS ECU 76 das Servolenkhilfsdrehmoment TPS bestimmt
oder berechnet, kann stattdessen auch die SAS ECU 74 diese
Bestimmung oder Berechnung durchführen. Obwohl an dem Fahrzeug 10 verschiedene
Sensoren angeordnet sind, können
diejenigen Sensoren, die nicht zum Erzielen der erfindungsgemäßen Wirkung
nötig sind,
weggelassen werden.
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Der
Lenkwinkelsensor 44 und andere Sensoren können anders
ausgeführt
sein als oben beschrieben, und ihre Anordnungsstellen können so gewählt werden,
daß sie
die erforderlichen Werte ausgeben.
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Die
Erfindung betrifft ein System zur Lenksteuerung eines Fahrzeugs,
mit einem Elektromotor zur Servolenk-Hilfsdrehmomentsteuerung. Das
System besitzt ein Navigationssystem, dessen Ausgabe zur Korrektur
des vom Fahrzeugfahrer eingegebenen erfaßten Lenkwinkels verwendet
wird. Eine gewünschte
Gierrate wird auf der Basis des korrigierten Lenkwinkels und der
erfaßten
Fahrgeschwindigkeit unter Verwendung eines Gierratenmodells bestimmt, wodurch
die Fahrbahnhalte-Lenkhilfsdrehmoment-Steuerung in besser geeigneter
Weise durchgeführt
werden kann. Wenn ferner der Fahrzeugfahrer den Wunsch ausdrückt, das
Fahrzeug selbst zu lenken, beispielsweise um ein auf der Fahrbahn
befindliches Hindernis zu vermeiden, wird die Steuerung unterbrochen,
um den Wünschen
des Fahrzeugfahrers nachzukommen. Ferner überwacht das System die Lenkung
durch den Fahrzeugfahrer, um zu verhindern, daß sich der Fahrzeugfahrer in
zu starkem Ausmaß auf
die Lenkhilfssteuerung verläßt.