DE3300640C2 - - Google Patents
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- B60W10/20—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of steering systems
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Lenken von
Kraftfahrzeugen, mit den Merkmalen des Oberbegriffes von
Patentanspruch 1.
Lenkeinrichtungen für Kraftfahrzeuge, deren manuell betä
tigbaren Lenkvorrichtung für die Vorderräder eine in Ab
hängigkeit mindestens einer aus dem Fahrzustand resultie
renden Steuergröße aktiv werdende Stellvorrichtung zum
lenkenden Ansteuern der Hinterräder bei Lenkvorgängen zu
geordnet ist, sind bekannt.
Bei der Einrichtung gemäß DE-OS 31 33 985 ist die die
Hinterräder lenkende Stellvorrichtung über einen Sensor
ansteuerbar, der eine seitliche Beschleunigung oder eine
Gierwinkelgeschwindigkeit feststellt und in entsprechende
Steuersignale umsetzt.
Zweck dieser Lenkeinrichtung ist es, Änderungen des Kur
venverhaltens zu verringern, die normalerweise bei Be
schleunigung und Verzögerung in der Kurve erzeugt werden.
Bei einem Lenksystem gemäß DE-OS 31 45 618 erfolgen die
Lenkbewegungen der Hinterräder in Abhängigkeit von der
manuellen Betätigung der den Vorderrädern zugeordneten
Lenkvorrichtung über eine elektrische Steuereinheit, die
von einem Fahrgeschwindigkeitssensor und von einem Lenk
rad-Lenkwinkel-Sensor Eingangssignale erhält. Anhand die
ser Signale erzeugt die Steuereinheit ein Lenkwinkel-
Steuersignal zur Durchführung von Lenkbewegungen an den
Hinterrädern.
Aufgabe dieses Lenksystems ist es, das Verhältnis zwischen
Vorderrad- und Hinterrad-Lenkwinkel mit der Fahrgeschwin
digkeit gemäß einer vorbestimmten, funktionellen Beziehung
zu verändern, um dadurch den Abgleichwinkel des Fahrzeuges
zu eliminieren und eine übermäßige Untersteuerung während
des Bremsens zu vermeiden.
Bei der Lenkeinrichtung gemäß JP-Abstract 56-1 67 562 wird
der Einschlagwinkel der Hinterräder in Abhängigkeit von
der Fahrgeschwindigkeit verändert, um die Manövrierbarkeit
des Kraftfahrzeuges bei kleiner Geschwindigkeit zu ver
bessern. Dies geschieht über eine Stellvorrichtung, die
durch eine Kontrollvorrichtung ansteuerbar ist, der über
einen Geschwindigkeitssensor entsprechende Signale zuge
führt werden, und mit der dabei die Hinterräder gleichsinnig zu den
Vorderrädern eingeschlagen werden.
Schließlich ist aus DE-OS 31 24 821 ein Verfahren zum
Lenken eines Radfahrzeuges bekannt, bei dem, analog zu den
im Oberbegriff des Patentanspruches 1 aufgeführten Merk
malen einer Lenkeinrichtung, gleichfalls geregelte Lenk
bewegungen der Hinterräder mittels einer Stellvorrichtung
bewerkstelligt werden.
Diese Hinterrad-Lenkbewegungen erfolgen bei Lenkvorgängen
in Abhängigkeit von einer Steuergröße, die aus der aus dem
Fahrzustand erwachsenden Querbeschleunigung resultiert.
Mit Hilfe dieses Verfahrens soll die Spurtreue des gesam
ten Fahrzeuges bei Kurvenfahrt wesentlich verbessert und
eine Seitenbewegung desselben verhindert werden. Dadurch
ist sichergestellt, daß sich das Fahrzeug tangential zu
einem Wendekreis bewegt.
Bei diesem Verfahren sind hierzu die Vorderräder durch
eine mechanisch betätigbare und die Hinterräder durch eine
hydraulisch ansteuerbare Lenkeinrichtung lenkbar und beide
Lenkeinrichtungen sind ständig miteinander derart gekop
pelt, daß der Lenkeinschlagwinkel der Hinterräder dem
Lenkeinschlagwinkel der Vorderräder mit einem bestimmten
Proportionalitätsverhältnis nachgebildet wird.
Mit diesem bekannten Lenkverfahren ist es jedoch nicht
möglich, bei Kurvenfahrt im Augenblick des Erreichens der
Kraftschlußgrenze das Ausbrechen des Fahrzeuges zu ver
hindern. Dies bedeutet, daß das Fahrzeug ab diesen Moment
keine Stabilitätsreserve mehr hat.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine
Lenkeinrichtung in einer Ausbildung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1 so weiterzubilden, daß sich das
betreffende Kraftfahrzeug bei Kurvenfahrten bei Erreichen
eines quasi instabilen Fahrzustandes im Zeitpunkt des
Ausbrechens selbsttätig wieder fängt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich
nenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Damit schafft die Erfindung in diesem Zeitpunkt eine Sta
bilitätsreserve, indem über die erst ab diesem Zeitpunkt
unabhängig vom Lenkeinschlag der Vorderräder erfolgende,
geregelte Ansteuerung der Hinterräder durch die Stellvor
richtung die Kraftschlußgrenze in Richtung "sicher" ver
schoben wird. Erreicht wird dies bei einer Tendenz zur
Überschreitung der momentanen Kraftschlußgrenze durch ei
nen über die Stellvorrichtung veranlaßten, von der Vor
derachslenkung völlig unabhängigen Lenkvorgang an den
Hinterrädern, wodurch augenblicklich ein gegenüber dem
Radius der Fahrzeugbahnkurve größerer Radius angesteuert
wird.
Hieraus resultiert zwar eine vom Fahrer ungewollte Fahrt
richtungsänderung im Sinne einer Untersteuerung, die ihm
bewußt macht, daß er nicht an, sondern bereits auf der
Stabilitätsgrenze gefahren ist. Diese Information quit
tiert dann der Fahrer instinktiv mit einer entsprechenden
Lenkraddrehung zur Kurskorrektur, wobei sich in diesem
Zeitpunkt das Fahrzeug bereits wieder in stabilem Fahrzu
stand befindet.
Die erfindungsgemäße Lenkeinrichtung übernimmt somit eine
vom Fahrer zur Fahrzeugstabilisierung überhaupt nicht
ausführbare Lenkoperation, da die Notwendigkeit ihrer
Durchführung erst in dem Augenblick einer Bewegungsphase
des Kraftfahrzeuges erkannt werden könnte, in welchem es
für eine entsprechende Reaktion des Fahrers bereits zu
spät wäre.
Der Fahrer wird somit in Grenzsituationen der Fahrstabi
lität durch die Lenkeinrichtung gewissermaßen entmündigt,
wobei ihm aber die Lenkfähigkeit der Vorderräder zur
Durchführung der nach der automatisch erfolgten Hinter
radlenkbewegung erforderlich werdenden Kurskorrektur voll
erhalten bleibt.
Bei einer notwendig werdenden Kurskorrektur können dabei
in die den Lenkeinschlag der Hinterräder bestimmende
Steuergröße einzelne oder in Kombination mehrere Parameter
eingehen.
Bevorzugt wird man dabei die Hinterräder durch die Stell
vorrichtung bei einer von der Fahrgeschwindigkeit abwei
chenden Radumfangsgeschwindigkeit ansteuern.
Bei einer zur Fahrgeschwindigkeit größeren Umfangsge
schwindigkeit der Hinterräder ist es hierbei vorteilhaft,
wenn durch die Stellvorrichtung eine Regelvorrichtung zur
Vortriebsverminderung ansteuerbar und demgemäß mit einem
gezielten Eingriff in den Antriebsstrang gekoppelt ist.
Um der Lenkeinrichtung durch Ankoppeln eines Nachläufers,
beispielsweise eines Wohnwagens, die hierfür anzupassenden
Funktionen automatisch aufzuprägen, ist es vorteilhaft,
wenn der Ankopplungsvorgang (Schließen des Verbindungs
steckers und ggf. Wirkung der Deichsellast) durch einen
Prozeßrechner selbsttätig identifizierbar ist.
Der Erfindung kommt bei allradgetriebenen Kraftfahrzeugen
besondere Bedeutung zu. Bei solchen Fahrzeugen kommt es bei
Überschreiten der Kraftschlußgrenze gleichzeitig an allen
Rädern zu einem unkontrollierbaren Ausbrechen des Fahr
zeuges, d. h. es schiebt über alle vier angetriebenen Räder
nach außen.
Für diesen speziellen Fall bietet die erfindungsgemäße,
nur an der Kraftschlußgrenze erfolgende, geregelte Lenk
bewegung der Hinterräder unabhängig von der Lenkbewegung
der Vorderräder die einzig verbleibende Möglichkeit eines
Wiederstabilisierens des Fahrzeuges.
Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung bei
spielsweise das Fahrwerk eines Personenkraftwagens. Bei
diesem sind sämtliche Räder mit Hilfe einer
erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung unabhängig von der ma
nuell zu betätigenden Fahrzeuglenkung, beispielsweise in
Abhängigkeit von fahrdynamischen Steuergrößen sowie Fahr-
und Straßenzustandsgrößen zur Erzielung optimalen Fahr-
und Manövrierverhaltens zu einer individuellen Änderung
ihres Einschlagwinkels bzw. zu einer von der Radlenkung
unabhängig durchführbaren Lenkbewegung ansteuerbar.
Die Vorderräder des Pkws sind mit 10 und 12, die Hinter
räder mit 14 und 16 bezeichnet.
Jede Radaufhängung beider Achsen ist mit einem Radstell
mechanismus 18 einer Stellvorrichtung 19 zur durch die
oben erwähnten Steuergrößen veranlaßten Änderung des Rad
einschlagwinkels ausgestattet. Diesem Radstellmechanismus
18 sind von einem an Bord des Pkws gegebenenfalls ohnehin
vorhandenen Prozeßrechner 20 erzeugte Steuersignale zur
zusätzlichen Verstellung der Räder 10, 12, 14 und 16 um
ihre Lenkachse zuführbar.
Um diese Steuersignale zu erhalten, werden im Prozeßrech
ner 20 diesem hauptsächlich während der Fahrt zugeführte
Eingangsinformationen verarbeitet, die von einer Vielzahl
von am Fahrzeug installierten Meßfühlern 22 erfaßt werden.
Dabei werden analoge oder digitale Eingangsinformationen
vorzugsweise gleichzeitig über eine Vielzahl von Parame
tern zugeführt, von denen sich eine Auswahl bezieht auf
Fahrgeschwindigkeit v; Gierwinkelgeschwindigkeit v g ;
Querbeschleunigung b q ; Längsbeschleunigung b l ; Lenkrad
drehwinkel α; Lenkradwinkelgeschwindigkeit v L ; Einschlag
winkel der Lenkung δ L ; Reifenzustand Rz; Beladungszustand
Zl, Drosselklappenstellung des Motorvergasers, Bremsdruck,
Raddifferenzdrehzahl, Anhängelasten.
Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, werden Vorder- und
Hinterräder 10, 12, 14 und 16 während des Fahrens durch
die Lenkeinrichtung willkürlich und unbeeinflußt von der
Handlenkung zusätzlich zu dem vom Fahrer über die Lenkung
veranlaßten Einschlagwinkel δ L₁, δ L₂ je Rad um unter
schiedlich große zusätzliche Einschlagwinkel δ₁, δ₂ bzw.
δ₃ und δ₄ verstellt, um zur Aufrechterhaltung eines opti
malen Fahrzustandes beispielsweise wirksam werdenden
Störkräften entgegenzuwirken und zwar bereits in einem
Zeitpunkt, in welchem der Fahrer bei solchen Fahrsituati
onen die ihm zugehenden, den sich ändernden Fahrzustand
signalisierenden Informationen wegen zu kurzer Reaktions
zeit noch gar nicht verarbeiten, geschweige denn entspre
chende Gegenmaßnahmen einleiten konnte.
Bei allen möglichen Fahrmanövern läßt sich dabei über die
Meßfühler 22 ein vom Beladungszustand unabhängiges Fahr
verhalten erzielen, indem durch die durch diese Meßfühler
22 dem Prozeßrechner 20 zugeführten Steuergrößen ein von
der Lenkung unabhängiges, zusätzliches Mitlenken der Räder
und somit aktive Sicherheit bei maximaler Ausnutzung des
Reibschlusses zwischen Reifen und Fahrbahndecke erreicht
wird.
Durch die Lenkeinrichtung wird ein Gewinn an aktiver Si
cherheit erreicht, indem sie es ermöglicht, einen in die
kritische Phase wechselnden Fahrzustand (Verlust der
Seitenführung) zu identifizieren und diesen instabilen
Fahrzustand durch entsprechende Beeinflussung der Hinter
radlenkung selbsttätig zu beseitigen.
Ist beispielsweise die momentane Raddrehzahl deutlich
größer als es der zugeordneten Fahrgeschwindigkeit ent
spricht, wird der Fahrzustand instabil, weil an den An
triebsrädern, infolge des starken Antriebsschlupfes, keine
ausreichende Seitenkraft übertragen werden kann. In diesem
Falle werden unabhängig von der Gaspedalstellung der Win
kel der Vergaserdrosselklappe des Fahrzeugmotors reduziert
und gleichzeitig die Kennlinienparameter der Hinterrad
lenkung so geändert, daß eine beginnende Schleuderbewe
gung, ohne daß der Fahrer hierzu eingreifen muß, abgefan
gen wird.
Ist hingegen die momentane Drehzahl mit Bezug auf die au
genblickliche Fahrgeschwindigkeit kleiner, deutet sich an
den freirollenden Rädern gleichfalls Verlust an Seiten
führungskraft an, was sich besonders an den kurveninneren
Rädern infolge der Radlastreduzierung zeigen wird. In
diesem Falle wird das Ausbrechen des Fahrzeuges durch ei
nen unabhängig von Lenkbewegungen des Fahrers über die
Stellvorrichtung 19 veranlaßten gleichsinnigen
Hinterradeinschlag verhindert. Zwar resultiert hieraus eine
Kursabweichung; diese kann jedoch vom Fahrer innerhalb der
üblichen Reaktionszeit leicht wieder ausgeregelt werden,
weil er in diesem Falle das zum Untersteuern tendierende
Fahrzeug lediglich in die Kurve hineinzulenken hat.
Das Erfassen und Ausschalten eines kritischen Fahrzu
standes läßt sich mit Hilfe der die zu überlagernden
Steuerbewegungen erzeugenden Komponenten der Lenkeinrich
tung beispielsweise folgendermaßen realisieren:
- 1. Berechnung des momentanen Drehpols der Fahrzeug bahnkurve aus den momentanen mittleren Einschlägen der Vorder- und Hinterräder.
- 2. Bestimmung der theoretischen Raddrehzahlen aus dem berechneten momentanen Kurvenradius und der momen tanen Fahrgeschwindigkeit.
- 3. Vergleich der wirklichen mit den theoretischen Raddrehzahlen.
Des weiteren bietet die Lenkeinrichtung die Möglichkeit
einer Beeinflussung der Fahrdynamik von Gespannen.
In Abhängigkeit von den durch die Bewegungsgrößen des
Fahrzeuges und durch die Lenkbewegungen des Fahrers be
stimmten Erfordernissen beim Gespannbetrieb wird der
Lenkeinrichtung die entsprechende Lenkcharakteristik zu
geordnet. Dabei sind speziell für das aerodynamische Ver
halten von Wohnwagen-Gespannen und das Bremsen in der
Kurve durch die mögliche aktive Ansteuerung der
Hinterradlenkung deutliche Verbesserungen der Fahrdynamik
gewährleistet.
Die Radmechanismen 18 der Stellvorrichtung 19 zur zusätz
lichen Radverstellung können beispielsweise hydraulische
Stellglieder, Stellzylinder oder Hydraulikmotoren bilden.
Dabei kann für die Räder 10 und 12, bzw. 14 und 16 jeder
Achse auch nur ein einziger Stellmechanismus vorgesehen
sein. In diesem Falle sind die Räder, wie üblich, über
Spurstangen und Lenker miteinander zu koppeln.
Des weiteren können die Radstellmechanismen 18 zur zu
sätzlichen Verstellung der Einschlagwinkel als
Servomechanismen ausgelegt sein, die die Geometrie der
Radaufhängung verändern. So können beispielsweise Drei
eckslenker mit verstellbaren Schenkellängen vorgesehen
sein.
Es können schließlich auch elektromotorisch betriebene
Stellglieder Einsatz finden.
Dabei ist klar, daß die erfindungsgemäße Lenkeinrichtung
gleich vorteilhaft sowohl in Personenkraftwagen als auch
bei Lastkraftwagen, Omnibussen und Spezialfahrzeugen An
wendung finden kann.
Claims (4)
1. Einrichtung zum Lenken von Kraftfahrzeugen mit minde
stens zwei Fahrzeugachsen, mit einer manuell betätigbaren
Lenkvorrichtung zum Lenken der Vorderräder und mit einer
Stellvorrichtung zur Durchführung geregelter, bei Lenk
vorgängen erfolgender Lenkbewegungen an den Hinterrädern
in Abhängigkeit von einer zumindest aus der vom Fahrzu
stand erwachsenden Querbeschleunigung resultierenden
Steuergröße,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hinterräder (14, 16) bei Erreichen der Kraft
schlußgrenze durch die Stellvorrichtung (19), unabhängig
von Lenkbewegungen der Vorderrad-Lenkvorrichtung, ansteu
erbar sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hinterräder (14, 16) durch die Stellvorrichtung
(19) bei einer von der Fahrgeschwindigkeit abweichenden
Radumfangsgeschwindigkeit ansteuerbar sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch die Stellvorrichtung (19) bei einer zur Fahrge
schwindigkeit größeren Umfangsgeschwindigkeit der Hinter
räder (14, 16) eine Regelvorrichtung zur Vortriebsvermin
derung ansteuerbar ist.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ankoppeln eines Anhängers an das Kraftfahrzeug zur
Anpassung der die Stellvorrichtung (19) ansteuernden
Steuergröße an die veränderten Lastbedingungen durch einen
Prozeßrechner (20) selbsttätig identifizierbar ist.
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ID=6188019
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19833300640 Granted DE3300640A1 (de) | 1983-01-11 | 1983-01-11 | Zusatzlenkung fuer mehrachsige fahrzeuge, insbesondere personenkraftwagen |
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