DE3532247C2 - - Google Patents
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- DE3532247C2 DE3532247C2 DE3532247A DE3532247A DE3532247C2 DE 3532247 C2 DE3532247 C2 DE 3532247C2 DE 3532247 A DE3532247 A DE 3532247A DE 3532247 A DE3532247 A DE 3532247A DE 3532247 C2 DE3532247 C2 DE 3532247C2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D7/00—Steering linkage; Stub axles or their mountings
- B62D7/06—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins
- B62D7/14—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering
- B62D7/15—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels
- B62D7/159—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels characterised by computing methods or stabilisation processes or systems, e.g. responding to yaw rate, lateral wind, load, road condition
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Description
Die Erfindung betrifft ein Lenksteuersystem für ein lenkbares Fahrzeug
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einem herkömm
lichen Kraftfahrzeug, welches eine lediglich mecha
nische Lenkung aufweist, werden die Vorderräder entsprechend
der Verdrehung eines Lenkrades (Lenkeingangsgröße)
gelenkt. Eine dynamische veränderliche Größe, wie
z. B. die Gierungsrate, die der Steuereingangsgröße
entspricht, wird einheitlich durch die Konstruktion
des Fahrzeugs festgelegt. Für einen speziellen Fahr
zeugtyp sind daher die Lenkeigenschaf
ten die gleichen. Es ist praktisch unmöglich, ein
Limousinenfahrzeug mit den Eigenschaften eines Sport
wagens auszustatten, ohne die Fahrzeugkonstruktion
drastisch zu ändern.
Ein bei Wettkämpfen verwendetes Fahrzeug, beispiels
weise ein Rallye-Fahrzeug, muß höhere Beschleunigungs
möglichkeiten und gleichzeitig auch ein höheres Lenkansprech
verhalten zeigen. Diese beiden Anforderungen
sind aber einander entgegenlaufend, weil Verbesse
rungen der Beschleunigung durch Vergrößern des Mo
tors unweigerlich die Lenkeigenschaften des Fahr
zeugs herabsetzt, weil dadurch das Fahrzeugge
wicht ansteigt.
Ein Lenksteuersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1
ist mit der DE 31 45 618 A1 bekannt geworden. Bei dieser
bekannten Lenksteuervorrichtung wird das Hinterradpaar um
einen Winkel ausgelenkt, der in einem bestimmten Verhältnis
zu einem Winkel steht, um den das Vorderradpaar ausgelenkt
wird. Das Verhältnis der beiden Winkel ist von der
Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig und wird auf der Grundlage
bestimmter Parameter errechnet.
Die DE-OS 23 22 062 beschreibt eine Lenkeinrichtung für
Fahrzeuge, bei der zur Einstellung des Lenkwinkels die
tatsächlich ermittelte Querbeschleunigung mit einer
theoretisch ermittelten Querbeschleunigung verglichen wird.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Lenksteuersystem zu schaffen, welches ohne Beschränkung
durch die Fahrzeugkonstruktion einem Fahrzeug die
gewünschten Lenkeigenschaften verleihen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des
Anspruches 1 gelöst.
Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele
weiter erläutert und beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Lenksteuer
systems gemäß einem ersten Ausführungsbei
spiel nach der Erfindung,
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht der Anordnung
des Lenkkontrollsystems gemäß dem ersten Aus
führungsbeispiel,
Fig. 3 zeigt einen Teilschnitt durch die Lenkregler
und die in Fig. 2 gezeigten Betätigungsele
mente für Vorder- und Hinterräder,
Fig. 4 zeigt in einem Flußdiagramm das bei dem ersten
Ausführungsbeispiel verwendete Programm,
Fig. 5 bis 8 sind Diagramme, die die Lenkansprecheigen
schaften des mit einem System gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel versehenen Fahrzeugs wieder
geben,
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm eines Lenksteuer
systems nach einem zweiten Ausführungsbei
spiel der Erfindung,
Fig. 10 ist ein Flußdiagramm, welches das bei dem
zweiten Ausführungsbeispiel verwendete Pro
gramm zeigt,
Fig. 11 bis 14 zeigen Diagramme der Lenkansprechcharakte
ristiken eines Fahrzeugs, welches mit dem
Lenksteuersystem gemäß dem zweiten Ausfüh
rungsbeispiel ausgestattet ist,
Fig. 15 zeigt in einer schematischen Ansicht eine
abgewandelte Anordnung des Steuersystems nach
dem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 16 zeigt in einem Blockdiagramm eine Lenksteuer
einrichtung gemäß einem dritten, erfindungs
gemäßen Ausführungsbeispiel und
Fig. 17 zeigt in einem Flußdiagramm das beim dritten
Ausführungsbeispiel verwendete Programm.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in
den Fig. 1 bis 4 dargestellt. Wie in Fig. 1 zu
erkennen ist, besitzt das Steuersystem zur Lenkung
eines gesteuerten Fahrzeugs bei diesem ersten Aus
führungsbeispiel eine Einrichtung 100, mit der die
Lenkeingabegröße, wie z. B. der Lenkeingabewinkel RS
des Steuerrades des Fahrzeuges erfaßt wird. Des weite
ren ist eine Einrichtung 101 vorhanden, mit der die
Geschwindigkeit V des Fahrzeuges gemessen wird, sowie
eine Einrichtung 102, mit der eine Sollgröße M
wenigstens einer dynamischen Variablen, beispielsweise
der Gierungsbeschleunigung und der Zentripetalbe
schleunigung, festgelegt werden kann. Des weiteren ist
eine Einrichtung 103 vorhanden, die den Solleinschlag
winkel der Vorderräder des gesteuerten Fahrzeugs fest
legt sowie den Sollwert für den Einschlagwinkel der
Rückräder. Außerdem sind eine Lenkbetätigungseinrich
tung 104a für die Vorderräder und eine Lenkbetätigungsein
richtung 104b für die Rückräder vorhanden.
Im folgenden werden die Soll-Größen auch mit "gewünschte" oder
"angestrebte" Größen und die Ist-Größen auch mit "momentane" oder
"tatsächliche" Größen bezeichnet.
Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, besteht die Einrich
tung 100 aus einem Lenkwinkelsensor 2, der die Win
kelverdrehung des Steuerrades 8 des gesteuerten Fahr
zeugs mißt. Die Einrichtung 100 besteht aus einem Ge
schwindigkeitssensor 3. Der Mikrocomputer 1 übernimmt
sowohl die Aufgaben der Einrichtung 102 als auch die
der Einrichtung 103.
Der Mikrocomputer 1 nimmt die erfaßte Lenkeingabe
größe und die gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit von
dem Sensor 2 bzw. dem Sensor 3 auf und errechnet
die gewünschten Größen M und die gewünschten Größen
und R.
Die Vorderradsteuerbetätigungseinrichtung 104a be
sitzt einen Vorderradsteuerregler 4 und ein hydrau
lisches Betätigungsglied 6 zur Lenkung der Vorder
räder 9 und 10 des Fahrzeugs. Die Betätigungseinrich
tung 104b zur Steuerung der Hinterräder umfaßt einen
Regler 5 und ein hydraulisches Betätigungselement 7
für die Lenkung der hinteren Räder 11 und 12.
Fig. 3 zeigt die aus dem Regler 4 und dem hydrau
lichen Betätigungsglied 6 bestehende Betätigungs
einrichtung 104a zur Lenkung des Vorderrades.
Auch die Betätigungseinrichtung 104b für die Hinter
räder ist in dieser Figur dargestellt und besteht aus
denselben Bauteilen, die entsprechend mit 5 und 7
bezeichnet sind. Die Einrichtungen 104a und 104b sind
miteinander im wesentlichen identisch. Jedes hydrau
lische Betätigungsglied 6 und 7 besitzt zwei Kolben
32 und 33 und eine Welle 31, deren jeweilige Enden
mit einem Kolben 32 bzw. 33 verbunden sind. Jedes
hydraulische Betätigungsglied 6 oder 7 lenkt die
Räder, indem die Welle 31 axial abhängig von der Öl
druckdifferenz zwischen rechter und linker Ölkammer
34 und 35 bewegt wird.
In einer mittleren Kammer 37 jedes Betätigungsgliedes
6 oder 7 sind Scheiben 38 und 39 lose auf der Welle
31 befestigt. Zwischen den Scheiben 38 und 39 ist
eine Feder 36 angeordnet, die die Scheiben auseinander
drückt. Die Feder 36 führt die Welle 31 in ihre neutrale
Stellung zurück, wenn der Öldruck in der rechten und linken
Kammer 34 und 35 abgebaut wird.
Die vorderen bzw. hinteren Lenkregler 4 und 5 be
sitzen jeweils einen Spulenantrieb 21, ein Steuer
ventil 22 eine Ölpumpe 26 und einen Ölbehälter 27.
Das Steuerventil 22 eines jeden Reglers 4 oder 5 be
sitzt Ölleitungen 28 und 29, die zu der linken bzw.
rechten Kammer 34 und 35 des hydraulischen Betätigungs
gliedes 6 oder 7 führen. Das Steuerventil 22 besitzt
weiterhin eine Spule 25, die die Durchflußrate des
Öls durch die Ölleitungen 28 und 29 steuert, indem
sie sich axial bewegt. An den linken und rechten En
den der Spule 25 sind jeweils linke und rechte elektro
magnetische Solenoide 23 und 24 angeordnet, so daß die
Spule 25 axial mit Hilfe der Solenoide 23 und 24
verschoben werden kann.
Der Solenoidtreiber 21, der Regler 4 oder 5 liefert
ein Stromsignal, welches proportional den angestrebten
Werten F oder R der Lenkwinkel für Vorder- und
Hinterräder ist. Diese Werte werden von dem Mikrocom
puter 1 errechnet und dann entweder auf das linke oder
rechte Solenoid 23 und 24 entsprechend der gewünschten
Lenkrichtung gegeben.
Fig. 4 zeigt das Programm, nach dem der Mikrocomputer
1 arbeitet. Zu Beginn wird ein Schalter angeschaltet
und der Mikrocomputer 1 mit Spannung versorgt. Der Mikro
computer 1 wiederholt dann das Programm regelmäßig in
bestimmten Zeitintervallen Δt.
Im Schritt 41 der Fig. 4 liest die Zentralrechner
einheit (CPU) des Mikrocomputers 1 den momentanen
Wert der erfaßten Lenkeingabegröße RS und den mo
mentanen Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit V, die
als Eingabe dem Computer 1 jeweils von dem Lenk
winkelsensor 2 und dem Fahrzeuggeschwindigkeits
sensor 3 eingegeben werden.
Im Schritt 42 liest die CPU-Einheit die Daten, wie
sie für ein Fahrzeug mit den angestrebten Eigen
schaften typisch sind und die in einem Speicher
abgespeichert sind, ein. Das angestrebte Fahrzeug
ist nicht dasselbe wie das gesteuerte Fahrzeug,
auf welchem das Lenksteuersystem befestigt ist.
Beispielsweise besitzt das gewünschte bzw. ange
strebte Fahrzeug die Eigenschaften eines Sport
wagens, während das tatsächlich gesteuerte Fahr
zeug eine Limousine ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Daten des
gewünschten Fahrzeugs die folgenden:
IZ1=Trägheitsgiermoment des gewünschten Fahr zeugs,
M₁=Fahrzeugmasse des gewünschten Fahrzeugs,
L₁=Basisabstand der Räder des gewünschten Fahr zeugs,
LF1=Abstand zwischen der Vorderachse und dem Schwerpunkt des gewünschten Fahrzeugs,
LR1=Abstand zwischen Hinterachse und dem Schwer punkt des gewünschten Fahrzeugs,
IK1=Trägheitsmoment um einen Achsbolzen des ge wünschten Fahrzeugs,
KS1=Lenkungssteifheit des gewünschten Fahrzeugs,
DK1=Zähigkeitskoeffizient des Lenksystems des ge wünschten Fahrzeugs,
ξ₁=Nachlauf des gewünschten Fahrzeugs,
N₁=Gesamtlenkübersetzungsverhältnis des gewünschten Fahrzeugs,
KF1=Seitenführungskraft für jedes Vorderrad des gewünschten Fahrzeugs,
KR1=Seitenführungskraft für jedes Hinterrad des gewünschten Fahrzeugs.
IZ1=Trägheitsgiermoment des gewünschten Fahr zeugs,
M₁=Fahrzeugmasse des gewünschten Fahrzeugs,
L₁=Basisabstand der Räder des gewünschten Fahr zeugs,
LF1=Abstand zwischen der Vorderachse und dem Schwerpunkt des gewünschten Fahrzeugs,
LR1=Abstand zwischen Hinterachse und dem Schwer punkt des gewünschten Fahrzeugs,
IK1=Trägheitsmoment um einen Achsbolzen des ge wünschten Fahrzeugs,
KS1=Lenkungssteifheit des gewünschten Fahrzeugs,
DK1=Zähigkeitskoeffizient des Lenksystems des ge wünschten Fahrzeugs,
ξ₁=Nachlauf des gewünschten Fahrzeugs,
N₁=Gesamtlenkübersetzungsverhältnis des gewünschten Fahrzeugs,
KF1=Seitenführungskraft für jedes Vorderrad des gewünschten Fahrzeugs,
KR1=Seitenführungskraft für jedes Hinterrad des gewünschten Fahrzeugs.
In der Stufe 43 führt der CPU des Mikrocomputers 1
Operationen durch, bei denen der gewünschte Wert
wenigstens einer der dynamischen Variablen bestimmt
wird. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel
bestimmt der CPU die gewünschten Werte für eine Gie
rungsbeschleunigung und eine Zentripetalkraft G (Zentri
petalbeschleunigung) indem er folgende Gleichungen
ausrechnet:
wobei folgendes gilt:
δF1=Lenkwinkel des Vorderrades des gewünschten Fahr zeugs (bei diesem Ausführungsbeispiel ist das ge wünschte Fahrzeug ein über zwei Räder gelenktes Fahrzeug),
=Gierungsgeschwindigkeit des gewünschten Fahrzeugs,
₁=Gierungsbeschleunigung des gewünschten Fahrzeugs,
₁=Geschwindigkeit des gewünschten Fahrzeugs entlang der Lateral- oder Y-Achse,
₁=Seitenschubbeschleunigung des gewünschten Fahr zeugs.
βF1=Schwimmwinkel der Vorderräder des ge wünschten Fahrzeugs,
βR1=Schwimmwinkel der Hinterräder des ge wünschten Fahrzeugs,
CF1=Kurvensteifigkeit für jedes Vorderrad des gewünschten Fahrzeugs,
CR1=Kurvensteifigkeit für jedes Hinterrad des gewünschten Fahrzeugs,
=einen gewünschten Wert für die Gierungsbeschleunigung,
G=einen gewünschten Wert für die Zentripetalbe schleunigung, und Querbeschleunigung.
δF1=Lenkwinkel des Vorderrades des gewünschten Fahr zeugs (bei diesem Ausführungsbeispiel ist das ge wünschte Fahrzeug ein über zwei Räder gelenktes Fahrzeug),
=Gierungsgeschwindigkeit des gewünschten Fahrzeugs,
₁=Gierungsbeschleunigung des gewünschten Fahrzeugs,
₁=Geschwindigkeit des gewünschten Fahrzeugs entlang der Lateral- oder Y-Achse,
₁=Seitenschubbeschleunigung des gewünschten Fahr zeugs.
βF1=Schwimmwinkel der Vorderräder des ge wünschten Fahrzeugs,
βR1=Schwimmwinkel der Hinterräder des ge wünschten Fahrzeugs,
CF1=Kurvensteifigkeit für jedes Vorderrad des gewünschten Fahrzeugs,
CR1=Kurvensteifigkeit für jedes Hinterrad des gewünschten Fahrzeugs,
=einen gewünschten Wert für die Gierungsbeschleunigung,
G=einen gewünschten Wert für die Zentripetalbe schleunigung, und Querbeschleunigung.
Die Gleichungen 1 bis 3 sind Bewegungsgleichungen
des gewünschten Fahrzeugs. Um diese Gleichungen
zu lösen, muß die CPU-Einheit des Mikrocomputers 1
in jedem Zeitintervall Δt vier Integrationen ausfüh
ren. Ein Integrationsverfahren wird abhängig von der
gewünschten Integrationsgenauigkeit gewählt. Z. B.
läßt sich ein Integrationsverfahren durch die fol
gende Gleichung ausdrücken:
A(t+Δt)=A(t)+Δt · (t)
Es kann auch das Runge-Kutta-Verfahren verwendet werden.
Auf diese Art und Weise legt die CPU-Einheit die ge
wünschten Werte der Gierungsbeschleunigung und
G der Zentripetal- und Querbeschleunigung fest. Die Größe
der Gierungsbeschleunigung und der Zentripetal- und Quer
beschleunigung des gewünschten Fahrzeugs entsprechen
den jeweiligen Werten der Lenkungsangabegröße RS
und Fahrzeuggeschwindigkeit V. Das Regelsystem ist
bei diesem Ausführungsbeispiel so festgelegt, daß
die so ermittelten gewünschten Werte G und G auch
für das gesteuerte Fahrzeug erhalten werden.
Im nächsten Schritt 44 liest die CPU-Einheit die Daten
des gesteuerten Fahrzeugs, die zuvor in dem Speicher
abgelegt worden sind. Diese Daten sind bei diesem
Ausführungsbeispiel die folgenden:
IZ2=Trägheitsgiermoment des gesteuerten Fahrzeugs,
M₂=Fahrzeugmasse des gesteuerten Fahrzeugs,
L₂=Basisabstand der Räder des gesteuerten Fahrzeugs,
LF2=Abstand zwischen der Vorderachse und dem Schwerpunkt des gesteuerten Fahrzeugs,
LR2=Abstand zwischen der Hinterachse und dem Schwerpunkt des gesteuerten Fahrzeugs,
KF2=Kurvensteifigkeit für jedes Vorderrad des ge steuerten Fahrzeugs,
KR2=Kurvensteifigkeit für jedes Hinterrad des ge steuerten Fahrzeugs.
IZ2=Trägheitsgiermoment des gesteuerten Fahrzeugs,
M₂=Fahrzeugmasse des gesteuerten Fahrzeugs,
L₂=Basisabstand der Räder des gesteuerten Fahrzeugs,
LF2=Abstand zwischen der Vorderachse und dem Schwerpunkt des gesteuerten Fahrzeugs,
LR2=Abstand zwischen der Hinterachse und dem Schwerpunkt des gesteuerten Fahrzeugs,
KF2=Kurvensteifigkeit für jedes Vorderrad des ge steuerten Fahrzeugs,
KR2=Kurvensteifigkeit für jedes Hinterrad des ge steuerten Fahrzeugs.
Im Schritt 45 errechnet die CPU-Einheit einen ge
wünschten Wert F für den Lenkwinkel der Vorder
räder und einen gewünschten Wert R für den Lenk
winkel der Hinterräder des gesteuerten Fahrzeugs
aus den Werten des gesteuerten Fahrzeugs und des
gewünschten Wertes Φ für die Gierungsbeschleuni
gung und des gewünschten Wertes G für die Zentri
petalbeschleunigung die in dem Schritt 43 errechnet
worden sind, mit Hilfe der folgenden Gleichungen:
dabei bedeutet:
CF2=Seitenführungskraft eines jeden Vorderrades des ge steuerten Fahrzeugs,
KR2=Seitenführungskraft eines jeden Hinterrades des ge steuerten Fahrzeugs,
βF2=Schwimmwinkel der Vorderräder des ge steuerten Fahrzeugs,
βR2=Schwimmwinkel der Hinterräder des ge steuerten Fahrzeugs,
=Gierungsgeschwindigkeit des gesteuerten Fahrzeugs,
₂=Quergeschwindigkeit des gesteuerten Fahrzeugs entlang seiner Lateral- oder Y-Achse.
CF2=Seitenführungskraft eines jeden Vorderrades des ge steuerten Fahrzeugs,
KR2=Seitenführungskraft eines jeden Hinterrades des ge steuerten Fahrzeugs,
βF2=Schwimmwinkel der Vorderräder des ge steuerten Fahrzeugs,
βR2=Schwimmwinkel der Hinterräder des ge steuerten Fahrzeugs,
=Gierungsgeschwindigkeit des gesteuerten Fahrzeugs,
₂=Quergeschwindigkeit des gesteuerten Fahrzeugs entlang seiner Lateral- oder Y-Achse.
Im Schritt 46 gibt die CPU-Einheit des Mikrocomputers 1
ein Signal an die Regler 4 und 5 ab, welches dem ge
wünschten Wert F bzw. R für den Lenkwinkel
der Vorderräder bzw. Hinterräder entspricht.
In Abhängigkeit dieser Signale des Mikrocomputers 1
führen die Regler 4 und 5 unter Druck stehende Flüssig
keit an die hydraulischen Betätigungsglieder 6 bzw. 7
für Vorder- und Hinterräder derart ab, daß die Vorder
räder 9 und 10 und die Hinterräder 11 und 12 ent
sprechend den gewünschten Werten F und R gelenkt
werden.
Auf diese Art und Weise wird die Gierungsbeschleuni
gung und Zentripetalbeschleunigung des gesteuerten
Fahrzeugs entsprechend auf die Werte des gewünschten
Fahrzeugs so eingestellt, daß das gesteuerte Fahr
zeug Fahr- bzw. Lenkeigenschaften hat, die identisch
mit denen des gewünschten Fahrzeugs sind. Wenn so
beispielsweise das gesteuerte Fahrzeug eine Limousine
und das gewünschte Fahrzeug ein Sportwagen ist, können
die Eigenschaften des gesteuerten Fahrzeugs so verändert
werden, daß es sich wie ein Sportwagen verhält, ohne
daß eine Umkonstruktion des gesteuerten Fahrzeugs er
forderlich ist.
Die Fig. 5 bis 8 stellen das dar, was man konkret
durch das erste Ausführungsbeispiel erhält. Bei dem
Beispiel der Fig. 5 bis 8 hat das gesteuerte
Fahrzeug einen 2000 Kubikmotor und ein Gierungsträg
heitsmoment von 240 kgf · m · sek². Das gewünschte
Fahrzeug hat einen Motor gleicher Kubikzahl und
ein Gierträgheitsmoment von 120 kgf · m · sek².
Die anderen Werte zwischen gesteuertem und gewünschtem
Fahrzeug sind gleich.
In Fig. 5 und 6 sind die Änderungen der Gierungs
werte und der Zentripetalbeschleunigung jeweils auf
getragen, wenn das Lenkrad bei einer Fahrzeugge
schwindigkeit von 50 km/h in 0,1 Sek. schrittweise
durch einen Winkel von 120° dreht.
Die Fig. 7 und 8 zeigen die Frequenzansprech
charakteristik sowohl für die Verstärkungs- (Lenkungs
ausgangswert/Lenkeingabegröße) als auch für die Phasen
differenz, die man erhält, wenn das Lenkrad sinusförmig
zwischen ±30° bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von
100 km/h gedreht und die Lenkungsfrequenz von 0,1 Hz
bis 2 Hz verändert wird.
In Fig. 7 ist die Lenkungsausgangsgröße eine Gierungs
geschwindigkeit, so daß die Verstärkung die Gierungsgeschwindigkeits
verstärkung ist.
In Fig. 8 ist die Lenkungsausgangsgröße die Zentri
petalbeschleunigung.
In allen Fig. 5 bis 8 zeigen die durchgezogenen
Linien die bei diesem Ausführungsbeispiel erhaltenen
Kennlinien und die unterbrochenen Linien zeigen die
Eigenschaften eines Fahrzeugs, das mit einem her
kömmlichen mechanischen Steuersystem ausgestattet
ist.
Wie aus den Fig. 5 und 6 erkannt werden kann,
zeigt ein mit einem Lenkungssteuersystem gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel ausgestattetes Fahrzeug
bessere Eigenschaften im Vergleich mit einem her
kömmlichen Fahrzeug. So ist z. B. die Zeit, die be
nötigt wird, bis die Gierungsrate 90% des neuen
gesetzten Wertes erreicht hat auf ca. 0,17 Sekunden
verkürzt, während in einem herkömmlichen System hier
für 0,27 Sekunden benötigt werden.
Wie die Fig. 7 und 8 zeigen, wurde auch das
Frequenzansprechverhalten des mit einem Steuer
system nach dem ersten Ausführungsbeispiel ausge
statteten Fahrzeugs gegenüber einem herkömmlichen
Fahrzeug verbessert. Die Verstärkung wurde ver
bessert und die Phasenverzögerung wurde speziell
bei hohen Frequenzbereichen verringert.
Das gewünschte Fahrzeug kann ein tatsächlich existieren
des oder aber auch ein imaginäres Fahrzeug sein, welches
die idealen Lenkeigenschaften zeigt. Somit ist es mög
lich, ein Rallye-Fahrzeug mit einem großen Motor auszu
statten und gleichzeitig die Lenkeigenschaften des
Fahrzeugs zu verbessern.
Das gewünschte Fahrzeug kann ein Fahrzeug mit einem
Mittelmotor sein. In diesem Falle ist es möglich,
ein Fahrzeug, welches den Motor vorne oder hinten
hat, mit Lenkeigenschaften auszustatten, die den
Eigenschaften eines Fahrzeugs mit Mittelmotor äqui
valent sind.
Es ist außerdem möglich, das Lenkungssteuersystem so
zu wählen, daß es in der Lage ist, Datensätze von
zwei oder mehreren gewünschten Fahrzeugen zu speichern
und je nach dem Wunsch des Fahrers einen der gewünschten
Fahrzeugtypen auszuwählen.
Das Lenkungssteuersystem nach dem ersten Ausführungs
beispiel ist so ausgelegt, um zwei gewünschte Werte
für die Gierungsbeschleunigung und die Zentripetal
beschleunigung zu bestimmen. Es ist aber ebenso mög
lich, anstelle der Gierungsbeschleunigung und der
Zentripetalbeschleunigung die Seitenführungskraft und/oder
den Schwimmwinkel heranzuziehen. Auch kann
das Lenkungssteuersystem so ausgelegt werden, daß
ein gewünschter Wert nur einer dynamischen Größe
oder auch von drei oder mehreren dynamischen Größen
bestimmt wird.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist
in den Fig. 9 und 10 dargestellt. Das erste Aus
führungsbeispiel verwendete nur ein gewünschtes Fahr
zeug als Modell, so daß die gewünschten Werte der
dynamischen Variablen bei dem ersten Ausführungsbei
spiel zueinander in bezug standen. Wenn z B. die
Gierungsgeschwindigkeit und die Lateralbeschleunigung herange
zogen werden, dann kann das Steuersystem gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel die Gierungsgeschwindigkeit nicht
unabhängig von der Querbeschleunigung steuern.
Dieses System ist daher nicht so flexibel.
Bei dem in Fig. 9 dargestellten Lenksteuersystem
gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Ein
richtung 102a vorhanden, mit der ein gewünschter Wert
einer dynamischen Variablen ermittelt werden kann,
die sich auf die aus der Lenkeingabegröße RS, welche
von dem Sensor 100 erfaßt wird und der Fahrzeugge
schwindigkeit V, die von dem Sensor 101 gemessen wird,
abgeleitet ist, indem Daten eines ersten gewünschten
Fahrzeugs verwendet werden. Außerdem ist eine Einrich
tung 102b vorhanden, die einen Wert einer dyna
mischen Variablen bestimmt, welche aus der Bewegung
entlang der Lateralachse aus der Lenkeingangsgröße
RS und der Fahrzeuggeschwindigkeit V abgeleitet
wird, indem Daten eines zweiten gewünschten Fahrzeugs
verwendet werden. Die Einrichtung 103 legt die ge
wünschten Werte für die Lenkwinkel der Vorder- und
Hinterräder fest, während die Einrichtung 104 die
Vorder- und Hinterräder dann entsprechend der ge
wünschten Werte für die Vorder- und Hinterradein
schlagwinkel steuert.
Die Konstruktion des zweiten Ausführungsbeispiels
entspricht der Konstruktion des ersten Ausführungs
beispiels, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, mit
der Ausnahme, daß der Mikrocomputer als Einrichtung
102a und 102b anstelle der Einrichtung 102 in dem
ersten Ausführungsbeispiel dient.
Die Betätigungseinrichtung für die Vorder- und Hinter
räder besteht aus den Betätigungseinrichtungen 104a
und 104b, die wie in Fig. 3 gezeigt ausgeführt sind.
Fig. 10 zeigt ein Programm, nach dem bei dem zweiten
Ausführungsbeispiel gearbeitet wird. Genau wie im
ersten Ausführungsbeispiel wiederholt der Mikro
computer das Programm regelmäßig in vorbestimmten
Zeitintervallen Δt.
Im Schritt 51 nimmt die CPU-Einheit des Mikrocom
puters die momentanen Werte der Lenkeingabegröße
RS und der Fahrzeuggeschwindigkeit V ähnlich wie
im Schritt 41 der Fig. 4 auf.
Im Schritt 52 liest die CPU-Einheit die Daten eines
ersten gewünschten Fahrzeugs ein, die in einem
Speicher gespeichert sind. Das erste gewünschte
Fahrzeug ist ein Modell, welches die angestrebten
Gierungseigenschaften hat.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Werte
für das erste gewünschte Fahrzeug die folgenden:
IZ1=Trägheitgiermoment des ersten gewünschten Fahrzeugs,
M₁=Fahrzeugmasse des ersten gewünschten Fahr zeugs,
LF1=Abstand zwischen der Vorderachse und dem Schwerpunkt des ersten gewünschten Fahr zeugs,
LR1=Abstand zwischen der Hinterachse und dem Schwerpunkt des ersten gewünschten Fahr zeugs,
N₁=Gesamtlenkübersetzungsverhältnis des ersten gewünschten Fahrzeugs
KF1=Kurvensteifigkeit der Vorderräder des gewünschten Fahrzeugs,
KR1=Kurvensteifigkeit der Hinterräder des gewünschten Fahrzeugs.
IZ1=Trägheitgiermoment des ersten gewünschten Fahrzeugs,
M₁=Fahrzeugmasse des ersten gewünschten Fahr zeugs,
LF1=Abstand zwischen der Vorderachse und dem Schwerpunkt des ersten gewünschten Fahr zeugs,
LR1=Abstand zwischen der Hinterachse und dem Schwerpunkt des ersten gewünschten Fahr zeugs,
N₁=Gesamtlenkübersetzungsverhältnis des ersten gewünschten Fahrzeugs
KF1=Kurvensteifigkeit der Vorderräder des gewünschten Fahrzeugs,
KR1=Kurvensteifigkeit der Hinterräder des gewünschten Fahrzeugs.
In der Stufe 53 führt die CPU-Einheit des Mikro
computers 1 Rechenschritte durch, um die gewünschten
Werte einer oder mehrerer dynamischen Variablen
aus den Daten des ersten gewünschten Fahrzeugs zu
errechnen, die sich auf die Gierbewegung beziehen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel legt die CPU-Einheit
einen gewünschten Wert der Giergeschwindigkeit und einen
gewünschten Wert der Gierbeschleunigung unter
Verwendung der folgenden Gleichungen fest:
dabei bedeutet:
=Giergeschwindigkeit des ersten gewünschten Fahrzeugs,
₁=Gierbeschleunigung des ersten gewünschten Fahrzeugs,
Vy1=₁=Quergeschwindigkeit des ersten ge wünschten Fahrzeugs entlang seiner Lateralachse,
Y1=₁=Seitenschubbeschleunigung des ersten gewünschten Fahrzeugs,
CF1=Seitenführungskraft der Vorderräder des ersten ge wünschten Fahrzeugs,
CR1=Seitenführungskraft der Hinterräder des ersten ge wünschten Fahrzeugs.
=Giergeschwindigkeit des ersten gewünschten Fahrzeugs,
₁=Gierbeschleunigung des ersten gewünschten Fahrzeugs,
Vy1=₁=Quergeschwindigkeit des ersten ge wünschten Fahrzeugs entlang seiner Lateralachse,
Y1=₁=Seitenschubbeschleunigung des ersten gewünschten Fahrzeugs,
CF1=Seitenführungskraft der Vorderräder des ersten ge wünschten Fahrzeugs,
CR1=Seitenführungskraft der Hinterräder des ersten ge wünschten Fahrzeugs.
Die Gleichungen 21 und 22 sind Bewegungsgleichungen
des ersten gewünschten Fahrzeugs. Um diese Gleichungen
zu lösen, werden in jedem Zeitintervall Δt Inte
grationen durchgeführt. Das erste gewünschte Fahr
zeug dient als Modell für die Steuerung der Gier
bewegung. Daher werden die Variablen VX1 und Y1,
die sich auf die Seiten- oder Lateralbewegung des
Fahrzeugs beziehen, bei der Berechnung der gewünschten
Werte für die Lenkwinkel außer acht gelassen.
Im Schritt 54 liest die CPU-Einheit Daten eines ge
wünschten Fahrzeugs aus einem Speicher ein. Das
zweite gewünschte Fahrzeug entspricht einem Modell,
welches die angestrebten Eigenschaften im Hinblick
auf eine geradlinige Bewegung entlang der Lateral
achse besitzt. Die Daten des zweiten gewünschten Fahr
zeugs bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel sind die
folgenden:
IZ2=Trägheitsgiermoment des zweiten gewünschten Fahrzeugs,
M₂=Fahrzeugmasse des zweiten gewünschten Fahr zeugs,
LF2=Abstand zwischen Vorderachse und Schwerpunkt des zweiten gewünschten Fahrzeugs,
LR2=Abstand zwischen Hinterachse und Schwerpunkt des zweiten gewünschten Fahrzeugs,
N₂=Gesamtlenkübersetzungsverhältnis,
KF2=Kurvensteifigkeit der Vorderräder des zweiten ge wünschten Fahrzeugs,
KR2=Kurvensteifigkeit der Hinterräder des gewünschten Fahr zeugs.
IZ2=Trägheitsgiermoment des zweiten gewünschten Fahrzeugs,
M₂=Fahrzeugmasse des zweiten gewünschten Fahr zeugs,
LF2=Abstand zwischen Vorderachse und Schwerpunkt des zweiten gewünschten Fahrzeugs,
LR2=Abstand zwischen Hinterachse und Schwerpunkt des zweiten gewünschten Fahrzeugs,
N₂=Gesamtlenkübersetzungsverhältnis,
KF2=Kurvensteifigkeit der Vorderräder des zweiten ge wünschten Fahrzeugs,
KR2=Kurvensteifigkeit der Hinterräder des gewünschten Fahr zeugs.
Im Schritt 55 führt die CPU-Einheit Rechenschritte
durch, um die gewünschten Werte der dynamischen
Variablen, die sich auf die Lateralbewegung be
ziehen (ein gewünschter Wert einer Lateral
beschleunigung α im zweiten Ausführungsbeispiel.
Dieser Sollwert entspricht G.) zu ermitteln. Dabei
werden folgende Gleichungen zugrunde gelegt:
dabei bedeutet:
=Giergeschwindigkeit des zweiten gewünschten Fahrzeugs,
₂=Gierungsbeschleunigung des zweiten gewünschten Fahrzeugs,
VY2=₂=Lateralgeschwindigkeit des zweiten gewünschten Fahrzeugs,
Y2=₂=Seitenschubbeschleunigung des zweiten gewünschten Fahrzeugs,
CF2=Seitenführungskraft der Vorderräder des gewünschten Fahrzeugs,
CR2=Seitenführungskraft der Hinterräder des gewünschten Fahrzeugs.
=Giergeschwindigkeit des zweiten gewünschten Fahrzeugs,
₂=Gierungsbeschleunigung des zweiten gewünschten Fahrzeugs,
VY2=₂=Lateralgeschwindigkeit des zweiten gewünschten Fahrzeugs,
Y2=₂=Seitenschubbeschleunigung des zweiten gewünschten Fahrzeugs,
CF2=Seitenführungskraft der Vorderräder des gewünschten Fahrzeugs,
CR2=Seitenführungskraft der Hinterräder des gewünschten Fahrzeugs.
Die Gleichungen 27 und 28 sind Bewegungsgleichungen
des zweiten gewünschten Fahrzeugs. Diese Gleichungen
werden ähnlich wie die Gleichungen 21 und 22 inte
griert.
Das zweite gewünschte Fahrzeug ist ein Modell,
welches zur Steuerung der Lateralbewegung herange
zogen wird. Daher werden die sich auf die Gierbe
wegung beziehenden Variablen ₂ und ₂ bei der Be
rechnung der gewünschten Werte für die Lenkwinkel
nicht verwendet.
Das Lenkungssteuersystem nach diesem zweiten Aus
führungsbeispiel leitet die gewünschten Werte
für die Giergeschwindigkeit und die Gierungsbeschleuni
gung und den gewünschten Wert für die Querbe
schleunigung jeweils aus Daten eines ersten bzw.
zweiten gewünschten Fahrzeugs ab, dessen dyna
mische Eigenschaften unabhängig voneinander sind.
Daher sind die angestrebten Werte für die Gier
bewegung und die angestrebten Werte für die La
teralbewegung unabhängig voneinander.
In den Schritten 56, 57 und 58 steuert die Zentral
rechnereinheit die Einschlagwinkel der Vorder- und
Hinterräder des gesteuerten Fahrzeugs, um so die
angestrebten Werte und und in dem ge
steuerten Fahrzeug zu verwirklichen.
In der Stufe 56 liest die CPU-Einheit die Daten
des gesteuerten Fahrzeugs, die in dem Speicher
abgespeichert sind. In diesem zweiten Ausführungs
beispiel sind die Daten des gesteuerten Fahrzeugs
die folgenden:
IZ3=Trägheitsgiermoment des gesteuerten Fahrzeugs,
M₃=Fahrzeugmasse des gesteuerten Fahrzeugs,
LF3=Abstand zwischen Vorderachse und Schwerpunkt des gesteuerten Fahrzeugs,
LR3=Abstand zwischen Hinterachse und Schwerpunkt des gesteuerten Fahrzeugs,
L₃=Basisabstand der Räder des gesteuerten Fahr zeugs,
KF3=Kurvensteifigkeit der Vorderräder des gesteuerten Fahr zeugs,
KR3=Kurvensteifigkeit der Hinterräder des gesteuerten Fahr zeugs.
IZ3=Trägheitsgiermoment des gesteuerten Fahrzeugs,
M₃=Fahrzeugmasse des gesteuerten Fahrzeugs,
LF3=Abstand zwischen Vorderachse und Schwerpunkt des gesteuerten Fahrzeugs,
LR3=Abstand zwischen Hinterachse und Schwerpunkt des gesteuerten Fahrzeugs,
L₃=Basisabstand der Räder des gesteuerten Fahr zeugs,
KF3=Kurvensteifigkeit der Vorderräder des gesteuerten Fahr zeugs,
KR3=Kurvensteifigkeit der Hinterräder des gesteuerten Fahr zeugs.
Im Schritt 57 legt die CPU-Einheit die Werte F und
R für die Einschlagwinkel der Vorder- und Hinterräder
aus den Daten des gesteuerten Fahrzeugs fest und er
mittelt die Werte , und unter Verwendung der
folgenden Gleichungen:
dabei bedeutet:
VY3=Y₃=die Lateralgeschwindigkeit des gesteuerten Fahrzeugs entlang seiner Lateralachse,
VY3=Y₃=die Seitenschubbeschleunigung des gesteuerten Fahrzeugs,
CF3=die Seitenführungskraft der Vorderräder des ge steuerten Fahrzeugs,
CR3=die Seitenführungskraft der Hinterräder des ge steuerten Fahrzeugs,
βF3=den Schwimmwinkel der Vorderräder des gesteuerten Fahrzeugs,
βR3=den Schwimmwinkel der Hinterräder des gesteuerten Fahrzeugs.
VY3=Y₃=die Lateralgeschwindigkeit des gesteuerten Fahrzeugs entlang seiner Lateralachse,
VY3=Y₃=die Seitenschubbeschleunigung des gesteuerten Fahrzeugs,
CF3=die Seitenführungskraft der Vorderräder des ge steuerten Fahrzeugs,
CR3=die Seitenführungskraft der Hinterräder des ge steuerten Fahrzeugs,
βF3=den Schwimmwinkel der Vorderräder des gesteuerten Fahrzeugs,
βR3=den Schwimmwinkel der Hinterräder des gesteuerten Fahrzeugs.
Im Schritt 57 legt die CPU-Einheit die Variablen VY3
der Lateralbewegung fest. Das ist notwendig, um die
gewünschten Werte F und R der Lenkeinschlag
winkel auf der Basis der gewünschten Werte und
zu ermittteln. Im allgemeinen hat die Variable VY3
einen Wert, der sich von den Variablen VY1 und VY2
unterscheidet mit Ausnahme einiger spezieller Lö
sungen.
Im Schritt 58 werden die gewünschten Werte F und
R für die Lenkwinkel der Vorder- und Hinterräder
an die Lenkregler 4 und 5 weitergegeben. In Abhängigkeit
des gewünschten Wertes F steuert der Regler 4
dann den Einschlag der Vorderräder 9 und 10 durch
entsprechende Steuerung des Flüssigkeitsdrucks in
dem Betätigungsglied 6 für die Vorderräder. In
ähnlicher Weise steuert der Regler 5 den Einschlag
der Hinterräder 11 und 12 durch entsprechende
Steuerung des Hydraulikdrucks in dem Betätigungs
glied 7 abhängig von dem angestrebten Wert R.
Als Ergebnis davon ist die Gierbewegung des ge
steuerten Fahrzeugs entsprechend den dynamischen
Eigenschaften der Gierbewegung des ersten Fahr
zeugs geregelt, während auf der anderen Seite die
Lateralbewegung des gesteuerten Fahrzeugs entsprechend
den dynamischen Eigenschaften im Hinblick auf die
Lateralbewegung des zweiten gewünschten Fahrzeugs ge
steuert wird. Das Steuersystem nach diesem zweiten
Ausführungsbeispiel kann die Gierbewegung und die
Lateralbewegung des gesteuerten Fahrzeugs somit un
abhängig voneinander steuern. Wenn das Steuerrad
des gesteuerten Fahrzeugs abrupt gedreht wird, wie
das z. B. in Fig. 11 dargestellt ist, verändert sich
die Gierrate des gesteuerten Fahrzeugs, wie das mit
der Linie "a" in Fig. 12 gezeigt ist. Die Linie "b"
in Fig. 12 zeigt die Gierrate eines herkömmlichen
Fahrzeugs ohne Lenkungssteuerung. Wie aus Fig. 12
somit deutlich wird, ist das Verhalten des zweiten
Ausführungsbeispiels sehr viel näher an dem idealen
Verhalten, wie das durch die Linie "b" dargestellte
herkömmliche Verhalten.
Die Eigenschaften, wie sie in Fig. 12 durch die Kurve
"a" erhalten werden, können auch erhalten werden,
wenn man ein Steuersystem gemäß dem ersten Aus
führungsbeispiel mit einem einzigen gewünschten
Fahrzeug verwendet. Jedoch kann das Steuersystem
nach dem ersten Ausführungsbeispiel das Ansprechen
auf Lateralbeschleunigungen nicht in hohem
Maße gleichzeitig mit dem Ansprechenverhalten der Gierrate bzw.
-geschwindigkeit verbessern. In Fig. 13 zeigt die Kurve "c"
das Ansprechen der Lateralbeschleunigung, wie man
es beim zweiten Ausführungsbeispiel erhält, die
Kurve "d" zeigt das Ansprechen, wie man es beim
ersten Ausführungsbeispiel erhält und die Kurve
"e" zeigt das Ansprechen, wie man es bei einem
herkömmlichen Fahrzeug erhält. Daran erkennt man,
daß die Kurve "d", die das erste Ausführungsbei
spiel widerspiegelt, nicht wie die Kurve "e" eines
herkömmlichen Beispieles oszilliert. Jedoch ist
die Kurve "d" des ersten Ausführungsbeispiels nicht
so scharf wie die Kurve "c" beim zweiten Ausführungs
beispiel. Bei dem Steuersystem nach dem ersten Aus
führungsbeispiel wird die Lateralbeschleunigung durch
die Steuerung, bei der auf die Gierrate geachtet wird,
etwas negativ beeinflußt. Das Steuersystem gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel zeigt ein Steuerverhalten,
bei dem sowohl der Gierrate als auch der Lateralbe
schleunigung Rechnung getragen werden kann, so daß
man gleichzeitig ein befriedigendes Verhalten der
Gierrate, die durch die Linie "a" der Fig. 12 dar
gestellt ist, und das scharfe Ansprechen der Lateral
beschleunigung, welches durch die Linie "c" in Fig. 13
wiedergegeben ist, erhalten kann.
Es ist außerdem möglich, den Schwimmwinkel auf
Null zu steuern, wie das durch die Kurve "f" in
Fig. 14 wiedergegeben ist. Eine solche Steuerung
ist in einem herkömmlichen Fahrzeug (durch die
Linie "h" angedeutet) unmöglich. Ebenso wird auch
dieser Wert Null bei einem Steuersystem gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel, bei dem auf die Gierge
schwindigkeit geachtet wird, nicht erreicht.
In Fig. 15 ist eine Abwandlung des zweiten Aus
führungsbeispiels dargestellt. Das Lenksystem für
die Hinterräder unterscheidet sich nicht von dem
jenigen des zweiten Ausführungsbeispiels. Jedoch
werden in diesem in Fig. 15 dargestellten System
die Vorderräder 9 und 10 einerseits mit einem
herkömmlichen mechanischen Lenkungsgestänge 14
entsprechend der Winkelverdrehung des Steuerrades
8 gelenkt. Es ist aber außerdem noch ein zusätz
licher Lenkregler 13 vorhanden, so daß der Ein
schlagwinkel der Vorderräder entsprechend dem ge
wünschten Wert eingestellt wird.
In diesem Fall wird ein Korrekturwert ΔδF durch
den Zusatzlenkregler 13 der Lenkgröße, die durch
das mechanische Lenkgestänge vorgegeben wird, auf
addiert. Dieser Wert wird unter Anwendung der an
stelle der Gleichungen 36 und 38 in der Stufe 57
verwendeten folgenden Gleichungen festgelegt:
βF3 = CF3/eKF3 (40)
Dabei bedeutet:
eKF3=eine äquivalente vordere Kurvensteifigkeit des gesteuerten Fahrzeuges,
N₃=ein Lenkübersetzungsverhältnis des gesteuerten Fahrzeugs.
eKF3=eine äquivalente vordere Kurvensteifigkeit des gesteuerten Fahrzeuges,
N₃=ein Lenkübersetzungsverhältnis des gesteuerten Fahrzeugs.
Die äquivalente Kurvensteifigkeit eKF3 ist durch
gegeben.
KS3=Lenkungsstarrheit des gesteuerten Fahrzeugs,
ξ₃=Nachlauf des gesteuerten Fahrzeugs.
KS3=Lenkungsstarrheit des gesteuerten Fahrzeugs,
ξ₃=Nachlauf des gesteuerten Fahrzeugs.
Auf diese Art und Weise kann ein abgewandeltes Steuer
system nach Fig. 15 dasselbe erreichen wie das
zweite Ausführungsbeispiel.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist
in den Fig. 16 und 17 dargestellt. Das Lenkungs
steuersystem ist bei bei diesem dritten Ausführungs
beispiel so ausgelegt, daß es den Schwimmwin
kel des Schwerpunktes des gesteuerten Fahrzeugs
immer auf Null hält.
Es ist die Richtungsstabilität eines Fahr
zeugs sehr günstig, den Schwimmwinkel des Schwer
punktes des Fahrzeugs unabhängig davon Null zu
machen, ob das Fahrzeug sich in einer Übergangsbe
wegung oder in einem konstanten Bewegungszustand
befindet und unabhängig von Geschwindigkeits
schwankungen.
In einem herkömmlichen Fahrzeug ist es jedoch aus
folgenden Gründen unmöglich, den Seitengleitwinkel bzw. Schwimmwinkel
immer auf Null zu halten. Die folgenden Gleichungen
sind Lösungen der Bewegungsgleichungen, mit denen
der Seitengleitwinkel immer zu Null wird, und die
man erhält, indem man lineare Näherungsgleichungen
mit zwei oder drei Freiheitsgraden (Gierbewegung
und seitliche gradlinige Bewegung) verwendet.
Das bedeutet, daß, wenn der Lenkeinschlagwinkel
von Null auf einen gegebenen Winkel in einem
Zeitintervall Δt verändert wird, die Gierungs
rate einen Wert annehmen muß, der die Gleichung
51 befriedigt. Dieser Wert muß sofort am Ende
des Zeitabschnitts Δt erzeugt werden. Solch ein
Verhalten kann mit einem Lenkungssystem erreicht
werden, welches keine Verzögerung der Gierrate
oder mit einem System, welches ein Trägheits
giermoment gleich Null besitzt, zwar erhalten
werden, die ist aber in der Praxis unmöglich.
Wie in Fig. 16 gezeigt ist, besitzt das Lenksteuer
system gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel eine
Einrichtung 102a, mit der ein gewünschter Wert
einer dynamischen Variablen, die der Gierung ent
spricht, ähnlich wie die Einrichtung 102a bei dem
zweiten Ausführungsbeispiel festgelegt. Außerdem
besitzt das System eine Einrichtung 102b, die einen
gewünschten Wert einer dynamischen Variablen fest
legt, welcher der Lateralbewegung bei dem gewünschten
Gierungswert entspricht, der von der Einrichtung 102a
festgelegt wird, so daß der Seitengleitwinkel des
Massenschwerpunktes des Fahrzeuges immer zu Null
geregelt werden kann. Die Konstruktion des dritten
Ausführungsbeispiels entspricht derjenigen des
ersten und zweiten Ausführungsbeispiels, wie es
in Fig. 3 und 2 dargestellt ist mit Ausnahme des
Inneren des Mikrocomputers 1.
Fig. 17 zeigt das Programm, nach dem bei dem dritten
Ausführungsbeispiel gearbeitet wird. Die Schritte
61 bis 63 sind den Schritten 51 bis 53 des zweiten
Ausführungsbeispiels, wie in Fig. 10 dargestellt,
ähnlich. Im Schritt 64 legt die CPU-Einheit des
Mikrocomputers einen gewünschten Wert einer
Lateralbeschleunigung aus der gewünschten Größe
der Gierrate, die im Schritt 63 festgelegt wur
de, und der Fahrzeuggeschwindigkeit V, die im Schritt
61 eingelesen wurde, in Abhängigkeit der folgenden
Gleichung fest:
In diesem Falle wird
zu Null und
das Integral über VY1 wird dadurch ebenfalls zu Null.
Die CPU-Einheit des Mikrocomputers 1 macht somit die
gewünschte Größe Y für die Lateralgeschwindigkeit
zu Null.
Der Schritt 65 ist dem Schritt 56 beim zweiten Aus
führungsbeispiel nach Fig. 10 ähnlich.
Im Schritt 66 legt die CPU-Einheit des Mikrocomputers
1 die gewünschten Werte F und R für die Ein
schlagwinkel von Vorder- und Hinterrad aus den Daten
des gesteuerten Fahrzeugs, die im Schritt 65 einge
lesen worden sind. Dabei werden auch die Größen
und , wie im Schritt 63 und die gewünschten
Werte und Y, die im Schritt 64 ermittelt wurden,
unter Verwendung der Gleichungen 34 bis 39 und einer
Gleichung, die als VY3=Y ausgedrückt werden kann,
berücksichtigt.
Der Schritt 67 entspricht wiederum dem Schritt 58
beim zweiten Ausführungsbeispiel.
Als Ergebnis wird die Gierbewegung des gesteuerten
Fahrzeugs entsprechend den dynamischen Eigenschaften
des gewünschten Fahrzeugs geregelt. Die seitliche
oder Lateralbewegung des gesteuerten Fahrzeugs wird
so geregelt, daß der Seitengleitwinkel des Schwer
punktes des gesteuerten Fahrzeugs zu Null wird.
In dem dritten Ausführungsbeispiel gilt
Daher ist die Winkelgeschwindigkeit des Seitengleit
winkels des Schwerpunktes, die durch die folgende
Gleichung wiedergegeben werden kann
gleich Null, so daß auch der Seitengleitwinkel β,
der das Integral über die Winkelgeschwindigkeiten
ist, zu Null wird. Das Lenksteuersystem nach
diesem dritten Ausführungsbeispiel führt zu Eigen
schaften, die durch die Kurve "a" in Fig. 12,
die Kurve "c" in Fig. 13 und die Kurve "f" in Fig. 14
wiedergegeben sind. Das dritte Ausführungsbei
spiel kann in der gleichen Art und Weise abgewandelt
werden, wie das anhand von Fig. 15 erläutert und
dargestellt wurde.
Claims (15)
1. Lenksteuersystem für ein lenkbares Fahrzeug, welches ein
Vorderradpaar und ein Hinterradpaar aufweist, mit:
einer Einrichtung (100) zum Messen einer Lenkeingabegröße, die dem Lenkbefehl des Fahrers entspricht,
einer Einrichtung (101) zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit,
einer Lenkbetätigungseinrichtung (104a) für die Vorderräder, um die Vorderräder auszulenken,
einer Lenkbetätigungseinrichtung (104b), um die Hinterräder auszulenken, und
einer Steuereinheit (102, 103) zur Bestimmung der Vorder- und Hinterradlenkwinkel,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinheit eine Recheneinrichtung (102a) zur Berechnung eines Soll-Fahrzeugverhaltens aufweist, welche auf Grundlage der Lenkeingabegröße und der Fahrzeuggeschwindigkeit zumindest eine dynamische Variable berechnet, die das Fahrzeugverhalten eines vorgegebenen, gewünschten Fahrzeuges charakterisiert,
daß die Berechnung dieser mindestens einen dynamischen Variablen durch Lösen einer Gruppe von Gleichungen erfolgt, die einen Satz von Fahrzeugparametern beinhalten, welche für das gewünschte Fahrzeug repräsentativ sind, und
daß die Steuereinheit (102, 103) zur Erreichung des gewünschten Wertes der dynamischen Variablen die Lenkwinkel der Vorder- und Hinterräder durch das Lösen von Gleichungen bestimmt, welche die Fahrzeugbewegung des gesteuerten Fahrzeuges charakterisieren, und einen Satz von für das gesteuerte Fahrzeug repräsentativen Parametern enthalten.
einer Einrichtung (100) zum Messen einer Lenkeingabegröße, die dem Lenkbefehl des Fahrers entspricht,
einer Einrichtung (101) zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit,
einer Lenkbetätigungseinrichtung (104a) für die Vorderräder, um die Vorderräder auszulenken,
einer Lenkbetätigungseinrichtung (104b), um die Hinterräder auszulenken, und
einer Steuereinheit (102, 103) zur Bestimmung der Vorder- und Hinterradlenkwinkel,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinheit eine Recheneinrichtung (102a) zur Berechnung eines Soll-Fahrzeugverhaltens aufweist, welche auf Grundlage der Lenkeingabegröße und der Fahrzeuggeschwindigkeit zumindest eine dynamische Variable berechnet, die das Fahrzeugverhalten eines vorgegebenen, gewünschten Fahrzeuges charakterisiert,
daß die Berechnung dieser mindestens einen dynamischen Variablen durch Lösen einer Gruppe von Gleichungen erfolgt, die einen Satz von Fahrzeugparametern beinhalten, welche für das gewünschte Fahrzeug repräsentativ sind, und
daß die Steuereinheit (102, 103) zur Erreichung des gewünschten Wertes der dynamischen Variablen die Lenkwinkel der Vorder- und Hinterräder durch das Lösen von Gleichungen bestimmt, welche die Fahrzeugbewegung des gesteuerten Fahrzeuges charakterisieren, und einen Satz von für das gesteuerte Fahrzeug repräsentativen Parametern enthalten.
2. Lenksteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß dieser Satz von Fahrzeugparametern das
Trägheitsgiermoment IZ des Fahrzeugs, die Fahrzeugmasse M,
den Abstand LF zwischen Vorderachse und Schwerpunkt des
Fahrzeugs, den Abstand LR zwischen Hinterachse und
Schwerpunkt des Fahrzeugs, ein
Gesamtlenkübersetzungsverhältnis M, eine Kurvensteifigkeit
KF für jedes Vorderrad und eine Kurvensteifigkeit KR für
jedes Hinterrad umfaßt.
3. Lenksteuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gruppe von Gleichungen eine Gleichung für die
laterale Bewegung und eine Gleichung für die Gierbewegung
umfaßt, die den folgenden Gleichungen entsprechen:
wobei V die Fahrzeuggeschwindigkeit, die
Giergeschwindigkeit, die Gierbeschleunigung, die
Seitenschubbeschleunigung, CF die Seitenführungskraft für
jedes Vorderrad und CR die Seitenführungskraft für jedes
Hinterrad bedeutet
4. Lenksteuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinrichtung (103) zur Festlegung der
Lenkwinkel die Gleichungen für die Lateralbewegung und die
Gierbewegung verwendet.
5. Lenksteuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die dynamischen Variablen die Giergeschwindigkeit, die
Gierbeschleunigung und die Lateralbeschleunigung beinhalten.
6. Lenksteuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Fahrzeugparameter weiterhin ein Drehmoment um einen
Achsbolzen IK, die Starrheit KS der Lenkung, einen
Zähigkeitskoeffizienten DK des Lenksystems und einen
Nachlauf ξ umfassen, und wobei die Gleichungsgruppe
weiterhin eine Gleichung für das Lenksystem umfaßt, die sich
wie folgt ausdrücken läßt:
wobei 2ξCF der Lenkwinkel der Vorderräder und RS die
Lenkeingabegröße bedeuten.
7. Lenksteuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinheit die Sollwerte für die
Gierungsbeschleunigung und für eine
Zentripetalbeschleunigung ermittelt.
8. Lenksteuersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit
(102) eine Vielzahl von Datensätzen für die gewünschten
Werte der Fahrzeugparameter speichert.
9. Lenksteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinheit (102) eine Recheneinrichtung (102a)
umfaßt, die einen Sollwert der dynamischen Variablen
festlegt, der einer Gierung entspricht, wie sie der
gemessenen Lenkeingabegröße und Fahrzeuggeschwindigkeit
entspricht, in dem erste Sollwerte von Fahrzeugparametern,
die durch ein erstes gewünschtes Fahrzeug vorgegeben sind,
verwendet werden, und daß eine Zielvorgabeeinrichtung (102b)
vorhanden ist, die einen Sollwert der dynamischen Variablen
für die Lateralbewegung entlang einer Fahrzeuglateralachse
entspricht, wobei der zweite Sollwert der Fahrzeugparameter
durch ein zweites gewünschtes Fahrzeug vorgegeben wird, und
wobei die Einschlagwinkelbestimmungseinrichtung (103) die
Sollwerte für die Einschlagwinkel von Vorder- und
Hinterrädern festlegt, indem diese Sollwerte, wie sie von
der ersten Zielvorgabeeinrichtung vorgegeben werden,
herangezogen werden.
10. Lenksteuersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Recheneinrichtung und die Zielvorgabeeinrichtung (102a,
102b) und die Einrichtung (103) zur Winkelbestimmung eine
Bewegungsgleichung für die laterale Bewegung verwendet, die
aus dem Gleichgewicht von Kräften abgeleitet ist, die
entlang der Lateralachse des Fahrzeugs wirken sowie eine
Gleichung für die Gierung, die aus dem Gleichgewicht der
Momente um die Gierungsachse hergeleitet wird.
11. Lenksteuersystem nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (102a) Sollwerte
aus der Gierungsgeschwindigkeit und Gierungsbeschleunigung
festlegt, und daß die Zielvorgabeeinrichtung (102b) einen
Sollwert für die Lateralbeschleunigung festlegt.
12. Lenksteuersystem nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorderradlenkbetätigungseinrichtung
ein mechanisches Lenkgestänge und ein hydraulisches vorderes
Betätigungsglied (6) aufweist.
13. Lenksteuersystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (102) einen
Sollwert einer dynamischen Variablen festlegt, der einer
Gierung entspricht, die den erfaßten Werten der
Lenkeingabegröße und der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht,
wobei erste Sollwerte von Fahrzeugparametern verwendet
werden, die einem ersten gewünschten Fahrzeug entsprechen,
und daß eine Zielvorgabeeinrichtung (102b) vorgesehen ist,
um einen Sollwert der dynamischen Variablen in bezug auf die
Lateralbewegung entlang der Fahrzeuglateralachse aus dem
Sollwert der dynamischen Variablen abzuleiten, die sich auf
die Gierung bezieht, welche von der Recheneinrichtung
ermittelt wurde, und zwar in einer derartigen Beziehung, daß
der Seitengleitwinkel des Schwerpunktes des Fahrzeugs immer
auf Null gehalten wird.
14. Lenksteuersystem nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung einen Sollwert für
die Gierungsgeschwindigkeit festlegt, und daß die
Zielvorgabeeinrichtung einen Sollwert für die
Lateralbeschleunigung festlegt, die gleichgesetzt wird mit
dem Produkt aus dem Sollwert der Giergeschwindigkeit, die
durch die Recheneinrichtung vorgegeben wird und dem für die
Fahrzeuggeschwindigkeit gemessenen Wert.
15. Lenksteuersystem nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die
Vorderradsteuerbetätigungseinrichtung ein mechanisches
Lenkgestänge und ein vorderes hydraulisches
Betätigungsglied aufweist.
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---|---|---|---|
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JP1551285A JPS61175179A (ja) | 1985-01-31 | 1985-01-31 | 車両用舵角制御装置 |
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