DE3831932C2

DE3831932C2 - Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE3831932C2
Application number: DE3831932A
Authority: DE
Inventors: Ken Ito; Hideo Ito
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1987-09-25
Filing date: 1988-09-20
Publication date: 1994-12-22
Anticipated expiration: 2008-09-21
Also published as: US4949261A; DE3831932A1; JPS6483468A; JP2538939B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Primärlenkung für zwei Vorderräder und mit einer Sekundärlenkung für zwei Hinterräder, mit einer Steuereinrichtung für den Lenkwinkel der Hinterräder und zur Einstellung unterschiedlicher Lenkbetriebsweisen des Kraftfahrzeuges sowie mit einer Einrichtung zum Blockieren einer Änderung der Lenkbetriebsweise in Abhängigkeit von Fahrzeugparametern.

Bei einem herkömmlichen, bekannten Lenksteuersystem wird ein gewünschtes Fahrzeugverhalten oder eine gewünschte Bewegungscharakteristik (d. h. ein gewünschtes Reaktionsverhalten auf eine Seitenabweichungsgeschwindigkeitscharakteristik) als Vergleichsmodell festgelegt, so daß der Hinterrad-Lenkwinkel eine bestimmte Seitenabweichung bzw. Änderung der Seitenabweichung aufweisen kann, die, bestimmt durch das Vergleichsmodell, auf der Grundlage der dynamischen Fahrzeugkennwerte berechnet wird. Die Lenksteuereinrichtung nach dem Stand der Technik ist mit einer Mehrzahl von Vergleichsmodellen bzw. Mustern einer bestimmten gewünschten Betriebsweise versehen, die durch einen Umschaltvorgang ausgewählt werden, so daß eine Mehrzahl von Antriebsbetriebsweisen verfügbar ist.

Da jedoch eine Mehrzahl von verschiedenen Antriebsbetriebsweisen durch eine einfache Schaltbetätigung wahlweise und leicht verfügbar sind, besteht ein Problem darin, daß dann, wenn das ausgewählte Antriebsregime von einem bestimmten Antriebsbetrieb auf einen anderen während des Betriebes des Fahrzeuges umgeschaltet wird, der Lenkwinkel der Hinterräder plötzlich geändert wird, was nicht nur zu einem abrupten Fahrzeugverhalten führt, das nicht nur aus Bequemlichkeitsgründen unerwünscht ist, sondern das auch vom Standpunkt der Sicherheit der Fahrzeugführung unerwünscht ist.

Um das vorerwähnte Problem zu lösen, wurde erwogen, die Antriebsbetriebswahleinrichtung für das Kraftfahrzeug so auszulegen, daß die obige Umschaltung nur dann ausgeführt werden kann, wenn der Lenkwinkel der Hinterräder Null oder nahezu Null ist. Selbst bei diesem Aufbau jedoch kann das vorerwähnte Problem nicht vollständig und in befriedigendem Ausmaße gelöst werden.

Aus der DE 36 02 142 A1 ist ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem die manuelle Umschaltung zwischen bestimmten Betriebsweisen des Fahrzeugs durch die Lenkeinrichtung begrenzt wird, und zwar in Abhängigkeit davon, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Fahrzeugbeschleunigung, die Schalthebelstellung, die Geschwindigkeit des Lenkradeinschlages oder die Beschleunigung des Lenkradeinschlages größer sind als ein vorbestimmter Grenzwert. Mit anderen Worten wird bei dieser Einrichtung eine Stabilisierung des dynamischen Fahrzeugverhaltens dadurch erreicht, daß ein Fahrerbefehl zur Umschaltung der aktuellen Betriebsweise durch die Lenkeinrichtung ignoriert wird, wenn der Ist-Wert einer der vorgenannten Parameter einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art zu verbessern, derart, daß bei Beibehaltung einer hohen dynamischen Fahrstabilität des Fahrzeugs eine Optimierung des Lenkwinkels hinsichtlich einer gewünschten Betriebsweise des Kraftfahrzeugs erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtung zumindest ein Referenzmodell für einen, eine Seitenbewegung des Kraftfahrzeugs repräsentierenden Parameter zur Bestimmung eines Zielwerts dieses Parameters aufweist und der Lenkwinkel der Hinterräder zur Erreichung dieses Zielwerts gesteuert ist.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Lenksteuereinrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Lenksteuereinrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Berechnungsbereiches für den Hinterradlenkwinkel innerhalb eines Mikrocomputers, angewandt in einem Lenksteuersystem nach Fig. 2,

Fig. 4 ein Diagramm, das die Veränderungskennlinien der Steuerkonstanten für die jeweiligen Antriebszustände bzw. Antriebsregime zeigt, und

Fig. 5 ein Ablaufplan, der ein Programm für den Mikrocomputer wiedergibt, der in der Lenksteuereinrichtung gemäß Fig. 2 angewandt wird.

Bezug nehmend auf Fig. 1 ist in dieser eine Lenksteuereinrichtung nach der vorliegenden Erfindung gezeigt, mit einer Steuereinheit 1 zur Berechnung zumindest einer Zustandvariablen bezüglich einer Seitenabweichung oder Seitenbewegung eines Kraftfahrzeuges auf der Grundlage eines Kraftfahrzeugfahrzustandes, eine Antriebseinheit 2 für eine Sekundärlenkung zum Antrieb eines Satzes lenkbarer Räder 3, um eine Sekundärlenkung in Abhängigkeit von der vorerwähnten Zustandsvariablen auszuführen, derart, daß der Antriebszustand bzw. Antriebsbetrieb durch Veränderung des Steuerprogrammes der Sekundärlenkung oder der entsprechenden Steuerkonstanten veränderbar ist, einer Bewertungseinrichtung 4 um zu entscheiden, ob die Zustandsvariable größer als ein bestimmter Wert ist und mit einer Einrichtung 5 zur Verhinderung einer Veränderung des Antriebsbetriebes bzw. Antriebszustandes, um eine Veränderung des Steuerprogrammes oder der Steuerkonstante der Sekundärlenkung in Abhängigkeit von einem Signal von der Bewertungseinrichtung 4 für die Zustandsvariable zu verhindern.

Während des Betriebes bestimmt die Steuereinheit 1 eine Zustandsvariable betreffend einer Seitenbewegung (Bewegung um eine Z-Achse) des Fahrzeuges auf der Grundlage eines Fahrzeugfahrzustandes. Die Antriebseinheit 2 für die Sekundärlenkung treibt die Räder 3 an, so daß der Lenkwinkel der Räder 3 der Zustandsvariablen entspricht, um hierdurch eine gewünschte Lenkcharakteristik oder Fahrzeugfahrcharakteristik zu erhalten.

Die Bewertungseinrichtung 4 für die Zustandsvariable stellt fest, ob die vorerwähnte Zustandsveränderliche gleich oder größer als ein bestimmter Wert ist. Wenn die Zustandsveränderliche kleiner ist als ein bestimmter Wert, gestattet die Einrichtung 5 zur Verhinderung einer Änderung eines Antriebsbetriebes bzw. Antriebszustandes eine Veränderung des vorerwähnten Steuerprogrammes oder der Steuerkonstanten für die Sekundärlenkung. In diesem Fall wird, wenn automatisch oder manuell ein Befehl für die Veränderung ausgelöst wird, der Befehl ausgeführt, um den Antriebszustand bzw. den Antriebsbetrieb des Fahrzeuges zu verändern.

Wenn andererseits die Zustandsveränderliche gleich oder größer als ein bestimmter Wert ist, verhindert die Einrichtung 5 zur Verhinderung der Änderung des Antriebszustandes bzw. des Antriebsbetriebes eine Veränderung im vorerwähnten Steuerprogramm oder bezüglich der Steuerkonstante der Sekundärlenkung. Infolge dessen wird selbst dann, wenn ein Befehl zur Veränderung des Antriebsbetriebes bzw. Antriebszustandes vorliegt, der Antriebszustand unverändert beibehalten. Übrigens kann bei einer Lenksteuereinrichtung nach dem Stand der Technik ein abruptes, stoßartiges Fahrzeugverhalten auftreten, wenn die Zustandsveränderliche gleich oder größer als ein bestimmter Wert ist. Die Lenksteuereinrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann jedoch solch ein abruptes Fahrzeugverhalten verhindern, da sie vorgesehen und so ausgelegt ist, daß eine Änderung des Antriebsbetriebes oder -zustandes unmöglich ist, wenn die Zustandsveränderliche gleich oder größer als ein vorgegebener bestimmter Wert ist.

Bezug nehmend auf die Fig. 2 bis 5 ist in diesen eine Lenk- und Steuereinrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das auf ein Kraftfahrzeug anwendbar ist, das einen Satz lenkbarer Vorderräder 10, einen Satz lenkbarer Hinterräder 11, ein Lenkrad 12 und ein Lenkgetriebe 13 aufweist. Durch die Lenkeinwirkung, die auf das Lenkrad 12 ausgeübt wird, wird das Lenkgetriebe 13 betätigt, um die Vorderräder 10 in herkömmlicher Weise zu bewegen, wodurch die Wirkung einer Hauptlenkung des Kraftfahrzeuges ausgeübt wird.

Zur Steuerung der Lenkungs- oder Fahrkennwerte des Kraftfahrzeuges sind die Hinterräder 11 so ausgelegt, daß sie hydraulisch durch den Betrieb einer Betätigungseinrichtung 14 gelenkt werden können, der durch ein Hinterrad-Lenksteuerventil 15 gesteuert wird. Das Steuerventil 15 wird elektronisch durch ein Befehlssignal gesteuert, das einen berechneten Hinterradwinkel δ_R repräsentiert und der an dieses von einer Steuereinheit 16 her zugeführt wird, die ein Mikrocomputer sein kann, so daß die Betätigungseinrichtung 14 angeregt wird, die Hinterräder 11 um einen Winkel δ_R zu verstellen bzw. zu lenken.

Der Mikrocomputer bzw. die Steuereinheit 16 nimmt ein Signal auf, das einen Drehwinkel repräsentiert, d. h. einen Lenkwinkel R von einem Lenkwinkelsensor 17, ein Signal, das die Fahrzeuggeschwindigkeit V repräsentiert, von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 18 und ein Signal von einem Antriebsart-Wahlschalter 19 auf, das entweder ein Wahlsignal für einen sportlichen Antriebszustand oder einen Normalantriebszustand bildet, wobei der Antriebsart-Wahlschalter 19 manuell durch den Fahrer betätigt wird, um auf der Grundlage des Fahrzustandes des Kraftfahrzeuges sowie nach dem Geschmack des Fahrers entweder einen sportlichen Antriebsbetrieb oder einen Normalantriebsbetrieb des Fahrzeuges auszuwählen.

Die Steuereinheit 16 führt Operationen aus, wie sie durch das Blockdiagramm in Fig. 3 gezeigt sind. Das heißt die Steuereinheit enthält ein erstes und ein zweites Vergleichsmodell 20 und 21 entsprechend dem sportlichen Antriebsbetrieb und dem Normalantriebsbetrieb, die durch den Betriebsartenwahlschalter 19 jeweils ausgewählt werden, ein Schaltteil 22 und ein Berechnungsteil 23 für den Hinterrad-Lenkwinkel. Eine Ziel-Seitenbewegung entsprechend dem Lenkradwinkel R und der Fahrzeuggeschwindigkeit V, die durch die Sensoren 17 und 18 erfaßt werden, wird durch die Vergleichsmodelle 20 und 21 wie folgt bestimmt.

(I) Im Fall des ersten Vergleichsmodelles 20 wird unter der Annahme, daß R ein Lenkradwinkel, K₁ (V) eine Steuerkonstante, τ₁ eine Zeitkonstante und S ein Laplace-Operator ist, eine Zielseitenbewegungsgeschwindigkeit unter Verwendung des nachfolgenden Ausdruckes berechnet. In diesem Zusammenhang ist z. B. τ₁ auf 0,005 sec und K₁ (V) so festgelegt, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist.

(II) Für den Fall des zweiten Vergleichsmodelles 21 wird unter der Annahme, daß die Zeitkonstante τ₂ z. B. auf 0,1 Sek. festgelegt ist und die Steuerkonstante K₂ (V) so festgelegt ist, wie dies der Verlauf in Fig. 4 zeigt, die Ziel-Seitenbewegungsgeschwindigkeit durch den nachfolgenden Ausdruck bestimmt.

Der Antriebsart-Wechselabschnitt 22 nimmt wahlweise von dem Vergleichsmodell 20 oder 21 eine Ziel-Seitenbewegungsgeschwindigkeit auf und liefert diese an den Berechnungsabschnitt 23 für den Hinterrad-Lenkwinkel. Der Berechnungsabschnitt 23 für den Hinterrad-Lenkwinkel berechnet für jeden Operationszyklus Δt einen Ziel-Lenkwinkel δ_R für die Hinterräder, der die Ziel-Seitenbewegungsgeschwindigkeit gewährleistet bzw. um diesen Wert zu erreichen, unter Verwendung der nachfolgenden Ausdrücke:

wobei

V_y=Seitenbeschleunigung der Fahrzeugräder (geschätzter Wert),
C_F=Seitenkraft (Kurvenkraft) des Vorderrades (geschätzter Wert),
C_R=Seitenkraft (Kurvenkraft) des Hinterrades (geschätzter Wert),
eK_F=äquivalente Seitenkraft bzw. Kurvenenergie des Vorderrades,
K_R=äquivalente Seitenkraft bzw. Kurvenenergie des Hinterrades,
L_F=Abstand zwischen den Schwerpunkten der Vorderrad- Halbachsen,
L_R=Abstand zwischen den Schwerpunkten der Hinterrad- Halbachsen,
M=Masse des Fahrzeuges,
I_Z=Seitenträgheitsmoment des Fahrzeuges,
N=Lenkgetriebeübersetzung.

Das so berechnete Ergebnis δ_R wird an den Antriebsabschnitt für die Sekundärlenkung gelegt, bestehend aus dem Steuerventil 15 und der Betätigungseinrichtung 14 (insbesondere wird der Wert an das Steuerventil 15 gelegt), wodurch mit Hilfe der Arbeit des Steuerventiles 15 die Betätigungseinrichtung 14 veranlaßt wird, einen Hub um einen entsprechenden Abstand in eine entsprechende Richtung auszuführen und somit die Hinterräder 11 zu veranlassen, um den Winkel δ_R zu schwenken, um hierdurch die Ziel-Seitenbewegungsgeschwindigkeit zu erreichen.

Die vorbeschriebene Berechnung für den Winkel δ_R wird ausgeführt, in dem der Computer 16 veranlaßt wird, das Steuerprogramm, das in Fig. 5 gezeigt ist, abzuarbeiten. Das Steuerprogramm wird unter Zeitunterbrechung bei jedem Betriebszyklus Δt abgearbeitet. Zuerst werden im Schritt 30 der Lenkradwinkel R und die Fahrzeuggeschwindigkeit V eingelesen und gespeichert. In den Schritten 31, 32 und 33 wird bestimmt, ob der Lenkradwinkel R, die Ziel-Seitenbewegungsgeschwindigkeit , die in der vorbeschriebenen Weise ermittelt wurde, und die geschätzte Seitenbeschleunigung V_y kleiner sind als die jeweiligen vorgegebenen Werte, um hierdurch zu ermitteln, ob sie nahezu 0 sind.

In diesem Fall können die obigen Gleichungen (1) bis (5) durch die Zustandsmatrix in die folgenden Ausdrücke umgeschrieben werden:

Aus dem Ausdruck (7) ist deutlich, daß die Entscheidung, ob R, und V_y nahezu Null sind der Entscheidung entspricht, ob der berechnete Hinterrad-Lenkwinkel nahezu Null ist. Aus dem Ausdruck (6) ist deutlich, daß und V_y sich nicht abrupt und plötzlich ändern, da sie Ausgangssignale der Steuereinheit 16, d. h. die Zustandsvariablen sind. Entsprechend bedeutet der Zustand, daß alle Größen R, und V_y Null sind, daß das Fahrzeug sich in einem Geradeaus-Vorwärtsfahrzustand befindet, bei dem eine Veränderung der Antriebsart durch die Betätigung des Wahlschalters 19 nicht zu einer abrupten Änderung des berechneten Hinterrad-Lenkwinkels δ_R führt.

Aus diesem Grund wird nur dann, wenn in den Schritten 31 bis 33 festgestellt ist, daß R ungefähr 0, ungefähr 0 und V_y ungefähr 0 sind, das Steuerprogramm weiter im Schritt 34 abgearbeitet wird und es folgt überhaupt nur ein weiterer Programmschritt. Im Schritt 34 wird festgestellt, welche der Antriebsarten (sportlich oder normal) ausgewählt ist. Wenn die sportliche Betriebsweise ausgewählt ist, wird das Zeichen FLG gesetzt, um "1" im Schritt 35 zu speichern. Wenn die "milde", Normalantriebsbetriebsweise ausgewählt wird, wird das Zeichen FLG gesetzt, um "0" im Schritt 35 zu speichern. Im Schritt 37 wird festgestellt, ob das Betriebsartzeichen FLG auf die Speicherung von "1" oder "0" gesetzt wurde. Wenn das Betriebsartenzeichen FLG auf logisch "1" gesetzt wurde werden die Steuerkonstanten K (V) und die Zeitkonstante τ jeweils auf K₁ (V) und τ₁ für die sportliche Antriebsbetriebsweise festgelegt. Wenn das Betriebszeichen FLG auf logisch "0" festgelegt ist, werden die Steuerkonstante K(V) und die Zeitkonstante τ auf K₂ (V) und τ₂ für den abgeschwächten Normalantriebsbetriebszustand festgelegt. Im Schritt 40 wird die Ziel-Seitenbewegungsgeschwindigkeit in der oben beschriebenen Weise auf der Grundlage der Steuerkonstante und der Zeitkonstante bestimmt und ein Ziel-Lenkwinkel δ_R für die Hinterräder, der das Erreichen der so bestimmten Ziel-Seitenbewegungsgeschwindigkeit gewährleistet wird berechnet. Anschließend wird im Schritt 41 der berechnete Hinterrad-Lenkwinkel δ_R an das Hinterrad-Lenksteuerventil 15 gelegt, so daß die Hinterräder 11 veranlaßt werden, sich um δ_R zu drehen und hierdurch die Ziel-Seitenbewegungsgeschwindigkeit zu erreichen.

In der Hinterrad-Lenkungssteuerung wird die Schaltbetätigung für den Betriebswahlschalter 19 zur Auswahl einer der Antriebsweisen festgelegt und die entsprechende Schaltbetätigung in den Schritten 35 und 36 ausgeführt, so daß es möglich gemacht wird, die gewünschte Lenksteuerung entsprechend der ausgewählten Betriebsart bzw. Antriebsart zu erhalten. Da jedoch das Fahrzeug sich nunmehr in einem solchen Zustand befindet, daß R ungefähr 0, ungefähr 0 und V_y ungefähr 0 sind, tritt eine abrupte Änderung des berechneten Hinterrad-Lenkwinkels δ_R selbst dann nicht auf, wenn eine Umschaltbetätigung zur Änderung der vorbeschriebenen Antriebsbetriebsweise ausgeführt wird, so daß es möglich ist, ein stoßartiges Fahrverhalten bzw. eine abrupte Änderung des Fahrverhaltens des Fahrzeuges zu vermeiden.

Wenn andererseits in den Schritten 31 bis 33 festgestellt wird, daß der Lenkwinkel R, die Ziel-Seitenbewegungsgeschwindigkeit und die geschätzte Seitenbeschleunigung V_y gleich oder größer als die jeweiligen festgelegten Werte sind, wird das Steuerprogramm im Schritt 37 unter Umgehung der Schritte 34 bis 36 fortgesetzt. Somit werden selbst dann, wenn der Fahrer den Wahlschalter 19 betätigt, um die Antriebsbetriebsweise des Fahrzeuges zu ändern, die Schritte 35 und 36 nicht abgearbeitet, so daß das Betriebsartenzeichen FLG nicht verändert wird. Entsprechend wird der tatsächlich ausgewählte Antriebszustand unverändert beibehalten, selbst wenn der Antriebsbetriebsartenwahlschalter 19 betätigt wird, so daß es möglich ist, ein abruptes Verhalten des Fahrzeuges in Abhängigkeit von der Schaltbetätigung zu vermeiden.

Während die Auswahl der Betriebsart hier durch manuelle Betätigung des Schalters 19 erfolgte, können die oben erläuterten Werte eK_F und K_R automatisch auf der Grundlage von Werten der Straßenoberflächenreibung, der Fahrzeugbeschleunigung und -abbremsung etc. automatisch verändert werden, um die Fahrzeugbewegungswerte in gewünschter Weise einzustellen.

Claims

1. Kraftfahrzeug mit einer Primärlenkung für zwei Vorderräder und mit einer Sekundärlenkung für zwei Hinterräder, mit einer Steuereinrichtung für den Lenkwinkel der Hinterräder und zur Einstellung unterschiedlicher Lenkbetriebsweisen des Kraftfahrzeuges sowie mit einer Einrichtung zum Blockieren einer Änderung der Lenkbetriebsweise in Abhängigkeit von Fahrzeugparametern, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (1) zumindest ein Referenzmodell für einen, eine Seitenbewegung des Kraftfahrzeuges repräsentierenden Parameter zur Bestimmung eines Zielwertes (-, V_y) dieses Parameters aufweist und der Lenkwinkel (δ_R) der Hinterräder (11) zur Erreichung dieses Zielwertes (, V_y) gesteuert ist.

2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ein erstes und ein zweites Referenzmodell (20, 21) aufweist und das erste oder zweite Referenzmodell (20, 21) in Abhängigkeit von einer gewünschten Betriebsweise des Kraftfahrzeuges durch eine Wahleinrichtung (19) ausgewählt ist.

3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Seitenbewegung des Kraftfahrzeuges repräsentierende Parameter die Seitengeschwindigkeit () oder die Seitenbeschleunigung (V_y) ist.

4. Kraftfahrzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (16) mit einem Lenkwinkelsensor (17) und einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (18) verbunden ist sowie eine extern durch einen Wahlschalter (19) steuerbare Wahleinrichtung (22) zur Wahl zwischen einer Lenkbetriebsweise "normales Fahren" und "sportlichen Fahren" aufweist.

5. Kraftfahrzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahleinrichtung (22) der Steuereinrichtung (16) durch einen manuell betätigbaren Wahlschalter (19) ansteuerbar ist.

6. Kraftfahrzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahleinrichtung (22) der Steuereinrichtung (16) in einer additiven Verküpfung durch die Einrichtung (5) zur Blockierung einer Änderung der Lenkbetriebsweise und den manuell betätigbaren Wahlschalter (19) angesteuert ist.