DE3910002C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkanlage nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

In der DE-OS 38 25 885 ist eine Lenkanlage dieser Art be­ schrieben, bei der der Vorderrad-Lenkwinkel und die Fahr­ zeuggeschwindigkeit erfaßt und daraus ein Sollwert für den Hinterrad-Lenkwinkel bestimmt wird, um den dann die Hinter­ räder geschwenkt werden. Bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit werden die Hinterräder gleichsinnig, bei niedriger Fahr­ zeuggeschwindigkeit gegensinnig zu den Vorderrädern ge­ schwenkt. Zur Verbesserung des Lenkgefühls des Fahrers wird eine Änderung der Lenkgeschwindigkeit des Lenkrads erfaßt und der Hinterrad-Lenkwinkel entsprechend dieser Änderung verändert.

Wenn bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit die Querbeschleu­ nigung des Kraftfahrzeugs groß ist, wird bei dieser Lenk­ anlage das Ansprechvermögen des Kraftfahrzeugs auf die Lenkung schlecht, und der Fahrer hat kein gutes Lenk­ gefühl.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lenkanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, deren Ansprech­ vermögen bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten verbessert ist und die dem Fahrer ein verbessertes Lenkgefühl vermittelt.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Lenkanlage die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend an einer bevorzugten Aus­ führungsform unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Lenkanlage für ein Kraftfahrzeug mit lenkbaren Vorder- und Hinterrädern,

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Steuereinrichtung der Lenkanlage,

Fig. 3 ein Flußdiagramm des Steuerungsablaufs, der mit Hilfe eines MCU in der Steuereinrichtung aus­ geführt wird,

Fig. 4 ein Diagramm eines Lenkwinkelverhältnisses in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit,

Fig. 5 ein Diagramm eines Korrekturwerts in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit,

Fig. 6 ein Diagramm eines Tastverhältnisses in Ab­ hängigkeit von der Abweichung eines Sollwerts des Hinterrad-Lenkwinkels vom tatsächlichen Hinterrad- Lenkwinkel, und

Fig. 7 ein Blockdiagramm zur Erläuterung von Funktionen der Lenkanlage.

Fig. 1 zeigt eine Lenkanlage 100 in einem Kraftfahrzeug, das lenkbare Vorderräder 18FL, 18FR und Hinterräder 18RL, 18RR hat. Ein Lenkrad 11 betätigt über eine Lenkwelle 12 ein Vorderrad-Lenkgetriebe 13. Mit der Lenkwelle 12 ist ein Lenkwinkelsensor 14 zum Erfassen eines Lenkwinkels Rs des Lenkrads 11 und damit eines Vorderrad-Lenkwinkels δf verbunden. Der Lenkwinkelsensor 14 weist einen Kodierer (nicht gezeigt) auf und ist elektrisch mit einer Steuer­ einrichtung 16 verbunden, die ein dem erfaßten Lenkwinkel Rs bzw. δf entsprechendes Signal abgibt. Das Vorderrad- Lenkgetriebe 13 weist ein Ritzel 13a auf, das mit der Lenkwelle 12 drehbar ist, und eine Zahnstange 13b, die mit dem Ritzel 13a kämmt. Die Enden der Zahnstange 13b sind an Lenkarmen 19FL, 19FR der Vorderräder 18FL, 18FR über vordere Spurstangen 17FL, 17FR angelenkt. Jedem Vorder- und Hinterrad 18FL, 18FR, 18RL, 18RR ist je ein Fahr­ zeuggeschwindigkeitsmesser 20FL, 20FR, 20RL, 20RR zuge­ ordnet, der elektrisch mit der Steuereinrichtung 16 ver­ bunden ist (siehe auch Fig. 2).

Die Lenkanlage 100 weist einen Elektromotor 21 auf, der elektrisch mit der Steuereinrichtung 16 verbunden ist und eine Abtriebswelle hat, die mit einem Hinterrad- Lenkgetriebe 23 über ein Kegelgetriebe 22 verbunden ist. Das Hinterrad-Lenkgetriebe 23 hat ein Ritzel 23a und eine Zahnstange 23b, die mit dem Ritzel 23a kämmt. Die Enden der Zahnstange 23b sind an Lenkarmen 19RL, 19RR der Hinter­ räder 18RL, 18RR über hintere Spurstangen 17RL, 17RR ange­ lenkt. Das Kegelgetriebe 22 hat ein Kegelrad 22a, das mit dem Ritzel 23a des Hinterrad-Lenkgetriebes 23 drehbar ist, und ein Kegelrad 23b, das auf der Abtriebswelle des Elektro­ motors 21 befestigt ist. Dem Hinterrad-Lenkgetriebe 23 ist ein Hinterrad-Lenkwinkelsensor 24 zum Erfassen eines Hinterrad-Lenkwinkels δr zugeordnet, der den Abstand, um den die Zahnstange 23b in axialer Richtung bewegt wird, feststellt. Der Hinterrad-Lenk­ winkelmesser 24 weist einen Differentialübertrager auf und ist elektrisch mit der Steuereinrichtung 16 verbunden.

Wie Fig. 2 zeigt, hat die Steuereinrichtung 16 einen Spannungsstabilisator 26, eine Steuerschaltung 27 und eine Treiberschaltung 28. Der Spannungsstabilisator 26 ist mit einer fahrzeugeigenen Batterie BAT über eine Sicherung 29 verbunden.

Die Steuerschaltung 27 weist einen nachstehend mit "MCU" bezeichneten Mikroprozessor 30 auf, der über eine Schnitt­ stelle 31 mit dem Lenkwinkelsensor 14 über einen A/D- Wandler 35 und eine Schnittstelle 33 mit dem Hinterrad- Lenkwinkelsensor 24 und über eine Schnittstelle 34 mit den Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren 20FL, 20FR, 20RL, 20RR verbunden ist. Signale von dem Lenkwinkelsensor 14, dem Hinterrad-Lenkwinkelsensor 24 und den Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren 20FL, 20FR, 20RL, 20RR werden dem MCU 30 über die Schnittstelle 31 bzw. die Schnittstelle 33 und den A/D-Wandler 35 bzw. die Schnitt­ stelle 34 zugeführt. Der A/D-Wandler 35 wandelt das Signal von der Schnittstelle 33 in ein digitales Signal um, das in den MCU 30 gegeben wird. Der MCU 30 verarbeitet die Signale gemäß einem Steuerprogramm, das in einem ROM gespeichert ist, und erzeugt ein erstes Steuersignal, das die Richtung angibt, in der der Elektromotor 21 anzutreiben ist, und ein zweites Steuersignal, das ein Tastverhältnis DS einer Spannung VA festlegt. Diese beiden Steuer­ signale werden in einer Treiberschaltung 36, 28 in PWM- Signale (impulsbreitenmodulierte Signale) umgewandelt, mittels derer Gates von vier FETs Q1, Q2, Q3, Q4 einer Steuerschaltung 37 gesteuert werden.

In der Steuerschaltung 37 sind die Drains der FETs Q1, Q4 über ein Relais 38 und die Sicherung 29 mit der Batterie BAT und die Sources der FETs Q1, Q4 mit den Drains der FETs Q2, Q3 ver­ bunden. Die Sources der FETs Q2, Q3 sind an Masse gelegt. Der Elektromotor 21 und ein Relais 39 sind in Serie einerseits zwischen die Source des FETs Q1 und den Drain des FETs Q2 und andererseits zwischen die Source des FETs Q4 und den Drain des FETs Q3 geschaltet. Die PWM-Signale von der Trei­ berschaltung 36 liegen an den Gates der FETs Q1, Q2, Q3, Q4 zur selektiven Erregung der FETs Q1, Q3 oder der FETs Q2, Q4 an, um einen elektrischen Strom durch den Elektromotor 21 in der Richtung zu leiten, die durch das erste Steuer­ signal festgelegt wird und mit einem Tastverhältnis, das durch die PWM-Signale festgelegt wird. Die Relais 38, 39 haben Magnete, die mit dem MCU 30 verbunden sind, sowie Kontakte, die durch die Magneten beweglich sind. Die Kon­ takte können zum Schließen und Öffnen der Relais 38, 39 in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des MCU 30 ge­ schlossen und geöffnet werden.

Die Arbeitsweise der Lenkanlage 100 wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert.

Der MCU 30 der Lenkanlage 100 führt Verarbeitungsschritte gemäß dem Flußdiagramm nach Fig. 3 aus, um den Elektromotor 21 zu steuern.

Zuerst wird ein Zündschlüssel für das Kraftfahrzeug gedreht, um einen Zündschlüsselschalter (nicht gezeigt) einzuschal­ ten und den MCU 30 und die anderen Schaltungen mit Strom zu versorgen, so daß das Steuerprogramm eingeleitet werden kann.

In einem Schritt P1 wird der MCU 30 initialisiert.

In einem Schritt P2 wird der von dem Lenkwinkelsensor 14 erfaßte Vorderrad-Lenkwinkel δf in den MCU 30 eingegeben.

In einem Schritt P3 wird die von dem Fahrzeuggeschwindig­ keitssensor 20 erfaßte Fahrzeuggeschwindigkeit V in den MCU 30 eingegeben.

In einem Schritt P4 wird unter Verwendung der Fahrzeug­ geschwindigkeit V als Adresse ein Lenkwinkelverhältnis K aus einer Tabelle 1 (Fig. 4) bestimmt. Das Lenkwinkelver­ hältnis K ist das Verhältnis δr/δf des Hinterrad-Lenk­ winkels δr zum Vorderrad-Lenkwinkel δf. Es hat einen negativen Wert, wenn die Vorderräder 18FL, 18FR gegensinnig zu den Hinterrädern 18RL, 18RR gelenkt werden, was in einem Niedriggeschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs erfolgt, und einen positiven Wert, wenn die Vorderräder 18FL, 18FR gleichsinnig zu den Hinterrädern 18RL, 18RR gelenkt werden, was in einem Hochgeschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs erfolgt.

In einem Schritt P5 wird ein Korrekturwert a aus einer Tabelle 2 (Fig. 5) unter Verwendung der Fahrzeuggeschwin­ digkeit V als Adresse bestimmt. Der Korrekturwert a steigt linear von Null aus in einem Fahrzeuggeschwindigkeits­ bereich, der größer als eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwin­ digkeit Vo ist.

In einem Schritt P6 wird der Vorderrad-Lenkwinkel δf mit dem Lenkwinkelverhältnis K multipliziert, um einen Hinter­ rad-Soll-Lenkwinkel δro zu erhalten.

In einem Schritt P7 wird der von dem Hinterrad-Lenkwinkel­ sensor 24 erfaßte Hinterrad-Lenkwinkel δr in den MCU 30 gegeben.

In einem Schritt P8 wird der erfaßte Lenkwinkel δr von dem Soll-Lenkwinkel δro abgezogen, um eine Abweichung Δδr zwischen beiden zu ermitteln.

In einem Schritt P9 wird der Korrekturwert a zu der Abwei­ chung Δδr addiert, um eine korrigierte Abweichung Δδr′ zu erhalten.

In einem Schritt P10 wird das Tastverhältnis Ds aus einer Tabelle 3 (Fig. 6) unter Verwendung der korrigierten Ab­ weichung Δδr′ als Adresse bestimmt. Mit diesem Tastver­ hältnis Ds wird ein Strom Im gesteuert, der durch den Elektromotor 21 durchzuleiten ist und dessen Lenkkraft f festlegt. Wie Fig. 6 zeigt, steigt das Tastverhältnis Ds, ausgehend von einer Totzone DZ einer Breite ΔδO′, gemäß einer charakteristischen Kurve L1 im wesentlichen linear mit größer werdenden korrigierter Abweichung Δδr′ an. Die Tot­ zone DZ ist relativ breit. Wenn die korrigierte Abweichung Δδr′ in der Totzone DZ liegt, ist das Tastverhältnis Ds Null, und daher wird der Elektromotor 21 nicht erregt. Typische niedrige, mittlere und hohe Fahrzeuggeschwindig­ keiten sind jeweils durch Vl, Vm, Vh in Fig. 5 dargestellt.

In einem Schritt P11 wird ein dem Tastverhältnis Ds ent­ sprechendes Signal der Treiberschaltung 36 zugeführt. Die Treiberschaltung 36 legt PWM-Signale entsprechend diesem Signal an die Gates der FETs Q1, Q3 oder der FETs Q2, Q4 an. Somit wird ein Strom Im mit dem Tastverhältnis Ds durch den Elektromotor 21 in derjenigen Richtung hindurchgeleitet, in die die Hinterräder 18RL, 18RR mit der Lenkkraft f zu lenken sind.

Insgesamt wird also der Hinterrad-Soll-Lenkwinkel δro aus dem Vorderrad-Lenkwinkel δf und der Fahrzeugge­ schwindigkeit V bestimmt, und die Abweichung Δδr zwischen dem Soll-Lenkwinkel δro und dem erfaßten Hinterrad- Lenkwinkel δr ermittelt. Anschließend wird die Abweichung Δδr derart korrigiert, daß sie im wesentlichen proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit V verläuft. Die Hinterrad- Lenkkraft f wird dann im wesentlichen proportional zur korrigierten Abweichung Δδr′ bestimmt und die Hinterräder 18RL, 18RR mit dieser Lenkkraft f auf den Soll-Lenkwinkel δro gelenkt.

In einem Hochgeschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs, der über der vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit VO liegt, wird die Abweichung Δδr zwischen dem Soll-Lenkwinkel δro und dem erfaßten Lenkwinkel δr der Hinterräder 18RL, 18RR derart korrigiert, daß sie größer wird. Das Tastver­ hältnis Ds wird dann im wesentlichen proportional zur kor­ rigierten Abweichung Δδr′ bestimmt. Die Breite der Tot­ zone DZ wird mit der Korrektur der Abweichung Δδr korri­ giert.

Durch den Schritt P9 nimmt die korrigierte Abweichung Δδr′ mit der Fahrzeuggeschwindigkeit V in dem Fahrzeuggeschwin­ digkeitsbereich zu, der größer als die vorbestimmte Fahr­ zeuggeschwindigkeit VO ist. Das ist äquivalent einer Ver­ schiebung der charakteristischen Kurve L1 in Richtung einer Verminderung der Breite ΔδO′ der Totzone DZ, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V größer wird.

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V eine hohe Geschwindig­ keit Vh (Fig. 5) im Hochgeschwindigkeitsbereich ist, nimmt die Lenkkraft f für die Hinterräder 18RL, 18RR zu. Daher wird die Geschwindigkeit, mit der die Hinterräder 18RL, 18RR gelenkt werden, erhöht. Als Folge hiervon wird die Ansprechempfindlichkeit der Hinterräder 18RL, 18RR auf die Lenkung erhöht.

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V eine mittlere Geschwin­ digkeit Vm (5) im mittleren Geschwindigkeitsbereich ist, ist die Lenkkraft f kleiner als in dem Fall, in dem die Fahrzeuggeschwindigkeit V im Hochgeschwindigkeitsbereich liegt. Als Folge hiervon ist die Fahrtrichtung des Kraft­ fahrzeugs leicht zu ändern.

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V eine niedrige Geschwin­ digkeit Vl (Fig. 5) im Niedriggeschwindigkeitsbereich ist, ist der Korrekturwert a Null und das Tastverhältnis Ds allein durch die unkorrigierte Abweichung Δδr nach Maßgabe der charakteristischen Kurve L1 bestimmt. Dabei wird die Breite ΔδO′ der Totzone DZ nicht verringert. Folglich ist die Lenkkraft f im allgemeinen kleiner als in dem Fall, in dem die Fahrzeuggeschwindigkeit V im mittleren Geschwindigkeits­ bereich liegt. Als Folge hiervon läßt sich die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs leicht ändern, und Lenkschwingungen bei der Lenkung der Hinterräder 18RL, 18RR werden verhindert.

Grundsätzlich wird die Lenkkraft f der Hinterräder 18RL, 18RR mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit V im Hochgeschwindig­ keitsbereich erhöht, wodurch im Hochgeschwindigkeitsbereich die Ansprechempfindlichkeit der Hinterräder 18RL, 18 RR auf den Lenkvorgang erhöht wird. Im mittleren Geschwindigkeitsbereich kann man leicht Kurven durchfahren. Im Niedriggeschwindig­ keitsbereich kann man leicht Kurven durchfahren, und Lenk­ schwingungen bei der Lenkung der Hinterräder 18RL, 18RR werden verhindert.

Dem Fahrer des Kraftfahrzeugs wird daher ein gutes Lenk­ gefühl in allen Fahrzeuggeschwindigkeitsbereichen vermittelt.

Statt der Bestimmung des Korrekturwerts a und der Ausfüh­ rung des Schrittes P9 kann ein Korrekturwert bestimmt werden, der einen Einheitswert (=1) im Niedriggeschwindigkeits­ bereich hat und bei zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit größer wird, und die Abweichung Δδr kann dadurch korri­ giert werden, daß sie mit dem so bestimmten Korrekturwert multipliziert wird.

Claims (5)

1. Lenkanlage (100) für ein Kraftfahrzeug, das Vorderräder (18FL, 18FR) und Hinterräder (18RL, 18RR) aufweist, die mittels eines Lenkrads (11) lenkbar sind,
mit einer Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektiereinrichtung (20FL, 20FR, 20RL, 20RR) zum Detektieren einer Fahrzeug­ geschwindigkeit (V) des Kraftfahrzeugs,
mit einer Vorderrad-Lenkwinkeldetektiereinrichtung (14) zum Detektieren eines Vorderradlenkwinkels (δf) der Vorderräder (18FL, 18FR) und
mit einer Hinterradlenkeinrichtung (16, 21, 22, 23) zum Lenken der Hinterräder (18RL, 18RR) in Abhängigkeit von der detektierten Fahrzeuggeschwindigkeit (V) und in Abhängigkeit von dem detektierten Vorderradlenkwinkel (δf), dadurch gekennzeichnet, daß der Hinterradlenkeinrichtung (16, 21, 22, 23) eine Korrektureinrichtung (16, P5, P9) zur Änderung der von der Hinterradlenkeinrichtung (16, 21, 22, 23) auf die Hinterräder (18LR, 18RR) ausgeübten Lenkkraft (Ds, f) mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit (V), ausgehend von einer mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit (V) verminderten Totzone (DZ), zugeordnet ist.

2. Lenkanlage (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Detektiereinrichtung (24) zum Detektieren eines tatsächlichen Lenkwinkels (δr) der Hinterräder (18RL, 18RR) vorgesehen ist,
daß eine Bestimmungseinrichtung (16, P4, P6) zum Bestimmen eines Sollenkwinkels (δro) der Hinterräder (18RL, 18RR) in Abhängigkeit von dem detektierten Lenkwinkel (δr) der Vorderräder (18FL, 18FR) und der detektierten Fahrzeuggeschwindigkeit (V) vorgesehen ist, daß eine Abweichungsermittlungseinrichtung (16, P8) zum Bilden einer Abweichung (Δδr) zwischen dem Sollenkwinkel (δro) der Hinterräder (18RL, 18RR) und dem detektierten tatsächlichen Lenkwinkel (δr) der Hinterräder (18RL, 18RR) vorgesehen ist,
daß die Korrektureinrichtung (16, P5, P9) zur Korrektur der Abweichung ( Δδr) einen Korrekturwert (a) in Ab­ hängigkeit von der detektierten Fahrzeuggeschwindigkeit (V) bildet,
daß eine Lenkkraftbestimmungseinrichtung (16, P10) zum Bestimmen der Lenkkraft (Ds, f) in Abhängigkeit von einer korrigierten Abweichung (Δδr′) vorgesehen ist und daß der Hinterradlenkeinrichtung (16, 21, 22, 23) eine Antriebssteuereinrichtung (30, 36, 28, 21) zum Lenken der Hinterräder (18RL, 18RR) um den Sollenkwinkel (δro) mit der bestimmten Lenkkraft (f) zugeordnet ist.

3. Lenkanlage (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturwert (a) mit zunehmender Fahrzeug­ geschwindigkeit (V) zunimmt, daß die Korrektureinrich­ tung (16, P5, P9) eine Einrichtung (P9) zum Addieren des Korrekturwerts (a) zu der Abweichung (Δδr) aufweist und daß die bestimmte Lenkkraft (Ds, f) mit zunehmender korri­ gierter Abweichung (Δδr′) größer wird.

4. Lenkanlage (100) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Korrekturwert (a) Null in einem Fahr­ zeuggeschwindigkeitsbereich ist, der niedriger als eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit (VO) ist.

5. Lenkanlage (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Totzone (DZ) eine von der korrigierten Abweichung (Δδr′) abhängige Breite (ΔδO′) aufweist.