DE4000995A1

DE4000995A1 - Lenksystem fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE4000995A1
Application number: DE19904000995
Authority: DE
Inventors: Eckhard Dipl Ing Babbel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1989-01-26
Filing date: 1990-01-16
Publication date: 1990-08-02
Anticipated expiration: 2010-01-17
Also published as: DE4000995B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für Kraftfahrzeuge der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wie es beispielsweise aus der europäischen Patentanmeldung 01 50 856, nämlich deren fünften Ausführungsbeispiel, bekannt ist.

Bei diesem bekannten Lenksystem ist eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung vorgesehen, in welcher ein in Abhängigkeit u. a. von der Fahrgeschwindigkeit und dem Lenkradeinschlag vorgegebener Sollwert mit einem Istwert verglichen wird, der mittels eines die Fahrzeugquerbeschleunigung erfassenden Sensors ermittelt wird, wobei dem Regler zwecks Verbesserung des allgemeinen Regelverhaltens des Regelkreises in regelungstechnisch bekannter Weise nicht nur die Querbeschleunigung selbst, sondern gleichzeitig auch deren erste zeitliche Ableitung zugeführt wird.

Ein grundsätzlicher Nachteil von solchen Lenksystemen mit echtem Soll-Istwert-Vergleich ist, daß bei Ausfall auch nur einer der eingesetzten Sensoreinrichtungen - sei es im Rahmen der Istwerterfassung oder im Rahmen der geschwindigkeits- und/oder lenkradeinschlagabhängigen Festsetzung des Sollwertes - eine u. U. völlig falsche Auslenkung der Räder ausgelöst werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit vergleichsweise geringem Aufwand ein Lenksystem der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art zu schaffen, das dem Fahrzeug nicht nur eine hervorragende Fahrstabilität und ein gutes Handling verleiht, sondern auch sicherstellt, daß der Ausfall einer Sensoreinrichtung nicht zur Einstellung völlig falscher Radeinschläge führen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte und erfindungswesentliche Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird durch die elektronische Steuer- und Regeleinrichtung ein in der Größenordnung von max. nur etwa 0,5 bis 1° liegender Zusatzlenkwinkel δ _zus erzeugt, welcher eine Funktion nur der ersten zeitlichen Ableitung der Fahrzeugquerbeschleunigung ist und auf die Räder mindestens einer Achse aufgebracht bzw. der durch Lenkradeinschlag bewirkten Auslenkung der lenkbaren Räder überlagert wird.

Erfindungsgemäß wird der Zusatzlenkwinkel also in Abhängigkeit von der Größe des Querrucks (erste zeitliche Ableitung der Querbeschleunigung) des Fahrzeugs bemessen; regelungstechnisch wird also eine Fahrzeugreaktion zurückgeführt, was in vorteilhafter Weise zum einen quasi eine automatische Anpassung an geänderte Fahrzeugparameter (z. B. Beladung, Reifen usw.) und Umwelteinflüsse (z. B. Fahrbahnreibwert usw.) bewirkt und zum anderen eine Lenkbewegung auch ohne aktives Handeln des Fahrers möglich macht, was für die Selbststabilisierung eines ins Schleudern geratenen Fahrzeuges oder bei der Reaktion auf äußere Störungen von besonderer Bedeutung ist.

Von besonderem Vorteil ist auch, daß selbst ein völliger Ausfall der die Fahrzeugquerbeschleunigung erfassenden Sensoreinrichtung nicht etwa dazu führt, daß durch die elektronische Steuer- und Regeleinrichtung ein völlig falscher, die Fahrsicherheit gefährdender Lenkwinkel eingestellt wird. Bei plötzlichem Ausfall der Sensoreinrichtung tritt allenfalls ein kurzer Impuls auf, da der Stationärwert des von der ersten zeitlichen Ablenkung der Querbeschleunigung abgeleiteten Zusatzlenkwinkels stets Null beträgt.

Um zu starke Rückwirkungen und damit die eventuelle Gefahr von selbsterregten Schwingungen zu vermeiden, ist es von Vorteil, den Fahrzeugquerruck bzw. die Fahrzeugquerbeschleunigung jeweils in der Nähe der Fahrzeugachse zu messen, an der der von der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung erzeugte Zusatzlenkwinkel δ _zus nicht zur Wirkung gebracht wird, also in der Nähe der Vorderachse, wenn der Zusatzlenkwinkel auf die Hinterräder einwirkt, und in der Nähe der Hinterachse, falls der Zusatzlenkwinkel an den Vorderrädern zur Wirkung gebracht wird.

Im allgemeinen genügt es, wenn der von der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung erzeugte Zusatzlenkwinkel δ _zus proportional zur ersten zeitlichen Ableitung der von der Sensoreinrichtung gemessenen Fahrzeugquerbeschleunigung _meß gemacht wird, also der Wert

gebildet wird.

Wenn der Zusatzlenkwinkel an den Hinterrädern zur Wirkung gebracht wird, kann es jedoch von Vorteil sein, ihn nicht einfach proportional zur ersten zeitlichen Ableitung der tatsächlich gemessenen Fahrzeugquerbeschleunigung, sondern proportional zur ersten zeitlichen Ableitung der Differenz zwischen der gemessenen Fahrzeugquerbeschleunigung und einer auf der Basis der Fahrgeschwindigkeit und des Lenkradeinschlags errechneten theoretischen Fahrzeugquerbeschleunigung zu machen, also den Wert

zu bilden.

Auf diese Weise wird ein sonst eventuell noch auftretendes unerwünschtes Ansprechen der Zusatzlenkung als direkte Reaktion auf eine aktive Lenkbewegung des Fahrers verhindert. Es wird hier also eine Korrekturfunktion angewendet, die den Fahrzeugquerruck als direkte Reaktion auf einen Lenkwinkelsprung (bei entkoppelten Achsen) errechnet und den so ermittelten theoretischen Querruck vom gemessenen tatsächlichen Querruck bzw. von der Differentiation der gemessenen tatsächlichen Fahrzeugquerbeschleunigung abzieht.

In der Zeichnung ist in den Fig. 1 und 2 jeweils in Form eines schematischen Blockdiagramms das Prinzip der Bildung eines querruckgesteuerten Zusatzlenkwinkels dargestellt.

In Fig. 1 wird die von einer Sensoreinrichtung 1 gemessene Fahrzeugquerbeschleunigung bzw. ein dieser Querbeschleunigung entsprechendes Signal _meß einer elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung 2 zugeführt, wo in einem Differenzierglied 3 zunächst dessen erste zeitliche Ableitung gebildet und anschließend in einem Multiplikationsglied 4 mit einem konstanten Proportionalfaktor k multipliziert wird. Das so gebildete Ausgangs- bzw. Steuersignal δ _zus = k · der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung 2 wird einem nur schematisch angedeuteten Stellglied 5 zugeführt, welches mit dem nicht weiter dargestellten Lenkgestänge o. ä. des Fahrzeuges gekoppelt ist; der vom Fahrzeugführer durch Lenkradeinschlag bewirkten Auslenkung der lenkbaren Räder wird so selbsttätig ein dem Steuersignal δ _zus = k · entsprechender korrigierender Zusatzlenkwinkel überlagert, der entweder an den Vorderrädern oder aber an den Hinterrädern zur Wirkung gebracht wird. Je nach dem, ob der Zusatzlenkwinkel über die Vorderräder oder die Hinterräder aufgebracht wird, besitzt das Ausgangs- bzw. Steuersignal der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung 2 bzw. der dadurch bewirkte korrigierende Zusatzlenkwinkel entweder die eine oder die andere Polarität. Bei einem z. B. nach links gerichteten Querruck des Fahrzeuges würde ein auf die Vorderräder einwirkender korrigierender Zusatzlenkwinkel diese nach rechts einschlagen, während ein auf die Hinterräder einwirkender Zusatzlenkwinkel diese im gleichen Fall nach links einschlagen würde.

Das in Fig. 2 dargestellte schematische Blockdiagramm stimmt im wesentlichen mit dem der Fig. 1 überein; entsprechend sind gleiche bzw. gleich wirkende Bauelemente mit der gleichen Bezifferung versehen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der korrigierende Zusatzlenkwinkel bzw. das dafür benötigte Ausgangs- bzw. Steuersignal δ _zus von der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung 2 nicht als Funktion der ersten zeitlichen Ableitung nur der gemessenen tatsächlichen Fahrzeugquerbeschleunigung _meß, sondern als Funktion der ersten zeitlichen Ableitung eines korrigierten Querbeschleunigungswertes ermittelt. Dem Differenzierglied 3 der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung ist zu diesem Zweck ein Subtraktionsglied 6 vorgeschaltet, in dem die Differenz zwischen dem Signal _meß der gemessenen tatsächlichen Fahrzeugquerbeschleunigung und einer errechneten theoretischen Fahrzeugquerbeschleunigung _korr gebildet wird. Dem in diesem Fall auf die Hinterräder einwirkenden Stellglied 5 wird von der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung 2 dementsprechend ein Ausgangs- bzw. Steuersignal

δ _zus = k ( - )

zugeführt.

Die von der gemessenen tatsächlichen Fahrzeugquerbeschleunigung _meß als Korrekturfaktor abgezogene theoretische Fahrzeugquerbeschleunigung _korr wird in einem elektronischen Rechenbaustein 9 zu

errechnet, worin

δ₁ den durch Betätigung des Lenkrades bewirkten Lenkwinkel der Vorderräder,
v die Fahrgeschwindigkeit,
C _α ₁ den Seitenkraft-Schräglaufwinkel-Koeffizienten der Vorderachse und
m₁ die auf die Gravitationsbeschleunigung bezogene statische Vorderachslast darstellen.

_korr entspricht der theoretischen Fahrzeugquergeschwindigkeit und wird, wie in Fig. 2 prinzipienhaft dargestellt, z. B. über eine integrale Rückkopplung 10 des elektronischen Rechenbausteins 9 erzeugt. Der Vorderachslenkwinkel δ₁ und die Fahrzeuggeschwindigkeit v werden in üblicher Weise durch geeignete Sensoreinrichtungen 7 und 8 ermittelt.

Claims

1. Lenksystem für Kraftfahrzeuge, enthaltend eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung, durch welche zumindest an einer der Achsen auf der Basis von durch Sensoreinrichtungen erfaßten Betriebsparametern des Fahrzeuges, insbesondere der Fahrzeugquerbeschleunigung, ein von der ersten zeitlichen Ableitung der Fahrzeugquerbeschleunigung abhängiger korrigierender Zusatzlenkwinkel δ _zus eingestellt bzw. dem durch Lenkradeinschlag bewirkten Lenkwinkel überlagert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzlenkwinkel δ _zus eine Funktion nur der ersten zeitlichen Ableitung der Fahrzeugquerbeschleunigung ist und in der Größenordnung von max. etwa 0,5 bis 1° liegt.

2. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzlenkwinkel w _zus als erste zeitliche Ableitung der von der Sensoreinrichtung (1) gemessenen tatsächlichen Fahrzeugquerbeschleunigung _meß gebildet ist.

3. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzlenkwinkel δ _zus als erste zeitliche Ableitung der Differenz zwischen der von der Sensoreinrichtung (1) gemessenen tatsächlichen Fahrzeugquerbeschleunigung _meß und einer von der Steuer- und Regeleinrichtung auf der Basis erfaßter Fahrgeschwindigkeits- und Lenkwinkelwerte errechneten theoretischen Fahrzeugquerbeschleunigung _korr gebildet ist.

4. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der von der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung (2) bewirkte Zusatzlenkwinkel δ _zus an den Vorderrädern zur Wirkung gebracht ist, und daß die die Fahrzeugquerbeschleunigung erfassende Sensoreinrichtung (1) im Bereich der Hinterachse angeordnet ist.

5. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der von der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung (2) bewirkte Zusatzlenkwinkel w _zus an den Hinterrädern zur Wirkung gebracht ist, und daß die die Fahrzeugquerbeschleunigung erfassende Sensoreinrichtung (1) im Bereich der Vorderachse angeordnet ist.