DE4000995B4

DE4000995B4 - Lenksystem für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE4000995B4
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: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2010-01-17
Also published as: DE4000995A1

Abstract

Lenksystem für Kraftfahrzeuge, enthaltend eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung (2), durch welche zumindest an einer der Fahrzeugachsen auf der Basis der durch Sensoreinrichtungen (1) erfassten Fahrzeugquerbeschleunigung ein von der ersten zeitlichen Ableitung der Fahrzeugquerbeschleunigung abhängiger korrigierender Zusatzlenkwinkel δ_zus eingestellt bzw. dem durch einen Lenkradeinschlag bewirkten Lenkwinkel überlagert wird, wobei der Zusatzlenkwinkel δ_zus eine Funktion nur der ersten zeitlichen Ableitung der durch Sensoreinrichtungen (1) erfassten Fahrzeugquerbeschleunigung ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem derart konfiguriert ist, dass der Zusatzlenkwinkel δ_zus in der Größenordnung von max. etwa 0,5 bis 1 Grad liegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenksystem für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder 3.
Aus der DE 23 31 616 A1 ist ein Lenksystem bekannt, bei dem ein ungewolltes Drehen des Fahrzeugs um die Hochachse durch einen Eingriff in die Lenkung kompensiert werden soll. Hierzu wird die Querbeschleunigung erfasst und deren erste Ableitung gebildet. Mit einem entsprechenden Verstärkungsfaktor ergibt sich ein Korrekturwert in Form eines Zusatzlenkwinkels. Der entsprechende Korrektureingriff in die Lenkung erfolgt über ein Stellglied, das über ein Differentialgetriebe nach dem Prinzip einer Überlagerungslenkung angeschlossen ist. Dies bedeutet, dass der Fahrer ein Gegenmoment am Lenkrad aufbringen muss, den Korrektureingriff bei stärkerem Korrekturbedarf also ruckartig spürt.
Weiterhin ist aus der EP 0 150 856 A2 ein ähnliches Lenksystem bekannt, das eine Vielzahl verschiedener Eingangsgrößen wie die Fahrzeugquerbeschleunigung, die Fahrzeuggeschwindigkeit und den Lenkwinkel in unterschiedlichen Varianten verwendet. Die in der EP 0 150 856 A2 offenbarten Lösungen stellen zwar eine wirkungsvolle Lenkkorrektur bei Störeinflüssen zur Verfügung, können jedoch nicht ausschließen, dass für den Fahrer überraschende oder unerwartete Lenkradreaktionen auftreten. Bei Ausfall einer der eingesetzten Sensoreinrichtungen kann u. U. eine völlig falsche Auslenkung der Räder ausgelöst werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringem Aufwand ein Lenksystem 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 bzw. der Fahrer von zu starken Lenkradreaktionen überrascht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein lenksystem mit der Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 3 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß Patentanspruch 1 wird durch die elektronische Steuer- und Regeleinrichtung ein in der Größenordnung von max. nur etwa 0,5 bis 1° liegender Zusatzlenkwinkel δ_zus eingestellt, welcher eine Funktion nur der ersten zeitlichen Ableitung der Fahrzeugquerbeschleunigung ist und auf die Räder mindestens einer Achse aufgebracht bzw. der durch einen Lenkradeinschlag bewirkten Auslenkung der lenkbaren Räder überlagert wird.
Der Zusatzlenkwinkel wird also in Abhängigkeit von der Größe des Querrucks (erste zeitliche Ableitung der Querbeschleunigung) des Fahrzeuges bemessen; regelungstechnisch wird also eine Fahrzeugreaktion zurückgeführt, was in vorteilhafter Weise zum einen quasi eine automatische Anpassung an geänderte Fahrzeugparameter (z.B. Beladung, Reifen etc.) und Umwelteinflüsse (z.B. Fahrbahnreibwert etc.) 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 ÿ_mess gemacht wird, also der Wert
gebildet wird.
Wenn der Zusatzlenkwinkel an den Hinterrädern zur Wirkung gebracht wird, kann es gemäß dem nebengeordneten Patentanspruch 3 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 erfassten Fahrzeugquerbeschleunigung und einer auf der Basis der Fahrgeschwindigkeit und des Lenkradeinschlags errechneten theoretischen Fahrzeugquerbeschleuni gung 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 1 und 2 jeweils in Form eines schematischen Blockdiagramms das Prinzip der Bildung eines querruckgesteuerten Zusatzlenkwinkels dargestellt.
In 1 wird die von einer Sensoreinrichtung 1 gemessene Fahrzeugquerbeschleunigung bzw. ein dieser Querbeschleunigung entsprechendes Signal ÿ_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 Proportionaifaktor k multipliziert wird. Das so gebildete Ausgangs- bzw. Steuersignal
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
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 2 dargestellte schematische Blockdiagramm stimmt im wesentlichen mit dem der 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 ÿ_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 ÿ_meß der gemessenen tatsächlichen Fahrzeugquerbeschleunigung und einer errechneten theoretischen Fahrzeugquerbeschleunigung ÿ_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
zugeführt.
Die von der gemessenen tatsächlichen Fahrzeugquerbeschleunigung ÿ_meß als Korrekturfaktor abgezogene theoretische Fahrzeugquerbeschleunigung ÿ_korr wird in einem elektronischen Rechenbaustein 9 zu
errechnet, worin

δ₁: den durch Betätigung des Lenkrades bewirkten Lenkwinkel der Vorderräder,
v: die Fahrgeschwindigkeit,
C_α1: den Seitenkraft-Schräglaufwinkel-Koeffizienten der Vorderachse und
m₁: die auf die Gravitationsbeschleunigung bezogene statische Vorderachslast darstellen.

ÿ_korr entspricht der theoretischen Fahrzeugquergeschwindigkeit und wird, wie in 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

Lenksystem für Kraftfahrzeuge, enthaltend eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung (2), durch welche zumindest an einer der Fahrzeugachsen auf der Basis der durch Sensoreinrichtungen (1) erfassten Fahrzeugquerbeschleunigung ein von der ersten zeitlichen Ableitung der Fahrzeugquerbeschleunigung abhängiger korrigierender Zusatzlenkwinkel δ_zus eingestellt bzw. dem durch einen Lenkradeinschlag bewirkten Lenkwinkel überlagert wird, wobei der Zusatzlenkwinkel δ_zus eine Funktion nur der ersten zeitlichen Ableitung der durch Sensoreinrichtungen (1) erfassten Fahrzeugquerbeschleunigung ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem derart konfiguriert ist, dass der Zusatzlenkwinkel δ_zus in der Größenordnung von max. etwa 0,5 bis 1 Grad liegt.
Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzlenkwinkel δ_zus aus der ersten zeitlichen Ableitung der von der Sensoreinrichtung (1) gemessenen tatsächlichen Fahrzeugquerbeschleunigung ÿ_mess und einem Verstärkungsfaktor k gebildet ist.
Lenksystem für Kraftfahrzeuge, enthaltend eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung (2), durch welche zumindest an einer der Fahrzeugachsen auf der Basis der durch Sensoreinrichtungen (1) erfassten Fahrzeugquerbeschleunigung ein von der ersten zeitlichen Ableitung der Fahrzeugquerbeschleunigung abhängiger korrigierender Zusatzlenkwinkel δ_zus eingestellt bzw. dem durch einen Lenkradeinschlag bewirkten Lenkwinkel überlagert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzlenkwinkel δ_zus als erste zeitliche Ableitung der Differenz zwischen der von der Sensoreinrichtung (1) erfassten tatsächlichen Fahrzeugquerbeschleunigung ÿ_mess und einer von der Steuer- und Regeleinrichtung (2) auf der Basis erfasster Fahrgeschwindigkeits- und Lenkwinkelwerte errechneten theoretischen Fahrzeugquerbeschleunigung ÿ_korr gebildet ist, und dass das Lenksystem derart konfiguriert ist, dass der Zusatzlenkwinkel δ_zus in der Größenordnung von max. 0,5 bis 1 Grad liegt.
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.
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 Hinterrädern zur Wirkung gebracht ist, und dass die die Fahrzeugquerbeschleunigung erfassende Sensoreinrichtung (1) im Bereich der Vorderachse angeordnet ist.