DE4008167C2

DE4008167C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Lenkeinschlagwinkels

Info

Publication number: DE4008167C2
Application number: DE19904008167
Authority: DE
Inventors: Joachim Schuberth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1990-03-15
Filing date: 1990-03-15
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2010-03-16
Also published as: DE4008167A1

Description

Es hat sich als notwendig erwiesen, für verschiedene Elektroniken in Kraftfahrzeugen die Kurvenfahrt eines Kraftfahrzeugs zu ermitteln. Als Beispiele dafür sei auf die Dämpfersteuerung, den Allradantrieb und die Allradlenkung verwiesen. Zur Ermittlung der Kurvenfahrt bzw. des Lenkeinschlagwinkels sind verschiedene Lenk winkelsensoren bekannt. Die Anbindung dieser Sensoren an die Lenkung eines Kraftfahrzeuges hat sich technisch als problematisch und darüber hinaus als äußerst ko stenintensiv erwiesen.

EP 0 353 995 A2 zeigt einen Lenkhandradwinkeldetektor und ein Verfahren zum Steuern des Gierens eines Fahr zeugs. Hierbei sind an zwei Rädern des Fahrzeugs, vor nehmlich einem linken und einem rechten Rad, Radge schwindigkeitssensoren angeordnet. Aus den Radgeschwin digkeiten wird zum einen die Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt. Darüber hinaus kann entweder die Geschwin digkeitsdifferenz der Räder oder ein Gierverhalten er mittelt werden.

GB 21 12 090 A zeigt ein System zum Steuern des An triebs von Motorfahrzeugen. Hier wird die Geschwindig keit von allen vier Rädern überwacht und bei merklichen Geschwindigkeitsdifferenzen werden einzelne Räder abge bremst. Man kann hierbei kontrollieren, ob die Ge schwindigkeitsdifferenzen auf eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs zurückzuführen ist.

DE 31 27 302 A1 zeigt eine Einrichtung zur Vortriebsre gelung an Kraftfahrzeugen, bei der die Information dar über, ob sich das Fahrzeug in einer Kurvenfahrt befin det oder nicht, benötigt wird, um die Räder, die zum Gleiten neigen, bremsen zu können. Das entscheidende Kriterium, das hier ausgewertet wird, ist die Seitenbe schleunigung, die mit Hilfe der Drehzahlen oder Dreh frequenzen ermittelt wird. Zusätzlich kann an einem be weglichen Element der Lenkung ein Weggeber angekuppelt sein, der ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, aus dem mit Hilfe der Beziehung der Lenkeinschlagwinkel er mittelt werden kann. Hierzu ist ein Sensor erforder lich.

US 4 844 557 beschreibt eine Schaltungsanordnung für Bremssysteme mit Antiblockierregelung und/oder An tischlupfregelung. Hier wird die Geschwindigkeitsdiffe renz zwischen den Rädern auf einer Achse gemessen. Die ses Geschwindigkeitsdifferenzsignal wird normiert und zwar entweder auf die Geschwindigkeit des langsameren Rades oder des schnelleren Rades oder auf eine Durch schnittsgeschwindigkeit. Aus dem Vorzeichen des Ge schwindigkeitsdifferenzsignals wird die Information ge wonnen, ob es sich um eine Linkskurve oder um eine Rechtskurve handelt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, mit deren Hilfe auf einfache Weise kostengünstig der Lenkeinschlagwinkel eines Fahr zeugs ermittelt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Ermittlung eines Lenkeinschlagwinkels bei einem Fahrzeug gelöst, bei dem der Lenkeinschlagwinkel aus den in einem Zeit intervall von mindestens zwei Fahrzeugteilen jeweils zurückgelegten Wegstrecken bestimmt wird, wobei die Fahrzeugteile senkrecht zur Bewegungsrichtung des Fahr zeugs mit Abstand zueinander angeordnet sind.

Der Grundgedanke dieses Verfahrens basiert auf der Tat sache, daß das kurveninnere Fahrzeugteil gegenüber dem kurvenäußeren einen kleineren Radius beschreibt und damit in einem definierten Zeitintervall eine kürzere Wegstrecke zurücklegt. Mathematisch wird dieser Zusammen hang zwischen Lenkeinschlagwinkel und der in einem Zeit intervall von zwei Fahrzeugteilen zurückgelegten Weg strecke wie folgt beschrieben:

wobei
α = Lenkeinschlagwinkel in °
l₁ = Wegstrecke des kurveninneren Fahrzeugteiles
l₂ = Wegstrecke des kurvenäußeren Fahrzeugteiles
Δr = Abstand der Fahrzeugteile

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß der Lenkein schlagwinkel aus den in einem Zeitintervall von den Rädern eines Radpaares zurückgelegten Wegstrecken be stimmt wird. Die Räder beschreiben in anschaulicher Weise den größten und den kleinsten Radius, auf dem sich das Fahrzeug bei einer Kurvenfahrt bewegt. Daher ist die Ermittlung schon eines relativ kleinen Lenkein schlagwinkels über die Wegdifferenz der Räder eines Radpaares fehlerlos möglich.

Zur Optimierung der Berechnung des Lenkeinschlagwinkels hat es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, die nicht angetriebenen Räder zur Bestimmung der Wegdiffe renz heranzuziehen. Diese Räder unterliegen keinem Schlupf, der die Ermittlung des Lenkeinschlagwinkels verfälschen könnte.

Es hat sich als günstig erwiesen, daß die zurückgelegten Wegstrecken der Hinterräder gemessen werden. Der Vorteil dieser Maßnahme liegt darin, daß die Berechnung des Lenkeinschlagwinkels im Lenktrapez entfällt und seine Berechnung dadurch erheblich vereinfacht wird.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich weiterhin als günstig erwiesen, daß die Wegstrecke über die Anzahl der Umdrehungen der Räder in dem Zeitintervall gemessen wird. Der Umfang der Räder ist bekannt. Die Anzahl der Umdrehungen läßt sich auf einfache Weise fehlerfrei ermitteln.

Besonders vorteilhaft ist es, daß zur Messung der zurück gelegten Wegstrecken der Räder drehabhängig erzeugte Wegimpulssignale verwendet werden. Diese Signale können mechanischer Natur sein oder aber berührungsfrei erzeugte Signale sein, die beispielsweise auf optischem, magne tischem, elektrischem oder elektronischem Wege gebildet werden. Die Anzahl der Wegimpulssignale ist ein Maß für die Anzahl der Umdrehungen der Räder und damit für die zurückgelegte Wegstrecke. Je mehr Wegimpulssignale pro Umdrehung der Räder erzeugt werden, umso genauer ist die Messung der Wegstrecken und damit die Ermittlung des Lenkeinschlagwinkels.

Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens gelöst, wobei die Vorrichtung zwei Wegstreckenmeßeinrich tungen an mindestens zwei senkrecht zur Bewegungsrichtung des Fahrzeuges mit Abstand zueinander angeordneten Fahr zeugteilen, einen Zeitintervallgeber und eine Verarbei tungseinheit, die die Ausgangssignale des Zeitintervall gebers und der Wegstreckenmeßeinrichtungen empfängt und daraus den Lenkeinschlagwinkel berechnet, aufweist.

Mit Hilfe dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Lenkeinschlagwinkel eines Fahrzeugs wie folgt ermit telt:
Ein Zeitintervallgeber gibt Zeiteinheiten vor, in denen die zwei Wegstreckenmeßeinrichtungen, die an mindestens zwei senkrecht zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs mit Abstand zueinander an Fahrzeugteilen angeordnet sind, die jeweils zurückgelegten Wegstrecken bestimmen, die als Ausgangsgrößen für die Berechnung des Lenkeinschlag winkels des Fahrzeugs dienen. Eine Verarbeitungseinheit empfängt die Ausgangssignale des Zeitintervallgebers und die der Wegstreckenmeßeinrichtungen und berechnet den Lenkeinschlagwinkel nach der oben angegebenen mathe matischen Formel. Der Wert dieses Lenkeinschlagwinkels ist dann beispielsweise Grundlage für die Dämpfersteue rung.

Es hat sich als besonders vorteilhaft bewährt, daß die Wegstreckenmeßeinrichtungen den Rädern eines Radpaares zugeordnet sind und daß jedes Rad mindestens einen Weg streckensensor aufweist, der die Anzahl der Umdrehungen ermittelt. Die Wegstreckensensoren müssen den besonderen Bedingungen angepaßt sein, die im Bereich der Räder eines Kraftfahrzeuges herrschen. So müssen sie beispiels weise witterungsbeständig sein, extremen Temperatur schwankungen standhalten, auch bei starken Erschütterun gen und Vibrationen fehlerfrei arbeiten sowie Verschmut zungen tolerieren.

Von großem Vorteil ist es, daß als Wegstreckenmeßein richtungen Teile eines Antiblockier- oder Antischlupf regel-Systems vorgesehen sind. Derartige Systeme sind bereits in vielen Fahrzeugen vorhanden, so daß die Weg impulssignale zur Berechnung eines Lenkeinschlagwinkels ohne zusätzlichen technischen Aufwand zur Verfügung stehen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeich nung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungs gemäßen Vorrichtung und

Fig. 2 eine Graphik zur Erläuterung der Berechnung des Lenkeinschlagwinkels.

Fig. 1 zeigt ein auf einer gemeinsamen Achse 3 sitzendes Paar von Rädern 1, 2 eines Kraftfahrzeuges. Jedem dieser Räder 1, 2 ist im Bereich der Innenseite eine Weg streckenmeßeinrichtung 4, 5 zugeordnet, die abhängig von der Raddrehung Wegimpulssignale erzeugt. Ein Zeit intervallgeber 6 gibt als Ausgangssignale Zeiteinheiten vor, in denen die Wegimpulssignale jeweils ermittelt werden. Diese Ausgangssignale des Zeitintervallgebers 6 und der Wegstreckenmeßeinrichtungen 4, 5 werden einer Verarbeitungseinheit 7 zugeführt, die den Lenkeinschlag winkel α des Kraftfahrzeuges gemäß einer noch näher zu erläuternden Formel berechnet. Der errechnete Wert des Lenkeinschlagwinkels α wird über eine Ausgabeeinheit 8 ausgegeben und beispielsweise für die Dämpfersteuerung weiterverwendet.

In Fig. 2 sind zum Zeitpunkt T₁ die Räder 1, 2 eines Kraftfahrzeuges mit dem Achsabstand Δr dargestellt. Während einer Kurvenfahrt in Pfeilrichtung bewegt sich das im dargestellten Fall kurveninnere Rad 1 auf einem Kreisbogen mit dem Radius r und legt dabei die Wegstrecke l₁ zurück. Zum Zeitpunkt T₂ nimmt es die Position 1' ein. Gleichzeitig bewegt sich das im dargestellten Fall kurvenäußere Rad 2 auf einem Kreisbogen mit dem Radius (r + Δr) und legt dabei die Wegstrecke l₂ zurück. Zum Zeitpunkt T₂ nimmt es die Postion 2' ein. Die Fahrzeug längsachse legt die Wegstrecke l₃ zurück. Die Berechnung ergibt sich wie folgt:

mit
α = Lenkeinstellwinkel in °
l₁ = Wegstrecke des kurveninneren Rades
l₂ = Wegstrecke des kurvenäußeren Rades
l₃ = Strecke der Fahrzeuglängsachse
r = Kurvenradius
Δr = Achsabstand

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung eines Lenkeinschlagwin kels bei einem Fahrzeug, bei dem der Lenkein schlagwinkel aus den in einem Zeitintervall von mindestens zwei Fahrzeugteilen (1, 2) jeweils zu rückgelegten Wegstrecken (l₁, l₂) bestimmt wird, wobei die Fahrzeugteile (1, 2) senkrecht zur Bewe gungsrichtung des Fahrzeugs mit Abstand zueinander angeordnet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkeinschlagwinkel aus den in einem Zeit intervall von den Rädern (1, 2) eines Radpaares zurückgelegten Wegstrecken (l₁, l₂) bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Räder (1, 2) nicht angetrieben sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die zurückgelegten Weg strecken (l₁, l₂) der Hinterräder (1, 2) gemessen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Wegstrecken (l₁, l₂) über die Anzahl der Umdrehungen der Räder (1, 2) in einem Zeitintervall gemessen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß zur Messung der zurück gelegten Wegstrecken (l₁, l₂) der Räder (1, 2) drehabhängig erzeugte Wegimpulssignale verwendet werden.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit zwei Wegstrecken meßeinrichtungen (4, 5) an mindestens zwei senk recht zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs mit Ab stand zueinander angeordneten Fahrzeugteilen (1, 2), einem Zeitintervallgeber (6) und einer Verar beitungseinheit (7), die die Ausgangssignale des Zeitintervallgebers (6) und der Wegstreckenmeßein richtungen (4, 5) empfängt und daraus den Lenkein schlagwinkel berechnet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß die Wegstreckenmeßeinrichtungen (4, 5) den Rädern (1, 2) eines Radpaares zugeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß jedes Rad (1, 2) mindestens einen Weg streckensensor aufweist, der die Anzahl der Umdre hungen ermittelt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 9, da durch gekennzeichnet, daß als Wegstreckenmeßein richtung (4, 5) Teile eines Antiblockier- und/oder Antischlupfregel-Systems vorgesehen sind.