DE4118699C2 - Lenksystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem nach der Gattung des Haupt­ anspruchs.

Zur Erhöhung der Fahrstabilität bzw. zur Verbesserung der Manövrier­ barkeit eines Fahrzeugs kann man von der bisher üblicherweise ver­ wendeten konventionellen Vorderradlenkung übergehen zu einer Hinter­ achs-Zusatzlenkung. Durch aktive Lenkansteuerungen der Hinterräder bestehen wesentlich mehr Möglichkeiten zur Verbesserung des Fahrver­ haltens als bei einer reinen Vorderradlenkung. Durch eine Hinter­ achs-Zusatzlenkung können das Eigenlenkverhalten und das Ansprech­ verhalten eines Fahrzeugs in einem großen Bereich modifiziert werden. Im allgemeinen wird die Richtung, in welcher die Räder ge­ lenkt werden, bei solchen Anordnungen abhängig von der Fahrgeschwin­ digkeit gewählt. Bei hohen Geschwindigkeiten werden die Hinterräder gleichsinnig mit den Vorderrädern, d. h. in derselben Richtung wie die Vorderräder, gelenkt. Hierdurch reagiert das Fahrzeug schneller auf Richtungsänderungen. Bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten werden die Hinterräder gegensinnig, d. h. in entgegengesetzter Richtung zu den Vorderrädern, gelenkt, um den Wendekreis des Fahrzeugs zu reduzieren. So erreicht man, daß mit dem Fahrzeug engere Kurven gefahren werden können, was beispielsweise das Einparken vereinfacht.

Ein solches System wird beispielsweise in der DE 37 38 650 A1 vorge­ stellt, wobei das Rückstellmoment des Kraftfahrzeugs erhöht wird, wenn eine seitliche Kraft (Seitenwind) auf dieses wirkt.

In der DE 40 10 332 A1 werden Lenkung und Bremsung koordiniert und entsprechend einer erfaßten Giergeschwindigkeits- oder Querbeschleu­ nigungsabweichung geregelt, um die Fahrstabilität ohne Verlängerung des Bremswegs zu erhöhen. Aus der Fahrgeschwindigkeit und dem Lenk­ radwinkel wird eine Soll-Giergeschwindigkeit oder Soll-Querbe­ schleunigung errechnet. Falls die Giergeschwindigkeit oder die Quer­ beschleunigung übermäßig groß ist, was eine Instabilität anzeigt, werden sowohl die Lenkung als auch die Bremsung derart geregelt, daß die Giergeschwindigkeit oder die Querbeschleunigung verringert wird. Dieses Regelsystem ist sowohl für Zweirad- als auch für Vierrad­ lenkung und -bremsung anwendbar. Die Bremsmanöver können hierbei durch eine Antiblockierregelung optimiert werden.

Die ältere DE 40 41 404 A1 zeigt ein Steuersystem für eine Hinter­ radlenkung für ein Kraftfahrzeug mit einem Antiblockiersystem (ABS). Während des Einsatzes des ABS wird die vorbestimmte Lenkcharakteristik zwischen Vorder- und Hinterräder korrigiert. Auch bei den korrigierten Kennlinien werden während ABS-Bremsungen bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten gegensinnige Lenkeinschläge eingestellt.

Bei den im Stand der Technik beschriebenen Vierradlenksystemen können bei Bremsungen, insbesondere während Kurvenfahrten, die Lenk­ einschläge der Räder der Vorder- und Hinterachse gegensinnig sein. Dieses kann geschehen, wenn bei einem Bremsvorgang aus höheren Ge­ schwindigkeiten die Geschwindigkeitsschwelle erreicht wird, bei der aufgrund der oben beschriebenen besseren Manövrier- bzw. Parkier­ fähigkeit programmgemäß ein gegensinniges Lenkverhalten gewählt wird. Durch gegensinnige Lenkeinschläge kann es aber bei Bremsmanövern, insbesondere bei Kurvenbremsungen mit einem Anti-Blockier-Sy­ stem, zu unerwünschten Effekten kommen. Durch das "Gegenlenken" dreht sich das Fahrzeug, was von der Tendenz her einem übersteuern­ den Verhalten entspricht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in einfacher Weise die Fahrstabilität bei Bremsmanövern zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, bei dem mindestens eine Achse lenkbar ausgelegt ist, werden abhängig vom Fahrerwunsch und/oder abhängig von Größen, die den Fahrzustand re­ präsentieren und/oder beeinflussen, die Lenkeinschläge der Räder der Achse oder Achsen getätigt. Während der Fahrzustände, bei denen festgestellt wird, daß sich das Fahrzeug in einem Verzögerungsfahr­ zustand bestimmter, wählbarer Größe befindet, werden bestimmte Lenk­ anteile, die abhängig von Größen sind, die den Fahrzustand repräsentieren und/oder beeinflussen, wenigstens reduziert.

In einer speziellen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lenksystems werden die Räder wenigstens zweier Achsen abhängig von der Fahrzeug­ geschwindigkeit gleichsinnig oder gegensinnig getätigt. Hierbei wer­ den die gegensinnigen Lenkanschläge während der Fahrzustände, bei denen festgestellt wird, daß sich das Fahrzeug in einem Verzöge­ rungsfahrzustand bestimmter, wählbarer Größe befindet, wenigstens reduziert.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems be­ steht darin, daß als Fahrzustände, bei denen festgestellt wird, daß sich das Fahrzeug in einem Verzögerungsfahrzustand bestimmter, wähl­ barer Größe befindet, Bremsmanöver identifiziert werden. Hierbei ist insbesondere an Bremsmanöver gedacht, die oberhalb einer wählbaren Fahrgeschwindigkeitsschwelle beginnen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems wird festgestellt, ob sich das Fahrzeug während der Fahrzu­ stände, bei denen eine Verzögerung bestimmter, wählbarer Größe vor­ liegt, zusätzlich in einer Kurvenfahrt befindet. Das Vorliegen einer Kurvenfahrt kann beispielsweise dadurch festgestellt werden, daß die Lenkeinschläge der Vorderachse und/oder der Lenkwinkel des vom Fahrer betätigbaren Lenkrads und/oder die Raddrehzahlen wenigstens zweier Räder ausgewertet werden.

Die Reduzierung der Lenkanteile, die abhängig von Größen sind, die den Fahrzustand repräsentieren und/oder beeinflussen, kann vom Vor­ liegen einer Kurvenfahrt während dieser Verzögerungen abhängig ge­ macht werden.

Die Wahl der Größe der Verzögerung kann davon abhängig sein, ob das Fahrzeug über ein Anti-Blockier-Bremssystem verfügt.

Bei einer einfachen Auslegung des erfindungsgemäßen Systems wird er­ satzweise für die gegensinnigen Lenkeinschläge bei den Fahrzuständen, bei denen eine Verzögerung bestimmter, wählbarer Größe festge­ stellt wird, eine neutrale Lenkeinstellung der Räder der bezüglich der Fahrtrichtung hinteren Achse oder Achsen gewählt.

Zur Ermittelung der Verzögerungsfahrzustände bestimmter, wählbarer Größe kann

• - die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu bestimmten Zeiten oder Strecken miteinander verglichen werden und/oder
• - aus den Raddrehzahlen und/oder aus den Geschwindigkeiten des Fahrzeugs Verzögerungen ermittelt werden und diese Verzögerungen mit bestimmten, wählbaren Schwellen verglichen werden und/oder
• - festgestellt werden, ob sich ein vorhandenes Anti-Blockier-Brems­ system im Regelungszustand befindet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Lenksystems sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Lenksystem wird im folgenden anhand der Zeich­ nungen erläutert.

Im folgenden soll das erfindungsgemäße Lenksystem am Beispiel eines Kraftfahrzeugs vorgestellt werden, das über zwei lenkbare Achsen mit jeweils zwei Rädern verfügt.

In der Fig. 1a und b sind jeweils schematisch zwei Ansichten eines Fahrzeugs dargestellt. Mit der Position 11 sind dabei Räder be­ schrieben, mit der Position 12 die Vorderachse und mit der Position 13 die Hinterachse.

In der Fig. 1a ist die Stellung der Räder bei einem gleichsinnigen Lenkeinschlag zu sehen. In der Fig. 1b die Stellung bei gegen­ sinnigem Lenkeinschlag.

In der Fig. 2 ist das Verhältnis zwischen dem Hinterachslenkwinkel und dem Vorderachslenkwinkel in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs dargestellt. Bei höheren Geschwindigkeiten wird zur Verbesserung der Fahrstabilität gleichsinnig gelenkt, während bei niedrigeren Geschwindigkeiten ein gegensinniges Lenken die Manöv­ rierfähigkeit des Fahrzeugs erhöht.

In der Fig. 3 ist der Hinterachslenkwinkel gegen den Vorderachs­ lenkwinkel aufgetragen. Die hier schematisch zu sehenden vier Kurven entsprechen jeweils einer Fahrzeuggeschwindigkeit. Die beiden unteren Kurvenzüge repräsentieren gegensinnige Lenkmanöver mit den Fahrzeuggeschwindigkeiten V1 und V2, wobei V1 kleiner als V2 ist. Die beiden oberen Kurvenzüge repräsentieren gleichsinnige Lenk­ manöver mit den Fahrzeuggeschwindigkeiten V3 und V4, wobei im all­ gemeinen V3 kleiner als V4 ist.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Gegebenheiten entsprechen Systemen, wie sie im Stand der Technik zu finden sind. Finden bei diesen Systemen Verzögerungsfahrzustände, beispielsweise Brems­ manöver, bei höheren Geschwindigkeiten statt, bei denen die Lenk­ einschläge gleichsinnig gewählt sind, so verringert sich das Verhältnis zwischen Hinterachslenkwinkel und Vorderachslenkwinkel mit sinkender Geschwindigkeit wie es in der Fig. 2 zu sehen ist. Unterhalb einer Grenzgeschwindigkeit Vgr werden die Räder programm­ gemäß gegensinnig eingeschlagen. Dies wirkt sich bei Bremsungen, insbesondere bei Kurvenbremsungen, derart aus, daß das Fahrzeug eindreht, was von der Tendenz her einem übersteuernden Verhalten entspricht.

Die Fig. 4 zeigt nun schematisch die Funktionsweise des erfindungs­ gemäßen Lenksystems. Hierbei ist wie in Fig. 2 das Verhältnis zwischen Hinterachslenkwinkel und Vorderachslenkwinkel gegen die Fahrzeuggeschwindigkeit aufgetragen. Finden bei dem erfindungs­ gemäßen Lenksystem Bremsmanöver bei höheren Geschwindigkeiten, bei denen gleichsinnig gelenkt wird, statt, so wird bei niedrigeren Geschwindigkeiten ein gegensinniges Lenken verhindert. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird bei niedrigeren Geschwindigkeiten ein Verhältnis zwischen Hinterachslenkwinkel und Vorderachslenkwinkel von Null eingestellt. In dem Geschwindigkeits­ bereich, in dem bei unverzögertem Fahrzustand ein gegensinniges Lenkverhalten gewählt wird, wird erfindungsgemäß während Brems­ vorgänge eine neutrale Lenkeinstellung der Hinterräder getätigt. Das heißt, daß bei Endphasen von Bremsvorgängen, die von hohen Geschwin­ digkeiten ausgehen, der Hinterradlenkwinkel zu Null gewählt wird.

Darüber hinaus können jedoch während der Verzögerungsfahrzustände andere Kennlinien bezüglich des Verhältnisses Hinterachslenk­ winkel/Vorderachslenkwinkel und Fahrgeschwindigkeit gewählt werden. Hierbei ist insbesondere an einer Beibehaltung des gleichsinnigen Lenkverhaltens auch bei geringen Geschwindigkeiten gedacht.

Ebenso kann der Übergang zu einem festen, insbesonders zu Null ge­ wählten Hinterachslenkwinkel bei Endphasen von Bremsvorgängen, die von hohen Geschwindigkeiten, durch verschiedene Verläufe des Ver­ hältnisses Hinterachslenkwinkel/Vorderachslenkwinkel zur Fahrge­ schwindigkeit realisiert werden. Während in der Fig. 4 ein "weicher" Übergang dargestellt ist, ist folgende Möglichkeit besonders einfach zu realisieren:

Wie in der Fig. 2 dargestellt, wird bei Bremsvorgängen, insbesonders bei denen während Kurvenfahrten, die gleichsinnige Lenkcharakteris­ tik bei Fahrgeschwindigkeit, die größer als der Grenzwert Vgr sind, unverändert beibehalten. Wird das Verhältnis Hinterachslenkwinkel zu Vorderachslenkwinkel negativ (Fahrgeschwindigkeit kleiner als der Grenzwert Vgr), so ein fester, insbesonders zu Null gewählter Hinterachslenkwinkel eingestellt. Durch dieses einfache "Abschnei­ den" der in der Fig. 2 gezeigten Kennlinie während der Verzöge­ rungsfahrzustände wird die Programmierung neuer Kennlinien für diese Fahrzustände überflüssig.

Zur Erkennung der Fahrzustände, bei denen eine Verzögerung be­ stimmter, wählbarer Größe vorliegt, können, wie im folgenden be­ schrieben wird, verschiedene Möglichkeiten in Betracht gezogen werden.

Wesentlich für das erfindungsgemäße System ist die Unterscheidung bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten, ob es sich um die Endphase eines Bremsvorgangs, ausgehend von einer hohen Geschwindigkeit, oder um ein Rangiermanöver handelt.

Hierzu können die Geschwindigkeiten des Fahrzeugs zu bestimmten Zeiten oder Strecken miteinander verglichen werden. Aus der Diffe­ renz dieser Geschwindigkeiten kann auf Verzögerungen geschlossen werden. Überschreiten diese Verzögerungen beispielsweise eine wähl­ bare Schwelle, so werden die gegensinnigen Lenkanschläge wenigstens reduziert.

Verfügt das Fahrzeug über eine Anti-Blockier-Einrichtung, so kann die Verzögerung des Fahrzeugs aus den Raddrehzahlsignalen ermittelt werden. Werden diese Verzögerungen mit wählbaren Schwellen ver­ glichen, so kann auf diese Weise auf die Verzögerungsfahrzustände geschlossen werden, bei denen ein gegensinniges Lenkverhalten zu reduzieren bzw. zu unterbinden ist.

Eine besonders einfache Art zu unterscheiden, ob es sich bei geringen Geschwindigkeiten um Rangiermanöver handelt oder ob die Endphase eines Bremsvorgangs vorliegt, der von hohen Geschwindig­ keiten ausgeht, sollen im folgenden aufgezeigt werden.

Registiert man die Betätigung des Bremspedals, indem man beispiels­ weise den Bremslichtschalter überwacht, so kann festgestellt werden, ob das Bremspedal bzw. der Bremslichtschalter bei einem Bremsmanöver schon oberhalb einer bestimmten Geschwindigkeit (z. B. 50 km/h) be­ tätigt war. Auf diese Art und Weise unterscheidet man Bremsmanöver bei geringen Geschwindigkeiten (Rangiermanöver), bei denen das gegensinnige Lenkverhalten erwünscht ist, von den Endphasen der Bremsvorgänge, die von hohen Geschwindigkeiten ausgehen.

Eine ausschließliche Erfassung der Verzögerungsfahrzustände durch die Überwachung der Fahrgeschwindigkeit, beispielsweise durch die Raddrehzahlen, kann bei steilen Bergabfahrten des Fahrzeugs unter Umständen zu nicht optimalen Ergebnissen des erfindungsgemäßen Systems führen. So können beispielsweise bei Bergabfahrten allein zur Kompensation des Bergabtriebs heftige Bremsmanöver stattfinden, obwohl keine oder nur geringe Fahrgeschwindigkeitsverzögerungen stattfinden. Da auch bei diesen Bergbremsungen gegensinnige Lenkein­ schläge zu vermeiden sind, ist hier eine Überwachung der Betätigung des Bremspedals, beispielweise durch die Überwachung des Bremslicht­ schalters sinnvoll.

Das erfindungsgemäße System kann unabhängig von der Fahrtrichtung des Fahrzeugs zum Einsatz kommen. Eine besonders sicherheits­ steigernde Wirkung weist das erfindungsgemäße Lenksystem bei Kurven­ bremsungen auf. Es kann somit vorgesehen werden, daß das erfindungs­ gemäße Lenksystem nur dann zum Einsatz gelangt, wenn zusätzlich zu dem Verzögerungsfahrzustand eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs erfaßt wird.

Zur Ermittlung, ob sich das Fahrzeug in einer Kurvenfahrt befindet, können die Lenkeinschläge der Vorderachse und/oder der Lenkwinkel des vom Fahrer betätigbaren Lenkrades und/oder die Raddrehzahlen wenigstens zweier Räder herangezogen werden.

Während in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel von einem Vierradlenksystem ausgegangen wird, bei dem gegensinnige Lenkein­ schläge lediglich bei niedrigen Geschwindigkeiten, beispielsweise zur Erhöhung der Manövrierfähigkeit bei Parkiervorgängen, getätigt werden, kann es bei anderen Systemen, die im Stand der Technik be­ ziehungsweise in der Beschreibungseinleitung beschrieben sind, auch bei höheren Geschwindigkeiten programmgemäß zu gegensinnigen Lenk­ einschlägen kommen. Dies geschieht beispielsweise immer dann, wenn dadurch die Fahrstabilität erhöht wird. Bei diesen Systemen werden also die den Fahrerwunsch repräsentierenden Lenkanteile ergänzt durch Lenkanteile, die abhängig von Größen sind, die den Fahrzustand repräsentieren und/oder beeinflussen.

Bei diesen Systemen werden erfindungsgemäß die gegensinnigen Lenk­ einschläge während Verzögerungen (Bremsvorgängen), insbesondere während Verzögerungen in Kurven, wenigstens reduziert.

Die Reduzierung kann dabei von der Größe der vorliegenden Verzöge­ rung abhängen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer lenkbar ausgelegten Vorder- und wenigstens einer lenkbar ausgelegten Hinterachse, wobei

• - die Lenkeinschläge der Räder der Hinter- und Vorderachse abhängig von Größen, die den Fahrzustand repräsentieren und/oder beeinflus­ sen, gleichsinnig oder gegensinnig zueinander getätigt werden,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - während der Fahrzustände, bei denen festgestellt wird, daß sich das Fahrzeug in einem Verzögerungsfahrzustand bestimmter, wählba­ rer Größe befindet, gegensinnige Lenkeinschläge unterbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Größe, die den Fahrzustand repräsentiert und/oder beeinflußt, die Fahrzeug­ längsgeschwindigkeit herangezogen wird.

3. Lenksystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzustände, bei denen festgestellt wird, daß sich das Fahrzeug in einem Verzögerungsfahrzustand bestimm­ ter, wählbarer Größe befindet, während Bremsmanövern, insbesondere bei Bremsmanövern, die oberhalb einer wählbaren Fahrgeschwindig­ keitsschwelle beginnen, vorliegen.

4. Lenksystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Fahrzustände, bei denen festge­ stellt wird, daß sich das Fahrzeug in einem Verzögerungsfahrzustand bestimmter, wählbarer Größe befindet, zusätzlich dadurch auszeich­ nen, daß eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs festgestellt wird.

5. Lenksystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Verzögerung davon abhängt, ob ein Anti-Blockier-Bremssystem vorhanden ist.

6. Lenksystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ersatzweise für die gegensinnigen Lenk­ einschläge während der Fahrzustände, bei denen festgestellt wird, daß sich das Fahrzeug in einem Verzögerungsfahrzustand bestimmter, wählbarer Größe befindet, eine neutrale Lenkeinstellung der Räder der bezüglich der Fahrtrichtung hinteren Achse oder Achsen gewählt wird.

7. Lenksystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittelung der Verzögerungsfahrzu­ stände bestimmter, wählbarer Größe

• - die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu bestimmten Zeiten oder Strecken miteinander verglichen werden und/oder
• - aus den Raddrehzahlen und/oder aus den Geschwindigkeiten des Fahrzeugs Verzögerungen ermittelt werden und diese Verzögerungen mit bestimmten, wählbaren Schwellen verglichen werden und/oder
• - festgestellt werden, ob ein vorhandenes Anti-Blockier-Bremssystem sich im Regelungszustand befindet.

8. Lenksystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungs-Fahrzustände dann festgestellt werden, wenn eine Betätigung des Bremspedals, die beispielsweise durch eine Überwachung eines Bremslichtschalters erfaßt werden kann, vorliegt und diese Betätigung oberhalb einer wählbaren Fahrgeschwindigkeit stattfindet.

9. Lenksystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittelung, ob sich das Fahrzeug in einer Kurvenfahrt befindet, die Lenkeinschläge der Vorderachse und/oder der Lenkwinkel des vom Fahrer betätigbaren Lenkrads und/oder die Raddrehzahlen wenigstens zweier Räder herangezogen werden.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß bei dem Vierradlenksystem neben ersten Mitteln zur Erkennung von Verzögerungsfahrzuständen bestimmter, wählbarer Größe zweite Mittel vorgesehen sind, die einen gegensinni­ gen Lenkeinschlag der lenkbar ausgelegten Vorderachse und der lenk­ bar ausgelegten Hinterachse während der Verzögerungsfahrzustände un­ terbinden.