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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug
gemäß den Oberbegriffen
der Patentansprüche
1 und 7.
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Übliche Lenksysteme,
bei denen die Hinterräder
in Abhängigkeit
des Lenkwinkels der Vorderräder
ansprechen, sind beispielsweise aus
JP-B2-60-44186 bekannt. Der in dieser Druckschrift dargestellte
Typ kennzeichnet sich dadurch, dass die Hinterräder (i) in der selben Richtung
wie die Vorderräder
gelenkt werden, wenn der Lenkwinkel relativ klein ist, und (ii)
in der zu den Vorderrädern
entgegengesetzten Richtung ausgelenkt werden, wenn der Lenkwinkel
relativ groß ist.
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So
zeigt beispielsweise 5 typische Hinterradlenkwinkeleigenschaften,
die mit Hilfe eines auf dem Lenkwinkel ansprechenden Systems erzielt werden
können.
Der Hinterradlenkwinkel δr nimmt den maximalen Winkel in gleicher
Richtung ein, wenn der Lenkwinkel θ am Lenkrad gleich θ0 ist. Bei weiterer Steigerung des Lenkwinkels
am Lenkrad entwickeln sich andere Lenkwinkel an den Hinterrädern selektiv
in Abhängigkeit
davon, ob der Lenkwinkel an den Hinterrädern in Richtung auf den entgegengesetzten
Lenkwinkel entweder bei einem gesteigerten Lenkradwinkel θ1 (durchgezogene Linie a in 5) oder
bei einem weiter gesteigerten Lenkradwinkel θ2 (die
imaginäre
Linie b in 5) beginnt. Es ist darauf hinzuweisen,
dass die Hinterradlenkeigenschaften, die durch die durchgezogene
Linie und die imaginäre Linie
in 5 dargestellt sind, nachfolgend als "Charakteristik a" und "Charakteristik b" bezeichnet werden.
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Eine
weitere Art von Hinterradlenksystem ist beispielsweise in
JP-A-57-11173 dargestellt,
bei dem es sich um ein fahrgeschwindigkeitsabhängiges System handelt. Dieses
System führt
eine Hinterradlenkung derart aus, dass ein Verhältnis K
r (= δ
r/θ) erhalten
wird, wie in
7 gezeigt, wobei δ
r den
Hinterradlenkwinkel darstellt und θ der Lenkwinkel am Lenkrad
ist, der den Vorderradlenkwinkel δf
entspricht. In Abhängigkeit
von der herrschenden Fahrgeschwindigkeit V und von dem Vorderradlenkwinkel
werden die Hinterräder
derart gegenphasig bei niedriger Geschwindigkeit (V < V
0)
und gleichphasig bei hoher Geschwindigkeit (V ≥ V
0)
gelenkt.
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Es
ist bekannt, das frontgetriebene Fahrzeuge im Allgemeinen eine Untersteuerungstendenz
zeigen, die sich besonders bei höheren
Geschwindigkeiten zeigt, bei denen das Fahrzeug größeren Querbeschleunigungen
ausgesetzt ist. Eine gleichphasige Steuerung der Hinterräder im hohen
Geschwindigkeitsbereich V ≥ 0
führt häufig zu
einer gesteigerten Untersteuerungstendenz des frontgetriebenen Fahrzeuges,
wodurch die Manövrierbarkeitseigenschaften
des Fahrzeuges beträchtlich
verschlechtert werden. Im Falle frontgetriebener Fahrzeuge kann
es bei manchen Fahrern dazu kommen, dass der Fahrer am Lenkrad einen
vergrößerten Lenkwinkel θ dreht,
der der vergrößerten Untersteuerungstendenz
entspricht, und dies im gleichphasigen Lenkbereich bei hoher Geschwindigkeit
V ≥ V0. Gleichphasig bedeutet hier, dass die Hinterräder in der
gleichen Richtung ausgelenkt werden wie die Vorderräder.
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Zur
Verminderung der vergrößerten Untersteuerungstendenz
könnte
eine Lösung
darin bestehen, die Hinterräder
gegen den entgegengesetzten Phasenwinkel rückzusteuern. Dies wird dadurch
erreicht, dass man einen vorbestimmten Hinterrad-Rücklenkwinkel Δδr einstellt,
der eine inkrementielle Größe bei der
Steigerung des Lenkwinkels θ am Vorderrad
in einem großen
Lenkwinkelbereich und bei gesteigerter Fahrgeschwindigkeit V annimmt,
das beides eine Steigerung der Querbeschleunigung des Fahrzeuges
entspricht. Der Rücklenkwinkel Δδr vermindert
den Lenkwinkel δ der
Hinterräder
gemäß δr = Kr × θ – Δδr.
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Das
oben erwähnte,
auf den Lenkwinkel ansprechende System hat eine der Charakteristika
a und b in 5, was bereits im Entwurfsstadium
ausgewählt
worden ist, und der Fahrgeschwindigkeit abhängige Typ hat nur eine definierte
Charakteristik. Diese bekannten Systeme können daher die vorliegenden
Probleme aufwerfen.
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In 6 sind
verschiedene Arten der Hinterradlenkwinkelvariation bei einem Fahrspurwechsel dargestellt
mit einem Lenkwinkel θ am
Lenkrad, der mit der Zeit variabel ist, wie dargestellt, und zwar
für die
Hinterradlenkwinkelcharakteristika a und b, wie unter Bezugnahme
auf 5 erläutert.
Hier entsprechen die Variationen a1 und
b1 den Charakteristika a bzw. b. Die schraffierten
Bereiche in 6 sind solche, bei denen der
Lenkwinkel θ am
Lenkrad größer als
vorbestimmte kritische Werte θ1 und θ2 sind, so dass der gleichphasige Hinterradlenkwinkel
gegenüber
dem Maximalwinkel δrm, vermindert wird, oder der Hinterradlenkwinkel
wird von gleichphasiger Lenkung in gegenphasige Lenkung verändert.
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Die
Anwesenheit solcher schraffierter Bereiche in 6 bedeutet,
das bei manuellem Rücklenken
während
eines Lenkvorganges zum Wechseln der Fahrspur die Hinterräder derart
gelenkt werden, dass der gleichphasige Lenkwinkel augenblicklich vom
Maximalwinkel δrm einmal vermindert und sodann wieder auf
den Maximalwinkel θrm gesteigert wird. Soweit der Spurwechsel
des Fahrzeuges betroffen ist, wird die Hinterradlenkcharakteristik
b im Allgemeinen als der Charakteristik a überlegen angesehen, weil der
schraffierte Bereich b1 in 6 kleiner
ist.
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Unter
einem anderen Gesichtspunkt jedoch wirft die Hinterradlenkcharakteristik
b Schwierigkeiten beim Kurvenfahren auf, speziell am Kurvenfahren mit
hoher Geschwindigkeit, weil die oben erwähnte vergrößerte Untersteuerungstendenz
von frontgetriebenen Fahrzeugen vermindert wird. Diese Schwierigkeiten
rühren
vermutlich von dem kleineren schraffierten Bereich der gleichphasigen
Hinterradlenkcharakteristikänderung
hervor, die bei b1 dargestellt ist, und
daher aus der Verminderung des gleichphasigen Hinterradlenkwinkels
gegenüber
dem maximalen Winkel δrm zu einem verzögerten Zeitpunkt und mit nur
geringer Verminderung. Jedenfalls wird es fast unmöglich, die
verstärkte
Untersteuerungstendenz frontgetriebener Fahrzeuge zu vermindern,
wofür die Gründe nachfolgend
erläutert
werden sollen.
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Im
Falle der Hinterradlenkcharakteristik b wird gleichphasiger Hinterradlenkwinkel
bei dem Maximalwinkel δrm über
eine relativ lange Zeitdauer aufrecht erhalten, so dass eine Kurvenfahrcharakteristik des
Fahrzeuges, die vergleichbar der für die Hinterradlenkcharakteristik
a ist, nur dadurch erzielt werden kann, dass der Fahrer das Lenkrad
um einen größeren Winkel
dreht, als dies gewöhnlich
der Fall ist. Frontgetriebene Fahrzeuge neigen jedoch zu einem vergrößerten Untersteuerungsverhalten
beim schnellen Kurvenfahren und sie unterliegen der Untersteuerung,
bevor das Lenkrad um einen Winkel θ2 gedreht
wird, bei dem der gleichphasige Hinterradlenkwinkel beginnt, sich
vom Maximalwinkel δrm zu vermindern. In einem solchen Augenblick
verspürt
der Fahrer eine verminderte Vorderradkurvenlenkkraft oder einen
gesteigerten Kurvenradius, und er enthält sich einer weiteren Steigerung
des Drehwinkels θ am Lenkrad.
Als Folge wird das Lenkrad wirklich innerhalb eines Bereiches von θ < θ2 gedreht, wie in 6 gezeigt,
und es ist unmöglich,
das gesteigerte Untersteuerungsverhalten innerhalb eines Bereiches
von θ ≥ θ2 zu vermindern. Soweit das Kurvenfahren
betroffen ist, wird die Hinterradlenkcharakteristik a im Allgemeinen
der Lenkcharakteristik b überlegen
betrachtet, weil eine größere Hinterradlenkwinkeländerung
gemäß dem schraffierten
Bereich a1 in 6 vorhanden
ist.
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Bei
den oben diskutierten Hinterradlenksystemen können aufgrund einer einzigen,
festen Hinterradlenkwinkelcharakteristik, die bei der Konstruktion des
Fahrzeuges festgelegt wurde, die Anforderungen an das Lenkverhalten
beim Fahrspurwechsel und beim Kurvenfahren nicht miteinander in Übereinstimmung
gebracht werden, das heißt,
wenn man die eine Forderung befriedigt, kann die andere nicht erfüllt werden.
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Bei
dem Fahrgeschwindigkeit abhängigen Hinterradlenksystem
wird darüber
hinaus der Hinterradlenkwinkel grundsätzlich so bestimmt, dass er
die in 7 gezeigte Charakteristik hat, und er wird in Richtung
auf verminderten gleichphasigen Lenkwinkel um einen Betrag Δδr vermindert
(oder in Richtung auf den gegenphasigen Lenkwinkel vergrößert), wie in 8 gezeigt.
Dies wirft das Problem auf, das die Hinterradlenkwinkeländerung
um den Rücklenkwinkel Δδr eine
gewünschte
stabile Manövrierbarkeit
des Fahrzeuges, speziell während
eines Fahrspurwechsels, bei dem das Lenkrad schnell gedreht wird,
verschlechtert. Andererseits würde
aber ein übermäßig kleiner
Rücklenkwinkel Δδr die
beabsichtigte Verminderung einer gesteigerten Untersteuerungstendenz frontgetriebener
Fahrzeuge beim Fahrspurwechsel nicht in zufriedenstellender Weise
erlauben.
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Schließlich ist
aus der
DE 38 07 101
C1 , die den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und
7 entspricht, ein Lenksystem bekannt, das eine Verzögerungseinrichtung
zum Einstellen einer verzögerten Ansprechcharakteristik
der Hinterradauslenkung in einem vierrad-gelenkten Kraftfahrzeug
aufweist.
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Hierbei
ist eine Vierrad-Steuerung für
ein Kraftfahrzeug vorgesehen, bei der eine Verzögerung der Hinterradsteuerung
in Übereinstimmung
mit einer Steigerung des Vorderradlenkwinkels vorgenommen wird.
Allerdings erfolgt die Verzögerung
im gesamten Lenkwinkelbereich, was zu einem Untersteuern des Fahrzeuges,
insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten, führen kann. Auch wird die Hinterradauslenkung
nur beim Auslenken der Vorderräder
verzögert, wohingegen
die Rücklenkung
der Vorderräder
ausgeführt
wird. Dies kann ebenso zu unerwarteten Reaktionen des Fahrzeuges
auf vorgenommene Lenkbewegungen führen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Lenksystem der eingangs
genannten Art so zu verbessern, dass die Manövrierbarkeit des Fahrzeuges
und die Fahrstabilität
in allen Verkehrssituationen gesteigert wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 7 angegebenen Merkmale
gelöst.
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Für ein Lenksystem
der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gemäß einem
ersten Aspekt erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Hinterradlenkeinrichtung dazu eingerichtet ist, die Hinterräder in gleicher
Auslenkrichtung wie die Vorderräder bei
relativ kleinem Drehwinkel am Lenkrad und in zu den Vorderrädern entgegengesetzter
Auslenkrichtung bei einem relativ großem Drehwinkel am Lenkrad auszulenken,
und dass das Lenksystem eine Vielzahl vorbestimmter Lenkraddrehwinkelbereiche aufweist,
wobei die Vielzahl der vorbestimmten Lenkraddrehwinkelbereiche einen
Lenkraddrehwinkelverringerungsbereich aufweist, in dem der Lenkwinkel der
Hinterräder
sich zwischen einem maximalen Lenkwinkel gleicher Auslenkung bezüglich der
Vorderräder
und einem maximalen Lenkwinkel entgegengesetzter Auslenkung zu den
Vorderrädern
verringert, und die Verzögerungseinrichtung
nur in diesem Lenkraddrehwinkelverringerungsbereich wirksam ist.
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Weiterhin
wird die Aufgabe gemäß einem zweiten
Aspekt erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass
die Lenkeinrichtung dazu eingerichtet ist, die Hinterräder in einem
vorbestimmten Kurvenfahrzustand in derselben Auslenkrichtung, wie
die Vorderräder
bei einem relativ kleinen Lenkraddrehwinkel zu lenken und die Hinterräder in dem
Kurvenfahrzustand in Richtung auf eine zu den Vorderrädern entgegengesetzte
Auslenkung zurücklenken,
und dass es weiterhin enthält:
eine Detektoreinrichtung zum Ermitteln eines Kurvenfahrzustandes
des Fahrzeuges und zum Erzeugen eines aktuellen Kurvenfahrzustandssignals,
das für
den aktuellen Kurvenfahrzustand des Fahrzeuges kennzeichnend ist,
und dass die Verzögerungseinrichtung
mit der Detektoreinrichtung verbunden ist und auf das aktuelle Kurvenfahrzustandssignal
anspricht, um ein verzögertes
Kurvenfahrzustandssignal zu erzeugen, das in Bezug auf das aktuelle
Kurvenfahrzustandssignal verzögert ist,
und dass es weiterhin enthält:
eine Hinterrad-Rücklenkbegrenzungseinrichtung,
die mit der Verzögerungseinrichtung
verbunden ist und auf das verzögerte
Kurvenfahrzustandssignal anspricht, um die Rücklenkung der Hinterräder in Abhängigkeit
von dem verzögerten
Kurvenfahrzustandssignal zu begrenzen.
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Mit
dem Lenksystem gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung werden beim Lenken der Vorderräder mit
Hilfe des Lenkrades die Hinterräder
in Abhängigkeit
vom Drehwinkel am Lenkrad gleichphasig zu den Vorderrädern bei
einem relativ kleinen Drehwinkel am Lenkrad gelenkt, und sie werden
gegenphasig zu den Vorderrädern
bei einem relativ großen
Drehwinkel am Lenkrad gelenkt.
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In
den vorbestimmten Drehwinkelbereich am Lenkrad, bei dem der Lenkwinkel
der Hinterräder
zwischen dem maximalen gleichphasigen Lenkwinkel und dem maximalen
gegenphasigen Lenkwinkel wechselt, bewirkt die Verzögerungseinrichtung,
das die Lenkung der Hinterräder
mit verzögerter
Ansprechcharakteristik ausgeführt
wird, die gegenüber dem
manuellen Lenkbetrieb am Lenkrad verzögert ist. Im Falle eines Fahrspurwechsels,
wenn beispielsweise eine schnelle Änderung des Drehwinkels am Lenkrad
ausgeführt
wird, ist es somit selbst beim manuellen Rücklenken innerhalb des Lenkwinkelbereiches,
in dem die Hinterräder
mit dem maximalen gleichphasigen Lenkwinkel gelenkt werden, möglich, das
Auftreten einer solchen Hinterradlenkwinkeländerung, bei der der gleichphasige
Lenkwinkel augenblicklich vom maximalen Winkel vermindert und dann wieder
auf den maximalen Winkel gebracht wird, zu vermeiden. Die vorliegende
Erfindung dient wirksam dazu, eine Verschlechterung der Manövrierbarkeit des
Fahrzeuges beim Fahrspurwechsel usw. zu vermeiden.
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Andererseits
wird beim Kurvenfahren, bei dem das Lenkrad nur langsam gedreht
wird, die Lenkung sehr langsam im Vergleich zu der Verzögerungszeit
ausgeführt,
wie sie durch die Verzögerungseinrichtung
vorgegeben ist, so daß der
Hinterradlenkwinkel so gesteuert wird, als wenn keine Verzögerungseinrichtung
vorhanden wäre.
Beim Rücklenkbetrieb
am Lenkrad werden daher die Hinterräder mit einer solchen Lenkwinkeländerung
gesteuert, daß der
gleichphasige Lenkwinkel vom maximalen Winkel vermindert und dann
wieder zum maximalen Winkel gesteigert wird. Die Hinterradlenkwinkeländerung
hängt von
der Hinterradlenkwinkelcharakteristik bezüglich des Lenkraddrehwinkels
ab und kann unabhängig
von den speziellen Forderungen hinsichtlich des Fahrspurwechsels
in einem relativ unbegrenzten Sinn bestimmt werden. Die Forderungen
an die Kurvenfahrcharakteristik des Fahrzeuges können durch eine optimale Bestimmung
der Hinterradlenkwinkeländerung
beim Kurvenfahren erfüllt
werden, z. B. um die gesteigerte Untersteuerungstendenz frontgetriebener
Fahrzeuge beim Kurvenfahren zu vermindern.
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Die
vorliegende Erfindung ist daher in der Lage, eine stabile Manövrierbarkeit
des Fahrzeuges beim Fahrspurwechsel aufrechtzuerhalten und die gesteigerte
Untersteuerungstendenz frontgetriebener Fahrzeuge beim Kurvenfahren
wirksam zu vermindern, und dies auf miteinander verträgliche Weise.
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Wenn
bei dem Lenksystem gemäß dem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung die Vorderräder durch Drehen am Lenkrad
innerhalb des vorbestimmten Kurvenfahrzustandes, in dem die Hinterräder gleichphasig
zu den Vorderrädern
gesteuert werden, gelenkt werden, werden die Hinterräder in Richtung
auf den zu den Vorderrädern
gegenphasigen Zustand in Abhängigkeit
vom Lenkradwinkel rückgelenkt.
Ein solches Rücklenken
der Hinterräder macht
es möglich,
die gesteigerte Untersteuerungstendenz frontgetriebener Fahrzeuge
zu vemindern, die beim gleichphasigen Lenken der Hinterräder während des
Kurvenfahrens auftritt.
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Andererseits
dient die Detektoreinrichtung der Ermittlung des Kurvenfahrzustandes
und erzeugt ein Kurvenfahrzustandssignal, das den aktuellen Kurvenfahrzustand
des Fahrzeuges repräsentiert. Die
Verzögerungseinrichtung
ist mit der Detektoreinrichtung verbunden und spricht auf das aktuelle
Kurvenfahrzustandssignal an, um ein verzögertes Kurvenfahrzustandssignal
abzugeben, das gegenüber dem
herrschenden Kurvenfahrzustandssignal verzögert ist. Die Hinterrad-Rücklenkbegrenzungseinrichtung
ist mit der Verzögerungseinrichtung
verbunden und spricht das verzögerte
Kurvenfahrzustandssignal an, um die Hinterradrücklenkung in Abhängigkeit von
dem verzögerten
Kurvenfahrzustandssignal zu begrenzen. Das verzögerte Kurvenfahrzustandssignal
ist gegenüber
dem herrschenden Kurvenfahrzustandssignal während eines Fahrspurwechsels,
bei dem der Kurvenfahrzustand schnell ändert, beträchtlich verzögert. Der
Umfang der Rücklenkung
der Hinterräder
ist daher während
des Fahrspurwechsels bemerkenswert begrenzt, um wirksam zu verhindern, daß die Manövrierbarkeit
des Fahrzeuges als Folge der Rücklenkung
der Hinterräder
instabil wird.
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Während des
Kurvenfahrens, bei dem der Kurvenfahrzustand nur langsam variiert,
ist das verzögerte
Kurvenfahrzustandssignal im wesentlichen das gleiche wie das aktuelle
Kurvenfahrzustandssignal, und es begrenzt den Umfang der Rücklenkung der
Hinterräder
nicht wesentlich, um dadurch die gewünschte Verminderung der gesteigerten
Untersteuerungstendenz frontgetriebener Fahrzeuge während der
gleichphasigen Lenkung der Hinterräder aufrechtzuerhalten.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf in die
Zeichnungen dargestellte bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 ein
schematische Darstellung eines Hinterradlenksystems eines Kraftfahrzeuges,
an dem die vorliegende Erfindung angewendet wird;
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2 ein
Flußdiagramm
eines Ausführungsbeispieles
eines Steuerprogramms, das in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, um den Hinterradlenkwinkel
zu bestimmen;
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3 eine
graphische Darstellung der Hinterradlenkwinkelcharakteristik, die
für die
Steuerung während
des Kurvenfahrens eines Fahrzeuges geeignet ist;
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4a u. 4b Zeitdiagramme,
die die Variation des Hinterradlenkwinkels bei relativ schneller Betätigung und
relativ langsamer Betätigung
des Lenkrades zeigen;
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5 eine
graphische Darstellung zweier Beispiele der Hinterradlenkwinkelcharakteristik,
die mit einer konventionellen Proportionalregelung des Hinterradlenkwinkels
in Abhängigkeit
vom Lenkraddrehwinkel erzielt wird;
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6 eine
graphische Darstellung eines Beispiels einer Variation des Hinterradlenkwinkels, die
in konventioneller Weise mit den Charakteristika nach 5 erzielt
wird;
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7 eine
graphische Darstellung eines Beispiels der Hinterradlenkwinkelcharakteristik,
die auf die vorliegende Erfindung anwendbar ist;
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8 eine
graphische Darstellung eines Beispiels der Hinterrad-Rücklenkwinkelcharakteristik,
die in Kombination mit der Hinterradlenkwinkelcharakteristik nach 7 verwendbar
ist;
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9 ein
Flußdiagramm
eines weiteren Beispiels eines Steuerprogramms, das in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, um den Hinterradlenkwinkel
zu bestimmen, wobei dieses Verfahren in Kombination mit der Hinterradlenkwinkelcharakteristik
nach 7 zu verwenden ist;
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10 eine
graphische Darstellung eines Beispiels der Verstärkungsänderung, wie sie in dem Steuerprogramm
von 9 verwendet wird;
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11 ein
Zeitdiagramm der Steuerfunktion nach 9 bezogen
auf eine relativ schnelle Betätigung
des Lenkrades;
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12 ein
Zeitdiagramm der Steuerfunktion entsprechend 9 bezogen
auf eine relativ langsame Betätigung
des Lenkrades;
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13 eine
graphische Darstellung vergleichbar 11, die
ein weiteres Beispiel der Verstärkungsänderung
zeigt, und
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14 eine
graphische Darstellung vergleichbar 10 ein
noch weiteres Beispiel der Verstärkungsänderung
zeigen.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung des Hinterradlenksystems für ein vierradgetriebenes Fahrzeug,
bei dem die vorliegende Erfindung anwendbar ist. Das Fahrzeug enthält linke
und rechte Vorderräder 1L, 1R und
linke und rechte Hinterräder 2L, 2R.
Die Vorderräder 1L, 1R werden über ein
manuell drehbares Lenkrad 3 über ein Lenkgetriebe 4 in an
sich bekannter Weise gelenkt. Außerdem können die Vorderräder 1L, 1R einer
Hilfslenkung unterzogen werden, in der sie inkrementiell oder dekrimentiell
gelenkt werden, in dem das Gehäuse
des Lenkgetriebes 4 quer zur Fahrtrichtung mittels eines
Stellgliedes 5 verstellt wird. Die Hinterräder 2L, 2R werden
ihrerseits mittels eines weiteren Stellgliedes 6 gelenkt.
Die Hilfslenkung der Vorderräder 1L, 1R und die
Lenkung der Hinterräder 2L, 2R sind
mit Hilfe des nachfolgend zu erläuternden
Steuersystems elektronisch gesteuert.
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Das
Steuersystem ist einem Hydraulikkreis zugeordnet, der eine Ölpumpe 7 als
gemeinsame Druckquelle enthält.
Die Pumpe 7 saugt Öl
aus einem Behälter
ab, und gibt Drucköl
an eine Hauptleitung 9 ab, ab, die mit Zweigleitungen 10, 11 verbunden
ist. Die Zweigleitung 10 bildet einen Hilfslenksteuerkreis für die Vorderräder 1L, 1R,
und die Zweigleitung 11 bildet einen Lenksteuerkreis für die Hinterräder 2L, 2R.
Ein Zweigventil 12 ist zwischen die Hauptleitung 9 und
die Zweigleitungen 10, 11 geschaltet. Das Öl, das im
Hilfslenksteuerkreis und/oder im Lenksteuerkreis verwendet worden
ist, wird über
eine Ablaufleitung 13 zum Behälter 8 rückgeführt.
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Ein
Steuerventil 14 ist zwischen das Stellglied 5 und
die Leitungen 10, 13 geschaltet, um den Hilfslenkwinkel
der Vorderräder 1L, 1R zu
beeinflussen. Ein weiteres Steuerventil 15 ist zwischen
das Stellglied 6 und die Leitungen 11, 13 geschaltet,
um den Lenkwinkel der Hinterräder 2L, 2R zu
beeinflussen.
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Das
Steuerventil 14 enthält
Elektromagneten 14a, 14b und hält die Verbindung der Hydraulikleitungen
von 1 im AUS-Zustand der Elektromagnete 14a, 14b.
Die gesamte Ölmenge
von der Leitung 10 wird daher zur Leitung 13 rückgeführt, so
daß beide Druckkammern 5a, 5b des
Stellgliedes 5 drucklos sind. Das Stellglied 5 wird
somit von Federn 5c, 5d in der neutralen Position
gehalten, so daß das
Lenkgetriebe 4 in einer Stellung gehalten wird, in der
die Vorderräder 1L, 1R keiner
Hilfslenksteuerung unterworfen sind. Wenn der Elektromagnet 14a mit
Strom IRa versorgt und in den EIN-Zustand erregt wird, dann wird
die Druckkammer 5a mit Druck versorgt, der proportional
zur Stärke
des Stroms IFa ist, während der Druck aus der Druckkammer 5b abgelassen
wird. Als Folge davon wird das Stellglied 5 so verstellt,
daß das
Gehäuse
des Lenkgetriebes 4 in 1 nach rechts
bewegt wird. Dies bedeutet, daß die
Vorderräder 1L, 1R einer
Hilfslenkung nach links unterworfen werden mit einem Lenkwinkel,
der vom Druckpegel in der Druckkammer 5a abhängt. Wenn
andererseits der Elektromagnet 14b mit elektrischem Strom
IFb versorgt und in den EIN-Zustand gebracht wird, dann wird der
Druckkammer 5b Druck zugeführt, der proportional der Stärke des
Stromes IFb ist, während
der Druck aus der Kammer 5a abgelassen wird. Als Folge
davon wird das Stellglied 5 veranlaßt, sich zusammenzuziehen,
so daß das
Gehäuse
des Lenkgetriebes 4 in 1 nach links
bewegt wird. Dies bedeutet, daß die
Vorderräder 1L, 1R einer
Hilfslenkung nach rechts unterworfen werden mit einem Lenkwinkel, der
vom Druckpegel in der Druckkammer 5b abhängt.
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Das
Steuerventil 15 zum Steuern der Hinterradlenkung und das
zugeordnete Stellglied 6 sind im wesentlichen in der gleichen
Weise wie das Steuerventil 14 und das Stellglied 5 aufgebaut
und betätigt. Die
Elemente des Steuerventils 5 und des Stellgliedes 6,
die jenen des Steuerventils 14 und des Stellgliedes 5 entsprechen,
sind daher durch vergleichbare Bezugszeichen 15a, 15b und 6a bis 6d dargestellt, um
eine überflüssige Beschreibung
an dieser Stelle zu vermeiden.
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Das
in 1 gezeigte Steuersystem enthält weiterhin ein Steuergerät (Controller) 16,
das dazu dient, die Elektromagnete 14a, 14b, 15a, 15b und
die Stärke
des elektrischen Stroms IFa, IFb, Ira, IRb zu beeinflussen. Das
Steuergerät 16 hat
Eingangsanschlüsse,
die mit verschiedenen Sensoren verbunden sind, das heißt einem
Lenkwinkelsensor 17 zum Erzeugen eines Signales, das für den Drehwinkel θ am Lenkrad
repräsentativ
ist (Vorderradhauptlenkwinkel), einen Fahrgeschwindigkeitssensor 18 zum Erzeugen
eines die Fahrgeschwindigkeit V angebenden Signals, ein Querbeschleunigungssensor 30 zum
Erzeugen eines Signals, das für
die auf das Fahrzeug wirkende Querbeschleunigung g kennzeichnend
ist. Auf der Grundlage der Signale von diesen Sensoren führt das
Steuergerät 16 ein
vorbestimmtes Steuerprogramm aus, um die Sollwerte für den Vorderradhilfslenkwinkel δf und
den Hinterradlenkwinkel δr zu bestimmen und diese Lenkwinkel einzustellen.
Das Steuergerät 16 hat
weiterhin Eingangsanschlüsse,
die mit Hubsensoren 19, 20 verbunden sind, um
den Hub der Stellglieder 5, 6 und daher den Vorderradhilfslenkwinkel
und den Hinterradlenkwinkel zu ermitteln. Die Signale der Hubsensoren 19, 20 werden
dem Steuergerät 16 als
Rückkopplungssignale
zugeführt,
um eine EIN-AUS-Steuerung der Elektromagnete 14a, 14b, 15a, 15b der Steuerventile 14, 15 auszuführen du
weiterhin die Amplitude des elektrischen Stroms IFa, IFb, IRa, IRb, die
den Elektromagneten 14a, 14b, 15a, 15b zuzuführen sind,
zu beeinflussen.
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Der
Betrieb zur Ermittlung der Sollwerte für den Vorderradhilfslenkwinkel δf und
den Hinterradlenkwinkel δr wird nun erläutert. Zu diesem Zweck führt das
Steuergerät 16 das
in 2 dargestellte Steuerprogramm aus. Da jedoch die Vorderradhilfssteuerung
nicht direkt Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, wie im Schritt 27 gezeigt,
sei hier angenommen, daß der
Sollwert für
den Vorderradhilfslenkwinkel 6f in konventioneller Weise
bestimmt wird auf der Grundlage der folgenden Gleichung: δf = Kfθ + Tf(d/dt)θwobei
Kf eine Proportionalitätskonstante ist, die von der
Fahrgeschwindigkeit V abhängt,
und Tf eine Differentialkonstante ist, die
ebenfalls von der Fahrgeschwindigkeit V abhängt. In dieser Gleichung sind
die ersten und zweiten Terme auf der rechten Seite jeweils ein Proportionalterm
und ein Differentialterm. Während
einer Übergangslenkperiode,
in der der Lenkdrehwinkel relativ klein ist und die Veränderungsgeschwindigkeit
(d/dt) θ relativ
groß ist,
spielt der Differentialterm die entscheidende Rolle, um eine verbesserte
Anfangscharakteristik zu erzielen. Während einer andauernden Lenkperiode,
in der der Drehwinkel θ am
Lenkrad relativ groß ist
und seine Änderungsgeschwindigkeit
(d/dt) θ relativ
klein ist, spielt der Proportionalterm eine entscheidende Rolle, um
eine wirksam stabilisierte Manövrierbarkeit
zu erzielen.
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Der
Sollwert für
den Hinterradlenkwinkel δr kann in gleicher Weise unter Verwendung
einer Gleichung bestimmt werden, die einen Proportionalterm und
einen Differentialterm enthält.
Da jedoch der Differentialterm nicht direkt Gegenstand der vorliegenden
Erfindung ist, wie im Schritt 27 gezeigt, sei angenommen,
dass der Hinterradlenkwinkel δr die Größe δ1 habe,
was nur einen Proportionalterm aus Gründen der Vereinfachung in die
Betrachtungen einbezieht. Im Hinblick auf das Ziel der vorliegenden
Erfindung sei somit angenommen, daß der Hinterradlenkwinkel θ1 wie folgt bestimmt wird.
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Im
vorliegenden Beispiel wird die nachfolgende Erläuterung unter der Annahme gegeben,
das die Hinterradlenkwinkelcharakteristik des Proportionalterms
das heißt
die Charakteristik des Hinterradlenkwinkels θr in
Bezug auf den Drehwinkel θ am Lenkrad,
der notwendig ist, um eine vergrößerte Untersteuerungsneigung
eines frontgetriebenen Fahrzeuges während des Kurvenfahrens zu
vermindern, bei dem das Lenkrad relativ langsam gedreht wird, wie
oben erwähnt,
so ist, wie in 3 gezeigt.
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Wie
insbesondere aus 3 hervorgeht, nimmt in einem
Lenkdrehwinkelbereich, der zwischen Null (neutral) und einem Grenzwinkel θ0 liegt, der Hinterradlenkwinkel δr in
Richtung gleichphasigen Winkels mit einem Gradienten Kr zu,
der grundsätzlich
eine Proportionalkonstante ist, die von dem Lenkdrehwinkel θ abhängt, die
jedoch in Abhängigkeit
von der Fahrgeschwindigkeit V variabel ist. Der Hinterradlenkwinkel δr wird
außerdem
auf den maximalen gleichphasigen Winkel δrm im
Lenkdrehwinkelbereich von θ0 ≤ θ ≤ θ2 gehalten, wird vom maximalen gleichphasigen
Winkel δrm gegen den maximalen gegenphasigen Winkel –δr0 im
Lenkdrehwinkelbereich θ2 ≤ θ ≤ θ3 vermindert und wird im maximalen gegenphasigen
Winkel –δr0 im
Lenkdrehwinkelbereich von θ > θ3 gehalten.
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Vorzugsweise
ist der Lenkdrehwinkelgrenzwert θ2 abhängig
von der Fahrgeschwindigkeit V und nimmt ab, wenn die Fahrgeschwindigkeit
V größer wird.
Der Grund hierfür
ist, daß die
Untersteuerungstendenz beim Kurvenfahren des Fahrzeuges mit zunehmender
Fahrgeschwindigkeit sich bereits auf kleinere Lenkdrehwinkel θ verschiebt.
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Wie
in 2 gezeigt, wird in den Schritten 21 und 22 ermittelt,
in welchem der Winkelbereiche θ3 ≥ θ ≥ θ2, θ < θ3 und θ < θ2 der Lenkdrehwinkel liegt. Wenn sich ergibt,
daß θ < θ2, dann wird der Hinterraddrehwinkel δ1 in
einem nachfolgenden Schritt 23 als δ1 =
Krθ gesetzt,
und er wird auf δ1 = δrm gesetzt, wenn θ ≥ θ0,
was in einem Schritt 27 dazu verwendet wird, den Sollwert
für den
Hinterradlenkwinkel δr zu bestimmen.
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Wenn
schließlich
der Lenkdrehwinkel θ im Bereich
zwischen θ3 ≥ θ ≥ θ2 liegt, dann wird der Hinterradlenkwinkel δ10 in
diesem Bereich in 3 im Schritt 25 wie
folgt bestimmt: δ10 =
{(δrm – δr0)/(θ3 – θ2)} × (θ – θ2) + δrm
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Um
jedoch das Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen, wird der
Winkel δ10 in diesem Bereich nicht direkt als Hinterradlenkwinkel δ1 verwendet.
Vielmehr wird der Hinterradlenkwinkel δ1 in
einem nachfolgenden Schritt 26 erhalten, in dem eine Verzögerung auf
den Winkel δ10 mittels eines Verzögerungselementes erster Ordnung
angewendet wird, das auch im Schritt 27 verwendet wird,
um den Sollwert des Hinterradlenkwinkels δ10 zu
bestimmen.
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Beim
Festlegen der oben erwähnten
Verzögerung
erster Ordnung im Schritt 26, das heißt eine Ansprechverzögerung des
Hinterradlenkwinkels bezüglich
des Lenkradbetriebs, wird der Hinterradlenkwinkel δ1 wie
folgt angegeben: δ1 =
{1/(1 + TS)}δ10 wobei T eine Verzögerungszeitkonstante erster
Ordnung und S ein Differentialoperator ist. Im Hinblick auf das
Ziel der vorliegenden Erfindung wird die Zeitkonstante T derart
bestimmt, daß sie
einen Wert hat, der bei einer schnellen Lenkung mit Frequenz von
1 Hz oder mehr wirksam ist, was im wesentlichen einer Lenkfrequenz
beim Fahrspurwechsel entspricht. Nimmt man beispielsweise an, daß die Manövrierstabilität des Fahrzeuges
ungünstig
während
eines Fahrspurwechsels über
eine Zeitdauer von 0,254 sec. beeinflußt wird, wie bei B in 6 gezeigt,
dann ist es günstig,
die Zeitkonstante T auf 250 ms oder mehr zu setzen. Selbstverständlich muß die Zeitkonstante
auf die Winkel θ1, θ2 in 6 abgestimmt
werden, die in Abhängigkeit
von den unterschiedlichen Fahrzeugspezifikationen variieren.
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Die 4a und 4b zeigen
Zeitdiagramme der Variation des Hinterradlenkwinkels δr im
Falle, daß die
Hinterradlenkwinkelcharakteristik nach 3 mit einem
Verzögerungselement
erster Ordnung im Schritt 26 in 2 zur Anwendung
kommt.
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Wie
in 4a gezeigt, führt
während
eines Fahrspurwechsels, bei dem sich der Drehwinkel am Lenkrad relativ
schnell ändert,
die Abwesenheit des Verzögerungselements
erster Ordnung zu einer unerwünschten
Verschlechterung der Manövrierstabilität des Fahrzeuges,
da im Verlaufe des Rücklenkbetriebs
am Lenkrad der Hinterradlenkwinkel einmal aus dem gleichphasigen
maximalen Lenkwinkel δrm vermindert wird, wie durch eine imaginäre Linie
gezeigt. Die Anwesenheit des Verzögerungselements erster Ordnung
macht es möglich,
eine sanfte Änderung
des Hinterradlenkwinkels zu erzielen, wie in durchgezogener Linie
in 4a gezeigt, und dadurch die Instabilität der Manövrierbarkeit
des Fahrzeuges zu beseitigen.
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Beim
Kurvenfahren, bei dem das Lenkrad relativ langsam gedreht wird,
ist wegen der oben erwähnten
Einstellung der Zeitkonstanten T das Verzögerungselement erster Ordnung
im wesentlichen funktionslos und spielt bei der Bestimmung des Hinterradlenkwinkels
keine Rolle, wie 4b erkennen läßt. Das
heißt,
weil im Schritt 26 in 2 δ1 = δ10, wird
der Hinterradlenkwinkel δr einmal vom gleichphasigen Maximallenkwinkel δrm im
Verlaufe eines Rücklenkvorgangs
am Lenkrad vermindert, um die vergrößerte Untersteuerungstendenz
des frontgetriebenen Fahrzeuges während des Kurvenfahrens zu vermindern.
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Das
Hinterradlenksystem nach 1 kann eine Hinterradcharakteristik
haben, wie sie oben unter Bezugnahme auf die 7 und 8 erläutert wurde.
In diesem Falle kann im Hinblick auf das oben erwähnte Ziel
der vorliegenden Erfindung das Steuergerät 16 den Hinterradlenkwinkel δr nach
einem Steuerprogramm bestimmen, das in 9 dargestellt
ist und nachfolgend erläutert
wird.
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Zunächst werden
im Schritt 31 die Fahrgeschwindigkeit V, der Lenkdrehwinkel θ am Lenkrad und
die Querbeschleunigung g eingelesen. Anschließend wird die Proportionalitätkonstante
Kr in 7 im Schritt 32 auf der Grundlage der
Fahrgeschwindigkeit V nachgeschlagen und der Hinterradrücklenkwinkel Δδr in 8 wird
im Schritt 33 auf der Grundlage der Fahrgeschwindigkeit
V und des Lenkraddrehwinkels θ nachgeschlagen.
In einem nachfolgenden Schritt 34 wird das die Querbeschleunigung
g angebende Signal (Kurvenfahrzustandssignal) durch ein Verzögerungselement
mit einer Verzögerungszeitkonstante
T erster Ordnung geleitet, um ein verzögertes Querbeschleunigungssignal
gF zu erzeugen (verzögertes Kurvenfahrzustandssignal),
das gegenüber
der herrschenden Querbeschleunigung g verzögert ist und das sich wie folgt
ausdrücken
läßt: gF = g{1/(1 + TS)}wobei
F ein Differentialoperator ist. Das verzögerte Querbeschleunigungssignal
gF nimmt einen kleineren Wert für eine schnellere Änderung
der herrschenden Querbeschleunigung g an, so daß der Wert des verzögerten Querbeschleunigungssignals
gF für
die Beurteilung des Fahrzustandes verwendet werden kann, das heißt dafür, ob das
Fahrzeug eine Kurve fährt
oder die Fahrspur wechselt.
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In
einem weiteren Schritt 35 wird eine Verstärkung A
entsprechend dem verzögerten
Querbeschleunigungssignal gF auf der Grundlage
von Tabellendaten nachgeschlagen, die der 10 entsprechen.
Diese Verstärkung
A wird in einem nachfolgenden Schritt 36 als ein Koeffizient
für den
Hinterrad-Rücklenkwinkel Δδr verwendet.
Somit wird im Hinblick auf das von der Erfindung verfolgte Ziel
die Verstärkung
A so bestimmt, daß A
= 0 für
einen Fahrspurwechsel (gF < gF1),
um die Hinterrad-Rücklenkgröße Δδr auf
Null zu setzen, und das A allmählich während des
Kurvenfahrens des Fahrzeuges zunimmt (gF ≥ gF1) in Übereinstimmung
mit der zunehmenden Querbeschleunigung gF,
und das A = 1,0 für den
Bereich gF ≥ gF2 ist.
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Der
angestrebte Hinterradlenkwinkel δr wird im Schritt 36 unter Verwendung
der Gleichung δr = Krθ – Δδr·A bestimmt,
und der herrschende Hinterradlenkwinkel wird so beeinflußt, das
er mit dem Hinterrad-Sollenkwinkel übereinstimmt.
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Bei
einem solchen Aufbau des Hinterradlenksystems wird die Verstärkung A
auf Null gehalten, wenn ein Fahrspurwechsel vollzogen wird, in dem
das Lenkrad relativ schnell gedreht wird. Dies geht aus 11 hervor.
Im Falle einer üblichen
Hinterradlenksteuerung, die die Verstärkung A nicht verwendet (δr =
Krθ – Δδr)
wie oben erwähnt,
hat die Hinterrad-Rücklenkgröße Δδr Einfluß auf den
Hinterradlenkwinkel δr, um eine vorübergehende Änderung des Lenkwinkels hervorzurufen,
wie durch die imaginäre
Linie in 11 gezeigt, was zu einer verschlechterten
Stabilität
des Fahrzeuges beim Fahrspurwechsel führt. Die Verwendung der Verstärkung A
in der beschriebenen Weise macht es möglich, die vorübergehende Änderung
des Lenkwinkels zu beseitigen, wie durch die durchgezogene Linie
in 11 gezeigt, um die sonst verschlechterte Stabilität der Manövrierbarkeit
des Fahrzeuges beim Fahrspurwechsel zu kompensieren.
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Andererseits
beginnt beim Kurvenfahren, bei dem das Lenkrad relativ langsam bewegt
wird, wie in 12 gezeigt, die Verstärkung A
nach einem Zeitpunkt t1 zuzunehmen, wenn
gF ≥ gF1, und A = 1 nach einem Zeitpunkt t2, wenn gF ≥ gF2. Nach dem Zeitpunkt t2 werden
daher die Hinterräder
um eine Größe Δδr·A in einer
Richtung rückgesteuert,
in der der gleichphasige Lenkwinkel vermindert oder der gegenphasige
Lenkwinkel gesteigert wird, was es möglich macht, die oben erwähnte vergrößerte Untersteuerungstendenz
eines frontgetriebenen Fahrzeuges in der gewünschten Weise zu vermindern.
Wenn das Lenkrad anschließend
zum Zeitpunkt t3 in gesteigertem Umfang
gedreht wird, dann wird der gegenphasige Hinterradlenkwinkel dementsprechend
gesteigert, um Fahreigenschaften hervorzurufen, die zu den Lenkbewegungen,
die der Fahrer hervorruft, passen.
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Für Fahrzeuge,
deren Verhalten auf die Lenkradbetätigung übermäßig empfindlich ist, kann der
Hinterradlenkwinkel auch unter Verwendung der folgenden Gleichung
bestimmt werden: δr =
Krθ – Δδr·A{1/(1
+ t1S)}wobei t1 eine
Verzögerungszeitkonstante
erster Ordnung ist.
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Der
Kurvenfahrzustand des Fahrzeuges kann aus dem Lenkraddrehwinkel θ ermittelt
werden oder aus der Drehgeschwindigkeitdifferenz ΔN zwischen
den rechten und linken Antriebsrädern
anstelle der Querbeschleunigung g, wie oben erwähnt. Der Kurvenfahrzustand
des Fahrzeuges wird aus dem Lenkdrehwinkel θ beurteilt, und das verzögerte Kurvenfahrzustandssignal θF kann angegeben werden als: θF = θ{1/(1
+ TS)}wobei die Verstärkung
A bezüglich
des verzögerten Kurvenfahrzustandssignals θF mit einer in 13 gezeigten
Charakteristik variiert ist. Wenn der Kurvenfahrzustand des Fahrzeuges
aus der Drehgeschwindigkeitsdifferenz ΔNF ermittelt
wird, dann kann das verzögerte
Kurvenfahrzustandssignal NF angegeben werden: NF = {1/(1 + TS)}wobei
die Verstärkung
A in Bezug auf das verzögerte Kurvenfahrzustandssignal ΔNF mit einer in 14 gezeigten
Charakteristik variiert.