DE4441924A1

DE4441924A1 - Fahrzeug-Giersteuerungseinrichtung

Info

Publication number: DE4441924A1
Application number: DE19944441924
Authority: DE
Inventors: Genpei Naito
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1993-11-24
Filing date: 1994-11-24
Publication date: 1995-08-03
Also published as: JPH07144653A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeug-Gier steuerungseinrichtung, die ein Zielgiermoment in einem vierradgesteuerten Fahrzeug berechnet, und das aktuelle Fahrzeug-Gier moment auf dieses Ziel-Moment hin rückwärts regelt.

Hintergrund der Erfindung

Um die Vierrad-Steuerungscharakteristik eines Fahrzeugs zu verbessern, kann das Fahrzeug zum Beispiel mit einem Stell antrieb versehen sein, der die Hinterräder aufgrund eines Signals der Steuerungseinrichtung lenkt. Wenn das Fahrzeug sich mit geringer Geschwindigkeit bewegt, wird gegengerichtete Lenkung durchgeführt, bei der die Hinterräder bezüglich der Vorderräder in entgegengesetzte Richtung gelenkt werden, um die Wendefähigkeit des Fahrzeugs zu verbessern, während bei hoher Geschwindigkeit gleichgerichtete Lenkung durchgeführt wird, wobei die Hinterräder in gleiche Richtung wie die Vorderräder gelenkt werden, um die Fahrzeugstabilität zu bewahren.

Ferner kann entsprechend der Lenkungseingabe und der Fahr zeuggeschwindigkeit ein Zielgiermoment ermittelt werden, und eine Giersteuerungseinrichtung kann auf der Basis der wirklich erkannten Gierrate den Lenkwinkel der Hinterräder rückwärts regeln, so daß die Zielgierrate erreicht wird. Eine derartige Giersteuerungseinrichtung ist zum Beispiel in der von dem japanischen Patentamt veröffentlichten Schrift JP-OS 1-172071 offengelegt.

In dieser Steuerungseinrichtung werden die lineare Fahrzeug geschwindigkeit und der Lenkwinkel des Lenkrades erkannt, und die Zielgierrate wird entsprechend dieser Werte gesetzt. Die wirkliche Gierrate des Fahrzeugs wird ebenfalls durch einen Gierratensensor erkannt, und der Lenkwinkel der Hinterräder wird derart geregelt, daß die erkannte wirkliche Gierrate identisch der Zielgierrate ist.

Wenn zum Beispiel der relative Lenkwinkel zwischen den Vorder- und Hinterrädern infolge Gegenlenkens zunimmt, dann nimmt auch das auf das Fahrzeug einwirkende Giermoment zu, und auch die Gierrate des Fahrzeugs nimmt zu. Wenn umgekehrt der relative Lenkwinkel zwischen den Vorder- und Hinterrädern infolge gleichgerichteten Lenkens der Hinterräder abnimmt, dann nimmt das auf das Fahrzeug einwirkende Giermoment ab, und deshalb nimmt auch die Gierrate des Fahrzeugs ab. Auf diese Weise wird die erkannte wirkliche Gierrate durch Verändern des Lenkwinkels der Hinterräder so angepaßt, daß sie identisch zur Zielgierrate ist.

Die Gierrate oder Gierwinkelbeschleunigung ist ein Maß, das die Größe des Giermomentes beschreibt, und kann zum Beispiel durch einen Sensor, wie etwa ein Giermoment-Gyro, ermittelt werden.

Das Zielgiermoment kann als eine Funktion der Reifencharakteristik, der Seitenführungsfähigkeit, des Radstands, der Spurweite oder ähnlicher Stabilitätsfaktoren bestimmt werden, mit Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkwinkel oder Lenkradeinschlag als Parameter.

Das so bestimmte Zielgiermoment nimmt bei jeder gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit stets mit dem Lenkwinkel oder dem Lenkradeinschlag zu. Eine rückwirkende Regelgröße wird dann bestimmt, indem die Differenz zwischen diesem Zielgiermoment und dem festgestellten Giermoment mit einem auf Fahrzeugparametern oder Fahrzeug-Kennwerten beruhenden Faktor beaufschlagt wird.

Zusätzlich zur vorstehend beschriebenen Vierrad-Lenk steuerungseinrichtung wird dieser Typ einer Giersteuerungs einrichtung auch auf eine in JP-OS 3-31030 offengelegte Kraft steuerungseinrichtung mit einer Kupplung zur Verteilung der Antriebskraft zwischen Vorder- und Hinterrädern oder zwischen linken und rechten Rädern, auf eine in JP-OS 5-193332 offen gelegte aktive Aufhängung und einen Stabilisator mit variabler Abrollsteifigkeit, und auf eine in JP-OS 5-24528 offengelegte Kraftsteuerungseinrichtung zur separaten Regelung der Antriebs kraft eines jeden Rades eines Fahrzeugs, wobei alle Schriften vom japanischen Patentamt veröffentlicht wurden.

Jedoch verändert sich bekannterweise das Betriebsverhalten in einem gewöhnlichen Fahrzeug mit luftgefüllten Gummireifen aufgrund des Reibungskoeffizienten der Straßenoberfläche, selbst wenn die Reifen nicht gewechselt wurden. Die Seitenführungskraft auf der Straßenoberfläche wirkt auf die Reifen in zur Fahrt richtung des Fahrzeugs lotrechter Richtung, und sein Maximalwert variiert entsprechend dem Reibungskoeffizienten der Straßenober fläche. Wenn zum Beispiel der Reibungskoeffizient auf einer mit Eis oder Schnee bedeckten Straßenoberfläche sehr klein ist, dann ist der Maximalwert der Seitenführungskraft sehr klein, so daß ein ausreichendes Giermoment nicht auf das Fahrzeug angewendet werden kann, selbst wenn der Lenkwinkel des Lenkrades vergrößert wird.

Jedoch wurden bei der erwähnten Giersteuerungseinrichtung Unterschiede des Reibungskoeffizienten beim Festsetzen der Ziel gierrate nicht berücksichtigt. Wenn die Straße mit Eis oder Schnee bedeckt ist, erreicht deshalb die wirkliche Gierrate nicht die Zielgierrate, so daß der Fahrer bewußt oder unbewußt das Fahrzeug durch Vergrößerung des Lenkwinkels des Lenkrades herumzuführen versucht. Dies bewirkt die Vergrößerung der Ziel gierrate, aber da die wirkliche Gierrate sich nicht erhöht, wird die Differenz der beiden Raten übermäßig, und die rückwirkenden Regelgrößen werden sehr groß. Folglich treten Regelschwingungen auf, ein Phänomen, bei dem der relative Lenkwinkel zwischen Vorder- und Hinterrädern bezüglich der Steuersignale mit einem Zeitverzug übermäßig schwankt, und eine beachtliche Zeit ist erforderlich, um den Lenkeinschlag und die wirkliche Gierrate des Fahrzeugs wieder in eine stabile Beziehung zu bringen.

Die vom japanischen Patentamt veröffentliche Schrift JP-OS 60-161255 legt eine Vorrichtung offen, bei der die Regel verstärkung entsprechend dem Reibungskoeffizienten der Straße modifiziert wird. Jedoch wird das Zielgiermoment selbst in dieser Vorrichtung so festgesetzt, daß es bei Erhöhung von Fahr zeuggeschwindigkeit und Lenkwinkel ohne Begrenzung ansteigt, und da Rückwärtsregelung so durchgeführt wird, daß das Zielgier moment mit dem wirklichen Giermoment des Fahrzeugs überein stimmt, liefert dieses Verfahren keine endgültige Lösung für das oben dargestellte Problem.

Die vom japanischen Patentamt veröffentliche Schriften JP-OS 5-278488 und 5-278489 legen eine Vorrichtung offen, bei der die Seitenführungsfähigkeit entsprechend dem Reibungskoeffizienten der Straßenoberfläche verändert wird. Seitenführungsfähigkeit ist die Zuwachsrate der Seitenführungskraft pro Einheit des Schlupfwinkels. Durch Verändern der Seitenführungsfähigkeit verringert diese Vorrichtung das Zielgiermoment über den gesamten Bereich des Schlupfwinkels. Im Ergebnis verringert sich das Zielgiermoment jedoch selbst bei Schlupfwinkeln, bei denen das ursprüngliche Zielgiermoment hätte erreicht werden können, und folglich wird das Verhalten des Fahrzeugs bei Lenkmanövern immer noch beeinträchtigt.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, das Auftreten von Regelschwingungen in der Rückwärtsregelung des Giermomentes zu verhindern, und schnellstmöglich das Giermoment zum Zielwert hin auszuregeln.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, die erwähnte Regelung zu erreichen, ohne das Lenkverhalten zu beeinträchtigen.

Um diese Ziele zu erreichen, sieht diese Erfindung eine Gier steuerungseinrichtung vor, die einen Mechanismus zum Verursachen von Gieren im Fahrzeug, einen Mechanismus zum Erkennen der Fahr bedingungen des Fahrzeugs, einen Mechanismus zum Festsetzen eines Zielgiermomentes des Fahrzeugs aufgrund der Fahr bedingungen, einen Mechanismus zum Erkennen des wirklichen, im Fahrzeug tatsächlich auftretenden Giermomentes, und einen Mechanismus zur Rückwärtsregelung des Gieren-verursachenden Mechanismus mit dem Ziel der Übereinstimmung des wirklichen Giermomentes mit dem Zielgiermoment enthält.

Diese Erfindung enthält ferner einen Mechanismus zum Erkennen des Reibungskoeffizienten einer Straßenoberfläche, auf der das Fahrzeug fährt, einen Mechanismus zur Berechnung eines Maximal wertes des Zielgiermomentes aufgrund des erkannten Reibungs koeffizienten, und einen Mechanismus zur Begrenzung des Zielgiermomentes, so daß es den Maximalwert nicht übersteigt.

Der Mechanismus zur Erkennung des tatsächlichen Straßen reibungskoeffizienten enthält vorzugsweise einen Mechanismus zur Erkennung der auf das Fahrzeug einwirkenden seitwärtigen Beschleunigung.

Der Mechanismus zur Erkennung der Fahrbedingungen enthält vorzugsweise einen Mechanismus zur Erkennung der Fahrgeschwin digkeit des Fahrzeugs. In diesem Fall ist es ferner vorzuziehen, daß der Maximalwertberechnungsmechanismus den Maximalwert derart berechnet, daß er direkt proportional zur Seitwärtsbeschleu nigung und umgekehrt proportional zur Fahrgeschwindigkeit ist.

Der Mechanismus zur Erkennung des tatsächlichen Giermomentes enthält vorzugsweise einen Sensor zur Erkennung der Gierrate des Fahrzeugs.

Der Mechanismus zum Bewirken des Gierens im Fahrzeug enthält vorzugsweise einen Vierradlenkmechanismus, der einen Mechanismus zur Lenkung der Vorderräder des Fahrzeugs und einen Mechanismus zur Lenkung der Hinterräder des Fahrzeugs enthält. In diesem Fall enthält der Vorderradlenkmechanismus vorzugsweise eine Lenkvorrichtung zur Änderung des Lenkwinkels der Vorderräder aufgrund einer Lenkungsmaßnahme des Fahrers, und der Hinter radlenkmechanismus enthält vorzugsweise einen Stellantrieb zur Lenkung der Hinterräder entsprechend der Rückwärtsregelung des Rückwärtsregelmechanismus. Ferner steuert der Rückwärtsregel mechanismus vorzugsweise den Stellantrieb derart, daß die Differenz zwischen tatsächlicher Gierrate und Zielgierrate Null ist.

Die Einzelheiten als auch andere Merkmale und Vorzüge dieser Erfindung werden im folgenden Teil der Patentschrift und in den begleitenden Zeichnungen aufgezeigt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Diagramm einer hydraulischen Druck- und Signalschaltung einer Vierradlenkvorrichtung nach dieser Erfindung.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm einer Steuerungseinheit nach dieser Erfindung.

Fig. 3 ist ein Flußdiagramm, das einen Hinterradlenkwinkel regelungsprozeß nach dieser Erfindung beschreibt.

Fig. 4 ist eine Darstellung, die eine Karte mit Bezugsgier raten nach dieser Erfindung beschreibt.

Fig. 5 ist eine Darstellung, die eine Karte mit Rückwirkungs korrekturbeträgen für Hinterradlenkungswinkel nach dieser Erfindung beschreibt.

Fig. 6 ist ein Zeitdiagramm zwecks Beschreibung der Hinter radlenkung nach dieser Erfindung.

Fig. 7 ist ein Zeitdiagramm zwecks Beschreibung der Hinter radlenkung nach dem bekannten Stand der Technik.

Fig. 8 ist eine Darstellung, die eine Karte mit Bezugsgier raten nach einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung beschreibt.

Fig. 9 ist eine Darstellung, die eine Karte mit Bezugsgier raten nach einer weiteren, anderen Ausführungsform dieser Erfindung beschreibt.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Mit Bezug auf Fig. 1 der Zeichnungen werden die Vorderräder 10FL und 10FR und die Hinterräder 10RL und 10RR eines Fahrzeugs mit Vierradlenkung, die mit einer Hinterradlenkungsvorrichtung 2 ausgerüstet sind, von Nabenträgern so gehalten, daß sie sich frei zumindest in horizontaler Richtung drehen können. Die Nabenträger der Vorderräder 10FL und 10FR sind entsprechend mit der Zahnstange einer bekannten Zahnstangenlenkungsgetriebe vorrichtung 14 mittels Zugstangen 13 verbunden. Ein nicht gezeigtes, mit einer Steuerwelle 13 verbundenes Zahnrad greift in die Zahnstange ein. Dies bildet ein Hauptlenkungssystem, bei dem die Vorderräder mechanisch durch Drehung eines Lenkrades 15 gelenkt werden.

Der Nabenträger der Hinterräder 10RL und 10RR sind ent sprechend mit einem Hinterradlenkstab 20 mittels Zugstangen 18 verbunden. Der Lenkstab 20 arbeitet als eine Kolbenstange eines Hinterradlenkzylinders 22 mit beidseitigen Kolbenstangen. Der Zylinder 22 ist innen durch einen Kolben 24 in zwei Ölkammern 26L und 26R geteilt, der eine einteilige Konstruktion mit dem Lenkstab 20 bildet, wobei der Lenkstab 20 sich in axialer Richtung entsprechend dem Druckgleichgewicht in diesen Ölkammern bewegt. In den Ölkammern 26L und 26R sind Federn 28 mit dersel ben Federkonstante und freien Länge vorgesehen. Wenn der Öldruck in den Ölkammern 26L und 26R abfällt, wird der Kolben 24 durch den Federdruck dieser Federn 28 zur Mitte des Zylinders 22 bewegt, und die Hinterräder 10RL und 10RR werden in einer neutralen Position gehalten.

Betriebsöl in einem Vorratsbehälter 34 wird mit einem vor bestimmten Druck durch eine Öldruckpumpe 30 über ein Druck steuerventil 32 und ein Abschaltventil 36 zu den Ölkammern 26L und 26R geführt.

Die Öldruckpumpe 30 ist mit der Pumpenöffnung P des Drucksteuerventils 32 verbunden, und der Vorratbehälter 34 ist mit der Rückflußöffnung R des Drucksteuerventils 32 verbunden. Eine Auslaßöffnung S₁ des Abschaltventils 36 ist mit der Ölkammer 26L verbunden, die andere Auslaßöffnung S₂ ist mit der Ölkammer 26R verbunden. Die Auslaßöffnungen A und B des Drucksteuer ventils 32 sind entsprechend mit den Einlaßöffnungen N₁ und N₂ des Abschaltventils 36 verbunden.

Die Öldruckpumpe 30 wird durch einen auf einem Chassis montierten Motor angetrieben. Öl im Vorratsbehälter 34 wird somit durch die Pumpe 30 angesaugt, verdichtet, und zum Druck steuerventil 32 gefördert. Falls ein Servolenkungsmechanismus zusätzlich zum erwähnten Lenkgetriebe 14 vorgesehen ist, dann kann die Öldruckpumpe 30 und der Vorratsbehälter 34 in Verbindung mit diesem Servolenkungsmechanismus benutzt werden.

Das Abschaltventil 36 ist ein Elektromagnetventil mit zwei Abschnitten, die umgesteuert werden können, und jeder Abschnitt hat vier Öffnungen. Das Abschaltventil 36 ist ferner mit einem Ausfallsicherungsmechanismus versehen. Das Abschaltventil 36 wird durch die Kraft einer Rückstellfeder 62 vorgespannt. Wenn der Elektromagnet 63 nicht erregt wird, wird das Ventil in einer in Fig. 1 gezeigten Ruheposition gehalten, bei der jeweils die Einlaßöffnungen N₁ und N₂ und die Auslaßöffnungen S₁ und S₂ verbunden sind. Die Öldrücke in den Ölkammern 26L und 26R sind dann ausgeglichen, und der Lenkstab 20 wird durch die Federn 28 in einer zentralen Position gehalten. Wenn der Elektromagnet 63 nicht erregt ist, dann bewegen sich die Hinterräder 10RL und 10RR ohne Lenkung geradeaus vorwärts, und dies bildet einen Ausfallsicherungsmechanismus. Die Federkonstanten der Federn 28 sind auf einen solchen Wert gesetzt, daß sie nicht durch die Seitenführungskräfte eingedrückt werden, die bei einem normalen Lenkmanöver auf die Hinterräder einwirken.

Wenn der Elektromagnet 63 erregt wird, dann schaltet das Abschaltventil 36 gegen die Kraft der Rückstellfeder 62 zum in Fig. 1 gezeigten linken Abschnitt um. Die Einlaßöffnung N₁ ist dann mit der Auslaßöffnung S₁, und die Einlaßöffnung N₂ ist mit der Auslaßöffnung S₂ verbunden. Folglich ist die Auslaßöffnung A des Drucksteuerventils 32 mit der Ölkammer 26L und die Auslaß öffnung B mit der Ölkammer 26R des Zylinders 22 verbunden. In der folgenden Beschreibung wird diese Position als der Betriebs zustand bezeichnet.

Das Drucksteuerventil 32 ist ein Elektromagnetventil, das zwischen drei Abschnitten umschaltet, von denen jede vier, in zwei Paaren angeordnete Öffnungen hat. Wenn die Elektromagnete 60a und 60b nicht erregt sind, dann wird dieses Ventil 32 durch die Rückstellfedern 61a und 61b in einem in Fig. 1 gezeigten mittleren Abschnitt gehalten. Dann ist die Pumpenöffnung P mit der Rückflußöffnung R verbunden, aber die Auslaßöffnungen A und B sind nicht verbunden. In diesem Zustand fließt deshalb der Abgabedruck der Ölpumpe 30 zum Vorratsbehälter 34 zurück, und wenn das Abschaltventil 36 nicht im Betriebszustand ist, dann wird das Fließen des Betriebsöls in und aus der linken und rechten Kammer 26L und 26R des Zylinders 22 versperrt.

Wenn der Elektromagnet 60a erregt ist, dann schaltet das Drucksteuerventil 32 gegen die Kraft der Rückstellfeder 61a zum rechten Abschnitt von Fig. 1 um. Diese verbindet die Pumpen öffnung P des Drucksteuerventils 32 mit der Auslaßöffnung B, und verbindet die Rückflußöffnung R mit der Auslaßöffnung A. Wenn das Abschaltventil 36 im Betriebszustand ist, dann wird der Abgabedruck der Ölpumpe 30 zur Öldruckkammer 26R des Zylinders 22 geführt, der Kolben 24 des Lenkstabes 20 bewegt sich zur linken Seite in Fig. 1, und da das Betriebsöl der Ölkammer 26L zum Vorratsbehälter 34 zurückströmt, drehen sich die Hinterräder 10RL und 10RR zur rechten Seite des Diagramms.

Wenn der Elektromagnet 60b erregt ist, dann schaltet das Drucksteuerventil 32 gegen die Kraft der Rückstellfeder 61b zum linken Abschnitt von Fig. 1 um. Diese verbindet die Pumpen öffnung P mit der Auslaßöffnung A, und verbindet die Rückfluß öffnung R mit der Auslaßöffnung B. Wenn das Abschaltventil 36 im Betriebszustand ist, dann wird der Abgabedruck der Ölpumpe 30 zur Öldruckkammer 26L des Zylinders 22 geführt, der Kolben 24 des Lenkstabes 20 bewegt sich zur rechten Seite in Fig. 1, und da das Betriebsöl der Ölkammer 26R zum Vorratsbehälter 34 zurückströmt, drehen sich die Hinterräder 10RL und 10RR zur linken Seite der Zeichnung.

Die Lenkwelle 16 ist zur Erkennung des Lenkwinkels Θ des Lenkrades mit einem Lenkwinkelsensor 8 ausgerüstet. Der Lenk winkelsensor 8 gibt ein positives Spannungssignal ab, wenn das Lenkrad nach rechts gedreht wird, und ein negatives Spannungs signal, wenn das Lenkrad nach links gedreht wird, wobei die Größe des Signals, wie in Fig. 4 gezeigt, vom Lenkwinkel abhängt.

Zur Erkennung der Fahrgeschwindigkeit V des Fahrzeugs ist ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 6 vorgesehen. Der Fahrzeug geschwindigkeitssensor 6 gibt entsprechend der Fahrzeug geschwindigkeit ein positives Spannungssignal ab, wenn sich das Fahrzeug vorwärts bewegt, und ein negatives Spannungssignal, wenn sich das Fahrzeug rückwärts bewegt.

Ein Hinterradlenkungssensor 9 ist in der Nähe des Lenkstabes 20 der Hinterräder 10RL und 10RR vorgesehen, so daß ein Hinter radlenkwinkel δ_RR der Hinterräder 10RL und 10RR als Spannungs signal durch Erkennen der Position des Lenkstabes 20 abgegeben wird, welches positiv ist, wenn der Winkel nach rechts zeigt, und negativ, wenn der Winkel nach links zeigt.

Zur Erkennung einer Beschleunigung Yg in seitwärtiger Richtung aufgrund der auf das Fahrzeug einwirkenden Zentrifugal kräfte ist ein Seitwärtsbeschleunigungssensor 11 vorgesehen. Der Seitwärtsbeschleunigungssensor 11 gibt in Abhängigkeit von der Größe der seitwärtigen Beschleunigung ein Spannungssignal ab, welches positiv ist, wenn das Fahrzeug nach rechts schwenkt, und negativ ist, wenn das Fahrzeug nach links schwenkt.

Ein Gierratensensor 12 ist zur Erkennung der Gierrate ϕ′ vorgesehen. Der Gierratensensor 12 gibt in Abhängigkeit von der Größe der Gierrate ein Spannungssignal ab, welches positiv ist, wenn das Fahrzeug nach rechts schwenkt, und negativ ist, wenn das Fahrzeug nach links schwenkt.

Zur Erkennung von Fehlern in Teilen der Hinterradlenk vorrichtung 2 ist ferner ein Fehlererkennungssensor 44 vorgesehen. Dieser Sensor gibt ein Fehlererkennungssignal FS ab, wenn ein Fehler in der Hinterradlenkvorrichtung 2 oder zugeordneten Stellgliedern erkannt wird.

Diese Signale werden in eine Steuereinheit 3 eingegeben, die als Steuerungseinrichtung funktioniert. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Steuereinheit 3 mit einem Mikrocomputer 40 ausgerüstet, der eine Eingabeschnittstellenschaltung 40a mit einer A/D-Wandlerfunktion, eine Verarbeitungseinheit 40b, eine aus einem ROM und einem RAM bestehenden Speichereinheit, und eine Ausgabe schnittstellenschaltung 40b mit einer D/A-Wandlerfunktion enthält. Die Steuereinheit ist ferner mit einer Treiberschaltung 41, die ein Antriebssignal CS1 für das Drucksteuerventil 32 abgibt, mit einer Treiberschaltung 42, die ein Antriebssignal CS2 für das Drucksteuerventil 32 abgibt, und mit einer Treiber schaltung 43, die ein Antriebssignal CF für das Abschaltventil 36 abgibt, ausgerüstet.

Die Steuereinheit 3 führt aufgrund der erkannten Fahrzeug geschwindigkeit V und der vom Lenkwinkel Θ berechneten Lenk winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung eine Hinterradlenkung durch.

Durch die Vorderradlenkung mit dem Lenkrad 15 und gleich gerichteter Hinterradlenkung zur Beeinflussung der Lenk charakteristik zu einem leichten Untersteuern hin wird die Wendefähigkeit im niedrigen Geschwindigkeitsbereich verbessert. Durch Verstärken dieser Untersteuerung im mittleren bis Hoch geschwindigkeitsbereich wird die Fahrzeugstabilität beim Wenden oder beim Wechseln von Fahrbahnen vergrößert, und die Wende fähigkeit wird verbessert.

Wenn im niedrigen Geschwindigkeitsbereich eine schnelle Lenkeingabe gemacht wird, dann werden die Hinterräder unmittelbar nach Lenkbeginn gegengerichtet gelenkt, um früher den für das Wenden des Fahrzeugs erforderlichen Anstieg der Gierrate zu beginnen, und damit die Lenkreaktion und die Fähigkeit, das Vorderteil des Fahrzeugs herumzuführen, zu verbessern; danach werden die Hinterräder gleichgerichtet gelenkt, um die Laufstabilität während des Schwenkens zu verbessern.

Zu diesem Zweck berechnet der Mikrocomputer 40 in der Steuereinheit 3 aufgrund der Fahrzeuggeschwindigkeit V, des Lenkwinkels Θ, der Lenkwinkelgeschwindigkeit und der Lenkwinkel beschleunigung einen Grundhinterradlenkwinkel δ_R0. Dieser Berechnungsprozeß ist im wesentlichen identisch zu dem in der konventionellen Vierradlenkungsvorrichtung, und seine Beschreibung wird deshalb weggelassen. Der erhaltene Grund hinterradlenkwinkel δ_R0 wird in der Speichervorrichtung 40 gespeichert.

Die Steuereinheit 3 berechnet aus der Fahrzeuggeschwindigkeit V und dem Lenkwinkels Θ eine Zielgierrate ϕ′*, und ein Rück wirkungskorrekturbetrag δ_R* wird derart auf den Grundhinterrad lenkwinkel δ_R0 angesetzt, daß die erkannte Gierrate ϕ′ identisch zu diesem Zielwert ist.

Die Steuereinheit 3 führt den folgenden Prozeß zur Fest setzung dieser Zielgierrate ϕ′* durch.

Die Steuereinheit 3 berechnet zuerst aufgrund des Lenkwinkels Θ und der Fahrzeuggeschwindigkeit V eine Grundgierrate ϕ′*₀. Dann wird aufgrund der seitwärtigen Beschleunigung Yg eine maximale Gierrate ϕ′*_max berechnet. Die maximale Gierrate ϕ′*_max und die Grundgierrate ϕ′*₀ werden miteinander verglichen, und der niedrigere Wert wird als Zielgierrate ϕ′* genommen.

Die Grundgierrate ϕ′*₀ wird mittels der folgenden Gleichungen berechnet.

wobei
R = Wendehalbkreis des Fahrzeugs
L = Radstand des Fahrzeugs
N = Lenkgetriebeübersetzung des Fahrzeugs
Ks = Stabilitätsfaktor

Der Stabilitätsfaktor Ks ist ein Koeffizient, der die Stabilität des Fahrzeugverhaltens beim Wenden bezeichnet. Je größer Ks ist, desto stärker ist die Tendenz zum Untersteuern.

Die Grundgierrate ϕ′*₀ kann auch von einer normalen Gierrate H₀ berechnet werden. Die normalen Gierrate H₀ ist ein Parameter der Fahrzeuggeschwindigkeit V und des Lenkwinkels Θ, und kann aus dem Stabilitätsfaktor Ks, der Lenkgetriebeübersetzung N und dem Radstand L nach den folgenden Gleichungen abgeleitet werden.

wobei
τ = Verzögerungskoeffizient erster Ordnung
s = Laplace′scher Operator

In der tatsächlichen Praxis kann jedoch statt Berechnung der erwähnten Grundgierrate ϕ′*₀ eine Karte von der in Fig. 4 gezeigten Art, die die Beziehung zwischen Lenkwinkel Θ und der Grundgierrate ϕ′*0 darstellt, nach diesen Gleichungen mit der Fahrzeuggeschwindigkeit als Parameter vorbereitet und zuvor in der Steuereinheit 3 gespeichert werden. Die Steuereinheit 3 liest in Abhängigkeit von der wirklichen Fahrzeuggeschwindigkeit V einen Kartenwert ab und berechnet die Grundgierrate ϕ′*₀ durch lineare Interpolation dieses Kartenwertes. Dies erleichtert die Berechnungslast einer schwierigen Berechnung und verkürzt die erforderliche Verarbeitungszeit. In den erwähnten Gleichungen dieser Karte wird unter der Annahme, daß der Lenkwinkel Θ für eine Rechtskurve positiv und für eine Linkskurve negativ ist, die Grundgierrate ϕ′*₀ positiv, wenn das Fahrzeug nach rechts kurvt und negativ, wenn das Fahrzeug nach links kurvt.

Gewöhnlich wurde die Grundgierrate ϕ′*₀ tatsächlich als Zielgierrate ohne weitere Modifikation genommen. Insoweit wie die Charakteristiken von luftgefüllten Gummireifen betroffen sind, wächst die Seitenführungskraft linear mit zunehmendem Schlupfwinkel an, aber schließlich fällt die Zuwachsrate, und ab einem bestimmten Wert beginnt sie mit der Radlast abzunehmen. Wenn der Reibungskoeffizient der Straßenoberfläche während der Fahrt des Fahrzeugs variiert, variieren auch die Reifen charakteristiken in Abhängigkeit von der Seitenführungskraft, selbst wenn die Reifen nicht gewechselt werden. Wenn zum Beispiel die Straße mit Eis oder Schnee bedeckt ist, ist der Reibungskoeffizient zwischen Reifen und Straße niedrig. Wenn der Schlupfwinkel des Fahrzeugs anwächst, verlieren die Reifen bald ihre Griffigkeit, und das bedeutet, daß der Maximalwert der Seitenführungskraft niedrig ist. Im Gegensatz ist der Reibungs koeffizient zwischen Reifen und einer trockenen Asphalt- oder Betonstraße hoch, und die Reifen behalten ihren Griff, selbst wenn der Schlupfwinkel des Fahrzeugs größer wird. Das bedeutet, daß der Maximalwert der Seitenführungskraft groß ist.

Die Seitenführungsfähigkeit (die Zuwachsrate der Seiten führungskraft bezogen auf einen Zuwachs des Schlupfwinkels) variiert ebenfalls bezüglich des Straßenreibungskoeffizienten, jedoch ist ihre Variation nicht so groß.

Die Beziehung zwischen der Seitwärtsbeschleunigung Yg und der Gierrate ϕ′ wird durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt, wenn sie ausgeglichen sind, während das Fahrzeug im Dauerzustand fährt.

wobei
R = Wendehalbkreis des Fahrzeugs
V = Fahrzeuggeschwindigkeit

Um die zeitlichen Beziehungen zwischen diesen Größen unter Berücksichtigung der Übergangsbedingungen zu beschreiben, wenn der Fahrer das Lenkrad dreht, um eine Lenkungseingabe zu machen, dann wirkt eine Seitenführungskraft auf die Vorderräder, das Fahrzeug giert, das Chassis entwickelt einen Schlupfwinkel, eine Seitenführungskraft wirkt auf die Hinterräder, und eine Seit wärtsbeschleunigung entwickelt sich. Deshalb wird der Maximal wert der Seitwärtsbeschleunigung auch variieren, falls der Maximalwert der Seitenführungskraft mit dem Reibungskoeffi zienten der Straße variiert. Wenn der Straßenreibungskoeffizient niedrig ist, dann ist der Maximalwert der Seitenführungskraft niedrig, so daß der Maximalwert der Seitwärtsbeschleunigung des Fahrzeugs abnehmen wird.

Wenn auf der anderen Seite der Straßenreibungskoeffizient groß ist, ist der Maximalwert der Seitenführungskraft groß, deshalb behalten die Reifen ihre Griffigkeit sogar bei einer scharfen Kurve, und die maximale Seitwärtsbeschleunigung des Fahrzeugs wird zunehmen.

Aufgrund des vorgestellten Prinzips wird der erreichbare Maximalwert der Gierrate ϕ′*_max unter Benutzung der Seitwärts beschleunigung Yg und der Fahrzeuggeschwindigkeit V durch die folgende Gleichung berechnet.

wobei
k = Proportionalkoeffizient

Da die Seitwärtsbeschleunigung bezüglich der zuvor beschrie benen Gierrate einen Zeitverzug aufweist, muß die maximale Gier rate ϕ′*_max wegen des Verzugs durch Multiplikation mit einer Proportionalitätskonstanten größer 1 zuzüglich zu einem vor bestimmten Einheitenumwandlungskoeffizienten korrigiert werden. Der lineare Koeffizient k wird deshalb auf einen Wert gesetzt, der diese Bedingung befriedigt. Wenn die Reifen bei einer Straße mit hohem Reibungskoeffizienten (hohem µ) ausreichende Griffig keit behalten, dann erreicht die Seitwärtsbeschleunigung Yg ihren größten Wert. Der Betrag |ϕ′*_max| des Maximalwertes der Gierrate ist ebenfalls ein Maximalwert, und der Proportionali tätskoeffizient k wird so festgesetzt, daß |ϕ′*_max| zu dieser Zeit einen Wert größer als der Betrag |ϕ′*₀| der Grundgierrate ϕ′*₀ hat.

Falls die Grundgierrate ϕ′*₀ die maximale Gierrate ϕ′*_max übersteigt, und selbst wenn als Zielgierrate ϕ′* die Grund gierrate ϕ′*₀ genommen wird, dann hat der Zielwert keine Bedeutung, weil er folglich entweder nicht erreicht werden kann oder er, wie früher erwähnt, Anlaß zu Regelschwingungen gibt. Deshalb wird die maximale Gierrate ϕ′*_max als Zielgierrate ϕ′* genommen, wenn der Betrag |ϕ′*₀| der Grundgierrate ϕ′*₀ den Maximalwert |ϕ′*_max| der maximalen Gierrate ϕ′*_max übersteigt.

Wenn zum Beispiel das Fahrzeug übermäßig übersteuert wird, dann entsprechen sich Gierrate und Seitwärtsbeschleunigung nicht, und es besteht die Gefahr, daß die Gierrate ϕ′ allein zunehmen wird, während die Seitwärtsbeschleunigung Yg konstant auf ihrem Maximalwert bleibt. Jedoch selbst in einem solchen Fall, in dem die maximale Gierrate ϕ′*_max durch den Straßen reibungskoeffizienten oder die Seitwärtsbeschleunigung Yg, die eine Funktion davon ist, begrenzt ist, ist die Gierrate ϕ′ niedriger, und das Fahrzeug wird deshalb so gesteuert, daß es sich nicht abnormal verhält.

Nachdem die Zielgierrate in dieser Weise festgesetzt wurde, führt die Steuereinheit 3 eine Rückwärtsregelung des Hinterrad lenkwinkels derart aus, daß die erkannte Gierrate ϕ′ identisch zur Zielgierrate ϕ′* ist. Zu diesem Zweck wird die Gierraten differenz ε nach folgender Gleichung berechnet.

ε = ϕ′ - ϕ′*.

Ein Rückwirkungskorrekturbetrag δ_R* des Hinterradlenkwinkels, der erforderlich ist, um die Differenz zu Null zu machen, kann aufgrund der Differenz ε mittels Gleichungen berechnet werden, die die Fahrzeugparameter berücksichtigen. In der Praxis jedoch wird eine Karte zur Ermittlung des Rückwirkungskorrekturbetrages δ_R* aus der Differenz ε zuerst in der Steuereinheit 3 gespei chert, wie in Fig. 5 gezeigt. Die Steuereinheit 3 liest dann ausgehend vom berechneten Wert von ε von der Karte den Rück wirkungskorrekturbetrag δ_R* ab. Wie aus der Karte erkannt werden kann, wird im Bereich, in dem der Rückwirkungskorrekturbetrag δ_R* positiv ist, die Hinterräder 10RL und 10RR nach rechts gelenkt, und im Bereich, in dem er negativ ist, die Hinterräder 10RL und 10RR nach links gelenkt. Wenn darüberhinaus die Differenz ε einen gewissen Wert +ε₁ übersteigt, wird der Rückwirkungskorrektur betrag δ_R* auf einem konstanten Wert δ_R*₁ gehalten, wenn hingegen sie niedriger als ein gewisser Wert -ε₁ ist, wird der Rück wirkungskorrekturbetrag δ_R* auf einem konstanten Wert -δ_R*₁ gehalten. Diese Werte ±δ_R*₁ sind begrenzende Werte des Rück wirkungskorrekturbetrages δ_R* des Hinterradlenkwinkels auf der Basis der Differenz ε.

Falls der Rückwirkungskorrekturbetrag δ_R* einfach gehalten wird, linear zu ε zu folgen, dann wird das Giermoment des Fahr zeugs zwischen den Extremen, entweder unterdrückt oder gestützt zu werden, schwanken, so daß das Verhalten des Fahrzeugs sehr wohl instabil werden kann. Die oben angeführten begrenzenden Werte werden deshalb vorgesehen, damit die Fahrzeuginsassen keine Instabilität wegen dieses Momentes empfinden.

Der Hinterradlenkwinkel δ_R wird durch Addition des Hinterrad-Rückwirkungskorrekturbetrages δ_R* zum vorgenannten Grundhinter radlenkwinkels δ_R0 berechnet.

w_R = δ_R0 + δ_R*.

Eine Differenz γ zwischen diesem Hinterradlenkwinkel δ_R und einem vom Hinterradlenkwinkelsensor 9 erkannten wirklichen Hinterradlenkwinkel δ_RR wird ebenso mittels der folgenden Gleichung berechnet, und ein Steuersignal Scs1 oder Scs2 wird ausgegeben, je nachdem die Differenz γ positiv oder negativ ist.

q = δ_R - δ_RR.

Die Treiberschaltungen 41 und 42 wandeln die Steuersignale Scs1 bzw. Scs2 in CS1 bzw. CS2 um und geben diese Signale an die Elektromagnete 60a und 60b des Steuerventils 32 ab. Wenn die Differenz γ Null ist, bestimmt die Steuereinheit 3, daß es nicht erforderlich ist, den Lenkbetrag der Hinterräder 10RL und 10RR zu korrigieren, und beendet die Abgabe der Steuersignale Scs1 und Scs2.

Die Steuereinheit 3 gibt ebenfalls ein Steuersignal S_CF an die Treiberschaltung 43 ab, wenn ein Fehlersignal FS vom Fehler erkennungssensor 44 abgegeben wird. Die Treiberschaltung 43 wandelt das Steuersignal S_CF in ein Antriebssignal CF um und gibt dieses Signal an das Abschaltventil 36 ab, so daß das Ventil im Nicht-Betriebszustand ist.

Der obige Berechnungsprozeß wird jetzt mit Bezug auf das Flußdiagramm der Fig. 3 beschrieben. Diese Routine wird als eine Zeitunterbrechungsroutine nach einem vorbestimmten Intervall ΔT (z. B. 20 ms) durchgeführt.

Zuerst wird der vom Lenkwinkelsensor 8 ermittelte Lenkwinkel Θ und die vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 6 ermittelte Fahr zeuggeschwindigkeit V eingelesen (Schritt 1) . Dann werden nacheinander die vom Seitwärtsbeschleunigungssensor 11 erkannte Beschleunigung Yg, die vom Gierratensensor 12 ermittelte Gierrate ϕ′, und der vom Hinterradlenkwinkelsensor 9 ermittelte Hinterradlenkwinkel δ_RR eingelesen (Schritte 2-4). Der in der Speichervorrichtung 40c gespeicherte Grundhinterradlenkwinkel δ_R0 wird eingelesen (Schritt 5).

Die Grundgierrate ϕ′*₀ wird dann aus der Karte nach Fig. 4 unter Benutzung der Fahrzeuggeschwindigkeit V und des Lenk winkels Θ abgelesen (Schritt 6). Ebenso wird die maximale Gierrate ϕ′*_max aus der Seitwärtsbeschleunigung Yg und der Fahrzeuggeschwindigkeit V berechnet (Schritt 7).

Die Beträge dieser Gierraten werden miteinander verglichen, und die Gierrate mit dem niedrigeren Betragswert wird als Zielgierrate ϕ′* genommen (Schritte 8, 9 und Schritte 8, 10).

Die Differenz ε zwischen der Zielgierrate ϕ′* und der in Schritt 3 eingelesenen tatsächlichen Gierrate ϕ′ wird berechnet (Schritt 11), und der Rückwirkungskorrekturbetrag δ_R* wird aus einer Karte aufgrund der Differenz ε ausgelesen (Schritt 12).

Der Zielhinterradlenkwinkel δ_R wird durch Addieren des so bestimmten Korrekturbetrages δ_R* zum Grundhinterradlenkwinkel δ_R0 berechnet (Schritt 13), und die Differenz γ zum in Schritt 4 eingelesenen tatsächlichen Hinterradlenkwinkel δ_RR wird berechnet (Schritt 14).

Ist diese Differenz γ größer als Null, wird das Steuer signal Scs1 abgegeben, um die Hinterräder nach rechts zu lenken (Schritt 15, 16); wenn im Gegensatz diese Differenz γ kleiner als Null ist, wird das Steuersignal Scs2 abgegeben, um die Hinter räder nach links zu lenken (Schritt 15, 17). Wenn die Differenz γ gleich Null ist, wird kein Steuersignal abgegeben (Schritt 15, 18).

Nun wird die Beziehung zwischen der oben erwähnten Hinter radlenkregelung und der Fahrzeuggierrate beschrieben.

Wenn das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit auf einer ebenen Straße ohne Unvollkommenheiten der Oberfläche und mit einem hohen Reibungskoeffizienten µ vorwärts fährt, ist die durch den Gierratensensor 12 ermittelte Gierrate ϕ′ Null und die durch den Seitwärtsbeschleunigungssensor 11 ermittelte Seitwärtsbeschleu nigung Yg ist ebenfalls Null. Deshalb werden die Steuersignale CS1 und CS2 durch die Steuereinheit 3 nicht abgegeben, und das von der Öldruckpumpe 30 angelieferte Öl fließt zurück zum Vorratsbehälter 34.

Wenn das Fahrzeug bei niedriger Geschwindigkeit auf einer Straße mit hohem µ eine Wende macht, dann nimmt |ϕ′*_max| einen Wert größer als der Betrag |ϕ′*₀| der Grundgierrate ϕ′*₀ an, und die Grundgierrate ϕ′*₀ wird unabhängig von Fahrzeuggeschwindig keit oder Lenkwinkel ständig als Zielgierrate ϕ′* genommen, und die Rückwirkungsregelung mit der Grundgierrate als Zielgier ratenwert wird genauso durchgeführt, wie im bekannten Stand der Technik nach JP-OS 1-172071 beschrieben.

Auf einer Straße mit niedrigen Reibungskoeffizienten µ wie etwa einer mit Eis oder Schnee bedeckten Straße, nimmt auf der anderen Seite der Maximalwert der Seitenführungskraft der Reifen unabhängig von der Größe des Wendehalbmessers des Fahrzeugs ab. Mit anderen Worten, die Grenzen, innerhalb derer die Seiten führungskraft dem Anwachsen der Lenkeingabe folgen kann, werden enger, so daß die Reifen bald ihre Griffigkeit verlieren und das Fahrzeug seitwärts gleitet. Die Seitwärtsbeschleunigung Yg nimmt daher nicht zu, und die maximale Gierrate ϕ′*_max nimmt einen kleinen positiven Wert an, wenn das Fahrzeug nach rechts wendet.

Die Grundgierrate ϕ′*₀ nimmt jedoch mit dem Lenkwinkel Θ zu. Ab einem gewissen Punkt übersteigt |ϕ′*₀| |ϕ′*_max|, und die maximale Gierrate ϕ′*_max wird als Zielgierrate ϕ′* von diesem Punkt an genommen.

Da die Seitenführungskraft klein ist, wird unter diesen Bedingungen das auf das Fahrzeug wirkende Giermoment ebenfalls klein, und so ist die tatsächlich ermittelte Gierrate ϕ′ klein. Der Betrag der Differenz ε ist deshalb klein, obwohl ihr Vorzeichen abhängig vom Verhalten des Fahrzeugs wechseln kann, und der auf ihr beruhende Rückwirkungskorrekturbetrag δ_R* des Hinterradlenkwinkels nimmt auch einen kleinen positiven oder negativen Wert an.

Folglich nimmt der Hinterradlenkwinkel δ_R einen Wert an, der durch Anwendung einer geringen Korrektur zum Grundhinterrad lenkwinkel δ_R0 erhalten wurde.

Wenn der Lenkwinkel Θ infolge übermäßiger Lenkeingabe anwächst, wächst der Grundhinterradlenkwinkel δ_R0 in der gleichgerichteten Lenkrichtung an, aber da der Rückwirkungs korrekturbetrag δ_R* des Hinterradlenkwinkels klein ist, wird der relative Winkel zwischen Vorder- und Hinterrädern nicht sehr groß.

Mit anderen Worten werden die Hinterräder 10RL und 10RR gleichphasig mit den Vorderrädern 10FL und 10FR mit einem vergleichsweise großen Lenkwinkel gelenkt, und das auf das Fahrzeug wirkende Giermoment wird unterdrückt. Deshalb beschleunigt sich selbst bei großen Lenkeingaben die Gierrate nicht unvorhersehbar, und gleichmäßige Fahrzeugstabilität wird erhalten. Zur selben Zeit hat das Fahrzeug die unter gegebenem Straßenzustand maximal erreichbare Gierrate, so daß der Fahrer der Linie folgen kann, die am nächsten zur beabsichtigten Fahrtlinie liegt.

Wenn das Fahrzeug nach links wendet, wird dieselbe Wirkung erzielt, mit Ausnahme der Tatsache, daß die Vorzeichen der ermittelten und berechneten Werte umgekehrt sind, das Steuer signal Scs1 wird an Stelle des Steuersignal Scs2 abgegeben, und die Hinterräder 10RL und 10RR werden in die zu oben entgegen gesetzte Richtung gelenkt.

Durch Festlegen der Zielgierrate ϕ′* auf die Gierrate von der Grundgierrate ϕ′*₀ und der maximalen Gierrate ϕ′*_max, die den geringeren Absolutwert hat, wird die tatsächliche Gierrate dazu gebracht, in kurzer Zeit mit der Zielgierrate ϕ′* überein zustimmen, und Regelschwingungen der Hinterradlenkregelung werden vermieden.

Diese Aktion wird nun mit Bezug auf Fig. 6 und 7 beschrieben. Zum Zweck der Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, daß der Hinterradlenkwinkelrückwirkungskorrekturbetrag δ_R* gleich dem ermittelten Hinterradlenkwinkelwert δ_RR ist (der Grundhinter radlenkwinkel δ_R0 wird zu Null angenommen).

Es wird angenommen, daß das Lenkrad zur Zeit t₀₁ nach rechts gedreht wird, während das Fahrzeug mit niedriger Geschwindigkeit vorwärts fährt. Dann wirkt infolge der Lenkeingabe eine Seiten führungskraft auf die Reifen, und die maximale Gierrate ϕ′*_max (positiver Wert) wird aus der erkannten, als ein Ergebnis erzeugten Seitwärtsbeschleunigung Yg berechnet (positiver Wert in diesem Fall).

Die Grundgierrate ϕ′*₀ (positiver Wert) kann ebenfalls berechnet werden, da der Lenkwinkel Θ im positiven Bereich infolge der Lenkeingabe zunimmt. Während des Intervalls von der Zeit t₀₁, bei der die Grundgierrate ϕ′*₀ kleiner als die maximale Gierrate ϕ′*_max ist, bis zur Zeit t₀₂, wird die Grundgierrate ϕ′*₀ gleich der Zielgierrate ϕ′* gesetzt.

Das Giermoment wirkt auf das Fahrzeug einige Zeit später, und als ein Ergebnis wird die tatsächliche Gierrate ϕ′ erkannt. Die Zunahme der tatsächlichen Gierrate ϕ′ ist deshalb relativ zur Zunahme der Grundgierrate ϕ′*₀ verzögert, und infolge dieser Verzögerung in der Reaktion, nimmt ihr Betrag in dem Bereich zu, in dem die Gierratendifferenz ε negativ ist, von der Zeit t₀₁, zu der die Grundgierrate ϕ′*₀ gleich der Zielgierrate ϕ′* ist, bis zur Zeit t₀₂. Der Lenkwinkelrückwirkungskorrekturbetrag δ_R* nimmt ebenfalls aufgrund der Differenz ε im negativen Bereich zu, der zu Beginn des Lenkmanövers erkannte Hinterradlenkwinkel δ_RR nimmt einen negativen Wert an, d. h. gegengerichtete Lenkung findet statt, die Hinterräder 10RL und 10RR werden nach links gelenkt, und das Gieren des Fahrzeugs wird beschleunigt.

Da die Lenkeingabe anwächst, nimmt die Grundgierrate ϕ′*₀ nach der Zeit t₀₂ über die maximale Gierrate ϕ′*_max hinaus weiter zu, wie durch die einfach gepunktete Linie in Fig. 6 gezeigt, so wird die maximale Gierrate ϕ′*_max, die im wesentlichen einen konstanten Wert hat, nach der Zeit t₀₂ als Zielgierrate ϕ′* genommen.

Die tatsächliche Gierrate ϕ′ nimmt nach der Zeit t₀₂ eben falls zu, deshalb nimmt ihr Betrag in dem Bereich, in dem ε negativ ist, ab, und der Absolutwert des Rückwirkungskorrektur betrages δ_R* des Lenkwinkels nimmt ebenso im negativen Bereich ab. Der erkannte Hinterradlenkwinkel δ_RR variiert deshalb so, daß nach und nach die gegengerichtete Lenkung abnimmt, und die Hinterräder 10RL und 10RR kehren nach und nach von links gerichteter Lenkung zu ihrer Mittelposition zurück.

Jedoch schießt die erkannte Gierrate ϕ′ infolge der Trägheit des Fahrzeugs über den Maximalwert der Gierrate ϕ′*_max hinaus.

Als ein Ergebnis kommt die Differenz ε in einem geringen Maß in den positive Bereich hinein, der Rückwirkungskorrekturbetrag δ_R* des Lenkwinkels nimmt ebenfalls geringfügig im positiven Bereich zu, und der Lenkwinkel δ_RR tendiert mit den Vorderrädern 10FL und 10FR zu gleichgerichteter Lenkung. Die Gierrate ϕ′ nimmt deshalb von einer Spitze zur Zeit t₀₄ ab.

Die Gierrate ϕ′ schießt ebenfalls ganz geringfügig über das Ziel hinaus, aber da die Differenz ε überaus klein ist, wird sie in sehr kurzer Zeit korrigiert, und erreicht den Zielwert zur Zeit t₀₇. Deshalb ist das Überschwingen überaus gering, und die Überschwingzeit ist kurz. Darüberhinaus findet das Wenden in der Nähe der maximalen Gierrate statt, die für die gegebenen Straßenverhältnisse während des Konvergenzzeitraumes möglich ist. Wenn die Lenkeingabe geeignet ist, paßt in dieser Weise der erreichte Wendehalbmesser zur Empfindung des Fahrers von der Lenkung. Wenn die Lenkeingabe übermäßig ist, bemerkt der Fahrer entsprechend die Ungleichheit zwischen Lenkempfindung und Wendehalbmesser, und kann dann das Lenkrad um den erforderlichen Betrag zurückdrehen.

Auf der anderen Seite variieren in einem konventionellen Regelungssystem, in dem, wie in Fig. 7 gezeigt, die Grund gierrate ϕ′*₀ immer gleich der Zielgierrate ϕ′* gesetzt wird, die Gierrate ϕ′ und der Hinterradlenkwinkel δ_RR beide beträchtlich, und die Konvergenz zur Zielgierrate ϕ′* erfordert eine lange Zeit.

Wenn das Fahrzeug zuerst zur Zeit t₁₁ nach rechts gelenkt wird, nimmt in diesem Fall die Zielgierrate ϕ′* (= ϕ′*₀) weiter zu, während das Lenkrad gedreht wird, und die tatsächliche, mit einer gewissen Verzögerung erkannte Gierrate ϕ′ nimmt zusammen mit der Differenz ε im negativen Bereich zu. Zu einer bestimmten Zeit t₁₂ erreicht die Differenz ε einen negativen Begrenzungswert -ε₁, nach der der Rückwirkungskorrekturbetrag δ_R* des Hinterrad lenkwinkels unabhängig vom Anwachsen des Absolutwertes auf einem negativen, unteren Grenzwert -δ_R*₁ gehalten wird. Mit anderen Worten sind die Hinterräder 10RL und 10RR relativ zu den Vorder rädern 10FL und 10FR gegengerichtet bis zu einer begrenzenden Position, und der relative Lenkwinkel zwischen Vorder- und Hinterrädern nimmt den für den gegebenen Lenkwinkel Θ maximal möglichen Wert ein. Deshalb nimmt die tatsächliche Gierrate ϕ′ stark zu.

Der Absolutwert der Differenz ε ist zur Zeit t₁₃ ein Maximalwert, danach nimmt er ab. Der relative Lenkwinkel zwischen Vorder- und Hinterrädern wird dann auf einem großen Wert gehalten. Die tatsächliche Gierrate ϕ′ nimmt weiter stark zu und schwenkt das Fahrzeug weiter scharf, aber infolge des niedrigen µ verlieren die Reifen bald ihre Griffigkeit und beginnen, seitwärts zu gleiten.

Folglich dreht der Fahrer das Lenkrad bewußt oder unbewußt in entgegengesetzte Richtung, d. h. führt zur Zeit t₁₄ Gegensteuern durch. Deshalb beginnt die Zielgierrate ϕ′* ab der Zeit t₁₄ ab zunehmen, aber die tatsächliche Gierrate ϕ′ nimmt wegen der Trägheit des Fahrzeugs weiter zu.

Die Differenz ε wird zur Zeit t₁₆ Null, und der Rückwirkungs korrekturbetrag δ_R* des Hinterradlenkwinkels wird ebenfalls Null. Jedoch nimmt wegen des starken Gegensteuerns des Lenkrades die gesetzte Zielgierrate ϕ′* immer noch mit einer Verzögerung erster Ordnung ab, und fällt dann weiter unter Null, so daß sein Absolutwert im negativen Bereich anwächst. Zur selben Zeit nimmt die tatsächliche Gierrate ϕ′ wegen der Trägheit des Fahrzeugs weiter zu, so daß die Differenz ε im positiven Bereich zunimmt, der Rückwirkungskorrekturbetrag δ_R* des Hinterradlenkwinkels nimmt sogar nach der Zeit t₁₆ zu und erreicht einen oberen Grenzwert δ_R*₁ zur Zeit t₁₇. Nach der Zeit t₁₆ wird deshalb der relative Lenkwinkel zwischen Vorder- und Hinterrädern auf einem kleinen Wert gehalten, das auf das Fahrzeug wirkende Giermoment wird unterdrückt, die Beschleunigung der tatsächlichen Gierrate ϕ′ wird plötzlich begrenzt, und die Differenz ε beginnt schließlich nach der Zeit t₁₈ abzunehmen. Da nach der Zeit t₁₈ die tatsächliche Gierrate ϕ′ scharf abnimmt, versucht das Fahrzeug, sich weiter vorwärts zu bewegen, und zu der Zeit t₁₉ dreht der Fahrer bewußt oder unbewußt das Lenkrad erneut in die ursprüngliche Richtung. Folglich beginnt die Zielgierrate ϕ′* sich ab der Zeit t₁₉ in die positive Richtung zu verändert, aber die tatsächliche Gierrate ϕ′ nimmt infolge der Trägheit des Fahrzeugs weiter ab. Der Rückwirkungskorrekturbetrag δ_R* des Hinterradlenkwinkels ist nach der Zeit t₂₀ kleiner als der obere Grenzwert δ_R*₁, und zur Zeit t₂₁ sind die Zielgierrate ϕ′* und die tatsächliche Gierrate ϕ′ beide Null.

Infolge der wiederholten Aktion am Lenkrad verändert sich jedoch die gesetzte Zielgierrate ϕ′* weiter mit einer Verzögerung erster Ordnung in die positive Richtung, und da die tatsächliche Gierrate ϕ′, die sich infolge der Trägheit des Fahrzeugs verringert hatte, sich in negativer Richtung verändert, wird die Differenz ε negativ, und ihr Absolutwert nimmt zu. Der Rückwirkungskorrekturbetrag δ_R* des Hinterradlenk winkels erreicht zur Zeit t₂₂ einen negativen unteren Grenzwert -δ_R*₁, und wird auf diesem Pegel gehalten.

Mit anderen Worten wird nach der Zeit t₂₁ der relative Lenkwinkel zwischen Vorder- und Hinterrädern auf einem großen Wert gehalten, so daß das auf das Fahrzeug wirkende Moment unterstützt wird, und die tatsächliche Gierrate ϕ′ stark zu nimmt. Die Differenz ε nimmt zur Zeit t₂₃ einen Maximalwert ein, danach beginnt die tatsächliche Gierrate ϕ′ zuzunehmen und die Zielgierrate ϕ′* beginnt abzunehmen.

Infolge der Tatsache, daß die tatsächliche Gierrate ϕ′ weit schwingt, bis das Fahrzeug die Kurve verlassen hat, hat der Fahrer wiederholt das Fahrzeug nach rechts zu steuern und dann das Fahrzeug gegenzusteuern, so daß das Fahrzeug wiederholt über- und untersteuert ist.

Im Gegensatz wird nach dieser Ausführungsform der Zielgierrate ϕ′* in Abhängigkeit von den Straßenverhältnissen ein Maximalwert zugewiesen. Wegen dieses Maximalwertes, der vom Straßenreibungskoeffizienten abhängt, wird die Linie der Kurvenfahrt so dicht wie möglich in der beabsichtigten Linie gehalten, und die Chassisstabilität wird gesichert.

Die einzige Beschränkung in der Fahrzeugbewegung ist nach dieser Erfindung der Maximalwert der Zielgierrate ϕ′*, und es gibt keine Beschränkungen in der Zuwachsrate bis zu diesem Maximalwert. Die Zuwachsrate der Zielgierrate ϕ′* bis hin zu diesem Maximalwert ist deshalb gleich der Zuwachsrate der Grundgierrate ϕ′*₀, und die Vorrichtung ist dieselbe wie eine konventionelle Hinterradlenkvorrichtung, bei der die Grund gierrate ϕ′*₀ gleich der Zielgierrate ϕ′* ist. Mit anderen Worten wird nur der Maximalwert der Seitenführungskraft begrenzt, und da es keine Änderung der Schwenkfähigkeit bis hin zu dem Maximalwert gibt, kann der Fahrer das Fahrzeug lenken, ohne eine unangenehmes Gefühl zu verspüren.

Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsform dieser Erfindung, in der ein unterschiedliches Verfahren zum Festsetzen der Zielgier rate ϕ′* benutzt wird. Nach der obigen Ausführungsform wird eine maximale Gierrate ϕ′*_max nach der Seitwärtsbeschleunigung Yg festgesetzt, diese Gierrate wird mit der Grundgierrate ϕ′*₀ verglichen, und die Gierrate, die den kleineren Absolutwert aufweist, wird als Zielgierrate ϕ′* gewählt. In der Karte von Fig. 8 wird die Grundgierrate ϕ′*₀ jedoch relativ zum Lenkwinkel Θ bestimmt, mit der Seitwärtsbeschleunigung Yg als Parameter. Wenn die Seitwärtsbeschleunigung Yg zuerst als ein Parameter zur Karte der Grundgierrate ϕ′*₀ hinzugefügt wird, dann wird deshalb der Maximalwert der Grundgierrate ϕ′*₀ durch die Seitwärts beschleunigung Yg, d. h. durch den Straßenreibungskoeffizienten, begrenzt, und die Grundgierrate ϕ′*₀ kann ohne weitere Modifi kation gleich der Zielgierrate ϕ′* gesetzt werden. Dieses erübrigt die Notwendigkeit, die maximale Gierrate ϕ′*_max zu berechnen, und Werte zu vergleichen, um die Zielgierrate ϕ′* zu bestimmen.

Wie in Fig. 9 gezeigt, kann alternativ der Straßenreibungs koeffizient aus der Seitwärtsbeschleunigung Yg ermittelt oder geschätzt werden, und die Grundgierrate ϕ′*₀ kann relativ zum Lenkwinkel Θ mit dem Straßenreibungskoeffizient als Parameter bestimmt werden.

Der Straßenreibungskoeffizient kann ebenfalls aus verschie denen physikalischen Eigenschaften des Fahrzeugs zusätzlich zur Seitwärtsbeschleunigung Yg ermittelt werden.

Die Steuereinheit 3 kann einen Zähler und Vergleicher an Stelle des Mikroprozessors 40 enthalten.

Ferner kann die Fahrzeuggeschwindigkeit statt durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 6 von der durch einen Rad geschwindigkeitssensor ermittelten Radgeschwindigkeit abgeleitet werden, oder durch Integration der von einem Beschleunigungs sensor ermittelten Fahrzeugbeschleunigung.

Nach den obigen Ausführungsformen wird diese Erfindung auf die zusätzliche Hinterradlenkung einer Vierradlenkungsvorrich tung angewandt, jedoch kann sie auch angewandt werden auf eine zusätzliche Vorderradlenkung oder auf den Fall, wo sowohl Vorder- als auch Hinterräder eine zusätzliche Lenkung haben. Darüberhinaus ist sie nicht notwendig auf eine Vierradlenkungs vorrichtung begrenzt, und sie kann auch auf jeden Steuerungs mechanismus angewandt werden, bei dem eine Menge von Zielgier momenten mit tatsächlichen Giermomenten verglichen werden, z. B. die bewegliche Aufhängung mit variabler Steifigkeit, die in der vom japanischen Patentamt veröffentlichten Schrift JP-OS 3-31030 offengelegt ist, oder die Bremssteuerungseinrichtung zur separaten Steuerung der Bremskraft der Räder eines Fahrzeugs, die in der vom japanischen Patentamt veröffentlichten Schrift JP-OS 5-24528 offengelegt ist.

Claims

1. Fahrzeug-Giersteuerungseinrichtung bestehend aus:
Einrichtung, damit in einem Fahrzeug Gieren geschehen kann, Einrichtung zum Erkennen der Fahrbedingungen des Fahrzeugs, Einrichtung (S9) zum Festsetzen eines Zielgiermomentes des Fahrzeugs auf der Basis der Fahrbedingungen, Einrichtung zum Erkennen des tatsächlichen Giermomentes, das wirklich in dem Fahrzeug auftritt, und Einrichtung (S11-S17) zur Rückwärts regelung der Gieren-verursachenden Einrichtung derart, daß das tatsächliche Giermoment identisch zu dem Zielgiermoment ist, gekennzeichnet dadurch, daß die Steuerungseinrichtung ferner enthält:
Einrichtung zum Erkennen eines Reibungskoeffizienten der Straßenoberfläche, auf der das Fahrzeug fährt,
Einrichtung (S7) zur Berechnung eines Maximalwertes des Zielgiermomentes auf der Basis des erkannten Straßenreibungs koeffizienten, und
Einrichtung (S10) zum Begrenzen des Zielgiermomentes derart, daß es den Maximalwert nicht übersteigt.

2. Fahrzeug-Giersteuerungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Erkennen des Straßenreibungskoeffizienten eine Einrichtung (11) zum Erkennen einer auf das Fahrzeug wir kenden Seitwärtsbeschleunigung enthält.

3. Fahrzeug-Giersteuerungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zur Erkennung der Fahrbedingungen eine Einrichtung (6) zum Erkennen der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs enthält.

4. Fahrzeug-Giersteuerungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der durch die Maximalwertberechnungseinrichtung S7 berechnete Maximalwert direkt proportional zu der Seitwärtsbeschleunigung ist, und umgekehrt proportional zu der Fahrzeuggeschwindigkeit.

5. Fahrzeug-Giersteuerungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Erkennen des tatsächlichen Giermomentes einen Gierratensensor (S12) zum Erkennen der Gierrate des Fahrzeugs enthält.

6. Fahrzeug-Giersteuerungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gieren verursachende Einrichtung einen Vierradlenkungsmechanismus enthält, der eine Einrichtung (14) zum Lenken der Vorderräder des Fahrzeugs, und eine Einrichtung (2) zum Lenken der Hinterräder des Fahrzeugs enthält.

7. Fahrzeug-Giersteuerungseinrichtung nach Anspruch 6, wobei die Vorderradlenkeinrichtung (14) eine Lenkvorrichtung (15) zur Veränderung des Lenkwinkels der Vorderräder (10FL, 10FR) ent sprechend der Lenkaktion des Fahrers enthält, und die Hinterrad lenkeinrichtung (2) einen Stellantrieb (22) zum Lenken der Hinterräder (10RR, 10RL) entsprechend der Rückwirkungsregelung der Rückwirkungsregelungseinrichtung enthält.

8. Fahrzeug-Giersteuerungseinrichtung nach Anspruch 7, wobei die Rückwirkungsregelungseinrichtung den Stellantrieb (22) derart steuert, daß die Differenz zwischen der tatsächlichen Gierrate und der Zielgierrate Null ist.