DE60019053T2

DE60019053T2 - Kraftfahrzeuglenksystem

Info

Publication number: DE60019053T2
Application number: DE2000619053
Authority: DE
Inventors: Katsutoshi Nabari-shi Nishizaki; Shirou Minamikawachi-gun Nakano; Takanobu Habikino-shi Takamatsu; Masaya Tenri-shi Segawa
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 2000-09-16
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2020-09-17
Also published as: EP1088739A2; JP2001088722A; EP1088739B1; DE60019053D1; EP1088739A3; JP3699870B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeuglenksystem, das dazu in der Lage ist, eine Beziehung zwischen dem Lenken von lenkbaren Fahrzeugrädern und der Betätigung von Betätigungsmitteln wie einem Lenkrad zu modifizieren.
Beschreibung des Standes der Technik
Es ist ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen worden, bei dem ein Lenkrad gegenüber einem Lenkmechanismus zum Lenken von lenkbaren Fahrzeugrädern mechanisch ausgerückt bzw. entkoppelt ist, wobei die Richtung und der Betrag der Betätigung des Lenkrades erfasst werden und eine Antriebskraft von einem Aktuator wie einem elektrischen Motor an den Lenkmechanismus auf der Grundlage des Ergebnisses der Erfassung angelegt wird (siehe bspw. japanische nicht-geprüfte Patentveröffentlichung Nr. 09-142330 (1997)).
Diese Anordnung macht die Notwendigkeit nach einer mechanischen Kopplung zwischen dem Lenkmechanismus und dem Lenkrad überflüssig, so dass bei einer Kollision des Kraftfahrzeuges ein nach oben gerichteter Stoß bzw. Schub des Lenkrades verhindert werden kann. Ferner ermöglicht diese Anordnung eine strukturelle Vereinfachung und Gewichtsreduzierung des Lenkmechanis mus und eine flexiblere Anordnung des Lenkrades. Darüber hinaus ermöglicht diese Anordnung, anstelle des Lenkrades andere Betätigungsmittel zu verwenden, wie einen Lenkhebel oder ein Lenkpedal.
Bei dem Kraftfahrzeuglenksystem mit der zuvor genannten Konstruktion lässt sich eine Beziehung zwischen der Betätigung des Lenkrades und der Betätigung des Lenkmechanismus mittels einer elektrischen Steuerung flexibel modifizieren. Daher wird erwartet, dass sich die Manövrierbarkeit des Kraftfahrzeugs drastisch verbessern lässt.
Die dynamischen Charakteristika des Kraftfahrzeugs, das auf die Lenkbetätigung anspricht (Übersteuern, Untersteuern, Neutralsteuern und dergleichen), werden bspw. durch verschiedene Faktoren des Kraftfahrzeugs bestimmt (Parameter wie das Gewicht, der Radstand, der Schwerpunkt und dergleichen). Die dynamischen Charakteristika lassen sich optimieren, indem die Beziehung zwischen der Betätigung des Lenkrades und der Betätigung des Lenkmechanismus mittels einer elektrischen Steuerung geeignet eingestellt wird.
Die dynamischen Charakteristika des Kraftfahrzeugs lassen sich durch dynamische Parameter darstellen, wie die Ansprechempfindlichkeit auf die Lenkbetätigung, die Steifigkeit („rigidity") und die Erfüllungsfähigkeit („compliance"). Diese Parameter stehen jedoch aufgrund der Natur des Steuervorgangs in einigen Fällen in Widerspruch zueinander, so dass es schwierig ist, all diese Parameter zu erfüllen. Beispielsweise ist bei einer schnellen bzw. dringenden Betätigung zum Vermeiden eines Risikos eine höhere Ansprechempfindlichkeit erforderlich, wäh rend bei einer Geradeausfahrt zur Eliminierung von „Schwanken" („stagger") eine höhere Steifigkeit erforderlich ist. Es ist unmöglich, diese zwei Erfordernisse zu erfüllen. Ferner ist es beim Kurvenfahren erforderlich, dass die Lenksteuerung das erfüllt („compliant"), was der Fahrer tun möchte (Betätigung des Lenkrades). Demzufolge wird die Erfüllungsfähigkeit betont, die Steifigkeit jedoch geopfert, um eine höhere Erfüllungsfähigkeit zu erzielen.
Ein Hinterradlenksystem mit den in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erwähnten Merkmalen ist in der JP 09249145 A offenbart.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug anzugeben, das die dynamischen Charakteristika des Kraftfahrzeugs verbessert, indem eine Lenksteuerung gemäß dem Fahrtzustand des Kraftfahrzeugs geeignet bzw. zweckmäßig durchgeführt wird.
Erfindungsgemäß wird ein Kraftfahrzeuglenksystem zum Antreiben bzw. Ansteuern eines Lenkmechanismus eines Kraftfahrzeugs auf der Grundlage einer Betätigung von Betätigungsmitteln angegeben, wobei das Kraftfahrzeuglenksystem aufweist: Standardwert-Berechnungsmittel zum Berechnen eines Standardwertes einer Verhaltensvariablen, die ein Verhalten des Kraftfahrzeugs angibt, und zwar gemäß der Betätigung der Betätigungsmittel; Fahrzeugverhalten-Erfassungsmittel zum Erfassen eines aktuellen Wertes der Verhaltensvariablen, der ein aktuelles Verhalten des Kraftfahrzeugs angibt; Fahrtzustand-Bestimmungsmittel zum Bestimmen eines Fahrtzustandes des Kraftfahrzeuges; einen Lenksteuerabschnitt zum Antreiben bzw. Ansteuern des Lenkmechanismus gemäß einem Betätigungswinkel der Betätigungsmittel; gekennzeichnet durch Fahrtzustand-Anpassungsmittel zum Veranlassen, dass der Lenksteuerabschnitt einen Steuerzustand des Lenkmechanismus modifiziert, um eine Änderung der Verhaltensvariablen auf phasenvoreilende Art und Weise, auf phasenverzögernde Art und Weise oder auf neutral ausgeglichene Art und Weise zu steuern, und zwar auf der Grundlage des Ergebnisses der Bestimmung der Fahrtzustand-Bestimmungsmittel. Der Begriff „phasenvoreilende Art und Weise" bedeutet vorliegend eine solche Art und Weise, dass der aktuelle bzw. tatsächliche Wert der Verhaltensvariablen sich schneller ändert als der Standardwert der Verhaltensvariablen, und der Begriff „phasenverzögernde Art und Weise" bedeutet vorliegend eine Art und Weise, dass der aktuelle Wert der Verhaltensvariablen sich langsamer verändert als der Standardwert der Verhaltensvariablen. Der Ausdruck „neutral ausgeglichene Art und Weise" bedeutet vorliegend eine Art und Weise, die weder phasenvoreilend noch phasenverzögernd ist.
Es ist bevorzugt, wenn die Betätigungsmittel von dem Lenkmechanismus mechanisch entkoppelt sind und wenn der Lenkmechanismus gemäß der Betätigung der Betätigungsmittel elektrisch gesteuert wird.
Erfindungsgemäß wird der Lenkmechanismus variabel gesteuert, derart, dass die Änderung der Verhaltensvariablen des Fahrzeugs auf phasenvoreilende Art und Weise, auf phasenverzögernde Art und Weise oder auf neutral ausgeglichene Art und Weise gesteuert wird, und zwar gemäß dem Fahrtzustand des Kraftfahrzeugs. Demgemäß wird die Lenksteuerung geeignet gemäß dem Fahrtzustand durchgeführt, wobei die dynamischen Charakteristika des Kraftfahrzeugs verbessert sind.
Die Fahrtzustand-Bestimmungsmittel können dazu in der Lage sein, bspw. zwischen einem dringenden Zustand, bei dem die Betätigungsmittel zum Zwecke eines dringenden Lenkens betätigt werden, einem Geradeausfahrtzustand, bei dem das Kraftfahrzeug geradeaus fährt, und einem Kurvenfahrtzustand bzw. Abbiegezustand zu unterscheiden, bei dem das Kraftfahrzeug in einer Kurve fährt bzw. abbiegt.
In diesem Fall stellen die Fahrtzustand-Anpassungsmittel den Steuerzustand des Lenksteuerabschnittes vorzugsweise derart ein, dass die Änderung der Verhaltensvariablen des Fahrzeugs auf die phasenvoreilende Art und Weise gesteuert wird, wenn die Fahrtzustand-Bestimmungsmittel bestimmen, dass der Fahrtzustand des Fahrzeugs der dringende bzw. eilige Zustand ist. Wenn die Fahrtzustand-Bestimmungsmittel bestimmen, dass der Fahrtzustand des Fahrzeugs der Geradeausfahrtzustand ist, stellen die Fahrtzustand-Anpassungsmittel den Steuerzustand des Lenksteuerabschnittes vorzugsweise derart ein, dass die Änderung der Verhaltensvariablen des Fahrzeugs auf die phasenverzögernde Art und Weise gesteuert wird. Wenn die Fahrtzustand-Bestimmungsmittel ferner bestimmen, dass der Fahrtzustand des Fahrzeugs der Kurvenfahrtzustand ist, stellen die Fahrtzustand-Anpassungsmittel den Steuerzustand des Lenksteuerabschnittes vorzugsweise derart ein, dass die Änderung der Verhaltensvariablen des Fahrzeugs auf die neutral ausgeglichene Art und Weise gesteuert wird.
Bei dieser Anordnung wird die Ansprechempfindlichkeit bei dem dringenden Lenken verbessern, indem die Änderung der Verhaltensvariablen des Fahrzeugs auf die phasenvoreilende Art und Weise gesteuert wird. Die Steifigkeit wird bei der Geradeausfahrt verbessert, in dem die Änderung der Verhaltensvariablen des Fahrzeugs auf die phasenverzögernde Art und Weise gesteuert wird. Die Erfüllungsfähigkeit wird bei der Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs verbessert, in dem die Änderung der Verhaltensvariablen des Fahrzeugs auf die neutral ausgeglichene Art und Weise gesteuert wird. Demzufolge lassen sich die Parameter der dynamischen Charakteristika des Kraftfahrzeugs, die anfällig dafür sind, dass sie sich einander widersprechen, separat verbessern, und zwar gemäß dem Fahrtzustand des Kraftfahrzeugs, so dass die Parameter jeweils auf ein optimales Niveau eingestellt werden können, um so die dynamischen Gesamtcharakteristika des Kraftfahrzeugs drastisch zu verbessern.
Die Verhaltensvariable des Kraftfahrzeugs kann eine Querbeschleunigung beinhalten. Ferner kann die Verhaltensvariable des Kraftfahrzeugs eine Gierrate beinhalten.
Die Querbeschleunigung und/oder die Gierrate des Kraftfahrzeugs werden gemäß dem Fahrtzustand des Kraftfahrzeugs auf die phasenvoreilende Art und Weise, die phasenverzögernde Art und weise oder die neutral ausgeglichene Art und Weise gesteuert, wodurch die Lage- bzw. Haltungssteuerung des Kraftfahrzeugs geeignet durchgeführt werden kann, um die Steuerung der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs zu verbessern.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Wirkungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlicher aus der nachstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist ein schematisches Diagramm, das den grundliegenden Aufbau eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist ein Blockdiagramm zum Erläutern eines Lenksteuervorganges.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist ein schematisches Diagramm, das den grundliegenden Aufbau eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Kraftfahrzeuglenksystem führt einen Lenkvorgang durch Umwandeln einer Bewegung eines Lenkaktuators 2, der in Übereinstimmung mit der Drehbetätigung eines Lenkrades (Betätigungsmittel) 1 angesteuert wird, in eine Dreh- bzw. Einlenkbewegung eines linken und eines rechten Vorderrads (lenkbare Räder) 4 aus, und zwar mittels eines Lenkgetriebes 3, jedoch ohne mechanische Kopplung zwischen dem Lenkrad 1 und dem Lenkgetriebe 3. In diesem Fall bilden der Lenkaktuator 2, das Lenkgetriebe 3 und dergleichen einen Lenkmechanismus.
Der Lenkaktuator 2 weist einen bekannten elektrischen Motor wie einen bürstenlosen Motor auf. Das Lenkgetriebe 3 beinhaltet einen Bewegungsumwandlungsmechanismus (z.B. einen Kugelgewindetrieb) zum Umwandeln einer Drehbewegung einer Ausgangs welle des Lenkaktuators 2 in eine lineare axiale Bewegung einer Lenkstange 7 (in Breitenrichtung des Fahrzeugs gesehen). Die Bewegung der Lenkstange 7 wird auf Gelenkarme 9 übertragen, und zwar über Spurstangen 8, um so die Gelenkarme 9 zu drehen. Die an den Gelenkarmen 9 gelagerten Räder 4 werden auf diese Weise gedreht bzw. eingelenkt.
Das Lenkrad 1 ist mit einer Drehwelle 10 gekoppelt, die drehbar in Bezug auf eine Fahrzeugkarosserie gelagert ist. Die Drehwelle 10 ist mit einem Reaktionskraftaktuator 19 ausgestattet, um an das Lenkrad 1 eine Lenkreaktionskraft anzulegen. Genauer gesagt kann der Reaktionskraftaktuator 19 einen elektrischen Motor wie einen bürstenlosen Motor mit einer Ausgangswelle aufweisen, die einstückig mit der Drehwelle 10 ausgebildet ist.
Ein elastisches Glied 30 wie eine Schraubenfeder ist an einem Ende der Drehwelle 10 gegenüberliegend dem Lenkrad 1 zwischen der Drehwelle 10 und der Fahrzeugkarosserie vorgesehen. Das elastische Glied 30 bewirkt, dass das Lenkrad 1 aufgrund der elastischen Kraft des elastischen Gliedes 30 in eine Geradeauslenkposition zurückkehrt, wenn der Reaktionskraftaktuator 19 kein Drehmoment an das Lenkrad 1 anlegt.
Ein Winkelsensor 11 zum Erfassen eines Betätigungswinkels δh, der äquivalent ist zu dem Drehwinkel der Drehwelle 10, ist zur Erfassung eines Eingangsbetätigungswertes des Lenkrades 1 vorgesehen. Die Drehwelle 10 ist mit einem Drehmomentsensor 12 ausgestattet, um ein Betätigungsdrehmoment T zu erfassen, das an das Lenkrad 1 angelegt wird.
Ein Lenkwinkelsensor 13 zum Erfassen eines Lenkwinkels δ der Räder 4 ist als ein Ausgangswertsensor zum Erfassen eines Ausgangswertes des Lenkaktuators 2 vorgesehen. Der Lenkwinkelsensor 13 kann ein Potentiometer aufweisen, das einen Betätigungsbetrag der Lenkstange 7 erfasst, die von dem Lenkaktuator 2 betätigt wird.
Der Winkelsensor 11, der Drehmomentsensor 12 und der Lenkwinkelsensor 13 sind mit einer Lenksystemsteuereinrichtung (Lenksteuerabschnitt) 20 verbunden, die einen Computer beinhaltet. Die Steuereinrichtung 20 ist ferner verbunden mit einem Querbeschleunigungssensor 15, der zum Erfassen einer Querbeschleunigung Gy des Kraftfahrzeugs dient, mit einem Gierratensensor 16 zum Erfassen einer Gierrate γ des Kraftfahrzeugs sowie mit einem Geschwindigkeitssensor 14 zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit V. Außer den Sensoren zur Erfassung des Betätigungswinkels δh und der Fahrzeuggeschwindigkeit V kann ein Sensor zum Erfassen einer Radgeschwindigkeit bzw. Raddrehzahl, die gleichfalls als eine Variable dient, die mit der Querbeschleunigung Gy und der Gierrate γ korreliert, mit der Steuereinrichtung 20 verbunden werden, um ein Beispiel zu nennen.
Die Steuereinrichtung 20 steuert den Lenkaktuator 2 und den Reaktionskraftaktuator 19 über Ansteuer- bzw. Treiberschaltungen 22, 23.
2 ist ein Blockdiagramm zum Erläutern eines Steuerbetriebs, der von der Steuereinrichtung 20 an dem Lenkaktuator 2 durchzuführen ist. Die Steuereinrichtung 20 implementiert die Operationen der jeweiligen funktionalen Abschnitte, die in
2 gezeigt sind, über programmbasierte Prozesse, die von dem Computer durchzuführen sind.
Genauer gesagt weist die Steuereinrichtung 20 einen Sollwert-Berechnungsabschnitt 25 zum Berechnen, auf der Grundlage eines dynamischen Verhaltensmodells des Kraftfahrzeugs, einer Sollquerbeschleunigung Gy* und einer Sollgierrate γ*, die einer Standardquerbeschleunigung bzw. einer Standardgierrate für einen Betätigungswinkel δh entsprechen, einen Lenkwinkel-Konvertierungsabschnitt 26 zum Umwandeln des Betätigungswinkels δh in einen für die Steuerung geeigneten Lenkwinkel C(s)·δh, einen Fahrtzustand-Bestimmungsabschnitt 27 zum Bestimmen, ob es sich bei dem vorliegenden Fahrtzustand des Fahrzeugs um einen dringenden Zustand, einen Geradeausfahrtzustand oder einen Kurvenfahrtzustand handelt, und einen Solllenkwinkel-Berechnungsabschnitt 28 zum Berechnen eines Solllenkwinkels δ* auf, und zwar für die Steuerung des Lenkaktuators 2.
Der Solllenkwinkel-Berechnungsabschnitt 28 bestimmt den Solllenkwinkels δ*, der für den Steuerlenkwinkel C(s)·δh geeignet ist, auf der Grundlage der Sollquerbeschleunigung Gy* und der Sollgierrate γ*, die von dem Sollwert-Berechnungsabschnitt 25 berechnet sind, der aktuellen Querbeschleunigung Gy des Kraftfahrzeugs, die von dem Querbeschleunigungssensor 15 erfasst ist, der aktuellen Gierrate γ des Kraftfahrzeugs, die von dem Gierratensensor 16 erfasst ist, und der Fahrzeuggeschwindigkeit, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14 erfasst ist. Der Lenkaktuator 2 wird mit Rückkopplung auf der Grundlage des Solllenkwinkels δ* geregelt, wobei das Kraftfahrzeug 50 (genauer die Räder 4) zur Steuerung der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 50 geeignet gelenkt werden.
In Abhängigkeit von dem Ergebnis der Bestimmung des Fahrtzustand-Bestimmungsabschnittes 27 arbeitet der Lenkwinkel-Konvertierungsabschnitt 26 derart, dass die Querbeschleunigung Gy und die Gierrate γ in Bezug auf die Sollwerte Gy* und γ* in eine phasenvoreilende Beziehung, eine phasenverzögerte Beziehung oder eine neutral ausgeglichene Beziehung gebracht werden. Genauer gesagt wird eine Übertragungsfunktion C(s) auf der Grundlage des Ergebnisses der Bestimmung des Fahrtzustand-Bestimmungsabschnittes 27 geeignet modifiziert, um ein Lagesteuerungsoptimum für den Fahrtzustand zu erzielen.
Die Übertragungsfunktion C(s) lässt sich bspw. durch den folgenden Ausdruck (1) darstellen:
wobei T eine Zeitkonstante ist, wobei s eine Laplace-Variable ist und wobei α und β variable Koeffizienten sind.
Um die Querbeschleunigung Gy und die Gierrate γ in Bezug auf die Sollwerte Gy* und γ* in die phasenvoreilende Beziehung zu bringen, werden die Koeffizienten α und β eingestellt, so dass sie den folgenden Ausdruck (2) erfüllen: 0 < α < 1, β = 1 (2)
Um die Querbeschleunigung Gy und die Gierrate γ in Bezug auf die Sollwerte Gy* und γ* in die phasenverzögerte Beziehung zu bringen, werden die Koeffizienten α und β eingestellt, so dass sie den folgenden Ausdruck (3) erfüllen: α = 1, 0 < β < 1 (3)
Um die Querbeschleunigung Gy und die Gierrate γ in Bezug auf die Sollwerte Gy* und γ* in die neutral ausgeglichene Beziehung zu bringen, die frei ist von einem Phasenvoreilen und einer Phasenverzögerung, werden die Koeffizienten α und β eingestellt, so dass sie den folgenden Ausdruck (4) erfüllen: α = 1, β = 1 (4)
Wenn der Fahrtzustand-Bestimmungsabschnitt 27 bestimmt, dass der Fahrtzustand des Fahrzeugs der dringende Zustand ist, bei dem das Lenkrad 1 zum Zwecke eines dringenden Lenkens betätigt wird, führt der Lenkwinkel-Konvertierungsabschnitt 26 die Umwandlung des Betätigungswinkels δh unter Verwendung der Übertragungsfunktion C(s) des Ausdrucks (1) aus, wobei die Koeffizienten α, β eingestellt sind, wie es durch den Ausdruck (2) definiert ist, um den Steuerlenkwinkel C(s)·δh zu bestimmen. Demzufolge ist die Ansprechempfindlichkeit der Steuerung (Lagesteuerung) der Querbeschleunigung Gy und der Gierrate γ verbessert, wodurch ein dringendes bzw. schnelles Lenken gemäß der Betätigung des Lenkrades 1 erzielt wird.
Wenn der Fahrtzustand-Bestimmungsabschnitt 27 bestimmt, dass der Fahrtzustand des Kraftfahrzeugs 50 der Geradeausfahrt zustand ist, führt der Lenkwinkel-Konvertierungsabschnitt 26 die Umwandlung des Betätigungswinkels δh unter Verwendung der Übertragungsfunktion C(s) des Ausdrucks (1) durch, wobei die Koeffizienten α, β eingestellt sind, wie es durch den Ausdruck (3) definiert ist, um den Steuerlenkwinkel C(s)·δh zu bestimmen. Demzufolge ist die Ansprechempfindlichkeit der Steuerung der Querbeschleunigung Gy und der Gierrate γ reduziert; stattdessen ist jedoch die Steifigkeit bzw. Stabilität erhöht. Demzufolge kann zur Eliminierung von Schwankungen bei der Geradeausfahrt eine hinreichende Steifigkeit bereitgestellt werden.
Wenn der Fahrtzustand-Bestimmungsabschnitt 27 bestimmt, dass es sich bei dem Fahrtzustand des Fahrzeugs um den Kurvenfahrtzustand handelt, führt der Lenkwinkel-Konvertierungsabschnitt 26 zur Bestimmung des Steuerlenkwinkels C(s)·δh die Umwandlung des Betätigungswinkels δh unter Verwendung der Übertragungsfunktion C(s) des Ausdrucks (1) durch, wobei die Koeffizienten α, β eingestellt sind, wie es durch den Ausdruck (4) definiert ist. Demzufolge folgen die Lateralbeschleunigung Gy und die Gierrate γ der Betätigung des Lenkrades 1 auf zufrieden stellende Art und Weise, so dass die Erfüllungsfähigkeit verbessert ist. Demzufolge ist die Steuerung der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs bei der Kurvenfahrt verbessert, so dass die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs nach Wunsch von einem Fahrer verändert werden kann.
Der Fahrtzustand-Bestimmungsabschnitt 27 bestimmt den Fahrtzustand des Fahrzeugs bspw. auf der Grundlage des Betätigungswinkels δh oder des Lenkwinkels δ, des Betätigungsdrehmomentes T und der Änderung des Verhaltens des Kraftfahrzeugs (Querbeschleunigung Gy und Gierrate γ). Ein genaueres Beispiel der Bestimmung des Fahrtzustandes ist bspw. in der japanischen nicht-geprüften Patentveröffentlichung 9-301213 (1997) offenbart. Ein Prozess, der in dieser Patentveröffentlichung offenbart ist, kann für den Betrieb des Fahrtzustand-Bestimmungsabschnittes 27 verwendet werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird bestimmt, ob es sich bei dem vorliegenden bzw. aktuellen Fahrtzustand des Fahrzeugs um den dringenden Zustand, den Geradeausfahrtzustand oder den Kurvenfahrtzustand handelt, und die Lenksteuerung (die Steuerung des Lenkaktuators 2) wird durchgeführt, um die Querbeschleunigung Gy und die Gierrate γ in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Bestimmung in die phasenvoreilende Beziehung, die phasenverzögerte Beziehung oder die neutral ausgeglichene Beziehung zu bringen. Demgemäß können die dynamischen Charakteristika des Kraftfahrzeugs für den vorliegenden Fahrtzustand optimiert werden, so dass die dynamischen Gesamtcharakteristika des Fahrtzustands verbessert werden können. Daher können sämtliche Parameter einschließlich der Ansprechempfindlichkeit, der Steifigkeit und der Erfüllungsfähigkeit vorteilhafterweise zufrieden gestellt werden.
Die vorliegende Erfindung lässt sich auf verschiedene andere Wege ausführen als die oben beschriebene Ausführungsform. Beispielsweise ist die durch den Ausdruck (1) dargestellte Übertragungsfunktion C(s) lediglich ein Beispiel und es kann eine Übertragungsfunktion C(s) verwendet werden, die durch den folgenden Ausdruck (5) dargestellt ist:
wobei T₁, T₂, T₃ variable Zeitkonstanten sind.
In diesem Fall kann die Lenksteuerung durch geeignetes Einstellen der Zeitkonstanten T₁, T₂, T₃ durchgeführt werden, um die Querbeschleunigung Gy und die Gierrate γ in die phasenvoreilende Beziehung, die phasenverzögernde Beziehung oder die neutral ausgeglichene Beziehung zu bringen. Genauer gesagt kann die phasenvoreilende Beziehung erreicht werden, in dem die Zeitkonstanten T₁ auf ein höheres Niveau eingestellt werden, wohingegen die phasenverzögernde Beziehung erzielt werden kann, in dem die Zeitkonstanten T₃ auf ein höheres Niveau eingestellt werden.
Obgleich die oben beschriebene Ausführungsform auf einen Fall gerichtet ist, bei dem zwei Räder des vierrädrigen Kraftfahrzeugs lenkbar sind, ist die vorliegende Erfindung auch auf ein System mit vier lenkbaren Rädern anwendbar. Wenn in diesem Fall bestimmt wird, dass der Fahrtzustand des Fahrzeugs der Kurvenfahrtzustand ist, wird die Lenksteuerung zu Beginn der Kurvenfahrt vorzugsweise separat für die Vorderräder und die Hinterräder durchgeführt, so dass die Querbeschleunigung Gy und die Gierrate γ in die phasenvoreilende Beziehung bzw. in die neutral ausgeglichene Beziehung gesteuert werden, wobei diese Werte anschließend jeweils so gesteuert werden, dass sie in die neutral ausgeglichene Beziehung gebracht werden. Demzufolge besitzt das Kraftfahrzeug eine verringerte Tendenz zu drehen („spinning"), mit einer verbesserten Ansprechempfindlichkeit zu Beginn der Kurvenfahrt, so dass die Steuerung der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs weiter verbessert werden kann.
Ferner ist die oben beschriebene Ausführungsform auf einen Fall gerichtet, bei dem das Lenkrad 1 als die Betätigungsmittel verwendet wird, es können jedoch auch andere Betätigungsmittel wie ein Hebel und ein Pedal verwendet werden.
Obgleich die vorliegende Erfindung im Detail anhand ihrer Ausführungsform beschrieben worden ist, versteht sich, dass die vorstehende Offenbarung für die technischen Prinzipien der vorliegenden Erfindung lediglich beispielhaft ist, diese jedoch nicht beschränkt. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist lediglich durch die beigefügten Ansprüche beschränkt.

Claims

Kraftfahrzeuglenksystem für einen antreibenden Lenkmechanismus (2, 3) eines Kraftfahrzeugs (50) auf der Grundlage einer Betätigung von Betätigungsmitteln (1), wobei das Kraftfahrzeuglenksystem aufweist: Standardwert-Berechnungsmittel (25) zum Berechnen eines Standardwertes (γ*; Gy*) einer Verhaltensvariablen (γ; Gγ), der ein Verhalten des Kraftfahrzeuges (50) gemäß der Betätigung der Betätigungsmittel (1) angibt; Fahrzeugverhalten-Erfassungsmittel (15, 16) zum Erfassen eines aktuellen Wertes (γ; Gy) der Verhaltensvariablen, der ein aktuelles Verhalten des Kraftfahrzeuges (50) angibt; Fahrtzustand-Bestimmungsmittel (27) zum Bestimmen eines Fahrtzustandes des Kraftfahrzeuges (50); und einen Lenksteuerabschnitt (20, 22, 26, 28) zum Antreiben des Lenkmechanismus (2, 3) gemäß einem Betätigungswinkel (δh) der Betätigungsmittel (1); gekennzeichnet durch Fahrtzustand-Anpassungsmittel (26) zum Veranlassen, dass der Lenksteuerabschnitt (20, 22, 26, 28) einen Steuerzustand des Lenkmechanismus (2, 3) modifiziert, um eine Änderung der Verhaltensvariablen (γ; Gy) auf phasenvoreilende Art und Weise, auf phasenverzögernde Art und Weise oder auf neutral ausgeglichene Art und Weise zu steuern, und zwar auf der Grundlage des Ergebnisses der Bestimmung der Fahrtzustand-Bestimmungsmittel (27).
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrtzustand-Bestimmungsmittel (27) dazu in der Lage sind, zwischen einem dringenden Zustand, bei dem die Betätigungsmittel (1) zum Zwecke eines dringenden bzw. eiligen Lenkvorganges betätigt werden, einem Geradeausfahrtzustand, bei dem das Kraftfahrzeug (50) geradeaus fährt, und einem Umrundfahrtzustand zu unterscheiden, bei dem das Kraftfahrzeug (50) abbiegt bzw. in einer Kurve gefahren wird.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Fahrtzustand-Bestimmungsmittel (27) bestimmen, dass der Fahrtzustand des Fahrzeugs der dringende Zustand ist, die Fahrtzustand-Anpassungsmittel (26) den Steuerzustand des Lenksteuerabschnittes (20, 22, 26, 28) derart einstellen, dass die Änderung der Verhaltensvariablen des Fahrzeugs auf phasenvoreilende Art und Weise gesteuert wird.
System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Fahrtzustand-Bestimmungsmittel (27) bestimmen, dass der Fahrtzustand des Fahrzeugs der Geradeausfahrtzustand ist, die Fahrtzustand-Anpassungsmittel (26) den Steuerzustand des Lenksteuerabschnittes (20, 22, 26, 28) so einstellen, dass die Änderung der Verhaltensvariablen des Fahrzeugs auf die phasenverzögernde Art und Weise gesteuert wird.
System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Fahrtzustand-Bestimmungsmittel (27) bestimmen, dass der Fahrtzustand des Fahrzeugs der Umrundfahrtzustand ist, die Fahrtzustand-Anpassungsmittel (26) den Steuerzustand des Lenksteuerabschnittes (20, 22, 26, 28) so einstellen, dass die Änderung der Verhaltensvariablen des Fahrzeugs auf die neutral ausgeglichene Art und Weise gesteuert wird.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel (1) von dem Lenkmechanismus (2, 3) mechanisch entkoppelt sind und dass der Lenkmechanismus (2, 3) gemäß der Betätigung der Betätigungsmittel (1) elektrisch gesteuert wird.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verhaltensvariable (γ; Gy) des Kraftfahrzeugs (50) wenigstens eine Querbeschleunigung (Gy) und eine Gierrate (γ) des Kraftfahrzeugs beinhaltet.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Betätigungswinkel-Erfassungsmittel (11) zum Erfassen des Betätigungswinkels (δh) der Betätigungsmittel (1), wobei die Fahrtzustand-Anpassungsmittel (26) Lenkwinkel-Konvertierungsmittel (26) aufweisen, zum Bestimmen eines Steuerlenkwinkels (C(s)·δh) durch Konvertierung des Betätigungswinkels (δh), der von den Betätigungswinkel-Erfassungsmitteln (11) erfasst ist, und zwar durch Verwenden einer Übertragungsfunktion (C(s)) und durch Modifizieren der Übertragungsfunktion (C(s)) gemäß dem Ergebnis der Bestimmung der Fahrtzustand-Bestimmungsmittel (27).
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfunktion C(s) durch den folgenden Ausdruck A wiedergegeben ist:
wobei T eine Zeitkonstante ist, wobei s eine Laplace-Variable ist, und wobei α und β variable Koeffizienten sind, wobei die Lenkwinkel-Konvertierungsmittel (26) die Koeffizienten α und/oder β variabel gemäß dem Ergebnis der Bestimmung der Fahrtzustand-Bestimmungsmittel (27) einstellen.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfunktion C(s) durch den folgenden Ausdruck B wiedergegeben ist:
wobei s eine Laplace-Variable ist und wobei T₁, T₂ und T₃ variable Zeitkonstanten sind, wobei die Lenkwinkel-Konvertierungsmittel (26) die Zeitkonstanten T₁ und/oder T₂ und/oder T₃ variabel gemäß dem Ergebnis der Bestimmung der Fahrtzustand-Bestimmungsmittel (27) einstellen.