DE60213215T2

DE60213215T2 - Fahrzeuglenksystem mit Übersteuerkorrektur Assistent

Info

Publication number: DE60213215T2
Application number: DE60213215T
Authority: DE
Inventors: Andrew Dennis Balsall Common BARTON; James Owen Patrick Kenilworth FARRELLY; Nicholas Alford
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 2001-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2007-07-26
Anticipated expiration: 2022-03-21
Also published as: GB0106924D0; EP1370456A1; WO2002074607A1; EP1370456B1; DE60213215D1; ATE333401T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeugdynamik-Steuersystem des Typs, der ein halbelektrisches Lenksystem (EAS) verwendet und Mittel aufweist, um den Auswirkungen von Fahrzeugübersteuerung entgegenzuwirken.
EAS-Systeme sind im technische Gebiet gut bekannt. Halbelektrische Lenksysteme, die zum Beispiel ein Zahnstangengetriebe zum Koppeln der Lenksäule an die gelenkte Achse verwenden, liefern Hilfskraft durch Verwendung eines Elektromotors, um entweder Drehkraft an eine mit einem Zahntriebwerk verbundene Lenkwelle anzulegen, oder lineare Kraft an ein Lenkelement anzulegen, an dem Zahnstangenzähne vorgesehen sind. Der Elektromotor in solchen Systemen wird typischerweise als Reaktion auf ein vom Fahrer an das Lenkrad (a) angelegtes Drehmoment und (b) erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert.
Andere bekannte halbelektrische Lenksysteme umfassen elektrohydraulische Systeme, bei denen Hilfskraft durch Hydraulikmittel unter zumindest Teilsteuerung eines elektronischen Steuersystems bereitgestellt wird.
Übersteuerung ist die Tendenz eines Fahrzeugs, in eine schärfere Kurve zu lenken, als der Fahrer beabsichtigt, und wo ein Schub des Fahrzeughecks nach außen von der Kurve auftreten kann, der das Heck des Fahrzeugs veranlasst, zu schleudern, da die Hinterreifen Seitentraktion verlieren. Dieser Typ von Ereignis wird als ein höchst gefährlicher Zustand betrachtet, in dem sich ein Fahrzeug befinden kann, und führt häufig zum Schleudern des Fahrzeug außer Kontrolle. Fahrzeugstabilitätssteuer- (VSC) Systeme sind entwickelt worden, die dies durch selektives Anlegen der Bremsen an einzelnen Rädern verhindern. Solche Systeme sind teuer und daher nur zum Einbau in Autos der gehobenen Klasse geeignet, während Servolenksysteme jetzt in beinahe alle Typen von Fahrzeugen eingebaut werden. Deshalb würde ein Übersteuerungshilfssystem, das das Lenksystem verwenden könnte, nicht nur VSC beim Stabilisieren des Fahrzeugs unterstützen, sondern würde auch weiter verbreitete Anwendung finden.
US-A-5 528 497, das den nächsten Stand der Technik bildet, offenbart ein Fahrzeuglenksteuersystem, bei dem ein Antriebsdrehmoment an steuerbare Reifen gemäß einem Lenkdrehmoment angelegt wird, das an ein Lenkrad in einer konventionellen Weise angelegt wird, und ein zusätzliches Antriebsdrehmoment an das Lenkrad durch einen Elektromotor entsprechend Seitendynamikbedingungen des Fahrzeugs angelegt wird, um so die Seitenstabilität des Fahrzeugs sogar bei Vorliegen externer Behinderungen wie zum Beispiel Seitenwind zu steuern. Solche äußeren Behinderungen werden als eine Seitendynamikbedingung des Fahrzeugs wie zum Beispiel die Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs detektiert, und das Lenksteuersystem erzeugt eine Lenkreaktion, die einer solchen Seitendynamikbedingung durch Anlegen des zusätzlichen Antriebsdrehmoments an die lenkbaren Räder entgegenwirkt, so dass das Fahrzeug einen geraden Kurs trotz solcher externer Behinderungen beibehalten kann, ohne beabsichtigten Einsatz durch den Fahrer zu erfordern.
Die Aufgaben von US-A-5 528 497 beinhalten alle Steuerung der Abweichung des Fahrzeugs vom beabsichtigten Fahrtweg, selbst wenn das Fahrzeug Störungen wie zum Beispiel Seitenwind ausgesetzt wird, und verwendet hierfür eine Systemverstärkung, die direkt mit dem Lenkwinkel variiert, wodurch sie bei einem Lenkwinkel von Null auf einem Maximum ist, und auf Null sinkt, wenn der Lenkwinkel vergrößert wird. Somit würde in einer typischen Übersteuerungssituation, d.h. bei Geschwindigkeit und bei angelegtem wesentlichem Lenkwinkel, die Technik von US-A-5 528 497 nicht funktionieren, um dem Fahrer beim Korrigieren der Übersteuerungsbedingung die passende Unterstützung zu liefern.
DE-41 23 235C offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verhindern von Instabilitäten bei Fahrzeughandhabung durch Bilden eines gewünschten Werts der Fahrzeuggierwinkelrate μ_des von gemessenen Werten (nämlich, Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkradwinkel), und Bilden des tatsächlichen Werts der Fahrzeuggierwinkelrate μ_act von mindestens einem Sensorsignal. Die Differenz zwischen dem gewünschten Wert der Gierwinkelrate μ_des und dem tatsächlichen Wert der Gierwinkelrate μ_act wird durch Subtrahieren des tatsächlichen Werts der Gierwinkelrate μ_act von dem gewünschten Wert der Gierwinkelrate μ_des gebildet. Ein Ausgangssignal wird von dieser Differenz erzeugt und durch eine Computereinheit emittiert. Das Ausgangssignal stellt die detektierte Fahrsituation in Bezug zum Gierverhalten des Fahrzeug dar, wobei der Bremsdruck der einzelnen Räder des Fahrzeugs als eine Funktion dieses Ausgangssignals variiert wird, und das Ausgangssignals in der Computereinheit als eine Funktion einer Zeitableitung der Differenz erzeugt wird. Das Ausgangssignal enthält Informationen darüber, ob das Fahrzeug Untersteuerungs- oder Übersteuerungshandhabung aufweist. In dem Fall von Übersteuerungshandhabung wird der Bremsdruck für das Fahrzeugvorderrad auf der Außenseite der Kurve erhöht; im Fall von Untersteuerungshandhabung wird der Bremsdruck für das Fahrzeughinterrad auf der Innenseite der Kurve erhöht.
Somit betrifft das System von DE-41 23 235C Reagieren auf eine Übersteuerungssituation nicht durch Verwendung des Lenksystems, sondern stattdessen durch Steuern der Fahrzeugbremsen.
DE 198 32 484A betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren, inter alia, von Übersteuerungsseitenführung sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stabilisieren eines Fahrzeugs im Verlauf eines übersteuerten Kurvenfahrmanövers. Das Verfahren umfasst Bestimmen von Radgeschwindigkeiten mehrerer Räder basierend auf Radgeschwindigkeitssignalwerten und Bestimmen von Schlupfwerten dieser Räder, und Detektieren von Kurvenfahren unter Bezugnahme auf mehrere der bestimmten Schlupfwerte, wobei mindestens einer der Radgeschwindigkeitssignalwerte und der Schlupfwerte über eine Minimalzeitspanne zwischen 250 und 500 ms gemittelt oder integriert wird. Somit wird ein Übersteuerungszustand unter Bezugnahme auf Radschlupfwerte und/oder Querbeschleunigungswerte erfasst. Die Stabilisierung wird jedoch mittels geeignetem Eingriff in dem Bremssystem durchgeführt, wie im Fall von DE-41 23 235C. Somit betrifft DE-198 32 484A im Wesentlichen ein Bremssystem und kein Lenksystem für seine Reaktion auf Übersteuerungszustände.
Es ist deshalb eines Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Servolenksystem zum Unterstützen des Fahrers beim Stabilisieren des Fahrzeugs während eines Übersteuerungszustands zu verwenden.
Der vorliegenden Erfindung zufolge wird ein Fahrzeuglenksystem geschaffen, umfassend:
ein Übersteuerungsschätzmittel zum Bestimmen, ob das Fahrzeug einen Übersteuerungszustand erfährt;
ein Lenksteuermittel zum Bestimmten eines Ausgleichsdrehtoments, um so den Fahrer beim Senken der Fahrzeuggiergeschwindigkeit auf Null und dadurch beim Entfernen des Übersteuerungszustands zu unterstützen; und
Aktivierungsmittel, die freigegeben werden, wenn der Übersteuerungszustand ermittelt wird, um Fade-in und Fade-out des Ausgleichsdrehmoments auszuführen, um so stoßfreien Übergang von zusätzlicher Drehmomentanforderung zu erreichen, die auf die Lenkanforderung des Fahrers angewendet wird.
Ein Algorithmus ist vorgesehen, der Messungen des Fahrzeugdynamikzustands verwendet, um die zum Stabilisieren eines Fahrzeugs bei Übersteuerung geeignete Lenkkorrektur zu bestimmen, wobei diese Lenkkorrektur an das Fahrzeug über das normale Servolenksystem angewendet wird.
Vorzugsweise ist das Übersteuerungsschätzmittel angepasst, um eine Schätzung der Tendenz des Fahrzeugs zu Übersteuerung basierend auf Messungen der gemessenen oder abgeleiteten Fahrzeuggiergeschwindigkeit und/oder Seitenbeschleunigung und/oder Lenkradwinkel und/oder Seitenbeschleunigung und/oder Schlupfwinkel abzuleiten.
Solche Daten sind einfach von bekannten ABS-Systemen des VSC- (Vehicle Stability Control; Fahrzeugstabilitätssteuerung) Typs erhältlich, wo Stabilität des Fahrzeugs weiter durch selektive Anlegung des Fahrzeugbremssystems verbessert wird.
Vorzugsweise ist das Übersteuerungsschätzmittel angepasst, um eine Schätzung der Tendenz des Fahrzeugs zu Übersteuerung basierend auf Schätzungen der Fahrzeuggiergeschwindigkeit abzuleiten, die mit Messungen der tatsächlichen Fahrzeuggiergeschwindigkeit verglichen werden, um einen Giergeschwindigkeitsfehler zu liefern, der als eine Messung von an dem Fahrzeug vorhandener Übersteuerung verwendet wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Lenkkontroller einen Beobachter eines geschlossenen Regelkreises mit einer Giergeschwindigkeitsrückmeldung, der so eingerichtet ist, dass, wenn das Fahrzeug beginnt, zu übersteuern, in einen nichtlinearen Bereich eingetreten wird, und die vorhergehend existierende lineare Schätzung von dem Rückmeldesignal abweicht, wodurch die Größe der Fahrzeuggiergeschwindigkeit größer als die Größe der geschätzten Giergeschwindigkeit ist, wodurch ein negativer Giergeschwindigkeitsfehler erzeugt wird, der zum Erzeugen eines die Größe der Übersteuerung anzeigenden proportionalen Signals verwendet wird.
Vorzugsweise ist das Übersteuerungsschätzmittel angepasst, um eine Schätzung der Tendenz des Fahrzeugs zu Übersteuerung unter Verwendung von Messungen von Seitenbeschleunigungssensoren abzuleiten, die in den Vorder- und Hinterachsen des Fahrzeugs platziert sind.
In einer Ausführungsform werden Signale, die den an den Vorder- und Hinterachsen gemessenen Seitenbeschleunigungen entsprechen, durch eine Phasendetektionseinrichtung geleitet, wobei die Phasendifferenz zur Berechnung der Größe von Übersteuerung verwendet wird.
Zweckdienlich wird der Zustand des Fahrzeugs von λ = Θ_th Θ gebildet, wobei λ der Fahrzeugzustand ist, Θ_th ein Phasenverzögerungsschwellenwert ist und Θ die Phasendifferenz zwischen den beiden Seitenbeschleunigungssensoren ist, wobei positive Werte von λ anzeigen, dass das Fahrzeug sich in Übersteuerung befindet, und λ proportional zu der Größe vorhandener Übersteuerung ist.
In anderen Ausführungsformen kann das Übersteuerungsschätzmittel angepasst sein, um eine Schätzung der Tendenz des Fahrzeugs zu Übersteuerung basierend auf zwei Fahrzeugmodellen abzuleiten, die ein untersteuerndes und ein übersteuerndes Fahrzeug darstellen, welche verglichen werden, um eine Anzeige der Fahrzeugübersteuerungsgröße zu liefern.
Vorteilhaft wird die Differenz in Dynamik zwischen den beiden Modellen durch Ändern der Reifenkurvensteifheit in den Modellen erreicht, wobei Reduzieren der Vorderreifensteifheit in einem Modell ein untersteuerndes Fahrzeug erzeugt und Reduzieren der Hinterreifensteifheit in dem anderen Modell ein übersteuerndes Fahrzeug erzeugt, und Vergleichseinrichtungen vorgesehen sind, die den Fehler zwischen der gemessenen Seitenbeschleunigung und geschätzter Seitenbeschleunigung an dieser Achse für jedes Modell berechnen aufgrund von: λf = |Afm – Afu| – |Afm – Afo|wobei

A_fu: = Vorderachsenseitenbeschleunigung geschätzt von Untersteuerungsmodell
A_ru: = Hinterachsenseitenbeschleunigung geschätzt von Untersteuerungsmodell
A_fo: = Vorderachsenseitenbeschleunigung geschätzt von Übersteuerungsmodell
A_ro: = Hinterachsenseitenbeschleunigung geschätzt von Übersteuerungsmodell
A_fm: = Vorderachsenseitenbeschleunigung gemessen von Sensor
A_rm: = Hinterachsenseitenbeschleunigung gemessen von Sensor ist,

In noch weiteren Ausführungsformen ist das Übersteuerungsschätzmittel angepasst, um eine Schätzung der Tendenz des Fahrzeugs zu Übersteuerung basierend auf einem Prozentanteil des VSC-Schwellenwerts abzuleiten, bei dem Bremseneingriff bei Übersteuerung erfolgt.
Vorteilhaft ist das Lenksteuermittel angepasst, um das Lenken durch Anlegen einer Impulseingabe oder "Andeutung" zu steuern, um dem Fahrer die korrekte Zeit und Richtung zum Anwenden der Lenksteuerung zu zeigen.
In einer Ausführungsform ist ein Signal eingerichtet, um in einem Andeutungskontroller erzeugt zu werden, wenn ermittelt wird, dass der Fahrzeuggiergeschwindigkeitsfehler größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, wobei dieses Signal zum Auslösen eines Latch verwendet wird, dessen Ausgabe einen Integrator hoch setzt, wobei das Signal auch zum Erzeugen eines Drehmomentanforderungssignals verwendet wird, das dem Lenksystem zugeführt wird, um den Start der "Andeutung" zu initiieren, wobei Sättigung des Integrators das Latch zurückstellt und die "Andeutung" beendet.
Vorteilhaft ist das Lenksteuermittel angepasst, um die Lenkung mittels geschlossener Regelkreissteuerung der Lenkradgeschwindigkeit zu steuern.
In einer Ausführungsform wird ein PD-Kontroller auf den Fahrzeuggiergeschwindigkeitsfehler ausgeführt, um eine Lenkratenanforderung zu erzeugen, die mit einer skalierten Version der Lenkradgeschwindigkeit verglichen wird, um ein Fehlersignal zu erzeugen, wobei ein zweiter PD-Kontroller dann ein Signal liefert, das versucht, das Lenkrad mit einer gewünschten Richtung und Geschwindigkeit zum Korrigieren der Übersteuerung zu bewegen.
Das Aktivierungsmittel kann angepasst sein, um Fade-in des Ausgleichsdrehmoments auszuführen, wenn es entschieden hat, dass Übersteuerung Grenzen überschritten hat, und Fade-out des Ausgleichsdrehmoments auszuführen, wenn die Übersteuerung zu einem akzeptablen Wert zurückgekehrt ist.
Vorzugsweise weist das Aktivierungsmittel Aktivierungslogik, die angepasst ist, um den Punkt zu steuern, an dem das Lenksteuermittel startet, Deaktivierungslogik, die Bedingungen zur Deaktivierung des Lenksteuermittels detektiert, und eine Fade-Steuerung auf, die Fade-in und Fade-out der Eingaben und Ausgaben von dem Lenksteuermittel ausführt, wenn das Lenksteuermittel ein- und ausgeschaltet wird.
Vorteilhaft weist die Aktivierungslogik einen Übersteuerungsschwellenwert und ein so eingerichtetes Latch auf, dass, wenn das Übersteuerungssignal die Schwelle überschreitet, das Latch eingestellt wird und eingestellt bleibt, bis ein Deaktivierungsmarkierungszeichen eine Rückstellung auslöst.
Die Fade-Steuerung kann einen Integrator aufweisen, der bei Ermittlung eines Aktivierungsmarkierungszeichens, das hoch ist, eingerichtet ist, um hoch zu stellen zum Zulassen, dass das durch das Lenksteuermittel erzeugte Drehmoment nach und nach dem Lenksystem hinzugefügt wird, der jedoch, bei Ermittlung, dass das Aktivierungsmarkierungszeichen niedrig wird, herunter stellt, um die Auswirkung des Ausgleichsdrehmoments von dem Lenksystem schrittweise zu entfernen.
Die Erfindung ist im Folgenden weiter nur zum Aufführen eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein Gesamtsystemblockdiagramm einer Ausführungsform eines Übersteuerungslenk-Hilfskontrollers in einem Fahrzeuglenksystem gemäß dieser Erfindung ist;
2 darstellt, wie Giergeschwindigkeit geschätzt wird;
3 Übersteuerungsschätzung durch Phasendetektion darstellt;
4 Übersteuerungsschätzung durch Modellvergleich darstellt;
5 ein Blockdiagramm eines "Andeutungs-" Kontrollers ist;
6 ein Blockdiagramm eines Lenkradgeschwindigkeitskontrollers ist;
7 ein Gesamtblockdiagramm von Aktivierungslogik ist,
8 ein Blockdiagramm der Aktivierungslogik ist,
9 ein Blockdiagramm ist, das Deaktivierungslogik zeigt;
10 ein Blockdiagramm einer Fade-Steueranordnung ist;
11 einen alternativen Lenkkontroller zeigt; und
12 ein Mittel zum Bilden des Schlupfwinkels zeigt.
Zuerst bezugnehmend auf 1, umfasst der Übersteuerungslenk-Hilfskontroller drei Abschnitte, nämlich:
Übersteuerungsschätzung
Die Übersteuerungsschätzung 10 versucht, die Größe von Übersteuerung zu schätzen, die das Fahrzeug momentan erfährt.
Lenkkontroller
Basierend auf der Größe von Übersteuerung erzeugt der Lenkkontroller 14 eine Eingabe in das Lenksystem zum Unterstützen des Fahrers bei Korrektur.
Aktivierungssteuerung
Die Aktivierungssteuerung/Logik 12 führt Fade-in des Kontrollers aus, wenn sie bestimmt hat, dass die Übersteuerung Grenzen überschritten hat. Sie steuert auch das Fade-out des Kontrollers, wenn die Übersteuerung und andere Fahrzeugparameter zu akzeptablen Werten zurückgekehrt sind.
Übersteuerungsschätzung
(a) Integrierte Schätzung-VSC ICC Übersteuerungs/Untersteuerungssignal
Der integrierte Chassissystem-VSC-Code erzeugt eine Messung der Fahrzeugübersteuerung oder -untersteuerung. –100% ist der Punkt, an dem Bremseneingriff erfolgt, um schwerwiegender Untersteuerung entgegenzuwirken. 0% stellt das Fahrzeug dar, das ohne jegliche Untersteuerung oder Übersteuerung arbeitet. +100% zeigt die Initiierung von Bremseneingriff zum Verhindern einer schwerwiegenden Übersteuerung an.
Zu den Zwecken von Übersteuerungssteuerung werden nur positive Werte genommen, alle negativen Werte werden ignoriert. Es gibt keine Notwendigkeit eines Begrenzers, da das Signal inhärent auf 100% begrenzt ist.
(b) Dynamische Schätzung
Der dynamische Schätzer ist ein Beobachter 16 eines geschlossenen Regelkreises mit Giergeschwindigkeitsrückmeldung, der Giergeschwindigkeit wie in 2 dargestellt schätzt. Wenn das Fahrzeug beginnt, zu übersteuern, wird in einen nichtlinearen Bereich eingetreten und die lineare Schätzung weicht von dem Rückmeldesignal ab. In diesem Zustand ist die Größe der Fahrzeuggiergeschwindigkeit größer als die Größe der geschätzten Giergeschwindigkeit, wodurch ein negativer Giergeschwindigkeitsfehler erzeugt wird. Ein Logikblock 18 detektiert den negativen Giergeschwindigkeitsfehler und gibt ein Signal aus, das proportional zu der Größe des Giergeschwindigkeitsfehlers ist. Dieses Signal ist ein Maß der Größe von am Fahrzeug vorhandener Übersteuerung.
(c) Dynamische Schätzung mit Seitenbeschleunigung
Es ist möglich, die Größe von Übersteuerung an dem Fahrzeug unter Verwendung von zwei Seitenbeschleunigungssensoren zu schätzen, von denen einer an der Vorderachse und einer an der Hinterachse platziert ist. Es gibt eine Anzahl von Verfahren, dies zu erreichen, wie im Folgenden erklärt wird.
(d) Übersteuerungsschätzung durch Phasendetektion
Wie in 3 gezeigt ist, werden die an der Vorder- und Hinterachse gemessenen Seitenbeschleunigungen durch eine Phasendetektionseinrichtung 20 geleitet.
Die Phasendetektionseinrichtung 20 verwendet Kreuzkorrelation zum Bestimmen der Zeitverzögerung zwischen den beiden Signalen. Hiervon kann die Phasendifferenz bestimmt werden.
Wenn die Phase zwischen dem Vorder- und Hinterseitenbeschleunigungssignal bestimmt worden ist, kann der Zustand des Fahrzeugs festgestellt werden von: λ = Θth – Θwobei λ der Fahrzeugzustand ist, Θ_th, ein Phasenverzögerungsschwellenwert ist und Θ die Phasendifferenz zwischen den beiden Seitenbeschleunigungssensoren ist. Bei normalen Fahrbedingungen wird die Hinterachse die Tendenz haben, der Vorderachse nachzueilen und diese Phasendifferenz wird als der Wert von Θ_th, gesetzt. Deshalb beträgt bei normalem Fahren λ ca. 0. Wenn das Fahrzeug beginnt, zu übersteuern, holt die Seitenbeschleunigung der Hinterachse die Vorderachse ein, wodurch ein Abfall von Θ verursacht wird. Bei hohen Werten von Übersteuerung kann Θ das Vorzeichen wechseln, d.h. die Seitenbeschleunigung an der Hinterachse läuft nun der an der Vorderachse vor. Es ist deshalb zu sehen, dass positive Werte von λ anzeigen, dass sich das Fahrzeug in Übersteuerung befindet, und λ ist proportional zu der Größe von an dem Fahrzeug vorhandener Übersteuerung.
(e) Übersteuerungsschätzung durch Modellvergleich
Wie in 4 dargestellt ist, werden zwei Fahrzeugmodelle 22, 24 erzeugt, die ein untersteuerndes und ein übersteuerndes Fahrzeug darstellen. Die Differenz in Dynamik zwischen den Modellen 22, 24 wird durch Ändern der Reifenkurvensteifheit erreicht. Reduzieren der Vorderreifensteifheit um etwa ein Drittel erzeugt ein untersteuerndes Fahrzeug, während eine ähnliche Reduzierung für das Heck Übersteuerung erzeugt.
Bezugnehmend auf 4, gilt die folgende Nomenklatur:

A_fu: = Vorderachsenseitenbeschleunigung geschätzt von Untersteuerungsmodell
A_ru: = Hinterachsenseitenbeschleunigung geschätzt von Untersteuerungsmodell
A_fo: = Vorderachsenseitenbeschleunigung geschätzt von Übersteuerungsmodell
A_ro: = Hinterachsenseitenbeschleunigung geschätzt von Übersteuerungsmodell
A_fm: = Vorderachsenseitenbeschleunigung gemessen von Sensor
A_rm: = Hinterachsenseitenbeschleunigung gemessen von Sensor.

Vergleichseinrichtungen 26 und 28 berechnen zuerst den Fehler zwischen der gemessenen Seitenbeschleunigung und der geschätzten Seitenbeschleunigung an derjenigen Achse für jedes Modell: λf = |Afm – Afu| – |Afm – Afo|
Dies liefert zwei Werte für den Fahrzeugzustand, die zusammenaddiert werden, um einen Gesamtfahrzeugsstabilitätsfaktor λ zu erzeugen. Für normales Geradeausfahren sollte λ zu 0 tendieren. Wenn das Fahrzeug mehr Übersteuerung erzeugt, wird λ dann negativ. Wenn das Fahrzeug sich in Übersteuerung bewegt, dann sollte λ positiv werden. Deshalb ist λ proportional zu dem dynamischen Zustand des Fahrzeugs.
Lenkkontroller
Es gibt zwei mögliche Verfahren zum Steuern der Lenkung. Das erste besteht lediglich darin, eine Impulseingabe oder eine Andeutung anzulegen, um dem Fahrer die korrekte Zeit und Richtung zur Anwendung der Lenksteuerung zu zeigen. Die Alternative ist umfassender und wendet geschlossene Regelkreissteuerung der Lenkradgeschwindigkeit an.
Andeutungssteuerung
Die Andeutungssteuerung verwendet eine PD-Steuerung auf Giergeschwindigkeit mit einem zusätzlichen Ausgabeblock 30, wie in 5 dargestellt ist. Der zusätzliche Block 30 macht nichts, bis die Drehmomentanforderung von dem Giergeschwindigkeitskontroller einen Schwellenwert erreicht. Dann wird ein Drehmomentimpuls erzeugt, das dem Fahrer andeuten soll, das Fahrzeug in die richtige Richtung zu bewegen.
Eine '1' wird in dem Andeutungskontroller 30 erzeugt, wenn der Giergeschwindigkeitsfehler größer als ein Schwellenwert ist. Diese wird zum Auslösen eines Stell-/Rückstell-Latch 32 verwendet, dessen Ausgabe einen Integrator 34 hoch setzt. Gleichzeitig wird die aus dem SR-Latch 32 ausgegebene '1' durch eine Verstärkung 36 skaliert und erzeugt ein Drehmoment, den Start der Andeutung. Diesem wird das gleiche Vorzeichen wie dem Drehmomentfehler gegeben und dem Lenksystem zugeführt. Bei dieser Ausführung ist die Verstärkung konstant und deshalb ist das an das Lenksystem angelegte Drehmoment unabhängig von der Heftigkeit des Übersteuerungszustands. Es ist möglich, diese Verstärkung zu einer Abbildung zu machen, wobei der Index entweder der Übersteuerungswert, die Giergeschwindigkeit oder Gierbeschleunigung ist. Dies würde dann die Amplitude der Lenkandeutung abhängig vom Manöver ändern. Wenn der Integrator 34 gesättigt ist, wird ein Merker erzeugt, der Rückstellung des SR-Latch 32 verursacht. Wenn dies geschieht, fällt das an das Lenksystem ausgegebene Drehmoment auf null und beendet die Andeutung, und der Integrator 34 wird rückgestellt. Durch Variieren des Sättigungswerts an dem Integrator 34 kann die Dauer der angelegten Lenkandeutung gesteuert werden.
(b) Lenkradgeschwindigkeitssteuerung
Das Ziel des Lenkradgeschwindigkeitskontrollers des geschlossenen Regelkreises, gezeigt in 6, besteht darin, zu versuchen, die Giergeschwindigkeit der Vorderstraßenräder an die Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs anzupassen, jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen. Dies hat die Auswirkung, scheinbares Schwenken des Fahrzeugs um die Vorderräder zu verursachen.
In allen hier beschriebenen Fällen nimmt der Kontroller an, dass der Fahrer effektiv versucht, die Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs auf Null zu reduzieren und unterstützt den Fahrer, dies zu erreichen. Wenn das System jedoch mit einem Videosensor kombiniert wäre, der eine Steuerkurswinkelanforderung liefern kann, dann könnte diese Eingabe eine Giergeschwindigkeitsanforderung reflektieren, die zum Halten des Fahrzeugs auf dem Steuerkurs in der richtigen Richtung benötigt wird. In dem ersten Element 38 wird ein PD-Kontroller auf das Giergeschwindigkeitsfehlersignal ausgeführt, um eine Lenkratenanforderung zu erzeugen. Diese wird mit einer skalierten Version der Handradgeschwindigkeit verglichen, um ein Fehlersignal zu erzeugen. Ein End-PD-Kontroller 40 versucht dann, das Handrad mit der gewünschten Richtung und Geschwindigkeit zu bewegen. Eine Begrenzung 42 verhindert, dass der Kontroller Drehmomente anlegt, die zu übermäßigen Handradgeschwindigkeiten führen können.
Als eine Alternative zum Lenkradgeschwindigkeitskontroller von 6 kann der Lenkkontroller von 11 verwendet werden, der als eine seiner Eingaben einen Wert aufweist, welcher dem Fahrzeugseitenrutschen entspricht. Seitenrutschen kann zum Beispiel durch Verwendung der Anordnung von 12 festgestellt werden. Wie in 12 gezeigt ist, kann ein Seitenrutschwinkel aus einer Kombination des Lenkwinkels und der für Fahrzeuglängsgeschwindigkeit skalierten Giergeschwindigkeit erzeugt werden. Die Ausgabe dieser Kombination erzeugt bei Verarbeitung gemäß dem Fahrradmodell Fahrzeugseitengeschwindigkeit. Weiterer Vergleich dieses Werts mit Fahrzeuglängsgeschwindigkeit erzeugt einen Seitenrutschwinkel, der dann in den Fahrzeugkontroller eingegeben werden kann, um eine wie in 11 gezeigte Lenkanforderung zu erzeugen.
Die Gesamtstruktur der Anordnung von 11 ist im Wesentlichen die gleiche wie für den Lenkratenkontroller mit Seitenrutschen als eine Eingabe. Der Fahrzeugkontroller verwendet einfach die Eingaben zum Bestimmten einer geeigneten Ausgabe, die vorzugsweise entweder Lenkradwinkel oder -position ist. Der Fahrzeugkontroller selbst kann einer eines Kontrollers vom P, P+D, P+1+D, Polplatzierungs-, Frequenzantwortkommentatortyp, etc. sein.
Mittels einer bestimmten Lösung ist die einfachste Option eine Verstärkung auf den Kontrollereingaben, die jede zum Skalieren der Ausgabe basierend auf dem Fahrrad- oder anderen Fahrzeugmodell geliefert wird. Die Verstärkungsausgaben werden dann zusammenaddiert, um das Lenkanforderungssignal zu bilden, das durch Lenkradpositionsanforderung oder Lenkradgeschwindigkeitsanforderung dargestellt werden kann.
In ähnlicher Weise liefert die Lenksteuerfunktion eine Ausgabe des Lenkdrehmoments basierend auf Eingaben von Lenkradposition und/oder Geschwindigkeit bei Vergleich mit der Lenkanforderung.
Aktivierungssteuerung
Die in 7 dargestellte Aktivierungssteuerung umfasst drei getrennte Abschnitte:

(i) Eine Aktivierungslogik 44, die den Punkt steuert, an dem der Kontroller durch Hochsetzen eines Aktivierungsmarkierungszeichens startet. Sie stoppt den Kontroller auch durch Niedrigsetzen des Aktivierungsmarkierungszeichens.
(ii) Eine Deaktivierungslogik 46, die die erforderlichen Bedingungen zur Deaktivierung des Kontrollers detektiert. Wenn die erforderlichen Bedingungen erfüllt sind, sendet sie ein Signal an die Aktivierungslogik 44.
(iii) Eine Fade-Steuerung 48, die einen Verstärkungswert zwischen 0 und 1 erzeugt, der zum Ausführen von Fade-in und Fade-out der Eingaben und Ausgaben von dem Kontroller verwendet wird, wenn der Kontroller ein- und ausgeschaltet wird. Der Zweck hiervon ist es, stoßfreien Übergang von Kontroller aus zu Kontroller ein und zurück zu Kontroller aus zu bewirken. Zu keinem Zeitpunkt sollte der Kontroller andere plötzliche Änderungen in dem Lenkdrehmoment als diejenigen erzeugen, die zur Korrektur der Übersteuerung beabsichtigt sind.

(i) Aktivierungslogik
Die Aktivierungslogik 44 umfasst lediglich einen Schwellenübersteuerungswert und ein SR-Latch 50, wie in 8 gezeigt ist. Wenn das Übersteuerungssignal den Schwellenwert übersteigt, wird das Latch 50 eingestellt, und bleibt eingestellt, bis der Deaktivierungsmarkierungszeichen eine Rückstellung auslöst.
(ii) Deaktivierungslogik
Wie in 9 angezeigt ist, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein, bevor das Deaktivierungsmarkierungszeichen hoch geht. Diese sind:

1. Das Übersteuerungsmarkierungszeichen sollte nicht gesetzt sein. Wenn das Übersteuerungssignal höher als der Schwellenwert ist, der Aktivierung des Kontrollers verursacht, dann sollte der Kontroller nicht rückgestellt werden.
2. Die Gierbeschleunigung sollte kleiner als ein Schwellenwert sein. Eine hohe Gierbeschleunigung bedeutet, dass ein großes Moment an dem Fahrzeug vorhanden ist, welches möglicherweise instabil ist. Deshalb muss die Gierbeschleunigung unter einen Schwellenwert fallen, bevor das Aktivierungsmarkierungszeichen rückgestellt werden kann.

(iii) Fade-Steuerung
Wie in 10 dargestellt ist, erzeugt der Fade-Steuerblock eine Verstärkung zwischen 0 und 1, die Fade-in oder Fade-out des Steuereinsatzes, der durch den Lenkkontroller erzeugt wird, in einer gleichmäßigen Weise ausführt. Wenn das Aktivierungsmarkierungszeichen hoch ist, ist die Ausgabe von der Fade-out-Verstärkung null und die Eingabe an einen Integrator 52 ist der Wert der Fade-in-Verstärkung. Wenn die Fade-in-Verstärkung positiv ist, geht der Integrator 52 hoch auf 1, wo er gesättigt ist, was zulässt, dass das durch den Lenkkontroller erzeugte Drehmoment nach und nach dem Lenksystem hinzugefügt wird. Wenn das Aktivierungsmarkierungszeichen auf null fällt, fällt die Ausgabe von der Fade-in-Verstärkung auf null; die Eingabe in den Integrator 52 ist nun wieder der Wert der Fade-out-Verstärkung. Wenn die Pade-in-Verstärkung negativ ist, geht der Integrator auf null herunter, wo er gesättigt ist, wobei nach und nach die Auswirkung des Kontrollerdrehmoments von dem Lenksystem entfernt wird.
Die Rate, bei der das Drehmoment schwinden gelassen wird, kann durch Auswahl der Fade-in- und Fade-out-Verstärkungen angepasst werden.
Das vorgenannte System kann eine Reihe vorteilhafter Betriebscharakteristiken erreichen, einschließlich einer oder mehrerer der Folgenden:

(1) Stabilität bei Freihändigfahren wird dadurch erhalten, dass das Fahrzeug stabil ist, selbst wenn der Fahrer seine Hände von dem Lenkrad entfernt. Die Lenkung erreicht automatisch den korrekten Lenkwinkel.
(2) Lenkstabilität wird dadurch verbessert dass, für ein mit VSC ausgestattetes Fahrzeug, sowohl das Lenken als auch Bremsen zum Stabilisieren des Fahrzeugs wirken, so dass das Fahrzeug schneller zu einem sicheren Betriebsbereich zurückgeführt werden sollte.
(3) Weniger VSC-(Fahrzeugstabilitätssteuerung) Eingreifen ist erforderlich. Die VSC verursacht Verlangsamung des Fahrzeugs. Durch Einrichten, dass die Lenksteuerung vor dem VSC-System aktiviert wird, wird weniger VSC-Aktion erfolgen. Die VSC könnte auch abgestimmt werden, um mehr Übersteuerung zuzulassen, da die Lenksteuerung aktiv sein wird.
(4) Das System ist auf preisgünstigere Fahrzeuge dadurch anwendbar, dass Stabilitätssteuerung einem weniger teuren Fahrzeug hinzugefügt werden kann, bei dem VSC unzulässige Extrakosten darstellen würde, Servolenkung jedoch Standard ist.
(5) Gleichmäßiges Eingreifen wird dadurch erreicht, dass das Kontrollerdrehmoment progressiv dem Servodrehmoment hinzugefügt wird, so dass der Steuerungseingriff für den Fahrer nicht unannehmbar ist.
(6) Das Ausmaß von Eingriff kann dadurch abstimmbar sein, dass durch Abstimmen der Steuerverstärkungen und Sättigungselemente der Typ von Steuerung von einer solchen, die den Fahrer anleitet, die richtige Lenkeingabe auszuführen, zu einem Volleingriffssystem variiert werden kann, wo der Fahrer die Lenkung nicht außer Kraft setzen kann.
(7) Es wird dadurch minimale zusätzlich Hardware benötigt, dass minimale zusätzliche Hardwareanforderungen über das Grundfahrzeug hinaus vorliegen. Zwei kostengünstige Seitenbeschleunigungssensoren können alles sein, das benötigt wird, wenn VSC nicht tatsächlich an dem Fahrzeug angebracht ist.

Claims

Fahrzeuglenksystem, umfassend: ein Übersteuerungsschätzmittel (10) zum Bestimmen, ob das Fahrzeug einen Übersteuerungszustand erfährt; ein Lenksteuermittel (14) zum Bestimmten eines Ausgleichsdrehmoments, um so den Fahrer beim Senken der Fahrzeuggiergeschwindigkeit auf Null und dadurch beim Entfernen des Übersteuerungszustands zu unterstützen; und Aktivierungsmittel (12), die freigegeben werden, wenn der Übersteuerungszustand ermittelt wird, um Fade-in und Fade-out des Ausgleichsdrehmoments auszuführen, um so stoßfreien Übergang von zusätzlicher Drehmomentanforderung zu erreichen, die auf die Lenkanforderung des Fahrers angewendet wird.
System nach Anspruch 1, bei dem das Übersteuerungsschätzmittel (10) angepasst ist, um eine Schätzung der Tendenz des Fahrzeugs zu Übersteuerung basierend auf Schätzungen der Fahrzeuggiergeschwindigkeit abzuleiten, die mit Messungen der tatsächlichen Fahrzeuggiergeschwindigkeit verglichen werden, um einen Giergeschwindigkeitsfehler zu liefern, der als eine Messung von an dem Fahrzeug vorhandener Übersteuerung verwendet wird.
System nach Anspruch 2, das einen Beobachter (16) eines geschlossenen Regelkreises mit einer Giergeschwindigkeitsrückmeldung aufweist, der so eingerichtet ist, dass, wenn das Fahrzeug beginnt, zu übersteuern, in einen nichtlinearen Bereich eingetreten wird, und die vorhergehende existierende lineare Schätzung von dem Rückmeldesignal abweicht, wodurch die Größe der Fahrzeuggiergeschwindigkeit größer als die Größe der geschätzten Giergeschwindigkeit ist, wodurch ein negativer Giergeschwindigkeitsfehler erzeugt wird, der zum Erzeugen eines die Größe der Übersteuerung anzeigenden proportionalen Signals verwendet wird.
System nach Anspruch 1, bei dem das Übersteuerungsschätzmittel (10) angepasst ist, um eine Schätzung der Tendenz des Fahrzeugs zu Übersteuerung unter Verwendung von Messungen von Seitenbeschleunigungssensoren abzuleiten, die in den Vorder- und Hinterachsen des Fahrzeugs platziert sind.
System nach Anspruch 4, bei dem Signale, die den an den Vorder- und Hinterachsen gemessenen Seitenbeschleunigungen entsprechen, durch eine Phasendetektionseinrichtung (20) geleitet werden, wobei die Phasendifferenz zur Berechnung der Größe von Übersteuerung verwendet wird.
System nach Anspruch 5, bei dem der Zustand des Fahrzeugs von λ = Θ_th – Θ gebildet wird, wobei λ der Fahrzeugzustand ist, Θ_th ein Phasenverzögerungsschwellenwert ist und Θ die Phasendifferenz zwischen den beiden Seitenbeschleunigungssensoren ist, wobei positive Werte von λ anzeigen, dass das Fahrzeug sich in Übersteuerung befindet, und λ proportional zu der Größe vorhandener Übersteuerung ist.
System nach Anspruch 1, bei dem das Übersteuerungsschätzmittel (10) angepasst ist, um eine Schätzung der Tendenz des Fahrzeugs zu Übersteuerung basierend auf zwei Fahrzeugmodellen (22, 24) abzuleiten ist, die ein untersteuerndes und ein übersteuerndes Fahrzeug darstellen, welche verglichen werden, um eine Anzeige der Fahrzeugübersteuerungsgröße zu liefern.
System nach Anspruch 7, bei dem die Differenz in Dynamik zwischen den beiden Modellen (22, 24) durch Ändern der Reifenkurvensteifheit in den Modellen erreicht wird, wobei Reduzieren der Vorderreifensteifheit in einem Modell ein untersteuerndes Fahrzeug erzeugt und Reduzieren der Hinterreifensteifheit in dem anderen Modell ein übersteuerndes Fahrzeug erzeugt, und das Vergleichseinrichtungen aufweist, die den Fehler zwischen der gemessenen Seitenbeschleunigung und geschätzter Seitenbeschleunigung an dieser Achse für jedes Modell berechnen aufgrund von: λf = |Afm – Afu| – |Afm – Afo|wobei A_fu = Vorderachsenseitenbeschleunigung geschätzt von Untersteuerungsmodell A_ru = Hinterachsenseitenbeschleunigung geschätzt von Untersteuerungsmodell A_fo = Vorderachsenseitenbeschleunigung geschätzt von Übersteuerungsmodell A_ru = Hinterachsenseitenbeschleunigung geschätzt von Übersteuerungsmodell A_fm = Vorderachsenseitenbeschleunigung gemessen von Sensor A_rm = Hinterachsenseitenbeschleunigung gemessen von Sensor ist, wobei dies zwei Werte für den Fahrzeugzustand liefert, die zusammenaddiert werden, um einen Gesamtfahrzeugsstabilitätsfaktor λ zu erhalten, dessen positive Werte Fahrzeugübersteuerung anzeigen.
System nach Anspruch 1, bei dem das Übersteuerungsschätzmittel (10) angepasst ist, um eine Schätzung der Tendenz des Fahrzeugs zu Übersteuerung basierend auf einem Prozentanteil des VSC-Schwellenwerts abzuleiten, bei dem Bremseingreifen bei Übersteuerung erfolgt.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Lenksteuermittel (14) angepasst ist, um das Lenken durch Anlegen einer Impulseingabe oder "Andeutung" zu steuern, um dem Fahrer die korrekte Zeit und Richtung zum Anwenden der Lenksteuerung zu zeigen.
System nach Anspruch 10, bei dem ein Signal eingerichtet ist, um in einem Andeutungskontroller (30) erzeugt zu werden, wenn ermittelt wird, dass der Fahrzeuggiergeschwindigkeitsfehler größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, wobei dieses Signal zum Auslösen eines Latch (32) verwendet wird, dessen Ausgabe einen Integrator (34) hoch setzt, wobei das Signal auch zum Erzeugen eines Drehmomentanforderungssignals verwendet wird, das dem Lenksystem zugeführt wird, um den Start der "Andeutung" zu initiieren, wobei Sättigung des Integrators (34) das Latch (32) zurückstellt und die "Andeutung" beendet.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Lenksteuermittel (14) angepasst ist, um die Lenkung mittels geschlossener Regelkreissteuerung der Lenkradgeschwindigkeit zu steuern.
System nach Anspruch 12, bei dem ein PD-Kontroller (38) auf den Fahrzeuggiergeschwindigkeitsfehler ausgeführt wird, um eine Lenkratenanforderung zu erzeugen, die mit einer skalierten Version der Lenkradgeschwindigkeit verglichen wird, um ein Fehlersignal zu erzeugen, wobei ein zweiter PD-Kontroller (40) dann ein Signal liefert, das versucht, das Lenkrad mit einer gewünschten Richtung und Geschwindigkeit zum Korrigieren der Übersteuerung zu bewegen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem das Aktivierungsmittel (12) angepasst ist, um Fade-in des Ausgleichsdrehmoment auszuführen, wenn es entschieden hat, dass Übersteuerung Grenzen überschritten hat, und Fade-out des Ausgleichsdrehmoments auszuführen, wenn die Übersteuerung zu einem akzeptablen Wert zurückgekehrt ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem das Aktivierungsmittel (12) Aktivierungslogik (44), die angepasst ist, um den Punkt zu steuern, an dem das Lenksteuermittel (14) startet, Deaktivierungslogik (46), die Bedingungen zur Deaktivierung des Lenksteuermittels detektiert, und eine Fade-Steuerung (48) aufweist, die Fade-in und Fade-out der Eingaben und Ausgaben von dem Lenksteuermittel ausführt, wenn das Lenksteuermittel ein- und ausgeschaltet wird.
System nach Anspruch 15, bei dem die Aktivierungslogik einen Übersteuerungsschwellenwert und ein so eingerichtetes Latch (50) aufweist, dass, wenn das Übersteuerungssignal die Schwelle überschreitet, das Latch eingestellt wird und eingestellt bleibt, bis ein Deaktivierungsmarkierungszeichen eine Rückstellung auslöst.
System nach Anspruch 15 oder 16, bei dem die Fade-Steuerung einen Integrator (52) aufweist, der bei Ermittlung eines Aktivierungsmarkierungszeichens, das hoch ist, eingerichtet ist, um hoch zu stellen zum Zulassen, dass das durch das Lenksteuermittel erzeugte Drehmoment nach und nach dem Lenksystem hinzugefügt wird, der jedoch, bei Ermittlung, dass das Aktivierungsmarkierungszeichen niedrig wird, herunter stellt, um die Auswirkung des Ausgleichsdrehmoments von dem Lenksystem schrittweise zu entfernen.