DE68912835T2 - Ausfallsicheres Hinterradsteuerungssystem für Kraftfahrzeuge. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein System zur Steuerung der Hinterradlenkung für ein Kraftfahrzeug, wie im Oberbegriff von Anspruch 1 dargelegt.
• Nach dem Stand der Technik verwendet ein solches Hinterradlenkung- Steuerungssystem (EP-A-225 773) ein hydraulisches Stellelement zum Lenken der Hinterräder, ein elektromagnetisches Stellventil zum Regeln eines dem hydraulischen Stellelement zugeführten Öldrucks und eine elektronische Steuereinheit zum Steuern des Stellventils. Das hydraulische Stellelement wird durch Federn auf die Geradeaus-Lenkstellung vorgespannt, so daß die Hinterräder im Fall eines elektrischen oder hydraulischen Ausfalls mittig eingestellt werden. Die Geschwindigkeit der Rückkehr zur Mittelstellung wird durch eine Begrenzung in einem Bypass-Kreis reguliert, der ein Bypass-Ventil umfaßt, das geöffnet wird, wenn die Fluiddruckversorgung des Stellventils unterbrochen wird. Da die Begrenzung innerhalb des Bypass-Kreises vorhanden ist, kann dies jedoch eine abrupte Rückkehr zur Mittelstellung nicht verhindern, wenn infolge des Ausfalls ein jäher und starker Fluidfluß von dem Stellelement durch das Stellventil zu einem Rücklaufdurchgang auftritt. Als Folge werden die Hinterräder durch die Wirkung einer Zentrierfeder des Stellelements plötzlich in eine Geradeausstellung zurückgeführt, und das Verhalten des Fahrzeugs wird abrupt verändert.
• Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein ausfallsicheres (Failsafe) System bereitzustellen, das in der Lage ist, die Stabilität und die Sicherheit eines Fahrzeug mit Vierradlenkung gegen verschiedene Ausfälle in dem Vierradlenksystem sicherzustellen.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 beanspruchten Merkmale gelöst.
• Die Failsafe-Einrichtung verändert den Steuerflüssigkeitsdruck allmählich auf einen vorbestimmten Failsafe-Wert, wenn das Steuersystem ausfällt. Diese Elemente sind z.B. wie in Fig. 4 schematisch dargestellt angeordnet. Bei diesem Beispiel umfaßt die Failsafe-Einrichtung ein zwischen dem Stellventil und dem hydraulischen Stellelement angeordnetes Failsafe-Ventil sowie eine Failsafe-Steuereinrichtung zum Steuern des Failsafe-Ventils. Das Failsafe-Ventil kann einen Durchgang des Steuerflüssigkeitsdrucks öffnen und schließen, durch den der Steuerflüssigkeitsdruck von dem Stellventil an das hydraulische Stellelement geliefert wird. Die Failsafe-Steuereinrichtung bringt das Failsafe-Ventil in seine geschlossenen Stellung, um den Durchgang des Steuerflüssigkeitsdruck zu schließen, wenn ein Ausfall in dem Steuersystem ermittelt wird. Das Failsafe-Ventil dieses Beispiels besitzt eine Einrichtug (wie durch eine unterbrochene Linie in Fig. 4 dargestellt), die es dem Flüssigkeitsdruck erlaubt, allmählich aus dem hydraulischen Stellelement auszulecken, wenn sich das Failsafe-Ventil in der geschlossenen Stellung befindet. Bei diesem Beispiel sind die Hauptsteuereinrichtung und die Failsafe-Steuereinrichtung voneinander getrennt und besitzen jeweils ihre eigene Stromquelle.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit Vierradlenkung, das mit einem Failsafe-System gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
• Fig. 2 ist ein Ablaufplan, der einen von einer in Fig. 1 gezeigten Steuereinheit 21 ausgeführten Steuerungsablauf zeigt.
• Fig. 3A, 3B, 3C und 3D sind graphische Darstellungen, die Eigenschaften des Hinterrad-Lenkwinkels, der Giergeschwindigkeit, der Querbeschleunigung und des Seitenrutschwinkels über der Zeit darstellen, die von dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Failsafe-System erhalten werden.
• Fig. 4 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel einer grundsätzlichen Anordnung der vorliegenden Erfindung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug, das mit einem Failsafe-System gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
• Das in Fig. 1 gezeigte Fahrzeug besitzt ein linkes und rechtes Vorderrad 1L und 1R, ein linkes und rechtes Hinterrad 2L und 2R sowie ein Lenkrad 3. Die Vorderräder 1L und 1R sind in einer herkömmlichen Weise über ein Lenkgetriebe 4 mit dem Lenkrad 3 verbunden. Weiter ist ein Hinterradlenkstellelement 5 vorhanden, um die Hinterräder 2L und 2R zu lenken.
• Das Hinterradlenkstellelement 5 ist hydraulisches Stellelement des Federzentriertyps und besitzt eine linke und rechte Flüssigkeitsdruckkammer 5L und 5R. Wenn der rechten Druckkammer 5R ein Öldruck zugeführt wird, lenkt das Stellelement 5 die Hinterräder 2L und 2R mit einem dem Öldruck proportionalen Winkel nach rechts. Wenn der linken Kammer 5L ein Öldruck zugeführt wird, lenkt das Stellelement 5 die Hinterräder 2L und 2R mit einem dem Öldruck proportionalen Winkel nach links.
• Ein Hinterradlenkungsstellventil 6 eines elektromagnetischen Proportionaltyps ist vorgesehen, um die der linken und rechten Druckkammer 5L und 5R des Stellelements 5 zugeführten Öldrücke zu steuern. Das Stellventil 6 hat vier variable Öffnungen 6a, 6b, 6c und 6d, die, wie Fig. 1 zeigt, in einem Brückenkreis verbunden sind. Die vier Verbindungspunkte des Brückenkreises sind jeweils mit einer Pumpe 7, einem Reservoir 8 und einem linken und rechten Öldurchgang 9(9-1 und 9-2) und 10(10-1 und 10-2) verbunden, die zu der linken und rechten Druckkammer 5L und 5R des Hinterradlenkstellelements 5 führen. Das Stellventil 6 umfaßt weiter ein linkes und rechtes Solenoid 6L und 6R. Wenn beide Solenoids 6L und 6R aus sind, sind die Öffnungen 6a und 6b und die Öffnungen 6c und 6d ganz geöffnet, so daß beide Druckkammern 5L und 5R in einem druckfreien Zustand gehalten werden. Wenn eines der Solenoids 6L und 6R durch einen Erregerstrom IL oder IR erregt wird, werden ein Paar der variablen Öffnungen 6c und 6d oder 6a und 6b zu einem dem Erregerstrom entsprechenden verminderten Öffnungsgrad geschlossen, so daß der IL oder IR entsprechende Öldruck der Druckkammer 5L oder 5R des Stellelements 5 zugeführt wird.
• Eine Steuereinheit 21 ist mit den Solenoids 6L und 6R des Stellventils 6 verbunden und vorgesehen, durch Steuern der Erregerströme IL und IR den Hinterrad-Lenkwinkel der Hinterräder 2L und 2R zu steuern. Bei dieser Ausführung sind ein Lenkwinkelsensor 12 zum Erfassen eines Lenkwinkels θ des Lenkrads 3 und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 13 zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit V des Fahrzeugs vorhanden. Durch Verändern der Ströme IL und IR kann die Steuereinheit 21 die Hinterräder 2L und 2R in einer gleichen Phasenrichtung, die die gleiche Richtung ist wie die Vorderrad-Lenkrichtung, und in einer entgegengesetzten Phasenrichtung, die entgegengesetzt der Vorderrad-Lenkrichtung ist, mit einem gewünschten Winkel entsprechend dem Lenkwinkel θ und der Fahrzeuggeschwindigkeit V lenken.
• Ein Failsafe-Sperrventil 20 ist zwischen dem Hinterradlenkungsstellventil 6 und dem hydraulischen Hinterradlenkstellelement 5 angebracht. Der linke Öldurchgang 9, der die linke Druckkammer 5L des Stellelements mit dem Stellventil 6 verbindet, wird duch das Failsafe-Ventil 20 in einen ersten Abschnitt 9-1 und in einen zweiten Abschnitt 9-2 geteilt. Ähnlich wird der rechte Öldurchgang 10 in einen ersten Abschnitt 10-1 und in einen zweiten Abschnitt 10-2 geteilt, wie Fig. 1 zeigt. Das Failsafe-Ventil 20 ist ein normal geschlossener Typ. Wenn ein Solenoid 20a des Failsafe-Ventlls 20 nicht erregt ist, wird das Failsafe-Ventil 20 in einer geschlossenen Stellung gehalten, bei der das Failsafe-Ventil 20 den ersten und zweiten Abschnitt 9-1 und 9-2 des linken Öldurchgangs voneinander trennt und gleichzeitig den ersten und zweiten Abschnitt 10-1 und 10-2 des rechten Öldurchgangs absperrt. Wenn das Solenoid 20a erregt wird, wird das Failsafe- Ventil 20 in eine Offenstellung gebracht, bei der der erste und zweite Abschnitt jedes Öldurchgangs 9 oder 10 flüssig miteinander verbunden sind. Das Failsafe-Ventil 20 besitzt eine Einrichtung, die es dem Öldruck erlaubt, allmählich aus dem Stellelement 6 auszulecken, wenn sich das Failsafe-Ventil 20 im geschlossenen Zustand befindet. Diese Einrichtung zum Veranlassen des Ausleckens besteht aus einem Paar eingeschränkter Abstände oder Durchgänge, die jeweils, wenn das Failsafe-Ventil 20 in der geschlossenen Stellung ist, den zweiten Abschnitt 9-2 mit dem ersten Abschnitt 9-1 des linken Durchgangs 9 und den zweiten Abschnitt 10-2 mit dem ersten Abschnitt 10-1 des rechten Durchgangs 10 verbindet, und/oder einem eingeschränkten Abstand oder Durchgang, der die zweiten Abschnitte 9-2 und 10-2 des linken und rechten Durchgangs 9 und 10 verbindet, wenn das Failsafe-Ventil 20 in der geschlossenen Stellung ist.
• Die Steuereinheit 21 dieser Ausführung besitzt einen Öldrucksteuerteil 21a (der als die in Fig. 4 gezeigte Hauptsteuereinrichtung dient) und einen Failsafe-Steuertell 21b (der als die in Fig. 4 gezeigte Failsafe-Steuereinrichtung dient), die zwei getrennte Wesenheiten mit jeweils getrennten Energiequellen sind. Die Steuereinheit 21 hat eine Funktion eines "Wachhund"-Zeitgebers, um eine mögliche Störung, z.B. ein Durchgehen des Drucksteuerteils 21a, zu ermitteln. Bei Empfang eines Ausfallerkennungssignals von dem Öldrucksteuerteil 21a unterbricht der Failsafe-Steuerteil 21b den Erregerstrom IF des Solenoids 20a des Failsafe-Ventils 20 und betätigt eine Alarmvorrichtung 22. Das Fehlersignal wird erzeugt, wenn eine Unregelmäßigkeit, z.B. ein Versagen der Steuereinheit, die von einem äußeren Störsignal oder einem Fehler im ROM, RAM, CPU oder einer anderen Komponente der Steuereinheit herrührt, ein ungewöhnlicher Abfall in der elektrischen Stromversorgung des Drucksteuerteils 21a, eine Unregelmäßigkeit in den Sensorsignalen (des Lenkwinkelsensors 12 und des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 13) und eine Unregelmäißkeit des Stellventils 6 infolge eines Bruchs einer Leitung des Soleniods 6L oder 6R ermittelt wird. Das Steuersystem dieser Ausführung ist eingerichtet, den Leitungsbruch des Solenoids durch Prüfen, ob ein Zittersignal (100 Hz) anwesend ist oder nicht, zu ermitteln.
• Die Steuereinheit 21 dieser Ausführung führt einen in Fig. 2 gezeigten Steuerungsprozeß regelmäßig bei jedem Funktionszyklus aus.
• In einem ersten Schritt 101 ermittelt der Failsafe-Teil 21b der Steuereinheit 21, ob das Fehlersignal vorliegt oder nicht. Bei dieser Ausführung wird dieses Fehlersignal von dem Öldrucksteuerteil 21a erzeugt, wenn wenigstens einer der oben erwähnten abnormen Zustände ermittelt wird. Der Failsafe-Steuerteil 21b ermittelt das Fehlersignal.
• Wenn das Fehlersignal vorhanden ist und folglich die Antwort des Entscheidungsschritts 101 positiv ist, geht der Failsafe-Teil 21b der Steuereinheit 21 von Schritt 101 zu den Schritten 102 und 103. Bei Schritt 102 schaltet der Failsafe-Steuerteil 21b der Steuereinheit 21 den Erregerstrom IF für das Solenoid 20a des Failsafe-Ventils 20 ab. Bei Schritt 103 liefert der Failsafe-Steuerteil 21b ein Alarmsignal an die Alarmvorrichtung 22, um einen Warnsummer oder ein Warnlicht einzuschalten.
• Bei einem Schritt 104 ermittelt der Failsafe-Steuerteil 21b, ob eine seit der Ausführung des Schritts 103 vergangene Zeit T gleich einer vorbestimmten Zeitdauer T1 (z.B. 150 ms) wird. Wenn die vergangene Zeit T gleich oder größer ist als die vorbestimmte Dauer T1, schaltet der Failsafe-Steuerteil 21b bei Schritt 105 die Erregerströme IL und IR für die Solenoids 6L und 6R des Stellventils 6 ab.
• Die Schriite 101 - 105 werden alle von dem Failsafe-Steuerteil 21b der Steuereinheit 21 ausgeführt. Bei dem Schritt 102 veranlaßt der Failsafe-Steuerteil 21b das Failsafe-Sperrventil 20, den linken Öldurchgang zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 9-1 und 9-2 und den rechten Öldurchgang zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 10-1 und 10-2 zu sperren. Die linke und rechte Druckkammer 5L und 5R des Hinterradlenkstellelements 5 werden daher von dem Stellventil 6 abgesperrt, und der Hinterrad-Lenkwinkel wird folglich vorübergehend bei dem momentanen Wert fixiert, der zu dem Zeitpunkt besteht, bei dem die Druckkammern 5L und 5R abgesperrt werden. Kurz nach den Absperren des Failsafe-Ventils 20 (etwa 150 ms danach) sperrt der Failsafe-Steuerteil 21b zwangsweise die Erregerströme IL und IR für die Solenoids 6L und 6R des Stellventils 6. In einigen Fällen sind jedoch die Ströme IL und IR wegen eines Stromausfalls (Abfall) des Öldrucksteuerteils 21a oder einer Unterbrechung der Solenoids 6L und 6R oder wegen einer anderen Unregelmäßigkeit bereits abgeschaltet worden. Danach lecken die restlichen Öldrucke durch die eingeschränkten Abstände oder Durch gänge in dem Failsafe-Ventil 20 von den zweiten Abschnitten 9-2 und 10-2 der Öldurchgänge zu den ersten Abschnitten 9-1 bzw. 10-1 und/oder durch den eingeschränkten Abstand oder Durchgang von einem der zweiten Abschnitte 9-2 und 10-2 zu dem anderen allmählich aus und fallen letztlich am Ende einer vorbestimmten Zeitdauer (etwa 6 - 10 s bei diesem Beispiel) auf Null ab. In dieser Zeit werden die Hinterräder 2L und 2R allmählich in die neutrale (geradeaus) Stellung zurückgeführt, und der Hinterrad-Lenkwinkel wird allmählich auf Null vermindert. Auf diese Weise kann dieses Failsafe-Steuersystem die Stabilität des Fahrzeugs durch Verhindern einer plötzlichen Änderung des Fahrzeugverhaltens bei einem Ausfall des Hinterrad-Lenksystems sicherstellen. Ferner kann dieses Failsafe-System die Fahrzeugstabilität gegen Seitenwind und "Zulangen" verbessern. Das Failsafe-Ventil 20 dieser Ausführung führt seine Failsafe-Funktion auch dann aus, wenn eine Leitung des Solenoids 20a bricht.
• Wenn das Hinterrad-Lenksystem in Ordnung ist und folglich kein Fehlerermittlungssignal vorhanden ist, geht die Steuereinheit 21 vom Schritt 101 zu einem normalen Steuerungsablauf, der aus den Schritten 106-109 besteht. Bei Schritt 106 liest der Drucksteuerteil 21a der Steuereinheit 21 den von dem Lenkwinkelsensor 12 erfaßten Lenkwinkel θ und die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 13 erfaßte Fahrzeuggeschwindigkeit V. Bei Schritt 107 bestimmt der Steuerteil 21a durch das Tabellensuchen die Erregerströme IL und IR entsprechend dem Lenkwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkelt. Bei Schritt 108 gibt der Steuerteil 21a die Ströme IL und IR an die Solenoids 6L und 6R des Stellventils 6 aus. Danach gibt der Steuerteil 21a den Erregerstrom IF an das Solenoid 20a des Failsafe-Ventils 20 aus. Das Failsafe-Ventil 20 wird daher in seine Offenstellung gebracht und erlaubt die normale Hinterrad-Lenkwinkelsteuerung. Auf diese Weise steuert die Drucksteuereinheit 21a der Steuereinheit 21 den Hinterrad-Lenkwinkel. Bei der vorliegenden Erfindung ist es möglich, jede der verschiedenen bekannten Beziehungen des Hinterrad-Lenkwinkels hinsichtlich des Lenkwinkels und der Fahrzeuggeschwindigkeit zu verwenden. Zum Beispiel wird der Hinterrad-Lenkwinkel gesteuert, daß er einer linearen Verknüpfung des Lenkwinkels multipliziert mit einem ersten von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängenden Koeffizienten und einer Änderungsgeschwindigkeit des Lenkwinkels multipliziert mit einem zweiten von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängenden Koeffizienten proportional ist. Bei dieser Ausführung werden die Schritte 106-109 durch den Drucksteuerteil 21a ausgeführt.
• Fig. 3A, 3B, 3C und 30 zeigen Eigenschaften eines mit dem Failsafe- System dieser Ausführung ausgestatteten Fahrzeugs. Diese Graphiken zeigen ein Verhalten des Fahrzeugs, berechnet unter Verwendung eines nichtlinearen Fahrzeugmodells mit 8 Freiheitsgraden, angenommen, daß der Erregerstrom des elektromagetischen Stellventils 6 bei einem ganz eingeschlagenen Zustand der Hinterräder durch einen Ausfall auf Null reduziert wird, während sich das Fahrzeug bei einer Geschwindigkeit von 120 km/h in einer Kehre von 0.6g befindet. In jeder Graphik zeigt eine durchgezogene Linie die Eigenschaft des mit dem Failsafe-System dieser Ausführung ausgestatteten Fahrzeugs, und eine unterbrochene Linie zeigt eine Eigenschaft eines Fahrzeugs, das kein solches Failsafe-System besitzt. Bei dem Fahrzeug ohne Failsafe-System ist die Geschwindigkeit, mit der der Hinterrad-Wenkwinkel auf Null abnimmt, etwa gleich der Rückstellgeschwindigkeit der Feder des Hinterradlenkstellelements 5, und der Widerstand des Öls ist vernachlässigbar. Der Hinterrad-Lenkwinkel nimmt daher von einem Zeltpunkt t&sub1; des Auftretens des Ausfalls bis der Lenkwinkel bei einem Zeltpunkt t&sub2; Null erreicht schnell ab. Im Gegensatz dazu schließt das Failsafe-System der Ausführung das Failsafe-Ventil 20 zu einem Zeitpunkt t&sub4; vor dem Zeltpunkt t&sub2;. Daher nimmt der Hinterrad-Lenkwinkel, wie die durchgezogene Linie zeigt, vom Zeitpunkt t&sub4; an allmählich ab und erreicht schließlich zu einem Zeitpunkt t&sub3; Null. Die Zeipunkte t&sub1; und t&sub4; entsprechen den Schritten 101 bzw. 102.
• Als Ergebnis kann das Failsafe-System der Ausführung, wie die durchgezogenen Linien in Fig. 3B, 3C und 3D zeigen, eine plötzliche Änderung in der Giergeschwindigkeit, der Querbeschleunigung und in dem Seitenrutschwinkel verhindern.

Claims (7)

1. Hinterrad-Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit:

einer hydraulischen Betätigungseinrichtung (5) zum Erhalten eines Steuerfluiddruckes und zum Ändern eines Hinterrad-Lenkwinkels nach Maßgabe des Steuerfluiddruckes;

einem Steuerventil (6) zum Ändern des Steuerfluiddruckes nach Maßgabe eines Steuersignals;

einer Hauptsteuereinrichtung (21) zum Erzeugen des Steuersignals zum Steuern des Hinterrad-Lenkwinkels, und

einer Ausfall-Sicherheitseinrichtung (20) zum allmählichen Ändern des Steuerfluiddruckes auf einen Ausfall-Sicherheitswert, wenn das Steuersystem ausfällt;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Ausfall-Sicherheitseinrichtung (20) ein Ausfall-Sicherheitsventil (20) das zwischen dem Steuerventil (6) und der hydraulischen Betätigungseinrichtung (5) zum Schließen und Öffnen eines Steuerfluiddurchlasses (9-1, 9-2, 10-1, 10-2) angeordnet ist, der das Steuerventil (6) und die Betätigungseinrichtung (5) verbindet, und eine Ausfall-Sicherheitssteuereinrichtung (21b) aufweist, die das Ausfall-Sicherheitsventil (20) in eine geschlossene Stellung bringt, um den Steuerfluiddruckdurchlaß (9-1, 9-2, 10-1, 10-2) zu schließen, wenn ein Ausfallerfassungssignal vorliegt.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Ausfall-Sicherheitsventil (20) eine Einrichtung hat, die es ermöglicht, daß der Fluiddruck allmählich aus der hydraulischen Betätigungseinrichtung (5) ausleckt, wenn das Ausfall-Sicherheitsventil (20) sich in der geschlossenen Stellung befindet.

3. Steuersystem nach Anspruch 2, wobei die Ausfall-Sicherheitssteuereinrichtung (21b) von der Hauptsteuereinrichtung (21) getrennt ist.

4. Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Ausfall-Sicherheitsventil (20) einen Elektromagneten (20a) hat und in der geschlossenen Stellung gehalten wird, wenn der Elektromagnet (20a) nicht erregt ist.

-5. Steuersystem nach Anspruch 4, wobei bei Erhalt des Fehlererfassungssignals die Ausfall-Sicherheitssteuereinrichtung (21b) zuerst den Elektromagneten (20a) des Ausfall-Sicherheitsventils (20) aberregt um das Ausfall-Sicherheitsventil (20) in die geschlossene Stellung zu bringen, und dann das Steuersignal auf einen neutralen Pegel ändert, um den Hinterrad-Lenkwinkel auf Null zu vermindern.

6. Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Steuerventil (6) ein elektromagnetisches Ventil ist und die Ausfall-Sicherheitssteuereinrichtung (21b) eine Einrichtung umfaßt, die bei Erhalt des Ausfallerfassungssignals zuerst das Ausfall-Sicherheitsventil (20) in die geschlossene Stellung bringt und dann einen elektrischen Strom an das elektromagnetische Steuerventil (6) abschaltet.

7. Steuersystem nach Anspruch 3, wobei die Ausfall-Sicherheitseinrichtung (20) mit einer Speisequelle verbunden ist, die von einer Speisequelle der Hauptsteuereinrichtung (21) getrennt ist.