WO1990009916A1 - Process for controlling the rear wheels of motor vehicles - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1.
- a mathematical target vehicle model is calculated and related to an actual vehicle model.
- the steering angle of the rear wheels is changed so that the difference between the target values representative of the target vehicle model and the estimated values which characterize the actual vehicle model is reduced.
- the known method only requires a steering angle and a vehicle speed sensor.
- a sensor for the parameters of the actual vehicle movement such as, for example, the yaw rate, the lateral force or the course angular velocity, is not necessary.
- it is absolutely necessary to use a process computer which relates the two vehicle models to one another and which changes one model in the direction of the other model.
- the use of a process computer in turn requires a lot of effort
- REPLACEMENT LEAF generally does not make it possible to take external disturbances into account for vehicle movement, for example due to bumps in the road or cross winds. Furthermore, runtime problems arise from the generally sequential mode of operation of the process computer, which can lead to destabilization of the entire vehicle, in particular if the steering angle changes rapidly.
- the invention has for its object to achieve a high degree of driving stability with the least possible equipment.
- the controlled adjustment of the rear wheels enables a quick, feedback-free reaction to changes in the front wheel steering angle.
- the only temporary deflection of the rear wheels approximates the stationary steering characteristics of a conventional vehicle with one steering, that only affects the front wheels. This means that the user of the vehicle does not have to get used to the four-wheel steering system.
- This advantage is particularly noticeable when the adjustment of the rear wheels is at least approximately independent of the vehicle speed.
- An improvement of the invention consists in the features of patent claim 2. This ensures that the driving dynamics are increased further, since the movement of the rear wheels in the same direction only begins when the vehicle is already following the steering movement of the front wheels. In addition, reversible deflection of the rear wheels can take place during dead time in order to accelerate the build-up of lateral force on the rear wheels.
- Such a steering movement of the rear wheels, in which the rear wheels are first deflected in opposite directions and then in the same direction is known in principle from DE 36 23 479 A.
- the controlled deflection of the rear wheels makes it possible to design the course angular velocity, the yaw rate and the float angle without overshoot. It is only necessary to set the maximum value of the rear wheel steering angle when adjusting in the same direction and the change in the rear wheel steering angle in accordance with the respective physical parameters of the vehicle. In this case, the controlled deflection of the Rear wheels fully to bear, since this is the only way to enable the rear wheel steering angle to respond quickly to changes in the steering angle of the front wheels.
- This suitable setting of the rear wheel steering angle can be achieved with particularly little effort with the aid of a PD2T2 transmission element for controlling the rear wheels as a function of that of the front wheels.
- the rear wheel steering angle is only dependent on time derivatives of the front wheel steering angle.
- the stationary swimming angle then corresponds exactly to that of the conventionally steered vehicle and is reduced dynamically.
- the reversible deflection of the rear wheels in stationary cases also results in a float angle which corresponds to that of a vehicle which is conventionally steered only on the front axle and which occurs without overshoots.
- the steering angle requirement for the front wheels is then also the same as that of the conventional vehicle.
- the safety aspect is also essential. If there is an emergency in which the steering of the rear wheels or the control unit fails for this purpose, this is particularly uncritical if the rear wheels have again reached the link angle 0 even with the front wheels stationary.
- the steering angle of the rear wheels is usually frozen in an emergency, ie here on the Value 0 recorded. The vehicle then continues to behave like a conventional vehicle.
- Another improvement of the invention is that the PD2T2 controller is superimposed on a PDT1 controller.
- the latter is in principle from the DE
- a vehicle with PD2T2 control of the rear wheels is considered to be manageable and has good willingness to drive.
- the stable, overshoot-free setting of the stationary driving state variables of the vehicle with PD2T2 control of the rear wheels makes itself felt in the feeling of high safety. In border areas with high lateral accelerations or poor friction conditions, the vehicle is particularly easy to control.
- FIG. 1 based on five diagrams a to c
- FIGS. 1 and 2 diagrams corresponding to FIGS. 1 and 2 for a vehicle with a superimposition of PD2T2 and PDTl control
- Fig. 4 diagrams for the factors that the Determine the PD2T2 control from Fig. 2.
- the diagrams in FIG. 1, plotted against time s, show the jump responses of a conventionally steered vehicle for speeds of 60 to 240 km / h, viewed in jumps of 30 km / h.
- FIG. 2 shows the typical jump responses of a vehicle with rear axle steering with PD2T2 structure and suitably selected parameters dependent on the driving speed. 4 is shown in more detail.
- the behavior of such a superimposition of the two controls can easily be derived from the diagrams c to i of FIG. 3.
- the differential equation has no stationary part, i.e. the rear axle lock always returns to the center position after a dynamic maneuver with the steering wheel held tight.
- the delay time T and T_ cause the DR of the steering angular velocity and the steering angular acceleration cT abh brieflyi.g 'v e Stellbe ⁇ movement is delayed and smoothed performed.
- the decelerating effect increases with increasing driving speed, since the sum and the product of the two parameters T and T increases.
- the parameter D2 which specifies the dependency of the rear axle steering angle on the steering angular velocity, is increasingly positive in the interesting driving speed range above approximately 100 km / h, so that in the case of fast steering angle processes essentially a same-sided rear axle turning is effected.
- This parameter D3 has a whole Driving speed range a negative sign. This sign has the effect that a counter-steering movement takes place on the rear axle in the case of very rapid changes in the steering angle in the beginning, since relatively large steering angle accelerations occur here. This short, opposite deflection decreases with increasing driving speed, because then the decelerating and smoothing effect of the time constant T2 predominates.
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Abstract
In a process for controlling the rear wheels of motor vehicles infunction of a deflection of the front wheels, the steering angles for the front and rear wheels are mechanically decoupled and a transmission element adjusts the angle of deflection of the rear wheels in function of the deflection of the front wheels, the rear wheels are briefly and reversibly deflected in the opposite direction to the front wheels and are then deflected in the same direction as the front wheels. The adjustment of the rear wheels is controlled. When the angle of deflection of the front wheels is stationary or not equal to zero, the angle of deflection of the rear wheels is reset to zero after reaching a maximum value. This results in an appreciable increase in driving dynamics in comparison with a conventional vehicle. In stationary cases, alternating load reactions are easily mastered while the angle of deflection of the front wheels is kept constant.
Description
Verfahren zum Steuern der Hinterräder von Kraftfahrzeugen.Method for controlling the rear wheels of motor vehicles.
Beschreibungdescription
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1.
Bei einem derartigen Verfahren, wie es aus der DE 36 23 479 A bekannt ist, wird ein mathematisches Sollfahrzeugmodell berechnet und mit einem Istfahrzeugmodell in Beziehung gesetzt. Der Lenk¬ winkel der Hinterräder wird so verändert, daß die Differenz zwischen den für das Sollfahrzeugmodell repräsentativen Sollwerten und den Schätzwerten, die das Istfahrzeugmodell charakterisieren, ver¬ ringert wird.In such a method, as is known from DE 36 23 479 A, a mathematical target vehicle model is calculated and related to an actual vehicle model. The steering angle of the rear wheels is changed so that the difference between the target values representative of the target vehicle model and the estimated values which characterize the actual vehicle model is reduced.
Zwar benötigt das bekannte Verfahren lediglich einen Lenkwinkel- und einen Fahrzeuggeschwindig¬ keitsfühler. Ein Fühler für die Parameter der eigentlichen Fahrzeugbewegung, wie beispielsweise die Giergeschwindigkeit, die Seitenkraft oder die Kurswinkelgeschwindigkeit ist dabei nicht erfor¬ derlich. Unbedingt notwendig ist jedoch die Ver¬ wendung eines Prozeßrechners, der die beiden Fahrzeugmodelle miteinander in Beziehung setzt und das eine Modell in Richtung des anderen Modells hin verändert. Die Verwendung eines Prozeßrechners wiederum bedingt einen hohen AufwandThe known method only requires a steering angle and a vehicle speed sensor. A sensor for the parameters of the actual vehicle movement, such as, for example, the yaw rate, the lateral force or the course angular velocity, is not necessary. However, it is absolutely necessary to use a process computer which relates the two vehicle models to one another and which changes one model in the direction of the other model. The use of a process computer in turn requires a lot of effort
ERSATZBLATT
und ermöglicht es in der Regel nicht, äußere Störungen, z.B. aufgrund von Fahrbahn-Unebenheiten oder Seitenwindeinflüssen, für die Fahrzeugbewegung zu berücksichtigen. Ferner ergeben sich aus der in der Regel sequentiellen Arbeitsweise des Proze߬ rechners Laufzeitprobleme, die insbesondere bei raschen Lenkwinkeländerungen zu einer Destabilisierung des Gesamtfahrzeugs führen können.REPLACEMENT LEAF and generally does not make it possible to take external disturbances into account for vehicle movement, for example due to bumps in the road or cross winds. Furthermore, runtime problems arise from the generally sequential mode of operation of the process computer, which can lead to destabilization of the entire vehicle, in particular if the steering angle changes rapidly.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst geringem apparativen Aufwand ein hohes Maß an Fahrstabilität zu erreichen.The invention has for its object to achieve a high degree of driving stability with the least possible equipment.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kenn¬ zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs l.The invention solves this problem by means of the characterizing features of patent claim 1.
Die gesteuerte Verstellung der Hinterräder ermög¬ licht eine rasche, rückkopplungsfreie Reaktion auf Änderungen des Vorderrad-Lenkwinkels. Im Gegensatz zu bekannten Verfahren der eingangs genannten Art, bei denen im Stationärfall der Lenkwinkel der Hinterräder in einem definierten Verhältnis zu dem der Vorderräder verbleibt, wird durch die nur vorübergehende Auslenkung der Hinterräder eine Annäherung an die stationäre Lenkcharakteristik eines konventionellen Fahrzeugs mit einer Lenkung erzielt, die nur auf die Vorderräder wirkt. Damit entfallen Gewöhnungsprobleme für den Fahrzeugbe¬ nutzer an die vorliegende Vierrad-Lenkung. Dieser Vorteil macht sich besonders dann bemerkbar, wenn die Verstellung der Hinterräder zumindest näherungsweise unabhängig von der Fahrzeugge¬ schwindigkeit ist. Bei Lastwechselreaktionen des
Fahrzeugs mit konstantem Lenkwinkel der Vorderräder verändern die Hinterräder ihren Lenkwinkel .(= 0) nicht bzw. nähern sich weiter ihrer Ruhelage an. Ein derartig gelenktes Fahrzeug entwickelt somit gerade bei Lastwechselreaktionen keine durch die Verstellung der Hinterräder bedingte Eigendynamik und ermöglicht es somit, Lastwechselreaktionen des Fahrzeugs problemlos zu beherrschen.The controlled adjustment of the rear wheels enables a quick, feedback-free reaction to changes in the front wheel steering angle. In contrast to known methods of the type mentioned at the outset, in which the steering angle of the rear wheels remains in a defined ratio to that of the front wheels in stationary cases, the only temporary deflection of the rear wheels approximates the stationary steering characteristics of a conventional vehicle with one steering, that only affects the front wheels. This means that the user of the vehicle does not have to get used to the four-wheel steering system. This advantage is particularly noticeable when the adjustment of the rear wheels is at least approximately independent of the vehicle speed. With load change reactions of the Vehicles with a constant steering angle of the front wheels, the rear wheels do not change their steering angle (= 0) or continue to approach their rest position. A vehicle steered in this way thus does not develop its own dynamic due to the adjustment of the rear wheels, especially in the case of load change reactions, and thus makes it possible to master load change reactions of the vehicle without problems.
Eine Verbesserung der Erfindung besteht in den Merkmalen des Patentanspruchs 2. Damit wird er- reicht, daß die Fahrdynamik weiter erhöht wird, da die gleichsinnige Bewegung der Hinterräder erst dann einsetzt, wenn das Fahrzeug bereits der Lenkbewegung der Vorderräder folgt. Zusätzlich kann während der Totzeit ein gegensinniges reversibles Auslenken der Hinterräder erfolgen, um den Seiten- kraftaufbau an den Hinterrädern zu beschleunigen. Eine derartige Lenkbewegung der Hinterräder, bei der zunächst ein gegensinniges und dann ein gleichsinniges Auslenken der Hinterräder erfolgt, ist im Prinzip aus der DE 36 23 479 A bekannt.An improvement of the invention consists in the features of patent claim 2. This ensures that the driving dynamics are increased further, since the movement of the rear wheels in the same direction only begins when the vehicle is already following the steering movement of the front wheels. In addition, reversible deflection of the rear wheels can take place during dead time in order to accelerate the build-up of lateral force on the rear wheels. Such a steering movement of the rear wheels, in which the rear wheels are first deflected in opposite directions and then in the same direction, is known in principle from DE 36 23 479 A.
Die gesteuerte Auslenkung der Hinterräder macht es möglich, die Kurswinkelgeschwindigkeit, die Gier¬ geschwindigkeit und den Schwimmwinkel überschwingungsfrei zu gestalten. Hierzu ist es lediglich erforderlich, den Maximalwert des Hin¬ terrad-Lenkwinkels beim gleichsinnigen Verstellen und die Veränderung des Hinterrad-Lenkwinkels entsprechend der jeweiligen physikalischen Parame¬ ter des Fahrzeugs geeignet einzustellen. In diesem Fall kommt die gesteuerte Auslenkung der
Hinterräder voll zum Tragen, da nur dadurch ein schnelles Ansprechen des Hinterrad-Lenkwinkels auf Änderungen des Lenkwinkels der Vorderräder ermög¬ licht wird.The controlled deflection of the rear wheels makes it possible to design the course angular velocity, the yaw rate and the float angle without overshoot. It is only necessary to set the maximum value of the rear wheel steering angle when adjusting in the same direction and the change in the rear wheel steering angle in accordance with the respective physical parameters of the vehicle. In this case, the controlled deflection of the Rear wheels fully to bear, since this is the only way to enable the rear wheel steering angle to respond quickly to changes in the steering angle of the front wheels.
Diese geeignete Einstellung des Hinterrad-Lenkwin¬ kels sowohl hinsichtlich seines Maximalwerts als auch hinsichtlich seiner Veränderungen läßt sich mit besonders geringem Aufwand mit Hilfe eines PD2T2-Übertragungsglieds für die Steuerung der Hinterräder in Abhängigkeit von der der Vorderräder erzielen. Dabei ist der Hinterrad-Lenkwinkel nur von zeitlichen Ableitungen des Vorderrad-Lenkwin¬ kels abhängig. Der stationäre Schwimmwinkel ent¬ spricht dann genau dem des konventionell gelenkten Fahrzeugs und ist dynamisch verringert. Durch das auch hier vorliegende reversible Auslenken der Hinterräder im Stationärfall ergibt sich ein Schwimmwinkel, der dem eines konventionell nur an der Vorderachse gelenkten Fahrzeugs entspricht und der sich ohne Überschwinger einstellt. Der Lenk¬ winkelbedarf für die Vorderräder ist dann ebenfalls gleich dem des konventionellen Fahrzeugs.This suitable setting of the rear wheel steering angle, both with regard to its maximum value and with regard to its changes, can be achieved with particularly little effort with the aid of a PD2T2 transmission element for controlling the rear wheels as a function of that of the front wheels. The rear wheel steering angle is only dependent on time derivatives of the front wheel steering angle. The stationary swimming angle then corresponds exactly to that of the conventionally steered vehicle and is reduced dynamically. The reversible deflection of the rear wheels in stationary cases also results in a float angle which corresponds to that of a vehicle which is conventionally steered only on the front axle and which occurs without overshoots. The steering angle requirement for the front wheels is then also the same as that of the conventional vehicle.
Wesentlich ist ferner der sicherheitstechnische Aspekt. Sofern es zu einem Notfall kommt, bei dem die Lenkung der Hinterräder bzw. das Steuergerät hierfür ausfällt, so ist dies dann besonders unkritisch, wenn die Hinterräder auch bei stationär ausgelenkten Vorderrädern wieder den Linkwinkel 0 erreicht haben. Der Lenkwinkel der Hinterräder wird im Notfall meist eingefroren, d.h. hier auf den
Wert 0 festgehalten. Das Fahrzeug verhält sich dann weiter wie ein konventionelles Fahrzeug.The safety aspect is also essential. If there is an emergency in which the steering of the rear wheels or the control unit fails for this purpose, this is particularly uncritical if the rear wheels have again reached the link angle 0 even with the front wheels stationary. The steering angle of the rear wheels is usually frozen in an emergency, ie here on the Value 0 recorded. The vehicle then continues to behave like a conventional vehicle.
Eine weitere Verbesserung der Erfindung besteht darin, daß der PD2T2-Steuerung eine PDT1-Steuerung überlagert ist. Letztere ist im Prinzip aus der DEAnother improvement of the invention is that the PD2T2 controller is superimposed on a PDT1 controller. The latter is in principle from the DE
10 36 24 457 AI bekannt. Aus dieser Druckschrift, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird, gehen die besonderen Vorteile einer derartigen Steuerung hervor. Die Überlagerung der beiden Steuerungen ermöglicht es, die Vorteile beider Steuerungen , p- auszunützen ohne gleichzeitig unter deren Nach¬ teilen zu leiden.10 36 24 457 AI known. From this publication, to which express reference is made, the particular advantages of such a control are evident. The superimposition of the two controls makes it possible to take advantage of the two controls without simultaneously suffering from their disadvantages.
Hierzu ist es lediglich erforderlich, das Maß, mit dem beide Steuerungen Einfluß auf das LenkverhaltenAll that is required is the degree to which both controls influence the steering behavior
20 der Hinterräder nehmen, entsprechend den jeweiligen fahrdynamischen Erfordernissen variabel zu wählen. Aus grundsätzlichen Überlegungen ergibt sich, daß im unteren und mittleren Geschwindigkeitsbereich, d.h. etwa zwischen 50 und 120 km/h der Einfluß derTake 20 of the rear wheels to choose variably according to the respective driving dynamics requirements. From fundamental considerations it follows that in the lower and middle speed range, i.e. about between 50 and 120 km / h the influence of
25 PDTl-Steuerung überwiegt, während für höhere Geschwindigkeiten die PD2T2-Steuerung zunehmend dominieren dürfte.25 PDTl control predominates, while for higher speeds the PD2T2 control should increasingly dominate.
Damit ergibt sich im ersteren Geschwindigkeitsbe¬This results in the speed velocity in the former
30 reich eine im Idealfall vollständige Kompensation des Schwimmwinkels mit dem Vorteil einer hohen Fahrstabilität und im höheren Geschwindigkeitsbe¬ reich eine deutliche Verbesserung der Fahrzeugdy¬ namik, bei einem Lenkwinkelbedarf der Vorderräder, oc- der gleich dem des konventionellen Fahrzeugs ist.
Hinzu kommt in diesem Fall, daß ein Fahrzeug mit PD2T2-Steuerung der Hinterräder als gut beherrsch¬ bar gilt und eine gute Lenkwilligkeit besitzt. So muß beispielsweise zum Erreichen eines stationären Kreisbogens derselbe Lenkwinkel an der Vorderachse wie bei einem konventionellen Fahrzeug aufgebracht werden. Subjektiv macht sich das stabile, überschwingungsfreie Einstellen der stationären Fahrzustandsgrößen des Fahrzeugs mit PD2T2-Steuerung der Hinterräder in dem Gefühl hoher Sicherheit bemerkbar. In Grenzbereichen bei hohen Querbeschleunigungen oder schlechten Reibverhält¬ nissen ergibt sich eine besonders gute Beherrsch- barkeit des Fahrzeugs.In the ideal case, complete compensation of the float angle with the advantage of high driving stability and, in the higher speed range, a significant improvement in vehicle dynamics is sufficient, with a steering angle requirement of the front wheels, oc - which is equal to that of the conventional vehicle. In addition, in this case, a vehicle with PD2T2 control of the rear wheels is considered to be manageable and has good willingness to drive. For example, in order to reach a stationary arc, the same steering angle must be applied to the front axle as in a conventional vehicle. Subjectively, the stable, overshoot-free setting of the stationary driving state variables of the vehicle with PD2T2 control of the rear wheels makes itself felt in the feeling of high safety. In border areas with high lateral accelerations or poor friction conditions, the vehicle is particularly easy to control.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung weiter erläutert. Dabei zeigtThe invention is further illustrated by the drawing. It shows
Fig. 1 anhand von fünf Diagrammen a bis c dieFig. 1 based on five diagrams a to c
Sprungantworten eines konventionell gelenkten Fahrzeugs bei einem Lenkwin- kelsprung an der Vorderachse,Response responses of a conventionally steered vehicle in the event of a steering angle jump on the front axle,
Fig. 2 die Sprungantworten eines Fahrzeugs mitFig. 2 with the jump responses of a vehicle
PD2T2-Struktur der Hinterrad-Lenkung anhand entsprechender Diagramme und unter den gleichen Voraussetzungen wie Fig. 1,PD2T2 structure of the rear wheel steering on the basis of corresponding diagrams and under the same conditions as FIG. 1,
Fig. 3 Diagramme entsprechend Fig. 1 und 2 für ein Fahrzeug mit einer Überlagerung von PD2T2- und PDTl-Steuerung,3 diagrams corresponding to FIGS. 1 and 2 for a vehicle with a superimposition of PD2T2 and PDTl control,
Fig. 4 Diagramme für die Faktoren, die die
PD2T2-Steuerung von Fig.2 bestimmen.Fig. 4 diagrams for the factors that the Determine the PD2T2 control from Fig. 2.
Die Diagramme von Fig. 1 zeigen, aufgetragen über der Zeit s die Sprungantworten eines konventionell gelenkten Fahrzeugs für Geschwindigkeiten von 60 bis 240 km/h, betrachtet in Sprüngen von 30 km/h.The diagrams in FIG. 1, plotted against time s, show the jump responses of a conventionally steered vehicle for speeds of 60 to 240 km / h, viewed in jumps of 30 km / h.
10 In jedem dieser Fälle soll zu einer Zeit von 0,5 sec. nach dem Ausgangspunkt ein Lenkwinkelsprung von 1° an der Vorderachse erfolgen und der Lenkwinkel von 1° dann stationär beibehalten werden. Diese Annahme ist im Diagramm a gezeigt. , ,- Dabei symbolisiert die willkürlich herausgegrif¬ fene, mit I1T_ bezeichnete Kurve einen Lenkwinkel- εprung in der genannten Weise, der bei einer Geschwindigkeit von 120 km/h durchgeführt ist.10 In each of these cases, a steering angle jump of 1 ° on the front axle should take place at a time of 0.5 seconds after the starting point, and the steering angle of 1 ° should then be maintained stationary. This assumption is shown in diagram a. ,, - The arbitrarily selected curve, designated I1T_, symbolizes a steering angle jump in the manner mentioned, which is carried out at a speed of 120 km / h.
20 Der Lenkwinkel der Hinterräder ist für das konven¬ tionell gelenkte Fahrzeug bleibend gleich Null. Dies ist durch parallele Linien (Diagramm b) symbolisiert.The steering angle of the rear wheels remains zero for the conventionally steered vehicle. This is symbolized by parallel lines (diagram b).
25 Die sich daraus ergebende Gierwinkelgeschwindigkeit ist im Diagramm c dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, daß dieser Fahrzeugparameter gerade bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten einen Überschwinger mit anschließendem Unterschwinger aufweist und sich asymptotisch auf einen stationären Wert einpendelt. 25 The resulting yaw rate is shown in diagram c. It can be clearly seen that this vehicle parameter has an overshoot with a subsequent undershoot, especially at high vehicle speeds, and settles asymptotically to a stationary value.
Entsprechendes gilt für die im Diagramm d darge¬ stellte Kurswinkelgeschwindigkeit sowie für den im Diagramm e gezeigten Schwimmwinkel. Letzterer 35 besitzt gerade bei relativ hohen Geschwindigkeiten von 150 bis 180 km/h ein überschwingendes
Verhalten. Damit ergibt sich zwangsläufig eine äußerst problematische Beherrschbarkeit des gesam¬ ten Fahrzeugs.The same applies correspondingly to the course angular velocity shown in diagram d and to the slip angle shown in diagram e. The latter 35 has an overshoot, especially at relatively high speeds of 150 to 180 km / h Behavior. This inevitably leads to extremely problematic controllability of the entire vehicle.
Das Diagramm von Fig. 2 zeigt die typischen Sprungantworten eines Fahrzeugs mit Hinterachslen- kung mit PD2T2-Struktur und geeignet gewählten fahrgeschwindigkeitsabhängigen Parametern hierzu. Näheres ist in Fig. 4 gezeigt.The diagram in FIG. 2 shows the typical jump responses of a vehicle with rear axle steering with PD2T2 structure and suitably selected parameters dependent on the driving speed. 4 is shown in more detail.
An der Vorderachse soll wiederum ein Lenkwinkel¬ sprung von 1° zum Zeitpunkt 0,5 sec. für die verschiedenen Geschwindigkeiten angenommen sein (Diagramm a) . Der Lenkwinkel an der Hinterachse (Diagramm b) zeigt zunächst ein gegensinniges Verhalten während eines Zeitraums, der insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten annähernd fahrzeuggeschwindigkeitsunabhängig ist. Daran schließt sich eine gleichsinnige Auslenkung der Hinterräder an, die bis hin zu einem Maximalwert reicht und anschließend wiederum auf den Wert 0 zurückgeht. Bei geeigneter Wahl der Parameter der PD2T2-Struktur (vgl. Fig. 4) lassen sich damit Gierwinkelgeschwindigkeit (Diagramm c) , Kurswin¬ kelgeschwindigkeit (Diagramm d) und Schwimmwinkel (Diagramm e) überschwingungsfrei einstellen. Insbesondere aus dem Diagramm e ergibt sich ohne weiteres die Aussage, daß ein derartiges Fahrzeug eine hohe Fahrstabilität besitzt, da der Schwimm¬ winkel gleichmäßig auf einen von Null verschiedenen Endwert ansteigt. Dieser Endwert wiederum ist fahrzeuggeschwindigkeitsabhängig und entspricht dem des konventionellen Fahrzeugs, wie sich durch
Vergleich mit dem Diagramm e von Fig. 1 ohne weiteres ergibt. Gegenüber dem konventionellen Fahrzeug fehlt jedoch der Überschwinger nicht nur beim jeweiligen Schwimmwinkel, sondern auch bei Gierwinkelgeschwindigkeit und Kurswinkelgeschwin¬ digkeit.On the front axle, a steering angle jump of 1 ° at the time 0.5 seconds should again be assumed for the different speeds (diagram a). The steering angle on the rear axle (diagram b) initially shows opposite behavior over a period of time, which is almost independent of vehicle speed, especially at high speeds. This is followed by a deflection of the rear wheels in the same direction, which extends up to a maximum value and then returns to the value 0. With a suitable choice of the parameters of the PD2T2 structure (cf. FIG. 4), yaw angle speed (diagram c), course angle speed (diagram d) and float angle (diagram e) can be set without overshoot. From diagram e in particular, it is readily apparent that such a vehicle has a high level of driving stability, since the float angle increases uniformly to a non-zero final value. This end value is in turn dependent on the vehicle speed and corresponds to that of the conventional vehicle, as is evident Comparison with the diagram e of Fig. 1 results easily. Compared to the conventional vehicle, however, the overshoot is not only lacking in the respective slip angle, but also in the yaw angle speed and course angle speed.
Die in Fig. 3 gezeigte Überlagerung einer PD2T2-Steuerung mit einer PDTl-Steuerung, schema¬ tisch dargestellt durch die GleichungThe superimposition of a PD2T2 controller shown in FIG. 3 with a PDT1 controller, represented schematically by the equation
mit s = La Place-Operator und k = Wichtungsfaktor zwischen 0 und 1 ermöglicht es, die Vorteile beider Steuerungsstrategien zu kombinieren. Aus dieser Gleichung ergibt sich als wesentliches Merkmal, daß die Übertragungsfunktion der Gierwinkelgeschwin¬ digkeit gleich der durch die PDTη-Struktur gege¬ benen Übertragungsfunktion mit entsprechend dem konventionellen Fahrzeug abgeändertem Stationäran¬ teil ist. With s = la place operator and k = weighting factor between 0 and 1, it is possible to combine the advantages of both control strategies. From this equation it emerges as an essential feature that the transfer function of the yaw rate is equal to the transfer function given by the PDT η structure with the stationary portion modified in accordance with the conventional vehicle.
Der Faktor k gibt den Grad der stationären Schwimmwinkelkompensation an. Besitzt k den Wert 0, so liegt eine vollständige Schwimmwinkelkompensa¬ tion vor. Es handelt sich dann um eine reine PDTl-Übertragung. Entsprechend gilt für den Wert k = l, daß dann eine stationäre Schwimmwinkelkompen¬ sation nicht vorgenommen wird und es sich um eine PD2T2-Übertragung handelt.
Das Verhalten einer derartigen Überlagerung der beiden Steuerungen läßt sich aus den Diagrammen c bis i von Fig. 3 ohne weiteres ableiten. Dabei ist der Wert des Faktors k fahrgeschwindigkeitsabhängig linear von k = 0 bei v = 60 km/h auf k = 1 bei v = 240 km/h eingesetzt worden.The factor k specifies the degree of steady angle compensation. If k has the value 0, then there is complete float angle compensation. It is then a pure PDT1 transmission. Correspondingly, for the value k = 1, stationary float angle compensation is then not carried out and the transmission is PD2T2. The behavior of such a superimposition of the two controls can easily be derived from the diagrams c to i of FIG. 3. The value of the factor k was used linearly, depending on the driving speed, from k = 0 at v = 60 km / h to k = 1 at v = 240 km / h.
Bemerkenswert ist hier der kleinere Schwimmwinkel und die etwas geringere Gierwinkel- und Kurswin¬ kelgeschwindigkeit gegenüber der PD_T -Steuerung von Fig. 2. Ursache hierfür ist der bleibende Lenkwinkel an den Hinterrädern, der aus der PDT.-Struktur für den Stationärfall folgt. Durch Anpassung des Faktors k kann die stationäre Cha¬ rakteristik des Fahrzeugs beeinflußt werden, ohne das stabile, überschwingungsfreie Übergangsver¬ halten zu verschlechtern.Noteworthy here is the smaller float angle and the somewhat lower yaw angle and course angle speed compared to the PD_T control of FIG. 2. The reason for this is the permanent steering angle on the rear wheels, which follows from the PDT structure for the stationary case. By adapting the factor k, the stationary characteristic of the vehicle can be influenced without impairing the stable, overshoot-free transition behavior.
Die Abhängigkeit der Parameter für die PD2T2-Steuerung von der Fahrzeuggeschwindigkeit ergibt sich aus Fig. 4. In den Diagrammen a bis e sind diese Parameter für ein untersuchtes Fahr¬ zeugmodell aufgetragen. Dabei ist die Übertra¬ gungsfunktion zwischen dem Lenkwinkel <T v derThe dependency of the parameters for the PD2T2 control on the vehicle speed is shown in FIG. 4. These parameters are plotted for an investigated vehicle model in diagrams a to e. The transfer function between the steering angle <T v is the
Vorderachse und dem Lenkwinkel <* .n der Hinterachse durch die Differentialgleichung *• ' * **Front axle and the steering angle <* .n of the rear axle through the differential equation * • ' * **
beschrieben. Diese Differentialgleichung weist vier fahrzeugspezifische Parameter auf:described. This differential equation has four vehicle-specific parameters:
die Verzögerungszeiten Tl und T2
den Verstärkungsfaktor D2 für die Lenkwinkel¬ geschwindigkeit und den Verstärkungsfaktor D3 für die Lenkwinkel- beεchleunigung.the delay times Tl and T2 the gain factor D2 for the steering angle speed and the gain factor D3 for the steering angle acceleration.
Diese Parameter hängen in der Weise mit der Fahr¬ zeuggeschwindigkeit zusammen, wie es in den Dia¬ grammen von Fig. 4a bis 4e dargestellt ist.These parameters are related to the vehicle speed in the manner shown in the diagrams from FIGS. 4a to 4e.
Die Differentialgleichung besitzt keinen Statio¬ näranteil, d.h. der Hinterachseinschlag geht nach einem dynamischen Manöver bei festgehaltenem Lenkrad immer wieder in Mittelstellung zurück.The differential equation has no stationary part, i.e. the rear axle lock always returns to the center position after a dynamic maneuver with the steering wheel held tight.
Die Verzögerungszeit T und T_ bewirken, daß die von der Lenkwinkelgeschwindigkeit cT und der Lenkwinkelbeschleunigung dr-' abhängi.gve Stellbe¬ wegung verzögert und geglättet ausgeführt wird. Die verzögernde Wirkung nimmt mit wachsender Fahrge¬ schwindigkeit zu, da die Summe und das Produkt der beiden Parameter T- und T„ zunimmt.The delay time T and T_ cause the DR of the steering angular velocity and the steering angular acceleration cT abhängi.g 'v e Stellbe¬ movement is delayed and smoothed performed. The decelerating effect increases with increasing driving speed, since the sum and the product of the two parameters T and T increases.
Der Parameter D2, der die Abhängigkeit des Hinter- achslenkwinkels von der Lenkwinkelgeschwindigkeit angibt, ist im interessanten Fahrgeschwindigkeits¬ bereich oberhalb von etwa 100 km/h zunehmend positiv, so daß bei schnellen Lenkwinkelvorgängen im wesentlichen ein gleichsinniger Hinterachseinschlag bewirkt wird.The parameter D2, which specifies the dependency of the rear axle steering angle on the steering angular velocity, is increasingly positive in the interesting driving speed range above approximately 100 km / h, so that in the case of fast steering angle processes essentially a same-sided rear axle turning is effected.
Dem überlagert ist die Abhängigkeit von der Lenk¬ Winkelbeschleunigung, gegeben durch den Parameter D3. Dieser Parameter hat im ganzen
Fahrgeschwindigkeitεbereich ein negatives Vorzei- chen. Dieses Vorzeichen bewirkt, daß bei sehr schnellen Lenkwinkeländerungen im Anfangsbereich eine Gegenlenkbewegung an der Hinterachse statt¬ findet, da hier relativ große Lenkwinkelbeschleu¬ nigungen auftreten. Dieser kurze, gegensinnige Ausschlag nimmt mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit ab, da dann die verzögernde und glättende Wirkung der Zeitkonstanten T2 überwiegt.This is superimposed on the dependence on the steering angular acceleration, given by parameter D3. This parameter has a whole Driving speed range a negative sign. This sign has the effect that a counter-steering movement takes place on the rear axle in the case of very rapid changes in the steering angle in the beginning, since relatively large steering angle accelerations occur here. This short, opposite deflection decreases with increasing driving speed, because then the decelerating and smoothing effect of the time constant T2 predominates.
Durch das Fehlen eines Proportionalanteils ergibt sich bei stationären, von Null verschiedenem Lenkwinkel der Vorderräder eine asymptotische Annäherung des Hinterrad-Lenkwinkels an den Wert 0 und damit an das Lenkverhalten eines konventio¬ nellen Fahrzeugs mit der beschriebenen Erhöhung der Fahrsicherheit bei einem Ausfall der Hinterrad- Lenkung.
The lack of a proportional component results in an asymptotic approximation of the rear wheel steering angle to the value 0 and thus to the steering behavior of a conventional vehicle with the described increase in driving safety in the event of a failure of the rear wheel steering in the case of a stationary steering angle of the front wheels other than zero .
Claims
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PatentansprücheClaims
Verfahren zum Steuern der Hinterräder von Kraft¬ fahrzeugen in Abhängigkeit von einer Auslenkung der Vorderräder, mit mechanisch entkoppelten Lenkmitteln für Vorder- und Hinterräder und einem Übertragungsglied für die Verstellung des Lenk- mittels der Hinterräder in Abhängigkeit von der Auslenkung der Vorderräder, bei dem die Hinterrä¬ der kurzzeitig reversibel entgegen der Richtung der Vorderräder ausgelenkt werden und anschließend daran eine Auslenkung in Richtung der Vorderräder erfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver¬ stellung der Hinterräder rückkopplungsfrei erfolgt und bei stationärem, von Null verschiedenem Lenkwinkel der Vorderräder nach Erreichen eines Maximalwertes auf den Wert Null reduziert wird.Method for controlling the rear wheels of motor vehicles as a function of a deflection of the front wheels, with mechanically decoupled steering means for the front and rear wheels and a transmission element for adjusting the steering means of the rear wheels as a function of the deflection of the front wheels, in which the rear wheels ¬ which are briefly reversibly deflected against the direction of the front wheels and then experience a deflection in the direction of the front wheels, characterized in that the adjustment of the rear wheels takes place without feedback and with a steady, non-zero steering angle of the front wheels after reaching a maximum value on the Value zero is reduced.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichsinnige Verstellung der Hinterräder, gemessen vom Beginn der Lenkbewegung der Vorder¬ räder an, nach einer fahrzeuggeschwindigkeitsab- hängigen Totzeit erfolgt.Method according to Claim 1, characterized in that the rear wheels are adjusted in the same direction, measured from the start of the steering movement of the front wheels, after a dead time which is dependent on the vehicle speed.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Maximalwert des
Hinterrad-Lenkwinkels beim gleichsinnigen Ver¬ stellen der Hinterräder und die Veränderungen des Hinterrad-Lenkwinkels vor und nach Erreichen dieses Maximalwerts derart beschaffen sind, daß die Kurswinkelgeschwindigkeit, die Giergeschwin¬ digkeit und der Schwimmwinkel stets ein überschwingungεfreies Verhalten aufweisen.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the maximum value of the Rear wheel steering angle when the rear wheels are adjusted in the same direction and the changes in the rear wheel steering angle before and after reaching this maximum value are such that the heading angle speed, the yaw rate and the swimming angle always exhibit a vibration-free behavior.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein PD2T2-Übertragungεglied für die Steuerung der Hinterräder in Abhängigkeit von der der Vorderräder.Method according to one of claims 1 to 3, characterized by a PD2T2 transmission element for the control of the rear wheels as a function of that of the front wheels.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der PD2T2-Steuerung eine PDTl-Steuerung überlagert ist.Method according to Claim 4, characterized in that a PDT1 control is superimposed on the PD2T2 control.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei niedrigeren Fahrzeug-Geschwindigkeiten die PDTl-Steuerung, bei höheren Fahrzeug-Geschwindig¬ keiten die PD2T2-Steuerung dominiert.
Method according to Claim 5, characterized in that the PDT1 control dominates at lower vehicle speeds and the PD2T2 control dominates at higher vehicle speeds.
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