DE19738161A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen eines Gegenlenkzustands - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erfassen eines Gegenlenkzustands, und insbesondere auf eine Gegenlenkzustands­ erfassungsvorrichtung, die dafür geeignet ist, in Kombination mit einem Lenksteuersystem verwendet zu werden, das auf der Steuerung der Stärke der nötigen Anstrengung des Fahrzeugfahrers (auf der Steuerung der vom Fahrzeugfahrer aufzubringenden Kraft) zum Lenken des Fahrzeugs in Abhängigkeit von dem Verhalten des Fahrzeugs beruht.

Elektrische Kraftlenksysteme können ein manuelles Lenksystem zum Wandeln eines Drehwinkels eines Lenkrads in einen Lenkwinkel von Laufrädern (Straßenrädern) sowie einen darin enthaltenen Elektromotor zum Bereitstellen eines Hilfslenkmoments (Hilfslenkdrehmoments) an das manuelle Lenksystem umfassen, so daß die vom Fahrzeugfahrer auf­ zubringende Kraft bzw. die nötige Anstrengung zum Drehen des Lenkrads reduziert wird. Derartige herkömmliche elektrische Kraftlenksysteme berücksichtigten allerdings nicht Änderungen im Straßenzustand, von dem der Widerstand gegen das Lenkbemühen abhängt, und es ist bekannt, daß das Hilfsmoment dazu neigte, zu groß zu sein, wenn der Reibungskoeffi­ zient zwischen der Straßenoberfläche und den Rädern niedrig ist, wie das zum Beispiel dann der Fall ist, wenn die Straßenoberfläche mit Schnee bedeckt ist. Ein übermäßiges Lenkhilfsmoment neigt dazu, übermäßige Lenkmanöver zu verursachen und bewirkt Unbehagen und Unbequemlich­ keiten für den Fahrzeugfahrer.

Um derartige Probleme zu überwinden bzw. ein derartiges übermäßiges Lenken auf glatten Straßenoberflächen zu steuern/zu kontrollieren (ins­ besondere zu vermeiden), wurde in einer am 28. August 1996 eingereich­ ten US-Patentanmeldung (Nr. 08/704,968) des gleichen Anmelders vor­ geschlagen, das Lenkhilfsmoment eines Kraftlenksystems in Abhängigkeit von dem Straßenzustand, insbesondere dem Reibungskoeffizienten zwi­ schen der Straßenoberfläche und den Rädern zu steuern.

Dieses zuvor vorgeschlagene System ist allerdings nur dann wirksam, wenn der Lenkwinkel und der Seitenschlupfwinkel in der gleichen Richtung zunehmen oder abnehmen. Diese Relation bzw. diese Bedingung ist zum Beispiel dann nicht erfüllt, wenn das Fahrzeug in einen Gegenlenkzustand übergegangen ist oder - in einem Extremfall - zu schleudern angefangen hat aufgrund nicht ausreichender Seitenführungskraft der hinteren Räder und der Fahrer des Fahrzeugs (dann) das Fahrzeug in der entgegengesetzten Richtung zu der Kurvenfahrrichtung (Drehrichtung) des Fahrzeugs lenkt in einem Versuch, wieder die Kontrolle über das Fahrzeug zu erlangen. Wenn ein derartiger Gegenlenkzustand vorliegt, erzeugt das zuvor vorgeschlagene System ein zusätzliches Lenkmoment, das dem Bemühen, das Fahrzeug gegenzulenken, entgegensteht und deshalb den Fahrer des Fahrzeugs in seinem Bemühen, das Gegenlenkmanöver durchzuführen, hindern kann.

Angesichts derartiger Probleme des Stands der Technik und der Erkenntnis der Erfinder ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gegenlenkzustandserfassungsvorrichtung bereitzustellen, die einem Lenk­ steuersystem ermöglicht, zu allen Zeiten ein angemessenes Ausmaß an Hilfslenkmoment zu liefern und die Lenkstabilität zu gewährleisten.

Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Gegenlenk­ zustandserfassungsvorrichtung bereitzustellen, die nützlich ist, wenn sie mit einem Lenksteuersystem kombiniert ist, das für die Steuerung der Größe der vom Fahrer aufzubringen Kraft (der nötigen Anstrengung des Fahrers) zum Lenken des Fahrzeugs in Abhängigkeit von dem Verhalten des Fahrzeugs ausgelegt ist.

Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Gegenlenkzu­ standserfassungsvorrichtung bereitzustellen, die eine einfache Struktur aufweist und deshalb im Betrieb zuverlässig ist und ökonomisch implemen­ tiert werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann wenigstens eine dieser und anderer Aufgaben gelöst werden durch Bereitstellen einer Vorrichtung zum Erfassen eines Gegenlenkzustands eines Fahrzeugs, welche Vorrichtung umfaßt:

einen Lenkwinkelsensor zum Messen eines Lenkwinkels; ein Lenkwinkel­ geschwindigkeitserfassungsmittel zum Messen einer Lenkwinkelgeschwin­ digkeit; ein Speichermittel zum Speichern wenigstens der Vorzeichen von momentanen und früheren Werten des Lenkwinkels und der Lenkwinkel­ geschwindigkeit; ein Mittel zum Vergleichen der momentanen Lenkwinkel­ geschwindigkeit mit einem vorbestimmten Schwellenwert; und eine Steuer­ einheit, die ein Signal zum Angeben eines Gegenlenkzustands erzeugt, wenn die Vorzeichen eines momentanen und eines früheren Werts des Lenkwinkels unterschiedlich sind, die Vorzeichen des momentanen Werts des Lenkwinkels sowie eines momentanen und eines früheren Werts der Lenkwinkelgeschwindigkeit übereinstimmen und der momentane Wert der Lenkwinkelgeschwindigkeit größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist.

Die Steuereinheit ermöglicht, einen Gegenlenkzustand (insbesondere Übersteuerungszustand) auf äußerst einfache Art und Weise zu erfassen. Insbesondere wenn die Gegenlenkzustandserfassungsvorrichtung in einem Lenksteuersystem basierend auf der Steuerung der Stärke der zum Lenken des Fahrzeugs durch den Fahrer aufzubringenden Kraft in Abhängigkeit von dem Verhalten des Fahrzeugs enthalten ist, ermöglicht die Gegenlenk­ zustandserfassungsvorrichtung dem Lenksteuersystem, ein angemessenes Ausmaß an Hilfslenkmoment zu allen Zeiten bereitzustellen und zugleich Lenkstabilität zu gewährleisten.

Um jegliche abrupten Änderungen in der von dem Fahrer zum Lenken aufzubringenden Kraft (abrupte Änderungen der nötigen Anstrengungen des Fahrers) zu vermeiden, werden der Lenkwinkel und die Lenkwinkel­ geschwindigkeiten bevorzugt dann gemessen, wenn der absolute Wert des Lenkwinkels gleich einem gewissen Überwachungspunktniveau ist, zum Beispiel 10° oder weniger beträgt. Die Gegenlenkzustandserfassungsvor­ richtung der vorliegenden Erfindung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sie dazu verwendet wird, ein Lenksteuersystem außer Wirkung zu setzen, das eine von einem Fahrer zum Lenken des Fahrzeugs aufzubrin­ gende Kraft gemäß einem Verhalten des Fahrzeugs steuert. Typischerweise ist das Verhalten des Fahrzeugs derart definiert, daß die aufzubringende Lenkkraft (die Lenkanstrengung) zunimmt, wenn der Lenkwinkel sich einem Grenzlenkwinkel nähert, jenseits dessen ein Seitenschlupfwinkel von lenkbaren Laufrädern des Fahrzeugs einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf Verfahren zum Erfassen eines Gegenlenkzustands, das erfindungsgemäß darauf beruht, einen Lenkwinkel und eine Lenkwinkelgeschwindigkeit zu erfassen und bei dem erfindungsgemäß zum Bestimmen, ob ein Gegenlenkzustands vorliegt, die Vorzeichen des Lenkwinkels und der Lenkwinkelgeschwindigkeit ausge­ wertet werden. Die erfaßte Lenkwinkelgeschwindigkeit kann mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen werden, um eine hohe Zuverläs­ sigkeit der Bestimmung bzw. Erfassung zu erhalten.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Lenksteuersystem für ein Fahrzeug mit einer Kraftlenkeinrichtung zum Bereitstellen eines Hilfs­ lenkmoments, durch das die vom Fahrer aufzubringende Lenkkraft reduziert wird. Erfindungsgemäß weist das Lenksteuersystem eine Einrichtung zum Bestimmen eines Gegenlenkzustands wie vorstehend beschrieben auf, und das Hilfslenkmoment wird in Abhängigkeit von der Bestimmung, ob ein Gegenlenkzustand vorliegt, festgesetzt.

Im folgenden wird nun ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen

Fig. 1 eine schematische Ansicht des Lenksystems ist, bei welchem die vorliegende Erfindung angewendet wird;

Fig. 2 ein Blockdiagramm des Lenksteuersystems ist;

Fig. 3 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen der Seitenfüh­ rungskraft und dem Straßenreibungskoeffizienten zeigt;

Fig. 4 ein Flußdiagramm ist, das den Aufbau des internen Modells zeigt;

Fig. 5 ein Diagramm ist, das die Reaktionen des Modells und Refe­ renzzahnstangenreaktionen auf verschiedene Lenkwinkel zeigt;

Fig. 6 ein Diagramm ist, das das Kennfeld für die Bestimmung des Straßenreibungskoeffizienten zeigt;

Fig. 7 ein Blockdiagramm der Berechnungseinheit zum Berechnen des zusätzlichen Lenkmoments ist; und

Fig. 8 ein Flußdiagramm ist, das die Funktionsweise der Vorrichtung zum Bestimmen eines Gegenlenkzustands beschreibt.

Fig. 1 veranschaulicht ein elektrisches Kraftlenksystem, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet wird. Ein Lenkrad 1 ist an einem oberen Ende einer Lenkwelle 2 angebracht, und ein unteres Ende der Lenkwelle 2 ist über eine Verbindungswelle 3 mit einem Ritzel 4 verbunden, wobei die Verbindungswelle mit Kardangelenken 3a und 3b an ihren beiden Enden versehen ist. Das Ritzel 4 kämmt mit einer in einer Zahnstange 8 gebildeten Zahnstangenverzahnung 8a, welche Zahnstange 8 sich in Seitenrichtung der Fahrzeugkarosserie erstreckt und geführt ist, um längs einer axialen Längslinie der Zahnstange bewegbar zu sein. Die beiden Enden der Zahn­ stange 8 sind über Spurstangen 5 mit Spurhebeln 7 des rechten bzw. linken Vorderrads 6 verbunden. Dieses manuelle Lenksystem ist in Fig. 1 allgemein mit Bezugziffer 9 bezeichnet.

Um eine Lenkhilfe bei diesem Lenksystem vorzusehen, ist ein elektrischer Motor 10 koaxial mit der Zahnstange 8 kombiniert, um diese axial zu betätigen. Der Elektromotor 10 ist mit einem Kugelumlaufmechanismus ausgeführt, um die Drehbewegung des Motors 10 in eine Axialkraft auf die Zahnstange 8 zu wandeln. An angemessenen Stellen des Lenksystems, wie etwa an der Lenkwelle 2, sind ein Lenkdrehmomentsensor 11 und ein Lenkwinkelsensor 12 vorgesehen, um die Stärke der auf das Lenkrad 1 durch den Fahrzeugfahrer ausgeübten Lenkkraft bzw. dessen Lenkbemühen sowie den Lenkwinkel des Lenkrads 1 zu erfassen. Der Elektromotor 10 wird durch eine Steuereinheit 13 gesteuert, die Ausgangssignale T und θs von diesen Sensoren 11 und 12 empfängt.

Die Steuereinheit 13 besteht essentiell aus einem Hilfslenkmoment-Steuer­ segment (Hilfslenkdrehmoment-Steuersegment) und einem Übermäßiges-Lenk­ moment-Steuersegment (Übermäßiges-Lenkdrehmoment-Steuerseg­ ment). Hierzu wird auf Fig. 2 Bezug genommen. Das Hilfslenkmoment-Steu­ ersegment umfaßt eine Hilfslenkmoment-Berechnungseinheit 21 zum Setzen eines Zielhilfslenkmoments, das gemäß der Ausgabe T von dem Lenkmomentsensor 11 durch den Elektromotor 10 erzeugt werden sollte, eine Motorleistungsabgabesteuereinheit 22 zum Steuern der Leistungs­ abgabe des Elektromotors 10 gemäß dem somit gesetzten Zielwert für die Motorleistungsabgabe sowie eine Motorstromerfassungseinheit 23 zum Erfassen und Rückkoppeln des durch den Elektromotor 10 geleiteten Stroms. Das Übermäßige-Lenkmoment-Steuersegment umfaßt eine Stra­ ßenzustandserfassungseinheit 24 zum Erfassen des Reibungskoeffizienten µ zwischen der Straßenoberfläche und den Laufrädern (Straßenrädern) und umfaßt ferner eine Zusatzlenkmoment-Berechnungseinheit 25 zum Be­ stimmen des Zusatzlenkmoments, das auf das Lenkrad 1 gemäß den Ausgaben µ und θs von der Straßenzustandserfassungseinheit 24 und dem Lenkwinkelsensor 12 ausgeübt werden sollte. Bei dieser Ausführungsform wird das Ausgangssignal der Zusatzlenkmoment-Berechnungseinheit 25 von dem Ausgangssignal der Hilfslenkmoment-Berechnungseinheit 21 abgezogen.

In der Ausgangsleitung der Zusatzlenkmoment-Berechnungseinheit 25 ist ein Gatter 27 vorgesehen, um wahlweise die Ausgangsleitung der Zu­ satzlenkmoment-Berechnungseinheit 25 gemäß dem Zustand der Ausgabe von einer Gegenlenkbestimmungseinheit 26 zu unterbrechen, die - wie hiernach beschrieben - aus dem Lenkwinkel θs das Vorliegen eines Gegen­ lenkzustands bestimmt.

Im folgenden wird ein Verfahren zum Bestimmen bzw. Abschätzen des Straßenreibungskoeffizienten µ in der Straßenzustandserfassungseinheit 24 beschrieben. Die seitliche Führungskraft Cp eines Reifens kann derart ausgedrückt werden, wie es im folgenden gemäß der Gleichung nach Fiala (eine Näherung zweiter Ordnung) angegeben ist:

Cp = K(1-0,0166K/µL)

wobei K die Kurvenfahrsteifheit (cornering stiffness), µ der Straßenrei­ bungskoeffizient und L die Radlast ist.

Da mit anderen Worten die Reifenseitenführungskraft (tire cornering power) Cp mit einer Abnahme des Reibungskoeffizienten µ kleiner wird (siehe Fig. 3), nimmt die Zahnstangenrückwirkung (Zahnstangenreaktion, Zahn­ stangengegenkraft), die das Zahnstangen- und Ritzelgetriebesystem von der Straßenoberfläche für einen gegebenen Lenkwinkel empfängt, mit einer Reduktion des Straßenreibungskoeffizienten µ ab, da die Zahnstangenrück­ wirkung proportional zum Moment verursacht durch die Seitenführungs­ kraft um den faktischen (virtuellen) Lenkzapfen ist. Deshalb ist es durch tatsächliches Messen des Lenkwinkels und der Zahnstangenrückwirkung und Vergleichen der tatsächlichen Zahnstangenrückwirkung für einen gegebenen Lenkwinkel mit einer Referenz-Zahnstangen-Rückwirkung möglich, den Straßenreibungskoeffizienten µ zu ermitteln.

Die tatsächlich gemessene Zahnstangenrückwirkung Frc oder die Straßen­ rückwirkung kann aus dem Lenkmoment T, der Motorspannung Vm und dem Motorstrom Im wie im folgenden beschrieben bestimmt werden. Als erstes kann das Ausgangsmoment Tm des Elektromotors zum Liefern des Hilfslenkmoments im elektrischen Kraftlenksystem durch die folgende Gleichung angegeben werden:

Tm = Kt·Im-Jm·θm′′-Cm·θm′ ± Tf

wobei Kt eine Motormomentkonstante, Im der Motorstrom, Jm das Träg­ heitsmoment des Rotors des Elektromotors, θm′ die Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors, θm′′ die Winkelbeschleunigung des Elektromotors, Cm ein Dämpfkoeffizient des Elektromotors und Tf ein Reibungsmoment ist.

Der Dämpfungskoeffizient, das Trägheitsmoment und der Reibungswider­ stand in Bezug auf die Bewegung der Zahnstange und der Reibungswider­ stand gegen die Bewegung des Motors können vernachlässigt werden, da sie klein sind. Das Kräftegleichgewicht für die Zahnstange kann dann durch die folgende Gleichung approximiert werden:

Fr = Fs + Fm
= Ts/rp + N(Kt·Im-Jm·θm′′-Cm·θm′)

wobei Fr die Zahnstangenrückwirkung von der Straßenoberfläche, Fs die von dem Ritzel ausgeübte Zahnstangenaxialkraft, Fm die durch den Motor ausgeübte Zahnstangenaxialkraft, Ts das tatsächlich auf die Lenkwelle ausgeübte Lenkmoment, rp der Ritzelradius und N das Übersetzungs­ verhältnis für die Motorleistungsabgabe ist.

Die Winkelgeschwindigkeit des Motors θm′ kann entweder durch Differen­ zieren des Lenkradwinkels θs oder durch Anwenden der folgenden Glei­ chung auf die durch den Motor erzeugte elektromotorische Kraft gefunden werden:

θm′ = (Vm-Im·Rm)/Km

wobei Vm die Spannung über den Motor, Rm der elektrische Widerstand des Motors und Km eine Induktionsspannungskonstante des Elektromotors ist.

Präzise gesagt sind die Winkelgeschwindigkeit des Motors θm′ und die Winkelgeschwindigkeit des Lenkrads θs′ nicht identisch. Die Winkel­ geschwindigkeit des Motors θm′ kann gemäß der folgenden Gleichung aus der Winkelgeschwindigkeit des Lenkrads θs′, die durch Differenzieren des Lenkradwinkels θs erhalten wird, berechnet werden:

θm′ = θs′-T′/Ks

wobei Ks eine Federkonstante des Momentsensors und T′ der differenzierte Wert des Lenkmoments ist.

Die Winkelbeschleunigung des Motors θm′′ kann erhalten werden durch Differenzieren der Winkelgeschwindigkeit des Motors θm′.

Das interne Modell zum Erzeugen des Referenzwerts für die Zahnstan­ genrückwirkung ist derart bestimmt, wie im folgenden beschrieben ist. Es wird auf Fig. 4 Bezug genommen. Der Lenkwinkel θs, der durch das Lenkrad 1 gegeben ist, wird in einen gewissen Hub der Zahnstange 8 gemäß eines Übersetzungsverhältnisses zwischen der Zahnstangenverzah­ nung 8a und dem Ritzel 4 umgewandelt. In Antwort auf den Hub der Zahnstange 8 wird ein Seitenschlupfwinkel der Vorderräder Φs erzeugt. Die Übertragungsfunktion Gβ(s) des Vorderrad-Seitenschlupfwinkels Φs be­ züglich des Hubs der Zahnstange 8 ändert sich mit einer Änderung in einem Stabilitätsfaktor, die aus einer Änderung im Straßenreibungskoeffi­ zienten µ resultiert.

Bei einer Multiplikation des Vorderrad-Seitenschlupfwinkels Φs mit der Seitenführungskraft Tp und dem Nachlauf ξ (Caster-Nachlauf + Pneuma­ tiknachlauf) erhält man ein Moment um den Lenkzapfen (Achsschenkelbol­ zen). Die Seitenführungskraft Cp und der Nachlauf ξ hängen von dem Straßenreibungskoeffizienten µ und der Radkontaktlast L ab. Eine Division des Moments um den Lenkzapfen durch den Abstand zwischen dem Schwenkzentrum des Rads und dem Zentrum der Zahnstange oder durch die Spurhebellänge rk ergibt eine Modell-Zahnstangenrückwirkung Frm.

Aus der obigen Beschreibung kann ersehen werden, daß die Reaktion bzw. Antwort der Modell-Zahnstangenrückwirkung Frm auf den Lenkradwinkel θs durch eine einzige Übertragungsfunktion Gf(s) repräsentiert werden kann, die entweder aus verschiedenen Spezifikationen des Fahrzeugs berechnet werden kann oder durch eine Messung des tatsächlichen Verhal­ tens des Fahrzeugs identifiziert werden kann.

Die Zunahmen der tatsächlichen und der Modell-Zahnstangenrückwirkung Frc und Frm für eine gegebene Zunahme des Lenkradwinkels θs werden gemäß der tatsächlichen Zahnstangenrückwirkung Frc und der wie oben beschrieben (siehe Fig. 5) erhaltenen Modell-Zahnstangenrückwirkung Frm erhalten, und der Straßenreibungskoeffizient µ kann ermittelt werden durch Entnahme aus einem vordefinierten Kennfeld zum Bestimmen der Straßenreibung gemäß dem Verhältnis ΔFrc/ΔFrm des tatsächlichen Zahn­ stangenzunahmeverhältnisses ΔFrc/Δθs zum Modellzahnstangenzunahme­ verhältnis ΔFrm/Δθs in einem Lenkwinkelbereich, in dem die Fahrzeugre­ aktion durch eine lineare Gleichung (siehe Fig. 6) approximiert werden kann. Die tatsächliche Zahnstangenrückwirkung kann auch direkt gemes­ sen werden, indem ein Kraftsensor wie etwa eine Lastzelle an einer ge­ eigneten Stelle des Spurhebels (knuckle arm) 7, der Spurstange (tie rod) 5 oder der Zahnstange 8 (rack shaft) vorgesehen wird.

Die Funktionsweise dieser Ausführungsform wird nun im folgenden mit Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben. Als erstes wird der Straßenreibungs­ koeffizient µ durch die Straßenzustandserfassungseinheit 24 gemessen, und es wird ein maximal zulässiger Lenkwinkel θmax für den momentanen Straßenreibungskoeffizienten µ aus einem Kennfeld 31 bestimmt, das die Beziehung zwischen diesen definiert. Das Verhältnis des momentanen oder tatsächlichen Lenkwinkels θs, der durch den Lenkwinkelsensor 12 gemes­ sen wird, zum maximal zulässigen Lenkwinkel θmax wird durch eine Arithmetikeinheit 32 berechnet, und ein entsprechendes Zusatzlenkmoment (Zusatzlenkdrehmoment) C wird aus einem Zusatzlenkmomentkennfeld 34 entnommen, das das Zusatzlenkmoment bzw. die Zusatzreaktion für jedes Lenkwinkelverhältnis θs/θmax angibt, wobei die Lenkwinkelgeschwindigkeit θs′ berücksichtigt wird, die durch Verarbeitung des Ausgangssignals θs vom Lenkwinkelsensor 12 mit einem Differentiator 33 erhalten wird. Dieses Zusatzmoment wird durch die Hilfslenkmoment-Berechnungseinheit 21 des Hilfslenkmomentsteuersegments des Systems aus dem Zielhilfslenkmoment abgeleitet. Wenn das Hilfslenkmoment auf diese Art und Weise reduziert wird, kann der Fahrzeugfahrer eine Zunahme in der zum Drehen des Lenkrads 1 benötigten Kraft merken und wird darin gehindert, übermäßig zu lenken, so daß das Fahrzeug richtig gesteuert werden kann, selbst auf rutschigen Straßenoberflächen.

Wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit θs′ hoch ist, wird die Lenkenergie aufgrund der Trägheit des Lenksystems so groß, daß die normale Zu­ satzlenkmomentsteuerung im Hinblick auf ein übermäßiges Lenken (bzw. für die Kontrolle/Steuerung übermäßigen Lenkens) nicht angemessen sein mag. Deshalb wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Größe des Zusatzlenkmoments für ein gegebenes Lenkwinkelverhältnis θs/θmax abhängig von der Lenkwinkelgeschwindigkeit θs′ gemacht. Im allgemeinen wird das Zusatzlenkmoment vergrößert, wenn die Lenkwinkelgeschwindig­ keit θs′ zunimmt, um den Widerstand gegen die Lenkbemühung zu ver­ größern. Somit wird die zum Drehen des Lenkrads benötigte Kraft (die erforderliche Anstrengung) richtig durch das Zusatzlenkmoment gesteuert, so daß die Lenkstabilität des Fahrzeugs ungeachtet der Drehgeschwindig­ keit des Lenkrads gewährleistet werden kann. Mit anderen Worten kann der Fahrzeugfahrer ungeachtet der Lenkgeschwindigkeit den Lenkwider­ stand, den er erfährt, merken und hierdurch richtig geleitet werden, da das Lenkhilfsmoment gesteuert wird, wobei sowohl der Straßenoberflächen­ zustand als auch die Lenkgeschwindigkeit berücksichtigt werden.

Wenn ein Fahrzeug eine Kurve auf einer schlüpfrigen (glatten) Straßen­ oberfläche mit einer übermäßigen Geschwindigkeit fährt, neigen die Hinterräder dazu, zur Seite zu rutschen (zu schlupfen), was zur Folge hat, daß das Fahrzeug stärker als durch den Fahrzeugfahrer beabsichtigt dreht (wendet). Unter einer derartigen Bedingung ist es notwendig, daß der Fahrzeugfahrer das Fahrzeug in die entgegengesetzte Richtung oder nach außen in bezug auf den Wendekreis lenkt, bis sich das Rutschen der Hinterräder legt. Dies wird ein Gegenlenkmanöver genannt. Wenn der Gegenlenkzustand eintritt, entsteht eine gewisse Diskrepanz zwischen dem Lenkwinkel und dem Seitenschlupfwinkel der Vorderräder, so daß die Zusatzlenkmoment-Berechnungseinheit 25 ein Ausgangssignal erzeugen mag, das den Fahrzeugfahrer in seinem Versuch, die Gegenlenkaktion durchzuführen, beträchtlich hindert. Deshalb bestimmt bei dieser Aus­ führungsform die Gegenlenkzustandsbestimmungseinheit 26 gemäß der Beziehung zwischen dem Lenkwinkel und der Lenkwinkelgeschwindigkeit, ob ein Gegenlenkzustand hervorgerufen wurde oder nicht und verhindert, daß das Zusatzlenkmoment auf das Lenkhilfsmoment angewendet wird, wenn ein Gegenlenkzustand erfaßt wird.

Der Steuerungsprozeß für die Bestimmung eines Gegenlenkzustands wird im folgenden mit Bezugnahme auf das Flußdiagramm der Fig. 8 beschrie­ ben. Der momentane Lenkwinkel θs und die momentane Lenkwinkel­ geschwindigkeit θs′ werden gelesen (Schritt 1), und der Absolutwert des Lenkwinkels wird mit einem Überwachungspunktwinkel θm (der zum Beispiel ± 10° weg von der Neutralposition entfernt sein kann) verglichen, an welchem eine Überprüfung, ob ein Gegenlenkzustand vorliegt, durch­ geführt werden sollte (Schritt 2). Dieser Winkel θm wird ausreichend klein gewählt, so daß die Unterbrechung des Zusatzlenkmoments nur dann auftreten kann, wenn der Lenkwinkel ausreichend klein und damit das Zusatzlenkmoment klein ist. Dieser Winkel wird ferner derart gewählt, daß er ausreichend groß ist, so daß eine leichte Hin- und Zurückdrehbewegung des Lenkrads nicht mit einer tatsächlichen Gegenlenkaktion verwechselt werden kann. Wenn der Lenkwinkel den Überwachungspunktwinkel passiert, werden somit die Werte (Vorzeichen) des vorangehenden Lenk­ winkels und der Lenkwinkelgeschwindigkeit aktualisiert (Schritt 3) und werden ferner die Werte des momentanen Lenkwinkels und der Lenkwin­ kelgeschwindigkeit aktualisiert (Schritt 4). Diese Werte werden in zu­ geordneten Speicherbereichen gespeichert (Schritt 5). Falls der Lenkwinkel nicht den Überwachungspunktwinkel in Schritt 2 passiert, schreitet der Programmfluß zu Schritt 9 weiter.

Selbst wenn das Lenkrad schnell gedreht wird, braucht die Funktion des Übermäßiges-Lenken-Steuerungssegments des Systems nicht unterbrochen werden, solange die Drehbewegung des Lenkrads in der Nähe der Neutral­ position startete, da die normale Beziehung zwischen dem Lenkwinkel und dem Seitenschlupfwinkel der Vorderräder gilt. Aus diesem Grund ist es notwendig, ein schnelles, von der Neutralposition ausgehendes Lenken von einer tatsächlichen Gegenlenkaktion zu unterscheiden. Dies kann bewerk­ stelligt werden, indem die Vorzeichen der momentanen und vorangehenden Werte des Lenkwinkels und der Lenkwinkelgeschwindigkeit verglichen werden (Schritt 6).

Wenn eine Gegenlenkaktion durchgeführt wird, ändert sich die Lenk­ richtung oder das Vorzeichen des Lenkwinkels vom vorangehenden zum momentanen Wert, oder es gilt:

Vorzeichen (θn) ± Vorzeichen (θn-1).

Ferner stimmen alle Vorzeichen der Werte des momentanen Lenkwinkels, der momentanen Lenkwinkelgeschwindigkeit und der vorangehenden Lenkwinkelgeschwindigkeit miteinander überein, oder es gilt

Vorzeichen (θn) = Vorzeichen (θn′) = Vorzeichen (θ′n-1).

Es kann somit ein Gegenlenkzustand von einem schnellen Lenken aus der Neutralposition unterschieden werden, indem bestimmt wird, ob diese Bedingungen erfüllt sind. Falls diese Bedingungen erfüllt sind, schreitet der Programmfluß zu Schritt 7 fort. Andernfalls wird der Programmfluß erneut durchlaufen.

Da die Lenkgeschwindigkeit während einer Gegenlenkaktion beträchtlich höher als die Lenkgeschwindigkeit während einer normalen Lenkaktion ist, wird der absolute Wert der momentanen Lenkwinkelgeschwindigkeit θn′ mit einem Schwellenwert der Lenkwinkelgeschwindigkeit θth′ verglichen (Schritt 7). Falls die momentane Lenkwinkelgeschwindigkeit den Schwel­ lenwert überschreitet, wird bestimmt, daß ein Gegenlenkzustand vorliegt und wird durch das Gatter 27 das Ausgangssignal von der Zusatzlenkmo­ ment-Berechnungseinheit 25 unterbrochen (Schritt 8). Falls die momentane Lenkwinkelgeschwindigkeit unter den Schwellenwert in Schritt 7 fällt, wird der Programmfluß erneut durchlaufen.

Es ist im allgemeinen schwierig zu bestimmen, wann eine Gegenlenkaktion endet. Da allerdings das Übermäßiges-Lenken-Steuerungssegment des Systems für seine Funktion auf dem Lenkwinkel beruht, reicht es aus, wenn die Steuerungsaktion jedesmal erneut ausgewertet wird, wenn der Lenkwinkel die Neutralposition überfährt. Wenn das Überfahren des Nullpunkts durch den Lenkwinkel in Schritt 9 erfaßt wird, wird somit in Schritt 10 der Prozeß des Erfassens eines Gegenlenkzustands zurückge­ setzt oder erneuert. Der nachfolgende Prozeß der Erfassung eines Gegen­ lenkzustands wird wiederaufgenommen, wenn der momentane Lenkwinkel wieder den Überwachungspunkt überfährt. Alternativ kann das Rücksetzen des Prozesses des Erfassens eines Gegenlenkzustands auch stattfinden, sobald der Lenkwinkel unter das Niveau des Überwachungspunkts oder eines zwischen dem Überwachungspunktniveau und Null definierten Werts fällt.

Obwohl die vorliegende Erfindung bezüglich einer speziellen Ausführungs­ form der Erfindung beschrieben wurde, ist es möglich, Einzelheiten davon zu modifizieren und zu ändern, ohne von dem Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Es wird eine Gegenlenkzustandserfassungsvorrichtung bereitgestellt, die geeignet ist, in Kombination mit Lenksteuersystemen beruhend auf der Steuerung der Größe der durch den Fahrzeugfahrer aufzubringenden Anstrengung, das Fahrzeug in Abhängigkeit vom Verhalten des Fahrzeugs zu lenken, verwendet werden kann. Ein Gegenlenkzustand (bzw. ein Übersteuerungszustand) kann erfaßt werden, indem die Vorzeichen der momentanen und vorangehenden Werte des Lenkwinkels und der Lenkwin­ kelgeschwindigkeit sowie die Größe der Lenkwinkelgeschwindigkeit ausge­ wertet werden, wenn der Lenkwinkel ein gewisses Überwachungsniveau passiert.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Erfassen eines Gegenlenkzustands eines Fahrzeugs, umfassend:
einen Lenkwinkelsensor (12) zum Messen eines Lenkwinkels (θs);
ein Lenkwinkelgeschwindigkeitserfassungsmittel zum Messen einer Lenkwinkelgeschwindigkeit (θs′);
ein Speichermittel zum Speichern wenigstens der Vorzeichen von momentanen und früheren Werten des Lenkwinkels und der Lenk­ winkelgeschwindigkeit;
ein Mittel zum Vergleichen der momentanen Lenkwinkelgeschwindig­ keit mit einem vorbestimmten Schwellenwert; und
eine Steuereinheit (26), die ein Signal zum Angeben eines Gegen­ lenkzustands erzeugt, wenn die Vorzeichen eines momentanen und eines früheren Werts des Lenkwinkels unterschiedlich sind, die Vorzeichen des momentanen Werts des Lenkwinkels sowie eines momentanen und eines früheren Werts der Lenkwinkelgeschwindig­ keit übereinstimmen und der momentane Wert der Lenkwinkel­ geschwindigkeit größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkwinkel und die Lenkwinkelgeschwindigkeit gemessen werden, wenn der absolute Wert des Lenkwinkels gleich einem gewissen Überwachungspunktniveau ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Überwachungspunktniveau auf einen beträchtlich kleinen Wert gesetzt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Überwachungspunktniveau 10° oder kleiner beträgt.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Außerfunktionsetzen eines Lenksteuersystems (13) verwendet wird, das eine erforderliche Anstrengung durch einen Fahrzeugfahrer zum Lenken des Fahrzeugs gemäß einem Verhalten des Fahrzeugs steuert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhalten des Fahrzeugs derart definiert ist, daß die Lenkanstren­ gung zunimmt, wenn sich der Lenkwinkel einem Grenzlenkwinkel nähert, jenseits dessen ein Seitenschlupfwinkel von lenkbaren Straßenrädern des Fahrzeugs einen vorgegebenen Grenzwert über­ schreitet.

7. Lenksteuersystem für ein Fahrzeug, umfassend eine Kraftlenkein­ richtung zum Bereitstellen eines Hilfslenkmoments, durch das eine durch einen Fahrer aufzubringende Lenkkraft reduziert wird, sowie eine Einrichtung zum Bestimmen eine Gegenlenkzustands auf Grundlage von Lenkwinkel und Lenkwinkelgeschwindigkeit, um das Hilfslenkmoment in Abhängigkeit von der Bestimmung, ob ein Ge­ genlenkzustand vorliegt, festzusetzen, die Einrichtung zum Bestim­ men eine Gegenlenkzustands insbesondere mit den Merkmalen wenigstens eines der vorangehenden Ansprüche.

8. Verfahren zum Erfassen eines Gegenlenkzustands eines Fahrzeugs, bei dem ein Lenkwinkel und eine Lenkwinkelgeschwindigkeit erfaßt werden (Fig. 8; Schritt 1) und bei dem zum Bestimmen, ob ein Gegenlenkzustands vorliegt, die Vorzeichen des Lenkwinkels und der Lenkwinkelgeschwindigkeit ausgewertet werden (Schritt 6).

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erfaßte Lenkwinkelgeschwindigkeit mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen wird (Schritt 7).