DE3623479A1

DE3623479A1 - Lenkhilfeeinrichtung fuer radfahrzeuge

Info

Publication number: DE3623479A1
Application number: DE19863623479
Authority: DE
Inventors: Taketoshi Kawabe; Ken Ito
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-07-12
Filing date: 1986-07-11
Publication date: 1987-01-22
Also published as: DE3623479C2; US4706979A

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkhilfeeinrichtung zur Steuerung einer oder mehrerer Fahrzeugbewegungsvariablen, um ein vorgeschriebenes Fahrzeugverhalten durch Verändern einer Stellgröße einer Lenkvorrichtung zu erreichen, sowie eine Lenkhilfevorrichtung mit einer inneren Rückkopplungsschleife.

Die Möglichkeiten der Verbesserung des Lenkverhaltens eines konventionellen, mit zwei Rädern gesteuerten Fahrzeuges (bei dem nur die Vorderräder durch Winkelverstellung eines Lenkrades gesteuert werden) sind aufgrund der Natur des zweiradgesteuerten Fahrzeuges begrenzt.

Ein konventionelles Beispiel eines Lenksystems für ein vierradgesteuertes Fahrzeug ist in "Gakujutsu Kenkai Maezurish 842058" (Seite 307 - 310) dargelegt und in "Society of Automotive Engineers of Japan 1984" veröffentlicht. Das Steuersystem dieses Beispiels ändert den Lenkwinkel der Hinterräder, indem es den Istwert der Giergeschwindikgiet mit einem Giergeschwindigkeitsfühler ermittelt und den ermittelten Wert der Giergeschwindigkeit so zurückführt, daß ein stabiler Versatzwinkel bei Null aufrecht erhalten wird.

Diese Vorrichtung erfordert einen Fühler zur Ermittlung einer Fahrzeugbewegungsvariablen, wie die Giergeschwindigkeit, so daß die Kosten und die Genauigkeit eines Fühlers für eine solche Bewegungsvariable erheblich sind. Der Nachteil wird noch größer, wenn die Vorrichtung eine Vielzahl von Fühlern für die Fahrzeugbewegungsvariablen erfordert. Außerdem ist infolge von Fahrzeugschwingungen dem Fühlersignal ein Störgeräusch überlagert und die Verzögerung in der Rückkopplungsschleife vergrößert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrzeuglenkhilfeeinrichtung zur Steuerung einer Fahrzeugbewegungsvariablen zu schaffen, die keine Fühler benötigt, um die gesteuerte Fahrzeugbewegungsvariable abzutasten.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Lenkhilfeeinrichtung für ein gesteuertes Fahrzeug nach der Erfindung, das mindestens ein erstes Rad, wie z. B. Vorderräder, und mindestens ein zweites Rad, wie z. B. Hinterräder, besitzt, enthält eine Lenkeingangseinrichtung, Betätigungseinrichtungen und Steuereinrichtungen. Die Lenkeingangseinrichtung bestimmt eine Lenkeingangsgröße, wie etwa den Lenkradwinkel des gesteuerten Fahrzeuges. Die Betätigungseinrichtung steuert das Fahrzeug, indem es eine vorher festgelegte Stellgröße, wie etwa einen zweiten Radsteuerwinkel verändert. Die Steuereinrichtung erzeugt ein Steuersignal, um die Betätigungseinrichtung gemäß der Lenkeingangsgröße anzuweisen. Die Steuereinrichtung enthält eine erste Referenzeinrichtung, eine Bewertungseinrichtung für die Istbewegungsvariable, eine erste Vergleichseinrichtung und eine Einrichtung zur Festlegung der Zielstellgröße. Die erste Referenzeinrichtung bestimmt einen Sollwert einer vorher festgelegten ersten Fahrzeugbewegungsvariablen gemäß einem ersten Sollfahrzeugmodell, das ein erstes Sollfahrzeug darstellt. Die Bewertungseinrichtung für die Istbewertung bestimmt einen Schätzwert für die erste Bewegungsvariable entsprechend der Lenkeingangsgröße gemäß einem Istfahrzeugmodell, das das gesteuerte Fahrzeug darstellt. Die erste Vergleichseinrichtung vergleicht die Sollwerte und die Schätzwerte der ersten Bewegungsvariablen. Die Einrichtung zur Festlegung der Zielgröße ändert die Stellgröße, indem sie ein Steuersignal abgibt, das den Zielwert der Stellgröße darstellt, um die Differenz zwischen den Sollwerten und den Schätzwerten der ersten Bewegungsvariablen zu verkleinern.

Die Steuervorrichtung kann ferner Fühler zur Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit des gesteuerten Fahrzeugs enthalten. In diesem Fall bestimmt die erste Referenzschaltung den Sollwert entsprechend der Lenkeingangsgröße und der Fahrgeschwindigkeit und die Bewegungsschaltung für die Istbewegung bestimmt den Schätzwert entsprechend der Lenkeingangsgröße und der Fahrgeschwindigkeit.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigen:

Fig. 1 eine Steuervorrichtung einer ersten oder zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Steuerung der ersten Ausführungsform

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Steuerung der zweiten Ausführungsform und

Fig. 4A bis 4D Diagramme von Charakteristiken eines Fahrzeuges, das mit Hilfe der Steuervorrichtung der zweiten Ausführungsform gesteuert wurde.

Eine erste Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein gesteuertes Fahrzeug, das mit einer Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ausgestattet ist. Ein Prozeßrechner 1 besteht aus einem Mikrocomputer oder einer anderen elektrischen Schaltung. Der Prozeßrechner 1 erhält einen Lenkradwinkel R _s von einem Lenkrad 8 über einen Lenkradwinkelfühler 2 und eine Fahrgeschwindigkeit V des gesteuerten Fahrzeuges über einen Fahrgeschwindigkeitsfühler 3 und liefert mittels mathematischer Operationen einen Sollwert des Steuerwinkels δ _R für die Hinterräder.

Die Vorderräder 9 und 10 des gesteuerten Fahrzeuges dieser Ausführungsform werden mit einer herkömmlichen mechanischen Lenkung 6 gesteuert, so daß ein Steuerwinkel der Vorderräder gleich einem Wert ist, der der Winkelauslenkung des Lenkrades 8 entspricht.

Die Hinterräder 11 und 12 werden von einer hydraulischen Lenkvorrichtung 7 geführt, die von einem Lenkregler für die Hinterräder 5 angesteuert werden. Der Lenkregler für die Hinterräder 5 steuert die Hydraulikvorrichtung 7 durch Verändern des Druckes der der Hydraulikvorrichtung 7 zugeführten Flüssigkeit gemäß dem Sollwert des Hinterradsteuerwinkel δ _R, der vom Prozeßrechner kommt. (Der Lenkregler 5 und die Hydraulikvorrichtung 7 sind detailliert dargelegt in IP-OS Nr. 59-1 88 153, in einer früheren gemeinsamen Bearbeitung US-OS Nr. 7 73 650 vom 9. September 1985 und in einer GE-OS Nr. 35 32 247 vom 20. März 1986, die alle miteinander artverwandt sind. Die Darstellung dieser Dokumente ist durch Bezugnahme hier eingearbeitet).

Fig. 2 zeigt eine Steuerung, die im Prozeßrechner 1 der ersten Ausführungsform ausgeführt ist.

Eine Referenzteil 21 bestimmt einen Sollwert der Giergeschwindigkeit ϕ entsprechend dem Lenkradwinkel ϕ _s und der Fahrzeuggeschwindigkeit V mittels mathematischer Operationen gemäß einem vorher festgelegten Sollfahrzeugmodell, das ein Sollfahrzeug mit Sollkurvencharakteristik darstellt.

Das Sollfahrzeugmodell ist ein Simulationsmodell, bei dem die Sollcharakteristik und die Fahrzeugparameter eines simulierten Fahrzeuges als mathematische Verhältnisse (oder Operationsschaltkreise) und Konstanten (oder Schaltkreiskonstanten) angesehen werden. Wenn das Sollfahrzeugmodell den Lenkradwinkel R _s und die Fahrzeuggeschwindigkeit V erhält, sieht es einen Wert einer Fahrzeugbewegungsvariablen vor, die von dem Sollfahrzeug geliefert wird. Bei dieser Ausführungsform bestimmt der Teil 21 den Wert der Giergeschwindigkeit des Sollfahrzeuges unter Verwendung des Sollfahrzeugmodells und liefert den auf diese Weise bestimmten Wert als den Sollwert der Giergeschwindigkeit ϕ.

Der Sollwert der Giergeschwindigkeit ϕ wird unter Verwendung der folgenden Gleichungen bestimmt:

Hier ist
δ _F1 = Steuerwinkel der Vorderräder des Sollfahrzeugmodells. (In dieser Ausführungsform ist das Sollfahrzeug ein Fahrzeug mit Zweiräderlenkung),
ϕ ₁ = Giergeschwindigkeit des Sollfahrzeugmodells,
ϕ ₁ = Gierbeschleunigung des Sollfahrzeugmodells,
₁ = Seitgleitgeschwindigkeit des Sollfahrzeugmodells,
₁ = Seitgleitbeschleunigung des Sollfahrzeugmodells,
β _F1 = Seitgleitwinkel der Vorderräder des Sollfahrzeugmodells,
β _R1 = Seitgleitwinkel der Hinterräder des Sollfahrzeugmodells,
C _F1 = Kurvenkraft jedes der Vorderräder des Sollfahrzeugmodells,
C _R1 = Kurvenkraft jedes der Hinterräder des Sollfahrzeugmodells.

Jede dieser Variablen wird beim Lösen dieser Gleichungen als eine zeitabhängige Variable behandelt.

In dieser Ausführungsform lauten die Fahrzeugparameter des Sollfahrzeugmodells folgendermaßen:
I _Z1 = Gierträgheitsmoment des Sollfahrzeugmodells,
M ₁ = Fahrzeugmasse des Sollfahrzeugmodells,
L ₁ = Radstand des Sollfahrzeugmodells,
L _F1 = Abstand der Vorderachse vom Schwerpunkt des Sollfahrzeugmodells,
L _R1 = Abstand der Hinterachse vom Schwerpunkt des Sollfahrzeugmodells,
I _K1 = Trägheitsmoment über einem Achsschenkelbolzen des Sollfahrzeugmodells,
K _S1 = Lenkungssteife des Sollfahrzeugmodells,
D _K1 = Viskositätskoeffizient des Lenksystems des Sollfahrzeugmodells,
ξ ₁ = Spur des Sollfahrzeugmodells,
N ₁ = Gesamtsteuerverhältnis (Getriebe) des Sollfahrzeugmodells,
K _F1 = Kurvenleistung jedes der Vorderräder des Sollfahrzeugmodells,
K _R1 = Kurvenleistung jedes der Hinterräder des Sollfahrzeugmodells,

Alle Fahrzeugparameter werden beim Lösen der Gleichungen (1) bis (8) als Konstanten behandelt.

Der von Teil 21 bestimmte Sollwert der Giergeschwindigkeit ϕ wird in eine Subtraktionsteil 22 eingegeben, das die Differenz (ϕ - ϕ*) zwischen dem Sollwert der Giergeschindigkeit ϕ und dem Schätzwert der Giergeschwindigkeit ϕ*, der von Teil 24 aus einer Istbewegungsvariablen abgeschätzt wird, bestimmt.

Der Ausgang des Subtraktionsteils 22 wird in ein Steuerteil 23 eingegeben, das die Differenz (ϕ - ϕ*) mit einer Konstanten K multipliziert. Das Teil 23 gibt das Produkt K (ϕ - ϕ*) als den Sollwert des Hinterradsteuerwinkel δ _R an den Lenkregler für die Hinterräder 5 weiter.

Als Antwort auf das Signal von Teil 23 ändert der Lenkregler 5 den Iststeuerwinkel des Hinterrades des gesteuerten Fahrzeugs, indem er einen dem Sollwert des Hinterradesteuerwinkels δ _R proportionalen Flüssigkeitsdruck dem Hydraulikteil 7 zuführt.

Das Teil 24 zur Abschätzung der Istbewegungsvariablen erhält den Sollwert des Hinterradsteuerwinkels δ _R aus Teil 23, schätzt einen Wert für die Giergeschwindigkeit des gesteuerten Fahrzeuges entsprechend dem Sollwert des Hinterradsteuerwinkels δ _R durch mathematische Operationen ab und gibt als Ergebnis der mathematischen Operationen den Schätzwert der Giergeschwindigkeit ϕ* aus.

Der Schätzwert der Giergeschwindigkeit ϕ* wird in Übereinstimmung mit einem Istfahrzeugmodell bestimmt, das das mit der Steuervorrichtung dieser Ausführungsform gesteuerte Fahrzeug repräsentiert. Das Istfahrzeugmodell wird durch eine oder mehrere Gleichungen beschrieben, die die Charakteristik des gesteuerten Fahrzeuges und die Fahrzeugparameter des gesteuerten Fahrzeuges ausdrücken. Die Fahrzeugparameter des gesteuerten Fahrzeugs werden z. B. den festgestellten Werten gleichgesetzt, wenn das Fahrzeug verladen wird. Bei dieser Ausführungsform werden die folgenden Gleichungen zur Bestimmung des Schätzwertes der Giergeschwindigkeit ϕ* verwendet:

In den Gleichungen (9) bis (16) bedeuten:
V*_y = Schätzwert der Seitgleitgeschwindigkeit des Istfahrzeugmodells,
Δ t = Intervalldauer der Operationszyklen,
β _F = Seitgleitwinkel der Vorderräder des Istfahrzeugmodells,
β _R = Seitgleitwinkel der Hinterräder des Istfahrzeugmodells,
C _F = Kurvenkraft jedes der Vorderräder des Istfahrzeugmodells und
C _R = Kurvenkraft jedes der Hinterräder des Istfahrzeugmodells,

In den Gleichungen (9) bis (16) werden die folgenden Fahrzeugparameter benutzt:
L _F = Abstand der Vorderachse vom Schwerpunkt des Istfahrzeugmodells,
L _R = Abstand der Hinterachse vom Schwerpunkt des Istfahrzeugmodells,
M = Fahrzeugmasse des Istfahrzeugmodells,
N = Gesamtsteuerverhältnis (Getriebe) des Istfahrzeugmodells,
I _Z = Gierträgheitsmoment des Istfahrzeugmodells,
eK _F = Äquivalente Vorderradkurvenleistung des Istfahrzeugmodells (bei der die Steuersteife berücksichtigt wurde) und
K _R = Hinterradkurvenleistung des Istfahrzeugmodells.

Der Schätzwert der Giergeschwindikeit ϕ*, der von Teil 24 bestimmt wird, wird als negative Rückkopplungsgröße für die Proportionalsteuerung durch den Substrahierer 22 und Teil 23 benutzt.

Das Steuersystem setzt daher die Lenkung der Hinterräder 11 und 12 fort, indem es den Sollwert des Hinterradsteuerwinkels ausgibt, bis der Schätzwert der Giergeschwindigkeit ϕ* des gesteuerten Fahrzeuges gleich dem Sollwert der Giergeschwindigkeit ϕ wird. Wenn die Differenz (ϕ - ϕ*) zu Null geworden ist, beendet die Steuervorrichtung die Steuerung der Hinterräder. Auf diese Weise gleicht die Steuervorrichtung dieser Ausführungsform den Istwert der Giergeschwindigkeit des gesteuerten Fahrzeuges an den Sollwert der Giergeschwindigkeit ϕ an und macht die dynamischen Kennwerte des gesteuerten Fahrzeuges gleich denen des Sollfahrzeuges.

Die Steuervorrichtung dieser Ausführungsform führt den Schätzwert der Giergeschwindigkeit des gesteuerten Fahrzeuges in einer sogenannten inneren Rückkopplung zurück, anstatt den Istwert durch einen Fühler, z. B. einen Giergeschwindigkeitsfühler abzutasten, so daß die Rückführungssteuerung dieser Ausführungsform frei von Störungen und die Genauigkeit im Erreichen der gewünschten dynamischen Kennwerte sehr gut ist.

In der ersten Ausführungsform wird die Giergeschwindigkeit als gesteuerte Variable verwendet. Es ist jedoch freigestellt, irgendeine andere Fahrzeugbewegungsvariable, wie z. B. einen Seitgleitwinkel, zu verwenden. In der ersten Ausführungsform wird der Hinterradsteuerwinkel als Stellgröße verwendet. Die Steuervorrichtung kann auch so ausgeführt werden, daß der Vorderradsteuerwinkel des gesteuerten Fahrzeuges oder der Vorderradsteuerwinkel und der Hinterradsteuerwinkel verändert werden.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 1 und Fig. 3 dargestellt. Fig. 1 gilt für die erste und zweite Ausführungsform gemeinsam. Ein Steuersystem der zweiten Ausführungsform enthält einen Prozeßrechner 1, einen Lenkradwinkelfühler 2, einen Fahrgeschwindigkeitsfühler 3, einen Lenkregler für die Hinterräder 5 und eine Hydraulikeinheit 7 gemäß Fig. 1. Die Steuervorrichtung der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der Steuervorrichtung der ersten Ausführungsform lediglich in den vom Prozeßrechner 1 ausgeführten Steuerbefehlen.

Fig. 3 zeigt die vom Prozeßrechner 1 ausgeführten Funktionen der zweiten Ausführungsform in Form eines Blockschaltbildes.

Eine erste Referenzsektion 121 bestimmt einen Sollwert der Giergeschwindigkeit ϕ entsprechend dem Lenkradwinkel R _s des gesteuerten Fahrzeuges, abgetastet vom Lenkradwinkelfühler 2 und der Fahrgeschwindigkeit V des gesteuerten Fahrzeuges, abgetastet vom Fahrgeschwindigkeitsfühler 3, indem sie mathematische Operationen gemäß einem vorher festgelegten ersten Sollfahrzeugmodell durchführt, das ein erstes Sollfahrzeug repräsentiert. Das erste Sollfahrzeugmodell ist ein Simulationsmodell, in dem die Sollcharakteristiken und Sollfahrzeugparameter durch mathematische Gleichungen (oder Operationsschaltkreise) und Konstanten (oder Schaltkreiskonstanten) ersetzt werden. Das erste Sollfahrzeugmodell erhält den Lenkradwinkel und die Fahrgeschwindigkeit als Eingangsgrößen und liefert die Größe einer Fahrzeugbewegungsvariablen des ersten Sollfahrzeuges aus dem Lenkradwinkel und der Fahrgeschwindigkeit. Bei der zweiten Ausführungsform bestimmt Teil 121 die Größe der Giergeschwindigkeit des ersten Sollfahrzeugmodells und liefert die so bestimmte Größe der Giergeschwindigkeit als den Sollwert der Giergeschwindigkeit ϕ.

Die erste Referenzsektion 121 der zweiten Ausführungsform besitzt folgende Übertragungscharakteristik bzw. -funktion R _β(s):

In Gleichung (21) ist s ein Differentialoperator (Laplace- Operator), G _ϕ(V) ein Verstärkungsfaktor, der eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit V ist, während τ eine Zeitkonstante ist. Wie aus Gleichung (21) bekannt ist, wird der Sollwert der Giergeschwindigkeit ϕ mit Rücksicht auf den Lenkradwinkel über ein Verzögerungsglied erster Ordnung ausgegeben.

Eine zweite Referenzsektion 122 bestimmt den Sollwert des Seitgleitwinkels β entsprechend dem Lenkradwinkel R _s und der Fahrgeschwindigkeit V, indem sie mathematische Operationen gemäß einem vorher festgelegten zweiten Sollfahrzeugmodell durchführt, das ein zweites Sollfahrzeug repräsentiert. Das zweite Sollfahrzeugmodell ist ebenfalls ein Simulationsmodell.

Die zweite Referenzsektion 122 besitzt folgende Übertragungscharakteristik bzw. -funktion R _β(s):

Der Sollwert des Seitgleitwinkels β wird mit Rücksicht auf den Lenkradwinkel R _s über ein Verzögerungsglied zweiter Ordnung ausgegeben. In Gleichung (22) ist G _β(V) ein Verstärkungsfaktor, der von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, während ω die Eigenfrequenz (oder ungedämpfte Frequenz) ist, die eine Konstante ist.

Der Sollwert der Giergeschwindigkeit ϕ, der von Teil 121 bestimmt wird, wird einem ersten Subtrahierer 123 zugeführt, der den Sollwert der Giergeschwindigkeit ϕ mit einem Schätzwert der Giergeschwindigkeit ϕ* des gesteuerten Fahrzeuges, der von der Abschätzsektion 128 aus der Istfahrzeugbewegungsvariablen bestimmt wurde, vergleicht und eine Differenz der Giergeschwindigkeiten (ϕ - ϕ*) feststellt. Der Sollwert des Seitgleitwinkels β, der von der Sektion 122 bestimmt wird, wird einem zweiten Substrahierer 124 zugeführt, der den Sollwert des Seitgleitwinkels β mit einem Schätzwert des Seitgleitwinkels β*, der von der Abschätzsektion 128 aus der Istfahrzeugbewegungsvariablen bestimmt wurde, vergleicht und eine Differenz der Seitgleitwinkel (β - β*) bildet.

Der Ausgang des ersten Substrahierers 123 führt zu einem ersten Steuerteil 125, das die Differenz der Giergeschwindigkeiten (ϕ - ϕ*) mit einer vorher festgelegten Konstanten -K ₁ multipliziert. Ein zweites Steuerteil 126 erhält die Ausgangsgröße des zweiten Substrahierers 124 und multipliziert die Differenz der Seitgleitwinkel (β - β*) mit einer vorher festgelegten Konstanten K ₂. Ein Addierer 127 erhält die Ausgangsgrößen der ersten und zweiten Steuerteile 125 und 126, bildet die Summe der Ausgangsgröße des ersten Steuerteiles 125 und der Ausgangsgröße des zweiten Steuerteils 126 und liefert die Summe als den Sollwert des Steuerwinkels für die Hinterräder δ _R an den Lenkregler für die Hinterräder 5.

Der Lenkregler 5 verändert den Iststeuerwinkel für die Hinterräder des gesteuerten Fahrzeuges, indem er einen dem Sollwert des Hinterradsteuerwinkels δ _R proportionalen Flüssigkeitsdruck dem Hydraulikteil 7 zuführt.

Die Sektion 128 zur Abschätzung der Istfahrzeugbewegungsvariablen führt mathematische Operationen zur Abschätzung der Größen der Giergeschwindigkeit und des Seitgleitwinkels des gesteuerten Fahrzeuges durch, die sie erhält, wenn der Steuerwinkel der Hinterräder des gesteuerten Fahrzeuges gleich dem Sollwert des Hinterradsteuerwinkels δ _R ist, und liefert als Ergebnis der mathematischen Operationen den Schätzwert der Giergeschwindigkeit ϕ* und den Schätzwert des Seitgleitwinkels β*.

Die Abschätzsektion 128 bestimmt den Schätzwert der Giergeschwindigkeit ϕ* und den Schätzwert des Seitgleitwinkels β*, indem sie ein Istfahrzeugsimulationsmodell benutzt, das von Istfahrzeugparametern des gesteuerten Fahrzeugs und von Beziehungen, die die Charakteristiken des gesteuerten Fahrzeugs ausdrücken, bestimmt wird. In dieser Ausführungsform bestimmt die Abschätzsektion 128 ϕ* und β* gemäß folgender Gleichungen:

In den Gleichungen (23) bis (31) haben die Fahrzeugparameter folgende Bedeutung:
I _Z = Gierträgheitsmoment des Istfahrzeugmodells, das das gesteuerte Fahrzeug repräsentiert,
M = Fahrzeugmasse des Istfahrzeugmodells,
L _F = Abstand der Vorderachse vom Schwerpunkt des Istfahrzeugmodells,
L _R = Abstand der Hinterachse vom Schwerpunkt des Istfahrzeugmodells,
eK _F = äquivalente Vorderradkurvenleistung des Istfahrzeugmodells (bei der eine Steuersteife berücksichtig ist),
K _R = Hinterradkurvenleistung des Istfahrzeugmodells und
N = Gesamtsteuerverhältnis (Getriebe) des Istfahrzeugmodells.

Die Variablen sind:
ϕ = Gierbeschleunigung des Istfahrzeugmodells,
ϕ = Giergeschwindigkeit des Istfahrzeugmodells,
_y = Seitgleitbeschleunigung des Istfahrzeugmodells,
V _y = Seitgleitgeschwindigkeit des Istfahrzeugmodells,
C _F = Vorderradkurvenkraft des Istfahrzeugmodells,
C _R = Hinterradkurvenkraft des Istfahrzeugmodells.

Der Schätzwert der Giergeschwindigkeit ϕ*, der von der Abschätzsektion 128 bestimmt wird, wird als eine negative Rückführungsgröße in die Proportionalsteuerung des ersten Subtrahierers 123 und die erste Steuersektion 125 behandelt. Der Schätzwert des Seitgleitwinkels β* wird als eine negative Rückführungsgröße in die Proportionalsteuerung des zweiten Subtrahierers 124 und der zweiten Steuerschaltung 126 behandelt.

Daher wird der Sollwert des Hinterradsteuerwinkels δ _R solange ausgegeben, bis der Schätzwert der Giergeschwindigkeit ϕ* gleich dem Sollwert der Giergeschwindigkeit ϕ und gleichzeitig der Schätzwert des Seitgleitwinkels β* gleich dem Sollwert des Seitgleitwinkels β ist. Das heißt, die Hinterräder 11 und 12 werden solange nachgesteuert, bis die Größe des Ausdruckes - K ₁(ϕ - ϕ*) + K ₂-(β-β*) Null wird.

Wenn die Gleichung - K ₁ (ϕ - ϕ*) + K 2 (β - β*) = 0 erfüllt ist, beendet die Steuervorrichtung der zweiten Ausführungsform das Lenken der Hinterräder, so daß der Istwert der Giergeschwindigkeit und der Istwert des Seitgleitwinkels des gesteuerten Fahrzeuges auf dem Sollwert der Giergeschwindigkeit ϕ bzw. dem Sollwert des Seitgleitwinkels β gehalten wird. Auf diese Weise gleicht die Steuervorrichtung die Charakteristiken des gesteuerten Fahrzeugs an die Charakteristiken des Sollfahrzeugmodells oder der -modelle an.

Wie bei der ersten Ausführungsform besitzt die Steuervorrichtung der zweiten Ausführungsform die Rückführungsfahrzeugsteuerung, die frei ist von Störgeräusch und verbessert die Genauigkeit, mit der die Sollcharakteristiken erreicht werden. Außerdem kann die Steuervorrichtung der zweiten Ausführungsform das gesteuerte Fahrzeug mit höherentwickelten Merkmalen ausstatten, da sie eine Variable der Drehbewegung (die Giergeschwindigkeit in der zweiten Ausführungsform) und eine Variable der Transversalbewegung (den Seitgleitwinkel in der zweiten Ausführungsform) steuert.

Die Ergebnisse der zweiten Ausführungsform sind in Fig. 4A bis 4D dargestellt. Die Fig. 4B, 4C bzw. 4D zeigen die Änderungen des Steuerwinkels der Hinterräder, der Giergeschwindigkeit bzw. des Seitgleitwinkels, wenn der Lenkradwinkel bei einer hohen Fahrgeschwindigkeit gemäß Fig. 4A geändert wird. Die ausgezogenen Kurven zeigen die Charakteristiken des Fahrzeugs, das von der Vorrichtung nach der zweiten Ausführungsform gesteuert wird. Die strichpunktierten Kurven mit zwei Punkten zeigen das Verhalten eines herkömmlichen Fahrzeugs, bei dem nur die Vorderräder gemäß der Winkelauslenkung des Lenkrades gesteuert werden. Gestrichelte Kurven zeigen das Verhalten eines Fahrzeuges, bei dem nur der Seitgleitwinkel durch Ändern des Steuerwinkels der Hinterräder gesteuert wird, um das Sollkurvenverhalten in einer der zweiten Ausführungsform ähnlichen Weise zu erreichen. Strichpunktierte Kurven zeigen die Charakteristiken eines Fahrzeuges, bei dem nur die Giergeschwindigkeit durch Verändern des Steuerwinkels der Hinterräder gesteuert wird.

Wie aus Fig. 4B bis 4D erkennbar ist, schwingt beim herkömmlichen Fahrzeug sowohl die Giergeschwindigkeit als auch der Seitgleitwinkel über und ist unstabil. Bei dem Fahrzeug, bei dem nur der Seitgleitwinkel gesteuert wird, reagiert der Seitgleitwinkel schnell, aber die Giergeschwindigkeit schwingt stark. Beim Fahrzeug, bei dem nur die Giergeschwindigkeit gesteuert wird, ist die Giergeschwindigkeit am Schwingen gehindert, aber die Reaktion des Seitgleitwinkels langsam.

Beim gesteuerten Fahrzeug nach der zweiten Ausführungsform erfolgt die Reaktion des Seitgleitwinkels schnell und ein Überschwingen der Giergeschwindigkeit bleibt gleichzeitig hinreichend klein.

Bei der zweiten Ausführungsform ist es möglich, den stationären Verstärkungsfaktor der Giergeschwindigkeit und den stationären Verstärkungsfaktor des Seitgleitwinkels einander gleich zu machen, indem man die Verstärkungsfaktoren G _ϕ und G _β in den Gleichungen (21) und (22) so bestimmt, daß sie der folgenden Beziehung genügen:

In der zweiten Ausführungsform werden der Sollwert der Giergeschwindigkeit ϕ und der Sollwert des Seitgleitwinkels β unter Verwendung zweier verschiedener Sollfahrzeugmodelle bestimmt. Es ist allerdings auch möglich, diese Sollwerte mit Hilfe eines Sollfahrzeugmodells zu bestimmen. In diesem Fall benutzt die Steuervorrichtung ein Sollfahrzeugmodell, das Gleichungen der Fahrzeugbewegung beinhaltet und führt mathematische Operationen zur Bestimmung der Sollwerte ϕ und β aus dem Lenkradwinkel R _s und der Fahrgeschwindigkeit V durch (gemäß US-Patent Nr. 7 73 622 zusammen mit DE-OS 35 32 246 vom 20. Mai 1986).

Bei der zweiten Ausführungsform führt sowohl die erste als auch die zweite Steuersektion 125 bzw. 126 eine proportionale Steuerwinkelaktion durch. Es ist daher freigestellt, eine oder beide, erste und zweite Steuersektion 125 und 126 zu benutzen, um eine proportionale und integrale oder eine proportionale, integrale und abgeleitete Steueraktion anzuwenden.

Die Steuervorrichtung der zweiten Ausführungsform kann auch so ausgeführt werden, daß sie den Steuerwinkel der Vorderräder anstatt des Steuerwinkels der Hinterräder oder auch die Steuerwinkel der Vorder- und Hinterräder verändert.

Wie oben erläutert, macht es die Erfindung möglich, die Charakteristiken des Fahrzeugverhaltens sehr vielseitig zu steuern. Außerdem benötigt die Rückführungssteuerung der Erfindung keinen Fühler zur Abtastung einer Fahrzeugbewegungsvariablen, wie z. B. einen Giergeschwindigkeitsfühler. Die Rückführungssteuerung ist daher frei von Störgeräusch aus den Fahrzeugschwingungen und leistet einen Beitrag zur Kostensenkung durch Verzicht auf die Notwendigkeit von Fühlern zur Abtastung von Fahrzeugbewegungsvariablen. Außerdem benötigt die Rückführungssteuerung der Erfindung keinen empfindlichen Signalverarbeitungsschaltkreis, der die Ausgangssignale des Fühlers für die Bewegungsvariable in eine geeignete Signalform umwandelt.

Claims

Hierin ist R _ϕ(s) die Übertragungsfunktion der ersten Referenzschaltung, s ein Laplace-Operator, G _ϕ ein erster Verstärkungsfaktor, a(V) die Zeitkonstante als eine Funktion der Fahrgeschwindigkeit, R _β(s) die Übertragungsfunktion der zweiten Referenzschaltung, G _β ein zweiter Verstärkungsfaktor und b(V) die ungedämpfte Frequenz als Funktion der Fahrgeschwindigkeit.

1. Lenkhilfeeinrichtung für ein Fahrzeug mit mindestens einem ersten Rad (9, 10) und einem zweiten Rad (11, 12) gekennzeichnet durch - eine Lenkeingangseinrichtung (2) zur Bestimmung einer Lenkeingangsgröße des gesteuerten Fahrzeugs, - eine Betätigungseinrichtung (5, 7) zur Lenkung des gesteuerten Fahrzeugs durch Verändern einer vorbestimmten Stellgröße, und
- eine Steuereinrichtung (1) zur Erzeugung eines Steuersignals aus der Lenkeingangsgröße zur Befehlsweitergabe an die Betätigungseinrichtung, wobei diese Steuereinrichtung (1) sich zusammensetzt aus einer ersten Referenzeinrichtung (21, 121) zur Bestimmung eines angestrebten Werts einer vorbestimmten ersten Variablen der Fahrzeugbewegung in Übereinstimmung mit einem ersten Sollfahrzeugmodell, das ein erstes Sollfahrzeug darstellt, einer Bewertungseinrichtung (24, 128) für die tatsächliche Bewegung, um einen Schätzwert für die erste Bewegungsvariable entsprechend der Lenkeingangsgröße festzulegen, und zwar in Übereinstimmung mit einem Istfahrzeugmodell, das das gesteuerte Fahrzeug darstellt, einer ersten Vergleichseinrichtung (22, 123) zum Vergleichen der Soll- und Schätzwerte der ersten Bewegungsvariablen und schließlich einer Einrichtung zur Bestimmung einer Zielstellgröße (23, 125, 126, 127), um die Stellgröße durch Erzeugung des Steuersignals, das einen Zielwert der Stellgröße darstellt, zu verändern, um eine Differenz zwischen den Sollwerten und den Schätzwerten der ersten Bewegungsvariablen zu verringern.

2. Lenkhilfeeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Fühler (3) zur Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit des gesteuerten Fahrzeugs, wobei die erste Referenzeinrichtung (21, 121) den Sollwert entsprechend der Lenkeingangsgröße und der Fahrgeschwindigkeit und die Bewertungseinrichtung (24, 128) den Schätzwert entsprechend der Lenkeingangsgröße und der Fahrgeschwindigkeit bestimmen.

3. Lenkhilfeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkeingangsgröße der Lenkradwinkel, d. h. der Winkelversatz des Lenkrads (8) des gesteuerten Fahrzeugs ist, und daß die Stellgröße ein zweiter Radsteuerwinkel des gesteuerten Fahrzeugs ist, der ein Lenkwinkel von mindestens einem zweiten Rad (11, 12) ist.

4. Lenkhilfeeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bestimmung der Zielstellgröße (23) einen Zielwert für den zweiten Radsteuerwinkel festlegt, der gleich einem Produkt ist, das man erhält, wenn man die Differenz zwischen dem Sollwert und dem Schätzwert der ersten Bewegungsvariablen mit einer vorher festgelegten Konstanten multipliziert.

5. Lenkhilfeeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Referenzeinrichtung (21) den Sollwert der ersten Bewegungsvariablen dadurch bestimmt, daß sie eine Reihe von Gleichungen der Fahrzeugbewegung und unter Verwendung von Sollwerten einer Reihe von Fahrzeugparametern des ersten Sollfahrzeuges eine Reihe von abhängigen Gleichungen löst, und daß die Bewertungseinrichtung den Schätzwert der ersten Bewegungsvariablen dadurch bestimmt, daß sie eine Reihe von Gleichungen der Fahrzeugbewegung und unter Verwendung von Istwerten einer Reihe von Fahrzeugparametern des gesteuerten Fahrzeuges eine Reihe von abhängigen Gleichungen löst.

6. Lenkhilfeeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe von Fahrzeugparametern ein Giermoment der Trägheit I _Z eines Fahrzeuges, eine Fahrzeugmasse M, einen Abstand L _F zwischen einer Frontachse und einem Fahrzeugschwerpunkt, einem Abstand L _R zwischen einer Hinterachse und einem Fahrzeugschwerpunkt, ein Gesamtsteuerverhältnis N, eine Kurvenleistung K _F jedes der Vorderräder und eine Kurvenleistung K _R jedes der Hinterräder enthält.

7. Lenkhilfeeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gruppe von Gleichungen der Fahrzeugbewegung, die von der ersten Referenzeinrichtung (2) gelöst werden, eine Gleichung für seitliche Gleitbewegung bzw. eine Gleichung für Gierbewegung enthält, die folgendermaßen lauten: wobei V die Fahrzeuggeschwindigkeit, ϕ eine Giergeschwindigkeit, ϕ eine Gierbeschleunigung, eine Seitgleitbeschleunigung, C _F eine Kurvenkraft der Vorderräder und C _R eine Kurvenkraft der Hinterräder darstellt.

8. Lenkhilfeeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungseinrichtung (24) die Gleichungen der Seitgleitbewegung und der Gierbewegung benutzt.

9. Lenkhilfeeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die von der ersten Referenzeinrichtung (21) verwendete Gruppe von Fahrzeugparametern ferner ein Trägheitsmoment über einem Achsschenkelbolzen I _K, eine Lenksteife K _S, einen Viskositätskoeffizienten D _K eines Steursystems und eine Spur ξ enthält, und daß die von der ersten Referenzschaltung (21) gelösten Gleichungen ferner eine Gleichung der Lenkvorrichtung enthalten, die folgendermaßen lautet: wobei δ _F ein Steuerwinkel für die Vorderräder und R _s ein Lenkradwinkel ist.

10. Lenkhilfeeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Bewegungsvariable die Giergeschwindigkeit ist.

11. Lenkhilfeeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße ein Steuerwinkel für die Hinterräder des gesteuerten Fahrzeuges ist.

12. Lenkhilfeeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungseinrichtung (128) für die Istbewegung ferner einen Schätzwert einer vorher festgelegten zweiten Fahrzeugbewegungsvariablen bestimmt, und zwar entsprechend dem Lenkradwinkel und der Fahrgeschwindigkeit des gesteuerten Fahrzeuges gemäß dem Istfahrzeugmodell, daß die Steuereinrichtung (1) ferner eine zweite Referenzeinrichtung (122) enthält, um einen Sollwert der zweiten Bewegungsvariablen entsprechend dem Lenkradwinkel und der Fahrgeschwindigkeit des gesteuerten Fahrzeugs gemäß einem vorher festgelegten zweiten Sollfahrzeugmodell zu bestimmen, daß sie eine zweite Vergleichseinrichtung (124) zum Vergleich der Sollwerte und Schätzwerte der zweiten Bewegungsvariablen enthält, und daß die Einrichtung zur Bestimmung der Zielstellgröße (125, 126, 127) die Stellgröße so verändert, daß sie die Differenz zwischen den Sollwerten und den Schätzwerten der zweiten Bewegungsvariablen verringert.

13. Lenkhilfeeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fahrzeugbewegungsvariable eine Variable ist, die die Drehbewegung eines Fahrzeuges und die zweite Fahrzeugbewegungsvariable eine Variable ist, die die Translationsbewegung eines Fahrzeuges beschreibt.

14. Lenkhilfeeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bestimmung der Zielstellgröße eine erste Steuereinrichtung (125) enthält, die als Eingangsgröße die Differenz zwischen den Sollwerten und den Schätzwerten der ersten Bewegungsvariablen der ersten Vergleichseinrichtung (123) enthält und eine erste Ausgangsgröße gemäß einem vorher festgelegten Steuervorgang bestimmt, daß sie eine zweite Steuereinrichtung (126) enthält, die als Eingangsgröße die Differenz zwischen den Sollwerten und den Schätzwerten der zweiten Bewegungsvariablen der zweiten Vergleichseinrichtung (124) erhält und eine zweite Ausgangsgröße gemäß einem vorher festgelegten Steuervorgang bestimmt und schließlich eine Addiereinrichtung (127) enthält, die die ersten und zweiten Ausgangsgrößen addiert und ein Steuersignal gemäß der Summe der ersten und zweiten Ausgangsgrößen erzeugt.

15. Lenkhilfeeinrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ausgangsgröße der ersten Steuereinrichtung (125) gleich einem Produkt von - K ₁ mit einer Differenz ist, die man erhält, wenn man den Schätzwert der ersten Bewegungsvariablen vom Sollwert der ersten Bewegungsvariablen abzieht, wobei K ₁ eine vorher festgelegte Konstante ist, und die zweite Ausgangsgröße der zweiten Steuereinrichtung (126) gleich einem Produkt von K ₂ mit einer Differenz ist, die man erhält, wenn man den Schätzwert der zweiten Bewegungsvariablen vom Sollwert der zweiten Bewegungsvariablen abzieht, wobei K ₂ eine vorher festgelegte Konstante ist.

16. Lenkhilfeeinrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Bewegungsvariable die Giergeschwindigkeit, und die zweite Bewegungsvariable der Seitgleitwinkel des Fahrzeugschwerpunktes ist.

17. Lenkhilfeeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Referenzeinrichtung (121) als Eingangsgröße den Lenkradwinkel erhält und als Ausgangsgröße den Sollwert der Giergeschwindigkeit gemäß einer Übertragungsfunktion eines Verzögerungsgliedes erster Ordnung liefert, dessen Zeitkonstante eine Funktion der Fahrgeschwindigkeit ist, und die zweite Referenzeinrichtung (122) als Eingangsgröße den Lenkradwinkel erhält und als Ausgangsgröße den Sollwert des Seitgleitwinkels gemäß einer Übertragungsfunktion eines Verzögerungsgliedes zweiter Ordnung liefert, dessen ungedämpfte Frequenz eine Funktion der Fahrgeschwindigkeit ist.

18. Lenkhilfeeinrichtung gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsfunktion der ersten bzw. zweiten Referenzeinrichtung (121, 122) folgendermaßen lauten:

19. Lenkhilfeeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Verstärkungsfaktoren der folgenden Gleichung genügen: wobei N das Gesamtsteuerverhältnis des Istfahrzeugmodells, M die Fahrzeugmasse des Istfahrzeugmodells, L der Radstand des Istfahrzeugmodells, L _F der Abstand der Frontachse vom Schwerpunkt des Istfahrzeugmodells, L _R der Abstand der Hinterachse vom Schwerpunkt des Istfahrzeugmodells und K _F die Kurvenleistung des Vorderrades des Istfahrzeugmodells sind.