DE3623479C2

DE3623479C2 -

Info

Publication number: DE3623479C2
Application number: DE3623479A
Authority: DE
Inventors: Taketoshi Tokio/Tokyo Jp Kawabe; Ken Yokohama Jp 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: 1992-04-02
Also published as: DE3623479A1; US4706979A

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 für wenigstens ein Vorder- und ein Hinterrad aufweisendes Fahrzeug.

Eine derartige Lenkeinrichtung ist bereits aus der DE-OS 33 00 640 bekannt. Bei dieser bekannten Lenkreinrichtung kommt ein Gierratensensor zum Einsatz, der als Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariable die Gierwinkelgeschwindigkeit mißt und zu einem Prozeßrechner liefert. Dieser Gierratensensor ist zusätzlich zu einem Eingangssensor und zu einem Geschwindigkeitssensor vorhanden, so daß die gesamte Lenkeinrichtung relativ aufwendig und teuer ist.

Aus der JP-OS 60-1 24 571 ist ebenfalls eine Lenkeinrichtung bekannt, die mit einem Rückkopplungsmechanismus arbeitet. In Abhängigkeit von Parametern wird z. B. als Sollwert die Gierrate aus einem Speicher aufgerufen und zu einem Komparator übertragen, der an seinem anderen Eingang die tatsächlich gemessene Gierrate aufnimmt. Neben einem Lenkeingangssensor und einem Geschwindigkeitssensor ist also auch hier ein Gierratensensor vorhanden, der die tatsächliche Gierrate erfaßt.

Eine weitere Lenkeinrichtung für Radfahrzeuge ist aus der DE-OS 31 24 821 bekannt. Diese Lenkeinrichtung enthält jedoch lediglich ein Lenksteuersystem, bei dem keine Rückkopplung der gesteuerten Größe erfolgt. Dort wird weder die Gierrate, die Lateralbeschleunigung noch eine andere Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariable gemessen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lenkeinrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß kein Meßfühler mehr benötigt wird, um die Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariable zu messen.

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

Nach der Erfindung enthält die Steuereinheit der Lenkeinrichtung eine Einrichtung zur Abschätzung des Ist-Werts, die mit dem Lenkeingangssensor, dem Geschwindigkeitssensor und der Zieleinstelleinrichtung verbunden ist, und die ohne direktes Erfassen der ersten Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariablen den Ist-Wert dieser ersten Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariablen des Fahrzeugs durch Lösen eines das Fahrzeug repräsentierenden mathematischen Ist-Fahrzeugmodells unter Verwendung der Lenkeingangsgröße, der Fahrzeuggeschwindigkleit und des Zielwerts der vorbestimmten Variablen ermittelt.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigen:

Fig. 1 eine Lenkeinrichtung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Steuereinheit nach einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Steuereinheit nach einem zweiten Ausführungsbeispiel und

Fig. 4A bis 4D Diagramme von Eigenschaften eines Fahrzeuges, das mit Hilfe der Steuereinheit des zweiten Ausführungsbeispiels gesteuert wurde.

Das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 und 2 nachfolgend näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein gesteuertes Fahrzeug, das mit einer Steuereinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel 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 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 , der vom Prozeßrechner 1 kommt. (Der Lenkregler 5 und die Hydraulikvorrichtung 7 sind detailliert dargelegt in der IP-OS Nr. 59-1 88 153, in der früheren US-OS Nr. 7 73 650 vom 9. September 1985 und in der GE-OS Nr. 35 32 247 vom 20. März 1986).

Fig. 2 zeigt die Steuereinheit, die im Prozeßrechner 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel vorhanden ist.

Ein Sollwertgeber 21 bestimmt einen Sollwert der Giergeschwindigkeit 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 Sollwertgeber 21 den Wert der Giergeschwindigkeit des Sollfahrzeuges unter Verwendung des Sollfahrzeugmodells und liefert den auf diese Weise bestimmten Wert als den Sollwert der Giergeschwindigkeit .

Der Sollwert der Giergeschwindigkeit 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),
₁ = Giergeschwindigkeit des Sollfahrzeugmodells,
ϕ₁ = 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,
M₁ = Fahrzeugmasse des Sollfahrzeugmodells,
L₁ = 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,
ξ₁ = Spur des Sollfahrzeugmodells,
N₁ = 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 Sollwertgeber 21 bestimmte Sollwert der Giergeschwindigkeit wird in eine Subtraktionsteil 22 (erste Vergleichseinrichtung) eingegeben, das die Differenz (-*) zwischen dem Sollwert der Giergeschindigkeit und dem abgeschätzten Istwert der Giergeschwindigkeit *, der von der Einrichtung 24 aus einer Istbewegungsvariablen abgeschätzt wird, bestimmt.

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

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

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

Der Schätzwert der Giergeschwindigkeit * wird in Übereinstimmung mit einem Istfahrzeugmodell bestimmt, das das mit der Steuereinrichtung 1 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 * verwendet:

In den Gleichungen (9) bis (16) bedeuten:
V*_y = Schätzwert der Seitgleitgeschwindigkeit des Istfahrzeugmodells,
Δt = 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 abgeschätzte Istwert der Giergeschwindikeit *, der von der Einrichtung 24 bestimmt wird, wird als negative Rückkopplungsgröße für die Proportionalsteuerung durch den Substrahierer 22 und die Einrichtung 23 benutzt.

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

Die Steuereinheit dieser Ausführungsform führt den Istwert 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.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 1 und 3 dargestellt. Fig. 1 gilt für beide Ausführungsbeispiele gemeinsam. Eine Steuereinheit des zweiten Ausführungsbeispiels enthält einen Prozeßrechner 1, einen Lenkradwinkelfühler 2, einen Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler 3, einen Lenkregler für die Hinterräder 5 und eine Hydraulikeinheit 7 gemäß Fig. 1. Die Steuereinheit des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von der Steuereinheit des ersten Ausführungsbeispiels lediglich in den vom Prozeßrechner 1 ausgeführten Steuerbefehlen.

Fig. 3 zeigt die vom Prozeßrechner 1 ausgeführten Funktionen des zweiten Ausführungsbeispiels in Form eines Blockschaltbildes.

Ein erster Sollwertgeber 121 bestimmt einen Sollwert der Giergeschwindigkeit entsprechend dem Lenkradwinkel R_s des gesteuerten Fahrzeuges, abgetastet vom Lenkradwinkelfühler 2, und der Fahrzeuggeschwindigkeit 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 Fahrzeuggeschwindigkeit als Eingangsgrößen und liefert die Größe einer Fahrzeugbewegungsvariablen des ersten Sollfahrzeuges aus dem Lenkradwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit. Bei der zweiten Ausführungsform bestimmt der erste Sollwertgeber 121 die Größe der Giergeschwindigkeit des ersten Sollfahrzeugmodells und liefert die so bestimmte Größe der Giergeschwindigkeit als den Sollwert der Giergeschwindigkeit .

Der erste Sollwertgeber 121 der zweiten Ausführungsform besitzt folgende Übertragungscharakteristik bzw. -funktion R(s):

In Gleichung (21) ist s ein Differentialoperator (Laplace- Operator), G(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 mit Rücksicht auf den Lenkradwinkel über ein Verzögerungsglied erster Ordnung ausgegeben.

Eine zweite Referenzsektion 122 bestimmt den Sollwert des Seitgleitwinkels 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.

Der zweite Sollwertgeber 122 besitzt folgende Übertragungscharakteristik bzw. -funktion R_β(s):

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

Der Ausgang des ersten Substrahierers 123 führt zu einem ersten Steuerteil 125, das die Differenz der Giergeschwindigkeiten ( - *) mit einer vorher festgelegten Konstanten -K₁ multipliziert. Ein zweites Steuerteil 126 erhält die Ausgangsgröße des zweiten Substrahierers 124 und multipliziert die Differenz der Seitgleitwinkel ( - β*) mit einer vorher festgelegten Konstanten K₂. 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 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 proportionalen Flüssigkeitsdruck dem Hydraulikteil 7 zuführt.

Die Istwert-Abschätzeinrichtung 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 ist, und liefert als Ergebnis der mathematischen Operationen den Schätzwert der Giergeschwindigkeit * und den Schätzwert des Seitgleitwinkels β*.

Die Istwert-Abschäteinrichtung 128 bestimmt den Istwert der Giergeschwindigkeit * und den Istwert 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 Istwert-Abschätzeinrichtung 128 * 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 berücksichtigt ist),
K_R = Hinterradkurvenleistung des Istfahrzeugmodells und
N = Gesamtsteuerverhältnis (Getriebe) des Istfahrzeugmodells.

Die Variablen sind:
= Gierbeschleunigung des Istfahrzeugmodells,
= Giergeschwindigkeit des Istfahrzeugmodells,
_y = Seitgleitbeschleunigung des Istfahrzeugmodells,
V_y = Seitgleitgeschwindigkeit des Istfahrzeugmodells,
C_F = Vorderradkurvenkraft des Istfahrzeugmodells,
C_R = Hinterradkurvenkraft des Istfahrzeugmodells.

Der Istwert der Giergeschwindigkeit *, der von der Istwert-Abschätzeinrichtung 128 bestimmt wird, wird als eine negative Rückführungsgröße für die Proportionalsteuerung des ersten Subtrahierers 123 und die erste Steuersektion 125 behandelt. Der Istwert des Seitgleitwinkels β* wird als eine negative Rückführungsgröße für die Proportionalsteuerung des zweiten Subtrahierers 124 und der zweiten Steuerschaltung 126 behandelt.

Daher wird der Sollwert des Hinterradsteuerwinkels solange ausgegeben, bis der Istwert der Giergeschwindigkeit * gleich dem Sollwert der Giergeschwindigkeit und gleichzeitig der Istwert des Seitgleitwinkels β* gleich dem Sollwert des Seitgleitwinkels Das heißt, die Hinterräder 11 und 12 werden solange nachgesteuert, bis die Größe des Ausdruckes

Null wird.

Wenn die Gleichung

erfüllt ist, beendet die Steuereinheit 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 bzw. dem Sollwert des Seitgleitwinkels gehalten wird. Auf diese Weise gleicht die Steuereinheit die Charakteristiken des gesteuerten Fahrzeugs an die Charakteristiken des Sollfahrzeugmodells oder der -modelle an.

Wie bei der ersten Ausführungsform besitzt die Steuereinheit der zweiten Ausführungsform die Rückführungsfahrzeugsteuerung, die frei ist von Störgeräuschen, und verbessert die Genauigkeit, mit der die Sollcharakteristiken erreicht werden. Außerdem kann die Steuereinheit 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 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 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 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 Steuereinrichtung ein Sollfahrzeugmodell, das Gleichungen der Fahrzeugbewegung beinhaltet und führt mathematische Operationen zur Bestimmung der Sollwerte und 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 Steuereinrichtung 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.

Claims

1. Lenkeinrichtung für ein wenigstens ein Vorder- und ein Hinterrad (9, 11 bzw. 10, 12) aufweisendes Fahrzeug mit

- einem Lenkeingangssensor (2) zur Erfassung einer Lenkeingangsgröße (R_S) des Fahrzeugs,
- einem Geschwindigkeitssensor (3) zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit (V) des Fahrzeugs,
- einer Lenkeinrichtung (5, 7) zum Lenken des Fahrzeugs durch Verändern einer vorbestimmten Variablen, die den Hinterrad-Lenkwinkel oder den Vorderrad-Lenkwinkel darstellt, und
- einer Steuereinheit (1) zur Erzeugung eines Steuersignals zur Ansteuerung der Lenkreinrichtung (5, 7), wobei die Steuereinheit (1) einen ersten und mit dem Lenkeingangssensor (2) sowie dem Geschwindigkeitssensor (3) verbundenen Sollwertgeber (21), der einen Sollwert () einer den Kurvenbewegungszustand des Fahrzeugs beschreibenden ersten Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariablen durch Lösen einer vorbestimmten ersten mathematischen Soll-Fahrzeugmodells bestimmt, eine erste Vergleichseinrichtung (22) zum Vergleich eines Istwerts (*) der ersten Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariablen des Fahrzeugs mit dem Sollwert () dieser ersten Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariablen und ferner einer Zieleinstelleinrichtung (23, 123-127) zur Veränderung der vorbestimmten Variablen durch Erzeugung des einen Zielwert der vorbestimmten Variablen darstellenden Steuersignals aufweist, um eine Differenz (-*) zwischen dem Sollwert () und dem Istwert (*) der ersten Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariablen zu reduzieren,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (1) weiterhin eine Istwert-Abschätzeinrichtung (24; 128) aufweist, die mit dem Lenkeingangssensor (2), dem Geschwindigkeitssensor (3) und der Zieleinstelleinrichtung (23; 123-127) verbunden ist, und die ohne direktes Erfassen der ersten Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariablen den Istwert (*) dieser ersten Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariablen des Fahrzeugs durch Lösen eines das Fahrzeug repräsentierenden mathematischen Ist-Fahrzeugmodells unter Verwendung der Lenkeingangsgröße (R_S), der Fahrzeuggeschwindigkeit (V) und des Zielwerts ) der vorbestimmten Variablen ermittelt.

2. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber (21) den Sollwert der ersten Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariablen dadurch bestimmt, daß er eine Gruppe von Gleichungen der Fahrzeugbewegung und eine Gruppe von abhängigen Gleichungen unter Verwendung von Sollwerten einer Gruppe von Fahrzeugparametern eines ersten Sollfahrzeugmodells löst, und daß die Istwert-Abschätzeinrichtung (24; 128) den Istwert der ersten Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariablen dadurch bestimmt, daß sie eine Gruppe von Gleichungen der Fahrzeugbewegung und eine Gruppe von abhängigen Gleichungen unter Verwendung von Istwerten einer Gruppe von Fahrzeugparametern des gesteuerten Fahrzeuges löst.

3. Lenkeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe von Fahrzeugparametern ein Giermoment der Trägheit I_Z des Fahrzeuges, eine Fahrzeugmasse M, einen Abstand L_F zwischen einer Frontachse und einem Fahrzeugschwerpunkt, einen 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.

4. Lenkeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gruppe von Gleichungen der Fahrzeugbewegung, die vom Sollwertgeber (21) gelöst werden, eine Gleichung für seitliche Gleitbewegung sowie eine Gleichung für die Gierbewegung enthält, die folgendermaßen lauten: wobei V die Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Giergeschwindigkeit, eine Gierbeschleunigung, eine Seitengleitbeschleunigung, C_F eine Kurvenkraft der Vorderräder und C_R eine Kurvenkraft der Hinterräder sind.

5. Lenkeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Istwert-Abschätzeinrichtung (24; 128) die Gleichungen der Seitengleitbewegung und der Gierbewegung benutzt.

6. Lenkeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Sollwertgeber (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 ihm gelösten gelösten Gleichungen ferner eine Gleichung für die Lenkvorrichtung enthalten, die folgendermaßen lautet: wobei δ_F ein Steuerwinkel für die Vorderräder und R_s ein Lenkradwinkel sind.

7. Lenkeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariable die Giergeschwindigkeit ist.

8. Lenkeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal ) ein Steuerwinkel für die Hinterräder des gesteuerten Fahrzeuges ist.

9. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Istwert-Abschätzeinrichtung (128) ferner einen Istwert (β*) einer vorher festgelegten zweiten Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariablen bestimmt, und zwar entsprechend dem Lenkradwinkel (R_S) und der Fahrgeschwindigkeit (V) des gesteuerten Fahrzeuges gemäß dem Istfahrzeugmodell, daß die Steuereinheit (1) einen zweiten Sollwertgeber (122) enthält, um einen Sollwert ) der zweiten Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariablen entsprechend dem Lenkradwinkel (R_S) und der Fahrgeschwindigkeit (V) des gesteuerten Fahrzeugs gemäß einem vorher festgelegten zweiten Sollfahrzeugmodell zu bestimmen, daß sie eine zweite Vergleichseinrichtung (124) zum Vergleich der Sollwerte und Istwerte der zweiten Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariablen enthält, und daß die Zieleinstelleinrichtung (125, 126, 127) die Stellgröße so verändert, daß sie die Differenz zwischen den Sollwerten und den Istwerten der zweiten Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariablen verringert.

10. Lenkeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariable eine Variable ist, die die Drehbewegung des Fahrzeuges und die zweite Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariable eine Variable ist, die die Translationsbewegung des Fahrzeuges beschreiben.

11. Lenkeinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Zieleinstelleinrichtung eine erste Steuereinrichtung (125), die als Eingangsgröße die Differenz zwischen den Sollwerten und den Istwerten der ersten Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariablen der ersten Vergleichseinrichtung (123) erhält und eine erste Ausgangsgröße gemäß einem vorher festgelegten Steuervorgang bestimmt, und eine zweite Steuereinrichtung (126) enthält, die als Eingangsgröße die Differenz zwischen den Sollwerten und den Istwerten der zweiten Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariablen der zweiten Vergleichseinrichtung (124) erhält und eine zweite Ausgangsgröße gemäß einem vorher festgelegten Steuervorgang bestimmt, und ferner eine Addiereinrichtung (127) aufweist, die die ersten und zweiten Ausgangsgrößen addiert und ein Steuersignal gemäß der Summe der ersten und zweiten Ausgangsgrößen erzeugt.

12. Lenkhilfeeinrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ausgangsgröße der ersten Steuereinrichtung (125) gleich einem Produkt von - K₁ mit einer Differenz ist, die man erhält, wenn man den Istwert der ersten Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariablen vom Sollwert der ersten Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariablen abzieht, wobei K₁ eine vorher festgelegte Konstante ist, und die zweite Ausgangsgröße der zweiten Steuereinrichtung (126) gleich einem Produkt von K₂ mit einer Differenz ist, die man erhält, wenn man den Istwert der zweiten Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariablen vom Sollwert der zweiten Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariablen abzieht, wobei K₂ eine vorher festgelegte Konstante ist.

13. Lenkeinrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariable die Giergeschwindigkeit, und die zweite Fahrzeug-Kurvenbewegungsvariable der Seitengleitwinkel des Fahrzeugschwerpunktes ist.

14. Lenkeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Sollwertgeber (121) als Eingangsgröße den Lenkradwinkel (R_S) erhält und als Ausgangsgröße den Sollwert der Giergeschwindigkeit gemäß einer Übertragungsfunktion eines Verzögerungsgliedes erster Ordnung liefert, dessen Zeitkonstante eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit ist, und der zweite Sollwertgeber (122) als Eingangsgröße den Lenkradwinkel (R_S) erhält und als Ausgangsgröße den Sollwert des Seitengleitwinkels gemäß einer Übertragungsfunktion eines Verzögerungsgliedes zweiter Ordnung liefert, dessen ungedämpfte Frequenz eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit ist.

15. Lenkeinrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsfunktion der ersten bzw. zweiten Sollwertgeber (121, 122) folgendermaßen lauten: worin ist R(s) die Übertragungsfunktion des ersten Sollwertgebers, s ein Laplace-Operator, G ein erster Verstärkungsfaktor, a(V) die Zeitkonstante als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit, R_β(s) die Übertragungsfunktion des zweiten Sollwertgebers, G_β ein zweiter Verstärkungsfaktor und b(V) die ungedämpfte Frequenz als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit sind.

16. Lenkeinrichtung nach Anspruch 15, 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.