DE4208404A1

DE4208404A1 - Verfahren und einrichtung zur gierimpulserfassung fuer fahrzeuge und dieses verfahren und diese einrichtung verwendende bewegungssteuerungseinrichtung fuer fahrzeuge

Info

Publication number: DE4208404A1
Application number: DE4208404A
Authority: DE
Inventors: Tatsuhiko Monji; Shigeru Horikoshi; Kousaku Shimada; Hayato Sugawara
Original assignee: Hitachi Automotive Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1991-03-20
Filing date: 1992-03-16
Publication date: 1992-09-24
Anticipated expiration: 2012-03-17
Also published as: JPH05170120A; KR100204408B1; KR920018483A; US5369580A; DE4208404C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Gierimpulserfassung für Fahrzeuge und au ßerdem eine Einrichtung zur Steuerung der Bewegung von Fahrzeugen mittels dieses Verfahrens und dieser Einrich tung zur Gierimpulserfassung.

Als Detektoren zur Erfassung des Drehimpulses eines be wegten Gegenstandes sind verschiedene Detektoren, die beispielsweise ein optisches Gyroskop, ein Schwingungsgy roskop oder dergleichen verwenden, bekannt. Bei der Ver wendung solcher herkömmlicher Drehimpulserfassungsein richtungen in Fahrzeugen entstehen verschiedene Probleme hinsichtlich der Kosten und der Komplexität bei der In stallation und beim Betrieb solcher Einrichtungen.

Eine Drehimpulserfassungseinrichtung, mit der diese Pro bleme gelöst werden sollen, ist beispielsweise aus JP 60- 88 311-A bekannt. Eine weitere Drehimpulserfassungsein richtung, die ein algebraisches Verfahren zur Ausgangs korrektur verwendet, ist aus JP 64-25 203-A bekannt.

Bei den obenerwähnten Einrichtungen des Standes der Tech nik besteht jedoch das weitere Problem, daß durch Alte rungseffekte in den Kennlinien der Beschleunigungssenso ren und durch Ungenauigkeiten bei der Anbringung der Be schleunigungssensoren (insbesondere durch eine charakte ristische Schwankung bei einem Paar von Beschleunigungs sensoren) Fehler bei der Erfassung des Gierimpulses ver ursacht werden.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Gierimpulserfassung für Fahrzeuge zu schaffen, bei denen Fehler aufgrund von Alterungseffekten der Gierimpulserfassungskennlinie von Beschleunigungssensoren und aufgrund ungenauer Anbringung dieser im Fahrzeug verwendeten Beschleunigungssensoren automatisch korrigiert werden können und bei denen die Gierimpulserfassungsfunktion für lange Zeit mit hoher Ge nauigkeit erhalten bleibt.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur Steuerung der Bewegung eines Fahr zeugs zu schaffen, die unter Verwendung des obigen Ver fahrens und der obigen Einrichtung zur Gierimpulserfas sung die Fahreigenschaften eines Fahrzeugs mit hoher Ge nauigkeit stabil steuern kann.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Gierimpulserfas sung für Fahrzeuge und eine dieses Verfahren und diese Einrichtung zur Gierimpulserfassung verwendende Einrich tung zur Steuerung der Bewegung eines Fahrzeugs zu schaf fen, die Fehler aufgrund einer räumlichen Verschiebung einer Erfassungsachse bei der Anbringung der Beschleuni gungssensoren im Fahrzeug und außerdem Fehler aufgrund nicht abgeglichener Ausgangskennlinien der Beschleunigungs sensoren, die während der Fertigung derselben entstehen, automatisch korrigieren.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch eine Einrichtung zur Gierimpulserfassung für Fahrzeuge, in der die Beschleunigungssensoren an mehreren Positionen ange bracht sind, die in bezug auf eine Mittellinie des Fahr zeugs in einer zum Boden des Fahrzeugs parallelen Ebene symmetrisch sind, und in der eine Korrektureinrichtung zur gegenseitigen Anpassung der Kennlinien der Beschleu nigungssensoren vorgesehen ist; die Aufgaben werden er findungsgemäß in Verbindung mit der Gierimpuls-Erfas sungseinrichtung durch ein Verfahren gelöst, in dem der Gierimpuls des Fahrzeugs anhand von Ausgangssignalen von den Beschleunigungssensoren erfaßt wird, wobei die Aus gangssignale von diesen Beschleunigungssensoren unter der vorgegebenen Bedingung, daß das Fahrzeug geradeaus fährt, abgerufen werden, und in dem die Sensorkennlinien anhand der abgerufenen Ausgangssignale korrigiert werden.

Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden ferner ge löst durch eine Bewegungssteuerungseinrichtung für Fahr zeuge zur Steuerung des Lenkwinkels eines Fahrzeugs an hand eines auf den Gierimpuls bezogenen Signals, wobei der Gierimpuls mittels der obenbeschriebenen Gierimpuls Erfassungseinrichtung für Fahrzeuge als Rückkopplungssi gnal erhalten wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Gierimpuls- Erfassungseinrichtung für Fahrzeuge können durch die Wir kung der Korrektureinrichtung, die den als Bezugspunkt dienenden Nullpunkt eines Beschleunigungssensors mit dem Nullpunkt eines weiteren Beschleunigungssensors zur Über einstimmung bringt, die folgenden Fehler beseitigt wer den, wobei die Angleichung der erwähnten Nullpunkte unter der Bedingung erfolgt, daß festgestellt wird, daß das Fahrzeug stillsteht: (1) Fehler bei der Erfassung des Gierimpulses, die durch Änderungen des Nullpunktes auf grund von Alterungseffekten verursacht werden; (2) Fehler bei der Erfassung des Gierimpulses, die entstehen, wenn der Winkel zwischen einer Erfassungsachse und einer waag rechten Ebene bei der Montage der Beschleunigungssensoren in vertikaler Richtung verschoben wird; (3) Fehler bei der Erfassung des Gierimpulses, der durch eine bei der Fertigung des Sensors bewirkte Abweichung eines Null punkt-Ausgangwertes des Beschleunigungssensors von einem geplanten Wert verursacht wird. Folglich ist es möglich, den Gierimpuls des Fahrzeugs richtig und genau zu erfas sen, so daß die Steuerung der Bewegung des Fahrzeugs ver bessert werden kann.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung können in dem Fall, in dem der Be schleunigungswert des Fahrzeugs einen vorgegebenen posi tiven oder negativen Beschleunigungswert erreicht, wenn das Fahrzeug geradeaus fährt, die folgenden Fehler der Gierimpulserfassung verringert oder sogar beseitigt wer den, sofern der Meßfaktor eines als Bezugssensor arbei tenden Beschleunigungssensors mit dem Meßfaktor eines weiteren Beschleunigungssensors zur Übereinstimmung ge bracht wird: (1) Fehler bei der Erfassung des Gierimpul ses, die verursacht werden, wenn sich der Meßfaktor auf grund von Alterungseffekten verändert; (2) Fehler bei der Erfassung des Gierimpulses, die dadurch verursacht wer den, daß der Winkel zwischen einer Erfassungsachse eines Winkelbeschleunigungssensors und einer Bezugsachse entwe der in vertikaler Richtung oder in horizontaler Richtung geändert wird, so daß der Meßfaktor der tatsächlichen Be schleunigung von der tatsächlichen Beschleunigung ver schieden ist; (3) Fehler bei der Erfassung des Gierimpul ses, die durch eine Abweichung des Ausgangsmeßfaktors der tatsächlichen Beschleunigung bei der Fertigung der Be schleunigungssensoren verursacht werden.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen, die sich auf bevorzugte Aus führungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen, ange geben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Aus führungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläu tert; es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild zur Erläu terung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Gierimpuls-Erfassungseinrichtung und einer diese Gierimpuls-Erfassungseinrichtung ver wendenden Bewegungssteuerungseinrichtung für Fahrzeuge;

Fig. 2 eine Draufsicht eines Fahrzeugs, die zur Er läuterung der Anbringung von Beschleunigungs sensoren in diesem Fahrzeug verwendet wird;

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Darstellung des Auf baus einer Steuereinheit, die in der Bewe gungssteuereinrichtung für Fahrzeuge verwen det wird;

Fig. 4 eine Schaltungsanordnung zur beispielhaften Erläuterung eines Beschleunigungssensors, der in der Bewegungssteuerungseinrichtung für Fahrzeuge verwendet wird;

Fig. 5 eine graphische Darstellung zur Erläuterung einer Ausgangskennlinie des Beschleunigungs sensors;

Fig. 6 ein funktionales Blockschaltbild zur Erläute rung einer Steueroperation der Bewegungs steuereinrichtung für Fahrzeuge;

Fig. 7A-C graphische Darstellungen zur Erläuterung des Verfahrens zur Korrektur der Beschleunigungs sensoren-Ausgänge;

Fig. 8 ein beispielhaftes Flußdiagramm zur detail lierten Erläuterung des Verfahrens zur Kor rektur der Beschleunigungssensor-Ausgänge;

Fig. 9 ein weiteres beispielhaftes Flußdiagramm zur detaillierten Erläuterung des Verfahrens zur Korrektur der Beschleunigungssensor-Ausgänge;

Fig. 10 ein Flußdiagramm zur detaillierten Erläute rung eines Gierimpuls-Rückkopplungssteue rungsverfahren, das in der Bewegungssteue rungseinrichtung für Fahrzeuge verwendet wird; und

Fig. 11A, B eine Darstellung zur Erläuterung der Gierim puls-Rückkopplungssteuerung bzw. ein Aus gangssignaldiagramm.

In Fig. 1 ist eine Bewegungssteuerungseinrichtung für Fahrzeuge gezeigt, die im Fahrzeug auftretende Gierbewe gung erfaßt und außerdem unter Verwendung der erfaßten Gierbewegung die Fahrzeugbewegung in einen stabilen Zu stand steuert. In der Zeichnung wird der Gierimpuls des Fahrzeugs durch Verwendung eines Beschleunigungssensors (der im folgenden mit "G-Sensor" bezeichnet wird) erfaßt. Genauer werden eine Gierwinkelbeschleunigung und eine Gierwinkelgeschwindigkeit erfaßt, wobei die Gierbewegung des Fahrzeugs unter Verwendung der Gierwinkelbeschleuni gung und der Gierwinkelgeschwindigkeit als Rückkopplungs signale gesteuert wird.

In der Bewegungssteuerungseinrichtung gemäß dieser Aus führungsform sind zwei G-Sensoren "G_A" und "G_B" und eine weitere Sensorgruppe 14 vorgesehen. Außerdem werden zur Steuerung der Gierbewegung des Fahrzeugs beispielsweise ein Brems-Antiblockiersystem (das im folgenden mit "ABS" bezeichnet wird) 15, ein Vierrad-Lenksystem (das im fol genden mit "4WS" bezeichnet wird) 16 und dergleichen ver wendet. Zusätzlich ist eine Steuereinheit 6 vorgesehen, die die von den oben erwähnten Sensoren ausgegebenen Si gnale empfängt und eine vorgegebene Rechenverarbeitung ausführt, um die Betätigungselemente des ABS, des 4WS usw. zu steuern.

Zunächst werden die zwei G-Sensoren "G_A" und "G_B" erläu tert. Diese zwei G-Sensoren sind symmetrisch zu einer Ebene angeordnet, die parallel zur Längsrichtung des Fahrzeugs orientiert ist und den Schwerpunkt des Fahr zeugs enthält. Genauer sind die beiden G-Sensoren, wie in Fig. 2 gezeigt, in einer zur Bodenebene des Fahrzeugs 100 parallelen Ebene so angebracht, daß sie sich an symmetri schen Positionen in bezug auf eine Mittellinie "L" des Fahrzeugs 100 in Längsrichtung (die in Fig. 2 nach links weist) befinden. Die Erfassungsrichtungen dieser Sensoren sind durch die Pfeile "I" und "II" angegeben. Das heißt, daß diese Sensoren in der obenerwähnten Ebene so angebracht sind, daß sie der Fahrtrichtung des Fahrzeugs entgegenge richtet sind.

Diese G-Sensoren werden nun im einzelnen beschrieben. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist ein solcher G-Sensor ein Halblei ter-G-Sensor, in dem ein elektrostatisches Servosystem zur Anwendung kommt. In dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel wird auf einen Trägheitskörper 30 eine Trägheitskraft ausgeübt, wenn in Pfeilrichtung eine Beschleunigung wirkt; somit wird der einseitig unterstützte Hebel 31 ab gelenkt, so daß seine Position in der Richtung, in der die Beschleunigung wirkt, verschoben wird. Gleichzeitig wird aufgrund einer Änderung der Größe des Abstandes zwi schen dem Trägheitskörper 30 und den auf die isolierenden Platten 32 und 33 ausgebildeten Elektroden 34 bzw. 35 die Kapazität (elektrostatische Kapazität) des durch die obere und die untere Elektrode 34 bzw. 35 und den Träg heitskörper 30 gebildeten Kondensators geändert.

Allgemein ist die Kapazität "C" eines Kondensators fol gendermaßen gegeben:

C = εs/d,

wobei das Symbol "ε" die dielektrische Konstante, das Symbol "s" die Fläche einer Elektrode und das Symbol "d" den Abstand zwischen zwei Kondensatorplatten bezeichnet. Das bedeutet, daß der in der vorliegenden Erfindung ver wendete G-Sensor die Beschleunigung mittels einer Be schleunigungserfassungsschaltung 36 erfaßt, wobei diese Erfassungsschaltung 36 die Beschleunigungsabhängigkeit die Kapazität ausnutzt. Ein solches Beschleunigungserfas sungssystem ist ein sogenanntes elektrostatisches Servo system, in dem die zwischen den Elektroden anliegende Spannung auf der Grundlage einer Rückkopplungsgröße ent sprechend dem Ausmaß der erfaßten Beschleunigung gesteu ert wird, so daß die Position des Trägheitskörpers 30 kontinuierlich in der Mitte zwischen den zwei Elektroden 34 und 35 positioniert wird. In der Beschleunigungserfas sungsschaltung 36 wird eine Veränderungsgröße "ΔC" der Kapazität "C" von einem Detektor 37 erfaßt, anschließend wird die erfaßte Veränderungsgröße "ΔC" von einem Ver stärker 38 verstärkt. Damit wird beispielsweise ein Im pulsbreitenmodulations-Inverter (PWM-Inverter) 39 so ge steuert, daß das sich ergebende Signal den Wert "0" an nimmt. Außerdem wird mittels der elektrostatischen Kraft, die durch die Elektroden 34 und 35 erzeugt wird, eine Steuerung ausgeführt, derart, daß sich der Trägheitskör per 30 stets an derselben Position (d. h. im wesentlichen in der Mitte zwischen den Elektroden 35 und 35) befindet, indem an die vertikal übereinander angeordneten Elektro den 34 und 35 ein Spannungssignal angelegt wird, das durch die Umwandlung eines Ausgangs des PWM-Inverters 39 in einem Wandler 40 erhalten wird. Außerdem wird das Steuersignal des PWM-Inverters 39 über ein Tiefpaßfilter 41 in einen Verstärker 42 eingegeben, wobei dieser Ver stärker 42 die gesuchte Beschleunigung ausgibt.

In Fig. 5 ist die Beziehung zwischen dem Ausgang des G- Sensors durch eine durchgezogene Linie dargestellt. Die Ausgangskennlinie (d. h. die durchgezogene Linie 18) wird als Basis-Ausgangskennlinie dieses G-Sensors bezeichnet.

Nun wird wieder auf Fig. 1 Bezug genommen. Die Sensor gruppe 14 umfaßt verschiedene an sich bekannte Sensoren wie etwa einen Handbremsschalter 1, einen Fußbremsschal ter 2, einen Radgeschwindigkeitssensor 3, einen Lenkwin kelsensor 4, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 5 und dergleichen.

Eine Einrichtung 7 zur Steuerung der Gierbewegung des Fahrzeugs umfaßt einerseits ein ABS 15, das eine ABS- Steuereinheit 10 und ABS-Betätigungselemente 12 aufweist, und andererseits das 4WS 16, das eine 4WS-Steuereinheit 11 und 4WS-Betätigungselemente 13 aufweist.

Wie in Fig. 3 gezeigt, umfaßt die Steuereinheit 6 eine Zentraleinheit (CPU) 150, einen Festwertspeicher (ROM) 151, der als Speichereinrichtung dient, und einen Schreib-/Lesespeicher (RAM) 152. Die CPU 150 führt mit tels der vier Grundrechenarten vorgegebene Berechnungen, eine Vergleichsberechnung und ferner die Steuerung von Eingangs-/Ausgangssignalen aus, während im ROM 151 die in den obigen Berechnungen verwendeten Konstanten oder der gleichen und außerdem Programme gespeichert sind. Das RAM 152 wird zum Speichern von Variablen und dergleichen ver wendet. Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt die Steuereinheit 6 außerdem eine Gierimpuls-Erfassungseinheit 8, eine Gierimpuls-Vorhersageeinheit 9, die ABS-Steuereinheit 10 und die 4WS-Steuereinheit 11. Die Signalwege zwischen diesen Konstruktionseinheiten sind in Fig. 1 durch Pfeile gekennzeichnet.

Zunächst werden in die Gierimpuls-Vorhersageeinheit 9 ein vom Lenkwinkelsensor 4 ausgegebenes Signal R_f und ein vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 5 ausgegebenes Signal V eingegeben. Dann schließt die Gierimpuls-Vorhersageein heit 9 anhand dieser Signale auf die Gierwinkelgeschwin digkeit ω_T und auf die Gierwinkelbeschleunigung dω_T/dt des Fahrzeugs.

In die Gierimpuls-Erfassungseinheit 8 werden die Aus gangssignale der G-Sensoren G_A und G_B, ein Signal SS vom Handbremsschalter 1, ein Signal FS vom Fußbremsschalter 2, ein Signal WV vom Radgeschwindigkeitssensor 3, ein Si gnal R_f vom Lenkwinkelsensor 4 und ein Signal F_ABS von der ABS-Steuereinheit 10 eingegeben. Damit berechnet die Gierimpuls-Erfassungseinheit 8 gemäß einem bestimmten Verfahren (das später beschrieben wird) anhand von ω_s und von dω_s/dt den Gierimpuls.

Das Signal FS vom Fußbremsschalter 2, das Signal WV vom Radgeschwindigkeitssensor 3, das Signal V vom Fahrzeugge schwindigkeitssensor 5, die Gierimpulssignale ω_s und dω_s/dt von der Gierimpuls-Erfassungseinheit 8 und außer dem die gefolgerten Gierimpulssignale ω_T und dω_T/dt von der Gierimpuls-Vorhersageeinheit 9 werden in die obener wähnte ABS-Steuereinheit 10 eingegeben. Anhand dieser Si gnale gibt die ABS-Steuereinheit 10 an das ABS-Betäti gungselement 12 ein Signal aus, mit dem unter Beibehal tung der Bremskraft oder -wirkung die Gierbewegung ge steuert wird. Außerdem werden die Gierimpulssignale ω_s, dω_s/dt von der Gierimpuls-Erfassungseinheit 8, das Signal R_f vom Lenkwinkelsensor 4, das Signal V vom Fahrzeugge schwindigkeitssensor 5 und außerdem die gefolgerten Gierimpulssignale ω_T und dω_T/dt von der Gierimpuls-Vor hersageeinheit 9 in die 4WS-Steuereinheit 11 eingegeben, die anhand dieser Signale an das 4WS-Betätigungselement 13 ein Steuersignal ausgibt, mit dem ebenfalls die Gier bewegung des Fahrzeugs gesteuert wird.

Nun wird mit Bezug auf Fig. 6 ein Verfahren zur Gewinnung der Gierimpulsgrößen ω_s und dω_s/dt des Fahrzeugs aus den Ausgangssignalen SG_A und SG_B von den G-Sensoren G_A und G_B genauer erläutert. Dieses Verfahren wird in der obener wähnten Gierimpuls-Erfassungseinheit 8 ausgeführt.

Zunächst werden die Signale SG_A und SG_B von den G-Senso ren G_A und G_B in eine G-Sensorausgang-Holeinheit 19 ge holt, in der diese Signale gefiltert werden, um Rausch komponenten und dergleichen zu beseitigen.

Die von der G-Sensorausgang-Holeinheit 19 gefilterten Kennlinien der Signale SG_A und SG_B unterscheiden sich von der in Fig. 5 gezeigten Basis-Ausgangskennlinie 18 auf grund von Differenzen zwischen den den G-Sensoren eigen tümlichen Kennlinien, aufgrund von Änderungen der Umge bungstemperaturen der G-Sensoren und aufgrund linearer Verschiebungen und Verdrehungen beim Anbringen der G-Sen soren und dergleichen. Wenn beispielsweise die Erfas sungsachse der G-Sensoren (die der Richtung entspricht, entlang der der in Fig. 4 gezeigte Trägheitskörper 30 be wegt wird, d. h. der vertikalen Richtung) um einen vorge gebenen Betrag gegenüber der horizontalen Richtung ge neigt wird, weil der G-Sensor bei der Montage eine li neare Verschiebung oder eine Drehung erfährt, können die Ausgänge der G-Sensoren durch die Erdbeschleunigung be einflußt werden, so daß die Ausgangskennlinie dieses Sen sors von der obenerwähnten Basis-Ausgangskennlinie ab weicht.

Wenn daher beispielsweise die Ausgangssignale SG_A und SG_B eines Paars von G-Sensoren G_A und G_B eine Kennlinie wie die in Fig. 7A gezeigte Kennlinie bilden, wird auf der Grundlage von Ausgangswerten SG₁-Φ bzw. SG₂-Φ der G-Sen soren unter der Bedingung, daß die auf die G-Sensoren wirkende Beschleunigung den Wert "0" besitzt (z. B. wenn das Fahrzeug stillsteht), in der Nullpunkt-Korrekturein heit 20 ein Bezugsausgangswert SG-Φ für die Nullpunkt- Korrektur SG_s bestimmt. Außerdem werden in der Nullpunkt- Korrektureinheit 20 die Ausgangswertkennlinien SG₁ und SG₂ am neutralen Punkt der Bezugs-Ausgangswertkennlinie SG_s zum Schnitt gebracht, indem diese Kennlinien anhand der Differenz zwischen der Bezugs-Ausgangswertkennlinie SG_s und den Ausgangswertkennlinien SG₁ und SG₂ parallel verschoben werden. Durch die obigen Korrekturoperationen ergeben sich aus den Ausgangskennlinien der G-Sensoren Kennlinien, die durch die Symbole SG₁′ und SG₂′ bezeich net sind und deren neutrale Punkte miteinander überein stimmen, wie in Fig. 7B gezeigt ist.

Ferner wird in einer Meßfaktor-Korrektureinheit 21 auf der Grundlage eines Ausgangswertes, der erhalten wird, wenn auf die G-Sensoren eine bestimmte Beschleunigung wirkt, ein Meßfaktorkorrekturwert für die Bezugsausgangs kennlinie bestimmt. Anschließend wird durch einen Ver gleich zwischen der Neigung der Bezugsausgangskennlinie SG_s und den Neigungen der Ausgangskennlinien SG₁′ und SG₂′ die Neigung der Ausgangskennlinie so bestimmt, daß Ausgangskennlinien SG₁′′ und SG₂′′ erhalten werden, die sowohl hinsichtlich ihrer neutralen Punkte als auch hin sichtlich ihrer Neigungen miteinander übereinstimmen, wie in Fig. 7C gezeigt ist. Anschließend wird auf der Grund lage der Ausgangssignale, deren Ausgangskennlinien auf die obenbeschriebene Weise korrigiert worden sind, in der Gierimpuls-Erfassungseinheit 22 der Gierimpuls berechnet. Nun wird mit Bezug auf Fig. 2 das Prinzip der Berechnung des Gierimpulses erläutert.

Es wird angenommen, daß der Schwerpunkt 23 des Fahrzeugs 100 als Ursprung eines X-Y-Koordinatensystems gewählt wird. Hierbei weist die positive Richtung der Y-Achse in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 100 (d. h. in Fig. 2 nach links), während die positive Richtung der X-Achse in der Zeichnung nach oben weist. Es wird festgestellt, daß zwei der obenbeschriebenen G-Sensoren G_A und G_B in bezug auf die obige Y-Achse symmetrisch und in der obenerwähnten X- Y-Ebene parallel zur Bodenebene des Fahrzeugs angeordnet sind.

Ferner werden die geraden Linien, die vom Schwerpunkt 23 des Fahrzeugs durch die Anbringungspunkte A und B der G- Sensoren G_A bzw. G_B verlaufen, mit R_A und R_B bezeichnet. Dann gilt für die Winkel R_A und R_B zwischen der X-Achse und den geraden Linien R_A bzw. R_B, die auf die Punkte A bzw. B weisen, die folgende Beziehung:

R_B = π - R_A (π = 180°).

Da die bei der Erfassung der Beschleunigung erzeugten Ausgänge der G-Sensoren vektorielle Größen sind, werden die in der Zeichnung durch die Pfeile I und II bezeichne ten Richtungen positiv gezählt.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Anbringungsstruktur der G- Sensoren G_A und G_B wird keine Fahrzeugrollkomponente er faßt. Ferner können durch die Berechnung einer Differenz zwischen den Ausgangssignalen SG_A und SG_B der G-Sensoren G_A bzw. G_B die Nickbewegungskomponenten kompensiert wer den. Daher entsprechen die Geschwindigkeiten V_A und V_B entlang der Y-Achse in den Anbringungspunkten A und B in Fig. 2 einer Geschwindigkeit, die durch die Kombination der die Y-Komponente der translatorischen Bewegung dar stellenden Geschwindigkeit V_g mit der Geschwindigkeit der Y-Komponente der Gierbewegung erhalten wird. Daher werden die Beschleunigungssignale SG_A und SG_B, die von den G- Sensoren erfaßt werden, folgendermaßen erhalten:

S_GA = dV_A/dt = dV_G/dt + R_A · dω/dt · cosR_A,
S_GB = dV_B/dt = dV_G/dt + R_B · dω/dt · cosR_B.

Die Differenz ΔG zwischen den erfaßten Beschleunigungen ergibt sich folgendermaßen:

ΔG = S_GA - S_GB = dω/dt · (R_AcosR_A - R_BcosR_B).

Da R_AcosR_A-R_BcosR_B=R gilt, ergibt sich:

dω/dt = ΔG/R,

wobei das Symbol "R" den Abstand zwischen den beiden An bringungspunkten der G-Sensoren der G_A und G_B angibt.

Daher kann, wie oben beschrieben, die Gierwinkelbeschleu nigung dω/dt des Fahrzeugs anhand der von den G-Sensoren G_A und G_B ausgegebenen Erfassungssignale SG_A und SG_B er halten werden.

ln den Fig. 8 und 9 sind Flußdiagramme zur genauen Erläu terung der obenerwähnten Operationen gezeigt.

In den Schritten 201 und 202, die der Operation der oben mit Bezug auf Fig. 6 erläuternden G-Sensorausgang-Holein heit 19 entsprechen, werden die Ausgänge SG_A und SG_B nach jeweils 1 ms beispielsweise von einem 10-Bit-A/D-Umsetzer von den G-Sensoren geholt, anschließend wird ein aus vier Sätzen von geholten Daten berechneter Mittelwert nach je weils 5 ms als Ausgangssignal SG₁ bzw. SG₂ an die G-Sen sorausgang-Holeinheit 19 geliefert.

In den Schritten 203 bis 213, die der Operation der Null punkt-Korrektureinheit 20 entsprechen, werden unter der Voraussetzung, daß die im folgenden genannten Bedingungen erfüllt sind, die neutralen Punkte SG₁-Φ und SG₂-Φ der Ausgänge der jeweiligen Sensoren G_A und G_B durch Korrek turwerte aktualisiert. Die erwähnten Bedingungen lauten:
(1) die Handbremse und/oder die Fußbremse wird betätigt, wenn das Fahrzeug stillsteht; (2) die Fahrzeuggeschwin digkeit ist gleich oder kleiner 10 km/h; (3) sämtliche Radgeschwindigkeiten sind gleich oder kleiner als 10 km/h; (4) die Werte der G-Sensorausgänge SG₁ und SG₂ sind angenähert gleich dem neutralen Punkt (d. h. einem der Be schleunigung "0" entsprechenden Punkt) der Bezugsaus gangskennlinie, so daß sie etwa im Bereich ±10% des der erfaßten maximalen Beschleunigung entsprechenden Ausgangs liegen. Die Aktualisierungsoperation wird wiederholt, wenn die obigen Bedingungen (1) bis (4) erfüllt sind; diese Operation entspricht einer linearen Verschiebung des neutralen Punktes der Ausgangskennlinie aufgrund vor übergehender Temperaturschwankungen.

Die obenerwähnten Bedingungen (1) bis (4) werden auch dazu verwendet, sämtliche Erfassungsoperationen für den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 5, den Radgeschwindig keitssensor 3 und die G-Sensoren G_A und G_B zu bestätigen. In der obenbeschriebenen bevorzugten Ausführungsform wer den außerdem durch die Ausgangssignale SG_A und SG_B der G- Sensor G_A bzw. G_B zwei neutrale Punkte erzeugt, so daß einer von diesen neutralen Punkten als Korrekturwert aus gegeben werden kann. Gemäß dieser bevorzugten Ausfüh rungsform werden die beiden neutralen Punkte miteinander verglichen, wobei der höherwertigere neutrale Punkt als Korrekturwert ausgegeben wird. In anderen Verfahren kön nen auch der niederwertigere neutrale Punkt oder der dem neutralen Punkt der Bezugsausgangskennlinie am nächsten befindliche neutrale Punkt oder der neutrale Punkt der Bezugsausgangskennlinie als Korrekturwert ausgegeben wer den.

Aus diesen erwähnten Verfahren wird unter Berücksichti gung des Rechenaufwandes und der Verwendung der Ausgänge der G-Sensoren in anderen Steuereinheiten das geeignete Verfahren ausgewählt.

Anschließend wird zum unkorrigierten Ausgang die Diffe renz zwischen dem neutralen Punkt der korrigierten Aus gangskennlinie und dem neutralen Punkt der nicht korri gierten Ausgangskennlinie kontinuierlich addiert, so daß die neutralen Punkte der beiden Ausgangskennlinien mit einander übereinstimmen. Dieser Punkt, in dem die Aus gangskennlinien miteinander übereinstimmen, wird als ge meinsamer Punkt SG-Φ bezeichnet.

Anschließend aktualisiert die Meßfaktor-Korrektureinheit 21 zur Meßfaktorkorrektur die Verstärkungsfaktoren SPAN-N und SPAN-W, wenn das Fahrzeug mit einer bestimmten Be schleunigung geradeaus fährt, keine Gierbewegung auftritt und die Differenz zwischen den Ausgängen der beiden G- Sensoren sehr klein ist. Beispielsweise werden die Ver stärkungsfaktoren dann aktualisiert, wenn sämtliche der folgenden Bedingungen (a) bis (f) erfüllt sind: (a) der Lenkwinkel befindet sich in bezug auf die neutrale Posi tion in einem Bereich von ±2°; (b) die Fahrzeuggeschwin digkeit beträgt 10 km/h oder mehr; (c) die Verzögerung (negative Beschleunigung) beträgt 0,5 g; (d) die Diffe renz zwischen den Geschwindigkeiten des linken und des rechten nicht angetriebenen Rades beträgt weniger als 1 km/h; (e) das ABS arbeitet nicht; (f) die Differenz zwi schen den Ausgangssignalen SG₁′ und SG₂′ beträgt 0,1 g oder weniger.

Obwohl der oben erwähnte bestimmte Beschleunigungswert vorzugsweise während eines Bremsvorgangs des Fahrzeugs gewählt wird, so daß im Vergleich zum Wert im neutralen Punkt ein größerer Absolutwert erhalten werden kann, wird darauf hingewiesen, daß der bestimmte Beschleunigungswert auch während einer positiven Beschleunigung des Fahrzeugs aufgenommen werden kann. Wenn die obenerwähnten Bedingun gen (a) bis (f) erfüllt sind, kann auch eine Differenz zwischen dem Signal SG-Φ und dem Signal SG₁′ oder zwi schen dem Signal SG-Φ und dem Signal SG₂′ berechnet wer den, so daß für den einen Verstärkungsfaktor SPAN-W zur Meßfaktorkorrektur ein großer Wert verwendet wird, wäh rend für den anderen Verstärkungsfaktor SPAN-N zur Meß faktorkorrektur ein kleiner Wert verwendet wird. Das heißt, daß der große Meßfaktor als Bezugsausgang verwendet wird und die Meßfaktorkorrektur durch die Multiplikation des nicht als Bezugsausgang dienenden Ausgangs mit dem Ver hältnis von SPAN-W zu SPAN-N ausgeführt wird.

Es sind ein Verfahren zur Auswahl eines kleinen Meßfak tors als Korrekturwert und ein weiteres Verfahren zur Auswahl eines Ausgangs in der Nähe des Meßfaktors und zur Auswahl des Korrekturwertes aus den korrigierten Ausgän gen denkbar, die sich von den obenbeschriebenen Verfahren unterscheiden. Genauso kann ein geeignetes Meßfaktor korrekturverfahren unter Berücksichtigung des Rechenauf wandes und der Verwendung der Ausgänge der G-Sensoren in anderen Steuereinheiten ausgewählt werden.

Die obenbeschriebene Korrekturoperation wird jedesmal wiederholt, wenn die obenbeschriebenen Bedingungen er füllt sind; somit spricht die Korrekturoperation auf Meß faktoränderungen aufgrund von Temperaturschwankungen an. Schließlich können mit den obenerwähnten Bedingungen die Funktionen des Radgeschwindigkeitssensors, des G-Sensors und dergleichen bestätigt werden.

Die Gierimpuls-Erfassungseinheit 22 berechnet eine soge nannte "Gierwinkelbeschleunigung (dω/dt)", indem sie zunächst die Differenz zwischen den Ausgangssignalen SG₁′′ und SG₂′′, die durch das obenbeschriebene Verfahren korri giert worden sind, berechnet und anschließend diese Dif ferenz mit einem auf den Anbringungsabstand zwischen den G-Sensoren und der Einheit 22 bezogenen Koeffizienten "VERSTÄRKUNG" multipliziert.

Danach wird der Gierimpuls, der gemäß dem obenbeschriebe nen Verfahren erfaßt worden ist, als Rückkopplungssignal verwendet, um die Gierbewegung des Fahrzeugs 100 zu steu ern, die nun erläutert wird. Wenn das Fahrzeug auf einer Fahrbahn mit unterschiedlichen Reibungskoeffizienten µ (d. h. auf einer Fahrbahn, auf der die Reibungskoeffizien ten an den rechten und an den linken Rädern des Fahrzeugs verschieden sind) plötzlich gebremst wird, führt das Fahrzeug beispielsweise entgegen dem Uhrzeigersinn eine Gierbewegung aus, wie in Fig. 11A gezeigt ist. In Fig. 11B sind der Gierwinkel R des Fahrzeugs und die Gierge schwindigkeit ω desselben während eines solchen Bremsvor gangs dargestellt. In dieser graphischen Darstellung stellen durch durchgezogene Linien gekennzeichnete Kurven 81 und 83 den Gierwinkel des Rades und die Gierwinkelbe schleunigung für den Fall dar, in dem das Vierradlenksy stem nicht betätigt wird, während die durch unterbrochene Linien angegebenen Kurven 82 und 84 den Gierwinkel des Rades und die Giergeschwindigkeit für den Fall darstel len, in dem das Vierradlenksystem in Betrieb ist. Wenn eine solche Gierbewegung auftritt, kann ein Fahrer das Fahrzeug nicht nach seinem Willen steuern, so daß ein ge fährlicher Zustand entsteht. Diese Gierbewegung wird durch nicht im Gleichgewicht befindliche Kräfte an den jeweiligen Rädern des Fahrzeugs verursacht, so daß der erwähnte gefährliche Zustand dadurch verhindert werden kann, daß die Bremskräfte und der Einschlagwinkel der Rä der gesteuert wird. Daher wird erfindungsgemäß das Vier radlenksystem (4WS) unter Verwendung des durch die oben beschriebene Operation erfaßten Gierimpulses als Rück kopplungssignal gesteuert, so daß die Gierbewegung des Fahrzeugs gesteuert werden kann.

In Fig. 10 ist ein Flußdiagramm gezeigt, in dem ein Ver fahren zur Berechnung des Radeinschlagwinkels oder Lenk winkels R_r bzw. ein Vierradlenkverfahren zur Steuerung der Gierbewegung des Fahrzeugs dargestellt ist. Diese Routine wird jeweils nach einem konstanten Zeitintervall (von beispielsweise 5 ms) begonnen und abgearbeitet.

In einem ersten Verarbeitungsschritt 71 wird anhand der Ausgänge eines oder mehrerer Radgeschwindigkeitssensoren 3 die Fahrzeuggeschwindigkeit V berechnet und über einen A/D-Umsetzer oder dergleichen geholt. Im nächsten Verar beitungsschritt 72 wird ein Einschlagwinkel R_f auf ähnli che Weise über den A/D-Umsetzer oder dergleichen geholt.

Anhand dieses Einschlagwinkels R_f wird eine erste Zeitab leitung dR_f/dt gewonnen. In einem Verarbeitungsschritt 73 wird anhand der geholten Signale V, R_f und dR_f/dt eine Soll-Gierwinkelbeschleunigung dω_T/dt bestimmt. Anschlie ßend wird in einem Verarbeitungsschritt 74 die von der Gierimpuls-Erfassungseinheit 22 (siehe Fig. 6) erhaltene Gierwinkelbeschleunigung dω_s/dt geholt. Dann wird in ei nem Verarbeitungsschritt 75 die Abweichung Δ(dω/dt) zwi schen den geholten Beschleunigungssignalen dω_T/dt und dω_s/dt berechnet. Anhand dieser Abweichung Δ(dω/dt) wird in einem Verarbeitungsschritt 76 der Einschlagwinkel R_r berechnet, um so das 4WS-System zu steuern. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung können durch die Steuerung des 4WS-Systems sichere Fahreigenschaften und ein Gierim puls, der durch die Kurven 82 und 84 gegeben ist, erhal ten werden.

Aus der obigen Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist ersichtlich, daß verschiedene Fehler bei der Erfas sung des Gierimpulses erfindungsgemäß beseitigt werden können, die durch den Beschleunigungssensoren eigentümli che Eigenschaften und außerdem durch die Anbringung der Sensoren oder dergleichen verursacht werden. Somit kann der Gierimpuls des Fahrzeugs richtig erfaßt werden. Daher ergibt sich erfindungsgemäß der besondere technische Vor teil, daß eine Bewegungssteuerungseinrichtung mit ausge zeichneten Bewegungssteuerungsfähigkeiten geschaffen wer den kann, wenn der richtig erfaßte Gierimpuls verwendet wird.

Claims

1. Gierimpuls-Erfassungseinrichtung für Fahrzeuge, gekennzeichnet durch
mehrere Beschleunigungssensoren (G_A, G_B), die in bezug auf eine durch den Schwerpunkt (23) des Fahrzeugs (100) verlaufende vertikale Achse in einer zu dieser ver tikalen Achse senkrechten Ebene symmetrisch angeordnet sind;
eine Einrichtung (8, 22) zur Berechnung des um die vertikale Achse auftretenden Gierimpulses des Fahr zeugs (100) auf der Grundlage der Ausgänge der mehreren Beschleunigungssensoren (G_A, G_B); und
eine Kennlinienkorrektureinrichtung (20, 21) die die bei bekannten Beschleunigungswerten erzeugten Aus gänge der mehreren Beschleunigungssensoren mit demselben Wert zur Übereinstimmung bringt, wenn die bekannten Be schleunigungswerte in einem bestimmten Zustand des Fahr zeugs erhalten werden.

2. Gierimpuls-Erfassungseinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung umfaßt:
eine Einrichtung (20), die die Ausgänge der meh reren Beschleunigungssensoren (G_A, G_B), die erhalten wer den, wenn die Beschleunigung in dem Zustand, in dem das Fahrzeug stillsteht, den Wert "0" besitzt, mit demselben Wert zur Übereinstimmung bringt; und
eine Einrichtung (21), die die Ausgänge der meh reren Beschleunigungssensoren (G_A, G_B), die erhalten wer den, wenn die Beschleunigung in einem vorgegebenen Fahr zustand, in dem das Fahrzeug eine bekannte Beschleunigung erfährt, den bekannten Wert besitzt, mit demselben Wert zur Übereinstimmung bringt.

3. Gierimpuls-Erfassungseinrichtung gemäß An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Be schleunigungssensoren (G_A, G_B) zwei Beschleunigungssenso ren umfassen, die in bezug auf eine die vertikale Achse schneidende Mittellinie (L) in Längsrichtung des Fahr zeugs (100) an symmetrischen Positionen angeordnet sind und jeweils so beschaffen sind, daß die Beschleunigungs erfassungseinrichtung mit der Richtung der Mittelinie (L) übereinstimmt.

4. Verfahren zur Erfassung des Gierimpulses für Fahrzeuge, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Holen (19) von Ausgangssignalen von mehreren Be schleunigungssensoren (G_A, G_B), die an symmetrischen Po sitionen in bezug auf eine durch den Schwerpunkt (23) des Fahrzeugs (100) verlaufende vertikale Achse in einer zur vertikalen Achse senkrechten Ebene angeordnet sind;
Angleichen (20, 21) der Ausgangssignale der meh reren Beschleunigungssensoren bei bekannten Beschleuni gungswerten an denselben Wert, wenn die bekannten Be schleunigungswerte in einem bestimmten Zustand des Fahr zeugs (100) erhalten werden; und
Berechnen (22) des um die vertikale Achse auftre tenden Gierimpulses des Fahrzeugs (100) auf der Grundlage der Ausgangssignale der mehreren Beschleunigungssensoren (G_A, G_B).

5. Bewegungssteuerungseinrichtung für Fahrzeuge, gekennzeichnet durch
mehrere Beschleunigungssensoren (G_A, G_B), die an symmetrischen Positionen in bezug auf eine durch den Schwerpunkt (23) des Fahrzeugs (100) verlaufende verti kale Achse in einer zur vertikalen Achse senkrechten Ebene angeordnet sind;
eine Einrichtung (8, 22) zur Berechnung des um die vertikale Achse auftretenden Gierimpulses des Fahr zeugs (100) auf der Grundlage der Ausgänge der mehreren Beschleunigungssensoren (G_A, G_B);
eine Kennlinienkorrektureinrichtung (20, 21) zum Angleichen der Ausgänge der mehreren Beschleunigungssen soren bei bekannten Beschleunigungswerten an denselben Wert, wenn die bekannten Beschleunigungswerte in einem bestimmten Zustand des Fahrzeugs (100) erhalten werden;
eine Einrichtung (71, 72, 73) zur Berechnung ei nes Soll-Gierimpulses auf der Grundlage der Fahrzeugge schwindigkeit (V) und des Lenkwinkels (R_f) des Fahrzeug- Lenkrades, wenn ein Fahrer das Lenkrad betätigt; und
Einrichtungen (10, 11, 12, 13) zur Einstellung einer Lenkeinrichtung und/oder einer Bremseinrichtung des Fahrzeugs (100) derart, daß der von der Gierimpuls-Erfas sungseinrichtung (8, 22) erhaltene Gierimpuls an den Soll-Gierimpuls angeglichen wird.