DE19808100A1 - Lenksystem für Fahrzeuge - Google Patents
Lenksystem für FahrzeugeInfo
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Description
Der Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. 9-46275 mit dem Anmeldeda
tum vom 28. Februar 1997 wird hiermit durch Bezugnahme mitaufgenommen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeuglenksystem mit einem
manuellen Lenkmodus und einem automatischen Lenkmodus.
Die vorläufige (Kokai) japanische Patentveröffenflichung Nr. 4-38266 (1992)
legt ein herkömmliches derartiges Lenksystem offen, wie es in Fig. 10 gezeigt ist.
Das in Fig. 10 gezeigte Fahrzeuglenksystem besitzt einen ersten und einen zwei
ten Lenkmechanismus 1 und 3. Der erste Mechanismus 1 umfaßt ein Lenkrad 5, eine
Lenkwelle 7, ein Ritzel 9, eine Zahnlenkstange 11 eine Zylindereinheit 13 zur Lenk
kraftverstärkung und einen Hydraulikkreislauf 15. Der zweite Lenkmechanismus 3 um
faßt einen Servomotor 17 zum Antreiben der Lenkwelle 7 und eine automatische Lenk
steuerungseinheit 19 zum Steuern des Servomotors 17. Wenn der Fahrer das Lenkrad 5
dreht, steuert der erste Mechanismus 1 die linken und rechten Vorderräder 21 und 23,
und der Hydraulikkreislauf 15 erzeugt eine Lenkraftunterstützung, indem er Hydraulik
öl in eine der beiden Kammern 13a und 13b der Zylindereinheit 13 leitet. Auf der ande
ren Seite kann die Steuerungseinheft 19 durch Antreiben des Servomotors die Lenkwelle
7 drehen und die Vorderräder automatisch lenken, ohne daß ein Fahrer von Hand in den
Lenkvorgang mittels des Lenkrads 5 eingreift.
Jedoch ist dieses Lenksystem wegen seine Aufbaus, der solchermaßen ist, daß
die Lenkwelle 7 sowohl im manuellen als auch im automatischen Modus gedreht wird,
nicht in der Lage, den Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 während des automa
tischen Lenkvorgangs des zweiten Lenkmechanismus 3 festzuhalten. Daher führt dieses
Lenksystem leicht zu einem unnatürlichen Gefühl, wenn das Lenksystem von dem ma
nuellen zum automatischen Modus umgeschaltet wird. In dem automatischen Modus
wird das Lenkrad 5 automatisch gedreht, und dies verursacht bei den Fahrgästen ein
unkomfortables Gefühl.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeuglenksystem
zu schaffen, das einen glatten Übergang zwischen einem manuellen Lenkmodus und
einem automatischen Lenkmodus besitzt und einen günstigen Fahrkomfort bietet.
Diese und weitere Aufgaben werden entsprechend der vorliegenden Erfindung
durch das in den beiliegenden Patentansprüchen definierte Fahrzeuglenksystem gelöst.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Fahrzeuglenksystem für
Kraftfahrzeuge:
einen ersten Lenkmechanismus zum Lenken von wenigstens einem Vorderrad entsprechend einer manuellen Drehung eines Lenkrads;
einen zweiten Lenkmechanismus zum vom ersten Lenkmechanismus unabhängi gen Lenken des Vorderrads oder wenigstens eines der Hinterräder des Fahrzeugs mittels eines Stellglieds;
einen Auswahlmechanismus, um dem Fahrer zu ermöglichen, einen manuellen Lenkmodus entsprechend dem ersten Mechanismus oder einen automatischen Lenkmo dus entsprechend dem zweiten Lenkmechanismus auszuwählen;
eine Steuerungsvorrichtung zum Durchführen einer automatischen Steuerung zur automatischen Steuerung des Stellglieds des zweiten Lenkmechanismus entsprechend Informationen über die Fahrumgebung des Fahrzeugs, wenn der automatische Lenkmo dus ausgewählt ist;
eine Haltevorrichtung zum Halten des Lenkwinkels des ersten Lenkmechanis mus, während der zweite Lenkmechanismus zum Lenken des Vorderrads oder des Hin terrads des Fahrzeugs in Betrieb ist; und
eine Neutralpositionserkennungsvorrichtung zum Erkennen eines Zustands des ersten Lenkmechanismus, um festzustellen, ob sich der erste Lenkmechanismus in einer neutralen Lenkposition befindet, und um der Steuerungsvorrichtung zu ermöglichen, die automatische Lenkung im automatischen Lenkmodus nur dann durchzuführen, wenn sich der erste Lenkmechanismus in der neutralen Position befindet.
einen ersten Lenkmechanismus zum Lenken von wenigstens einem Vorderrad entsprechend einer manuellen Drehung eines Lenkrads;
einen zweiten Lenkmechanismus zum vom ersten Lenkmechanismus unabhängi gen Lenken des Vorderrads oder wenigstens eines der Hinterräder des Fahrzeugs mittels eines Stellglieds;
einen Auswahlmechanismus, um dem Fahrer zu ermöglichen, einen manuellen Lenkmodus entsprechend dem ersten Mechanismus oder einen automatischen Lenkmo dus entsprechend dem zweiten Lenkmechanismus auszuwählen;
eine Steuerungsvorrichtung zum Durchführen einer automatischen Steuerung zur automatischen Steuerung des Stellglieds des zweiten Lenkmechanismus entsprechend Informationen über die Fahrumgebung des Fahrzeugs, wenn der automatische Lenkmo dus ausgewählt ist;
eine Haltevorrichtung zum Halten des Lenkwinkels des ersten Lenkmechanis mus, während der zweite Lenkmechanismus zum Lenken des Vorderrads oder des Hin terrads des Fahrzeugs in Betrieb ist; und
eine Neutralpositionserkennungsvorrichtung zum Erkennen eines Zustands des ersten Lenkmechanismus, um festzustellen, ob sich der erste Lenkmechanismus in einer neutralen Lenkposition befindet, und um der Steuerungsvorrichtung zu ermöglichen, die automatische Lenkung im automatischen Lenkmodus nur dann durchzuführen, wenn sich der erste Lenkmechanismus in der neutralen Position befindet.
Dieses Fahrzeuglenksystem kann den ersten Lenkmechanismus 1 während des
Betriebs der automatischen Lenkung in der neutralen Geradeausposition halten. Daher
kann dieses Fahrzeuglenksystem, auch wenn das Lenksystem während einer Kurvenfahrt
von dem manuellen Modus in den automatischen Modus umgeschaltet wird, den ersten
Lenkmechanismus 1 in der neutralen Position halten und den automatischen Lenkvor
gang auch nach der Kurvenfahrt glatt weiterführen.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeuglenksystems nach einem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine Kurve, die einen Steuerungsvorgang des Fahrzeuglenksystems der
Fig. 1 zeigt.
Fig. 3 ist ein Flußdiagramm eines Steuerungsvorgangs in einem ersten Beispiel
entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel.
Fig. 4 ist ein Flußdiagramm eines Steuerungsvorgangs in einem zweiten Beispiel
entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel.
Fig. 5 ist eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung des Schritts S43 der
Fig. 4.
Fig. 6 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeuglenksystems nach einem
zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 ist eine Kurve, die einen Steuerungsvorgang des Fahrzeuglenksystems der
Fig. 6 zeigt.
Fig. 8A ist eine schematische Ansicht, die die von dem Fahrzeuglenksystem der
Fig. 6 gelenkten Vorder- und Hinterräder zeigt.
Fig. 8B ist eine schematische Ansicht, die eine seifliche Bewegung des Fahr
zeugs zeigt, die das Lenksystem der Fig. 6 verhindern kann.
Fig. 9 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeuglenksystems nach einem
dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 10 ist eine schematische Ansicht, die ein herkömmliches Lenksystem zeigt.
Fig. 1 zeigt ein Fahrzeuglenksystem nach einem ersten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung. Das Lenksystem der Fig. 1 ist ein System zum Lenken eines
Kraftfahrzeugs und umfaßt einen ersten Lenkmechanismus 1 und einen zweiten Lenk
mechanismus 3.
Die Hauptkomponenten des ersten Lenkmechanismus 1 sind: ein Lenkrad 5, eine
Lenkwelle 7, ein Ritzel 9, eine Zahnlenkstange 11 und ein Lenkstangengehäuse 25. Das
Ritzel 9 und die Zahnlenkstange 11 werden von dem Gehäuse 25 gehalten. Ein Drehstab
27 ist zwischen der Lenkwelle 7 und dem Ritzel 9 angeordnet.
Ein Lenkwinkelsensor 29 ist auf der Lenkwelle 7 angeordnet. Der Lenkwinkel
sensor 29 dient als Neutralpositionserkennungsvorrichtung zum Erkennen einer neutra
len Lenkposition des ersten Lenkmechanismus 1.
Das linke und das rechte Ende der Zahnlenkstange 11 sind mit einer linken be
ziehungsweise rechten Schubstange 31 verbunden. Fig. 1 zeigt der Einfachheit halber
nur die rechte Seite. Sowohl auf der linken als auch auf der rechten Seite ist die Schub
stange 31 über einen Gelenkarm 33 mit einer Achse 35 verbunden, die ein Vorderrad 23
trägt.
Das Lenkstangengehäuse 25 umfaßt einen Kolben 37, der fest an der Lenkzahn
stange 11 montiert ist und auf der linken und rechten Seite des Kolbens 37 die linke und
die rechte Hydraulikölkammer 13a und 13b einer Lenkkraftverstärker-Zylindereinheit
13 bildet. Die linken und rechten Druckkammern 13a und 13b sind über linke und rech
te Röhrenanordnungen 43 und 45 über ein Lenkkraftverstärkerventil 47, das zwischen
den linken und rechten Röhrenanordnungen 43 und 45 angeordnet ist, und ein Verriege
lungsventil 49 mit einem Hydrauliköltank 41 verbunden. Die linken und rechten Röh
renanordnungen 43 und 45 besitzen Öldrucksensoren 51 und 53 zum Feststellen des
entsprechenden Hydrauliköldrucks. Das Verriegelungsventil 49 ist ein Ventil des norma
lerweise offenen Typs, das dazu dient, daß das Lenkrad 5 im Falle einer Unterbrechung
in einer Signalleitung oder einer Spannungsversorgungsleitung blockiert. Eine Lenk
kraftverstärkerpumpe 55 ist vorgesehen, um das Hydrauliköl von dem Tank 41 in die
Druckkammern 13a und 13b zu leiten.
Mit diesem Aufbau bildet der erste Lenkmechanismus 1 einen Lenkkraftver
stärkermechanismus. In diesem Beispiel bilden das Verriegelungsventil 49, die linken
und rechten Druckkammern 13a und 13b der Zylindereinheit 13 und die Pumpe 55 eine
Vorrichtung oder einen Bereich zum Halten des Lenkwinkels des ersten Lenkmecha
nismus 1.
Das Lenkstangengehäuse 25 ist mit einer Ausstülpung 57 geformt, die in einer
Ausschlagbegrenzungsvorrichtung 59 angeordnet ist. Die Ausschlagbegrenzungsvor
richtung 59 ist an dem Fahrzeugskörper befestigt und dient als Begrenzungsvorrichtung.
Der zweite Lenkmechanismus 3 umfaßt ein Lenkstellglied 61, das in diesem
Beispiel ein hydraulisches Stellglied ist. Das Stellglied 61 besitzt einen Lenkkolben, der
linke und rechte Lenkhydrauliköldruckkammern 65a und 65b unterteilt. Der Lenkkolben
63 ist über eine Verbindungsstange 67 mit einem an dem Lenkstangengehäuse 25 be
festigten Steg 69 verbunden.
Die linken und rechten Druckkammern 65a und 65b des Lenkstellglieds 61 sind
über ein Servoventil 71 mit dem Öltank 41 verbunden. Es ist möglich, das Servoventil
71 durch einen elektrischen Motorantrieb zu ersetzen.
Ein Kontrollerabschnitt steuert das Servoventil 71 und das Verriegelungsventil
49 entsprechend von einem Eingabebereich erhaltener Information. Der Kontrollerab
schnitt dieses Beispiels umfaßt einen Kontroller 73, der mit dem Eingabebereich verbun
den ist. Der Eingabebereich umfaßt einen Sensorbereich, der in diesem Beispiel zusätz
lich zu dem Lenkwinkelsensor 29 einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 77 und einen
Bildsensor (eine CCD-Kamera) 79 umfaßt. Der Kontroller 73 erhält Informationen von
diesen Vorrichtungen. Der Kontroller 73 sendet ein Ausgabesignal zu einer Ausgabevor
richtung, die in diesem Beispiel ein Lautsprecher 81 ist.
Der Eingabebereich umfaßt weiterhin einen Modusauswahlschalter 75, der als
Auswahlvorrichtung zum Schalten zwischen einem manuellen Lenkmodus entsprechend
dem ersten Lenkmechanismus 1 und einem automatischen Lenkmodus entsprechend dem
zweiten Lenkmechanismus 3 dient. Mit dem Modusauswahlschalter 75 kann der Fahrer
das Lenksystem zwischen dem manuellen Modus und dem automatischen Modus hin-
und herschalten. Der Modusauswahlschalter 75 besitzt einen manuellen Auswahlzustand
zur Auswahl des manuellen Lenkmodus und einen automatischen Auswahlzustand zur
Auswahl des automatischen Lenkmodus.
Der Bildsensor 79 erzeugt Bilder eines Bereichs vor dem Fahrzeug, und der
Kontroller 73 erhält von dem Bildsensor 79 Informationen über die Fahrumgebung des
Fahrzeugs. Zum Beispiel bestimmt der Kontroller 73 eine seitliche Abweichung oder
eine seitliche Position des Fahrzeugs bezüglich eines vorne befindlichen Zielpunkts aus
der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Position einer weißen Linie, die auf die Straße
gemalt ist, um die Begrenzung einer Spur zu markieren. Zum Beispiel kann der Kon
troller 73 die seitliche Position des Fährzeugs bezüglich einer Spur aus dem horizontalen
Abstand zwischen der Position einer weißen Linie in einem von der Kamera aufgenom
men Bild und der Mitte des Bildes entlang einer vorgegebenen horizontalen Linie be
stimmen. Der Kontroller 73 gibt ein Ausgangssignal an den Lautsprecher 81 und ein
Verriegelungs- (oder Halte-)befehlssignal an das Verriegelungsventil 49 aus.
Das Lenksystem arbeitet wie folgt:
Wenn der Fahrer das Lenkrad 5 von Hand dreht und der Modusauswahlschalter 75 in den manuellen Auswahlzustand gesetzt ist, dreht sich die Lenkwelle 7 mit dem Lenkrad 5. Die Rotation wird über den Drehstab 27 auf das Ritzel 9 übertragen. Der Zahnstangen- und Ritzelmechanismus des Ritzels 9 und der Zahnlenkstange 11 wandelt die Drehung in eine Translationsbewegung der Zahnlenkstange 11 nach links oder rechts um. Die Schubstangen 31, die Gelenkarme 33 und die Achsen 35 wandeln die Trans lationsbewegung des Lenkstangenelements 11 wieder in eine Rotation um und lenken die linken und rechten Vorderräder. (Fig. 1 zeigt nur das rechte Vorderrad 23.) Inzwischen wird der Drehstab 27 durch ein Selbstausrichtungsdrehmoment verdreht, das von den linken und rechten Vorderrädern und dem von dem Fahrer über das Lenkrad 5 einge gebenen Lenkdrehmoment erzeugt wird, und das Lenkkraftverstärkungsventil 47 erzeugt einen Öldruck entsprechend dem Verdrehungswinkel des Drehstabs 27. Durch Zufuhr und Abfluß diese Öldrucks zu und von den Druckkammern 13a und 13b erzeugt das Lenkkraftverstärkerventil 47 einen Druckunterschied zwischen der linken und der rech ten Kammer 13a und 13b, und der Kolben 37 erzeugt eine Unterstützungskraft, wenn er diesen Druckunterschied erhält. Somit kann der Fahrer die Vorderräder mit geringerer Anstrengung lenken.
Wenn der Fahrer das Lenkrad 5 von Hand dreht und der Modusauswahlschalter 75 in den manuellen Auswahlzustand gesetzt ist, dreht sich die Lenkwelle 7 mit dem Lenkrad 5. Die Rotation wird über den Drehstab 27 auf das Ritzel 9 übertragen. Der Zahnstangen- und Ritzelmechanismus des Ritzels 9 und der Zahnlenkstange 11 wandelt die Drehung in eine Translationsbewegung der Zahnlenkstange 11 nach links oder rechts um. Die Schubstangen 31, die Gelenkarme 33 und die Achsen 35 wandeln die Trans lationsbewegung des Lenkstangenelements 11 wieder in eine Rotation um und lenken die linken und rechten Vorderräder. (Fig. 1 zeigt nur das rechte Vorderrad 23.) Inzwischen wird der Drehstab 27 durch ein Selbstausrichtungsdrehmoment verdreht, das von den linken und rechten Vorderrädern und dem von dem Fahrer über das Lenkrad 5 einge gebenen Lenkdrehmoment erzeugt wird, und das Lenkkraftverstärkungsventil 47 erzeugt einen Öldruck entsprechend dem Verdrehungswinkel des Drehstabs 27. Durch Zufuhr und Abfluß diese Öldrucks zu und von den Druckkammern 13a und 13b erzeugt das Lenkkraftverstärkerventil 47 einen Druckunterschied zwischen der linken und der rech ten Kammer 13a und 13b, und der Kolben 37 erzeugt eine Unterstützungskraft, wenn er diesen Druckunterschied erhält. Somit kann der Fahrer die Vorderräder mit geringerer Anstrengung lenken.
Wenn der Modusauswahlschalter 75 betätigt wird, um von dem manuellen Lenk
modus in den automatischen Lenkmodus umzuschalten, führt der zweite Lenkmecha
nismus 3 den automatischen Lenkvorgang durch. Bei dem automatischen Lenkmodus
legt der Kontroller 73 das Lenksteuerungssignal an das Servoventil 71 und das Verrie
gelungs- (Halte-) Befehlssignal an das Verriegelungsventil 49 an. In Antwort auf das
Verriegelungsbefehlssignal bewegt sich das Verriegelungsventil 49 in Fig. 1 nach rechts
von einer in Fig. 1 gezeigten, offenen Position in eine geschlossene Position. In der
geschlossenen Position schließt das Verriegelungsventil 49 das Arbeitshydrauliköl in den
Druckkammern 13a und 13b ein und hält somit den Lenkwinkel des ersten Lenkmecha
nismus 1 fest, indem die Zahnlenkstange 11 und das Ritzel 9 bezüglich dem Lenkstan
gengehäuse 25 festgehalten werden. In diesem Beispiel bilden daher das Lenkstangen
gehäuse 25, die Zahnlenkstange 11, der Kolben 37, die linke und die rechte Druckkam
mer 13a und 13b, der Hydrauliköltank 41, das linke und das rechte Röhrensystem 43
und 45 und das Verriegelungsventil 49 die Haltevorrichtung zum Halten des Lenkwin
kels des ersten Lenkmechanismus 1. Während das Verriegelungsventil 49 in der ge
schlossenen Position das Öl einschließt, fließ das Öl von der Pumpe 55 in das Lenk
kraftverstärkungsventil 47 und zurück in den Öltank 41, ohne den Öldruck zu erhöhen.
In diesem Zustand steuert das Servoventil 71 die Position des Lenkkolbens 63,
indem es die Zufuhr und den Abfluß des Hydrauliköls zu und aus der linken und rechten
Lenkdruckkammer 65a und 65b steuert. Der Lenkkolben 63 bewegt daher das Lenk
stangengehäuse 25 über die Verbindungsstange 67 und den Steg 69 nach rechts und nach
links. Durch diese Bewegung des Lenkstangengehäuses 25 bewegt sich die Zahnlenk
stange 11, die bezüglich des Gehäuses 25 festgehalten wird, als eine Einheit und lenkt
automatisch das rechte und das linke Vorderrad.
Wenn der Modusauswahlschalter 75 von dem manuellen Auswahlzustand 3 in
den automatischen Auswahlzustand bewegt wird, liest der Kontroller 73 den von dem
Lenkwinkelsensor 29 festgestellten Lenkwinkel und ermöglicht den Moduswechsel von
dem manuellen Modus zu dem automatischen Modus nur dann, wenn das Lenkrad 5 in
der neutralen (Geradeaus-) Position ist. Dann wird das Lenksystem in den automatischen
Lenkmodus gebracht, und der Kontroller 73 führt die automatische Lenksteuerung mit
tels des Servoventils 71 und des Lenkstellglieds 61 entsprechend der Eingabeinformation
über die Fahrumgebung des Fahrzeugs nur dann durch, wenn sich der Lenkwinkel des
ersten Lenkmechanismus 1 in einem vorgegebenen, neutralen Bereich befindet, der der
Geradeausposition des Lenkrads des ersten Lenkmechanismus 1 entspricht. Das Lenk
system dieses Beispiels verhindert aus den nachfolgenden Gründen den automatischen
Lenkmodus, wenn sich das Lenkrad 5 nicht in der neutralen Position befindet.
Wenn man annimmt, daß das Lenkstellglied 61 den Lenkwinkel der Vorderräder
in einem Bereich von ± 2° steuern kann und daß das Lenkverhältnis 20 ist, ist der steu
erbare Bereich ± 40° für den Lenkradwinkel. Wenn der automatische Modus bei einem
Lenkradwinkel von 20° nach rechts begonnen würde, würde der steuerbare Lenkwinkel
bereich von 60° nach rechts bis zu 0° nach links betragen, und eine Linkskurve wäre im
automatischen Modus unmöglich. Daher könnte der Beginn des automatischen Lenkmo
dus bei Lenkwinkeln außerhalb des neutralen Lenkwinkelbereichs den Spurfolgevorgang
beim Fahren in einer geraden Spur negativ beeinflussen. Ein derartiger negativer Ein
fluß macht eine Modusveränderung während einer Kurvenfahrt schwierig.
Das Fahrzeuglenksystem dieses Beispiels ermöglicht jedoch den Wechsel in den
automatischen Modus auch während einer Kurvenfahrt, und ermöglicht, die Erwartun
gen des Fahrers zu erfüllen, indem es zum Beispiel dem Fahrer ermöglicht, einen Tele
phonanruf während einer Kurvenfahrt zu beantworten. Das Fahrzeuglenksystem dieses
Beispiels sorgt dafür, daß sich der Fahrer wohl fühlt, indem es den Fahrer über den
Zustand des Lenksystems von dem Umschaltvorgang des Modusauswahlschalters 75 bis
zum Beginn der automatischen Steuerung informiert.
Das Lenksystem nach diesem Ausführungsbeispiel ermöglicht daher das Um
schalten in den Automatikmodus nur dann, wenn sich der Lenkradwinkel in einem vor
gegebenen, neutralen Bereich um die Null herum befindet. Zum Beispiel beträgt dieser
Bereich θ0 = ± 5°.
Wenn der Fahrer den Modusauswahlschalter 75 während der Fahrt auf einer
kurvenreichen Straße, bei der sich der Lenkradwinkel außerhalb des neutralen Bereichs
befindet, in den automatischen Auswahlzustand bringt, kann der Kontrollerabschnitt
dieses Steuerungssystems den folgenden Steuerungsvorgang durchführen.
Zunächst verzögert der Kontroller 73 den Umschaltvorgang zum automatischen
Lenkmodus, bis der Fahrer das Lenkrad 5 wieder in die neutrale Position bringt. Der
Kontroller 73 wartet in einem Bereitschaftszustand, ohne den automatischen Modus zu
beginnen, bis der Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 wieder in den neutralen
Bereich kommt. In diesem Bereitschaftszustand sendet der Kontroller 73 ein Ausgabe
signal an den Lautsprecher 81 und teilt dem Fahrer durch eine Nachricht mit, daß eine
Spurfolgesteuerung nicht möglich ist.
Der Kontroller 73 und der Lautsprecher 81 dienen als Führungsvorrichtung, um
die Rückkehr des Lenkrads in die neutrale Geradeausposition zu beschleunigen oder den
Fahrer zu veranlassen, das Lenkrad in die neutrale Position zurückzubringen. Die Füh
rungsvorrichtung zum Beschleunigen der Rückkehr des Lenkrads in diesem Ausfüh
rungsbeispiel teilt dem Fahrer mit, daß sich der Lenkwinkel des ersten Lenkmechanis
mus 1 außerhalb des neutralen Bereichs befindet und daß ein Übergang von dem manu
ellen Modus in den automatischen Modus nicht möglich ist.
Danach erhöht der Kontroller 73 den Hilfslenkwinkel des zweiten Lenkmecha
nismus 3 schrittweise auf einen Winkel δ0, der erforderlich ist, um einer kurvigen Spur
ohne die Hilfe des ersten Lenkmechanismus zu folgen. In diesem Beispiel erzeugt das
Lenksteuerungssystem den Lenkwinkel δ0 für die Vorderräder, der notwendig ist, um
einer gekurvten Straße nur mit dem zweiten Lenkmechanismus 3 in einem Zustand zu
folgen, in dem sich der erste Lenkwinkel im neutralen Bereich befindet. Unter der
Steuerung des Kontrollers 73 teilt der Lautsprecher 81 die Nachricht "Das System wird
bald den automatischen Modus starten." oder die Nachricht "Der automatische Lenkmo
dus ist nur in der Geradeausposition des Lenkrads möglich. Bringen Sie bitte das Lenk
rad langsam in die Geradeausposition, ohne von der Spur abzuweichen." mit.
Folglich bringt der Fahrer das Lenkrad 5 in die neutrale Position, um zu verhin
dern, daß das Fahrzeug vom gekrümmten Verlauf der Spur abkommt. Zu dem Zeit
punkt, zu dem das Lenkrad in den neutralen Bereich zurückkommt, bringt der Kontrol
ler 73 das Verriegelungsventil 49 in die geschlossene Position, um das Öl in der linken
und der rechten Druckkammer 13a und 13b einzuschließen und dadurch den Lenkwinkel
des ersten Lenkmechanismus 1 fest in dem neutralen Bereich zu halten. Danach kann
der Kontroller 73 die automatische Lenksteuerung mit dem zweiten Lenkmechanismus
3 glatt durchführen, ohne einen negativen Einfluß von dem Lenkwinkel des ersten Lenk
mechanismus 1 zu erfahren.
Fig. 2 zeigt diese Steuerungsvorgänge. Die vertikale Achse der Fig. 2 stellt den
Lenkwinkel θ der Vorderräder dar, und die Zeit t wird entlang der horizontalen Achse
gemessen. Eine Linie P zeit die Änderung des Lenkwinkels der Vorderränder aufgrund
des manuellen Lenkvorgangs durch den Fahrer mittels des ersten Lenkmechanismus 1.
Eine Linie Q zeigt die Änderung des Lenkwinkels der Vorderräder aufgrund des auto
matischen Lenkvorgangs des zweiten Lenkmechanismus 3. In diesem Beispiel schaltet
der Fahrer den Modusauswahlschalter 75 zu einem Zeitpunkt A von dem manuellen
Modus in den automatischen Modus um, während sich der Lenkwinkel des ersten Lenk
mechanismus 1 außerhalb des neutralen Bereichs befindet, wie durch die Linie P ge
zeigt. Der Kontroller 73 erhöht den Lenkwinkel des zweiten Lenkmechanismus 3
schrittweise, wie durch die Linie Q gezeigt, und der Fahrer bringt das Lenkrad 5 schritt
weise in die neutrale Position zurück. Zu einem Zeitpunkt B wird der Lenkwinkel des
ersten Lenkmechanismus 1 kleiner als der Grenzwert δ0 des neutralen Bereichs, wonach
der Kontroller 73 den Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 konstant hält und die
automatische Steuerung des zweiten Lenkmechanismus 3 startet.
Fig. 3 zeigt einen Steuerungsvorgang in einem ersten Beispiel entsprechend der
ersten Ausführungsform.
In einem Schritt S1 überprüft der Kontroller 73, ob der automatische Modus
ausgewählt ist oder nicht, indem das Signal des Modusauswahlschalters 75 überprüft
wird. Wenn der automatische Lenkmodus nicht ausgewählt ist, geht der Kontroller zu
einem Schritt S2 und behält den manuellen Lenkmodus bei.
Wenn der automatische Lenkmodus ausgewählt ist, geht der Kontroller 73 zu
einem Schritt S3 und überprüft in Schritt S3, ob der Absolutwert des Lenkradwinkels θ,
der von dem Lenkwinkelsensor 29 festgestellt wird, niedriger ist als ein vorgegebener
Grenzwert θ0. Wenn der Absolutwert des Lenkradwinkels θ nicht kleiner als der vor
gegebene Grenzwert θ0 ist, wenn sich also der Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus
1 außerhalb des neutralen Bereichs von ± θ0 befindet, geht der Kontroller 73 von Schritt
S3 zu Schritt S1 zurück.
Wenn der festgestellte Lenkradwinkel θ nach links oder nach rechts kleiner als
θ0 ist, wenn sich also der festgestellte Lenkradwinkels θ innerhalb des neutralen Be
reichs befindet, geht der Kontroller 73 von Schritt S3 zu einem Schritt S4. In Schritt S4
verriegelt der Kontroller 73 das Lenkrad 5 (oder hält das Lenkrad 5 unbeweglich fest)
und führt den automatischen Spurfolgesteuerungsmodus (also den automatischen Lenk
modus) durch. Also wird das Hydrauliköl in den Druckkammern 13a und 13b einge
schlossen, der Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 wird konstant gehalten, und
der Kontroller 73 lenkt das Fahrzeug mit dem zweiten Lenkmechanismus.
Der vorgegebene Grenzwert θ0 für den neutralen Bereich wird unter Berücksich
tigung eines Steuerungslenkwinkelbereichs und eines erforderlichen Vorderradlenkwin
kelbereichs bestimmt. Zum Beispiel besitzt das Steuerungssystem einen Steuerungs
lenknkelbereich von ± Δδc, und der Vorderradlenkwinkelbereich, der erforderlich ist,
um das Fahrzeug mit einer Grenzgeschwindigkeit auf einer vorgegebenen Straße (zum
Beispiel einer Autobahn) zu führen, beträgt ± δn. In diesem Fall wird der Winkel θ0 mit
einem Spielraum bestimmt, der so beschaffen ist, daß der Vorderradlenkwinkel, der bei
dem Lenkradwinkel von θ0 erzeugt wird, kleiner oder gleich (δc-δn) ist. Wenn zum
Beispiel δc = 2° und δn = 1°, ist (δc-δn) = 1°. Wenn das Lenkverhältnis 20,0 beträgt
und der Steuerungsspielraum bei einem Kurvenfahrvorgang 0,7° beträgt, ist die Ein
stellung θ0 = (2,0-1,0-0,7).20,0 = 6,0°.
Ein ähnliches Problem entsteht, wenn das Lenkstellglied 61 zum Zeitpunkt des
Übergangs von dem automatischen Modus zum manuellen Modus nicht in der neutralen
Position ist. Wenn das Lenksystem von dem Betriebszustand im automatischen Modus
in den manuellen Modus geschaltet wird, während das Lenkstellglied 61 in einer linken
Grenzposition gehalten wird, um die Vorderräder nach links zu lenken, ist das Lenk
stellglied 61 in dem manuellen Modus nicht in der Lage, sich weiter nach links zu bewe
gen. Daher ist das Lenksystem so angeordnet, daß das Lenkstellglied 61 in die neutrale
Position zurückgebracht wird, wenn das System von dem automatischen Modus in den
manuellen Modus gebracht wird. Zum Zeitpunkt des Übergangs von dem automatischen
Modus in den manuellen Modus bringt der Kontroller 73 das Lenkstellglied 61 in die
neutrale Position zurück, um den folgenden automatischen Lenkvorgang vorzubereiten.
Auf diese Weise kann das Lenksystem den Schaltvorgang zwischen dem manuellen
Modus und dem automatischen Modus glatt durchführen, ohne ein unnatürliches Gefühl
zu erzeugen.
In dem automatischen Lenkmodus stellt der Steuerungsbereich eine seitliche
Abweichung des Fahrzeugs bezüglich einer Spur mittels Bildverarbeitung des von der
Kamera 79 erzeugten Bildes fest und lenkt das Fahrzeug automatisch, indem er das
Lenkstangengehäuse 25 mit dem Lenkstellglied 61 nach links und nach rechts bewegt,
so daß das Fahrzeug der Spur folgt. Anstelle des Bildverarbeitungsverfahrens ist es
möglich, die seitliche Abweichung des Fahrzeugs durch Verwendung eines Sensors zum
Feststellen von Magnetelementen (sogenannte magnetische Nägel), die in der Straße
eingegraben sind, oder eines Sensor zum Messen des Abstandes von einer Straßenseiten
wand festzustellen.
Wenn der Fahrer das Lenkrad 5 während des Betriebs des automatischen Lenk
modus dreht, wird der Drehstab 27 zwischen dem Lenkrad 5 und dem Ritzel 9, das
durch den Einschluß des Hydrauliköls in den Druckkammern 13a und 13b verriegelt ist,
verdreht. Daher erhöht das Lenkkraftverstärkerventil 47 den Öldruck, und der Kontrol
ler 73 überwacht den in dem Bremskraftverstärkerventil 47 erzeugten Öldruck mittels
der Öldrucksensoren 51 und 53 und bringt das Verriegelungsventil 49 in die geöffnete
Position, um einen manuellen Lenkvorgang zu ermöglichen. Wenn der von dem Brems
kraftverstärkerventil 47 erzeugte und von den Sensoren 51 und 52 festgestellte Öldruck
einen vorgegebenen Wert übersteigt, wird das Lenkstangengehäuse 25 festgehalten, die
Druckkammern 13a und 13b werden geöffnet, und das Lenkritzel 9 wird freigegeben,
um die manuelle Lenkung zu ermöglichen. Somit kann der Fahrer das Fahrzeug auch im
automatischen Lenkmodus steuern, indem er das Lenkrad 5 dreht.
Anstelle der Öldrucksensoren 51 und 52 ist es möglich, einen Öldruckkreislauf
zu verwenden, der solcherart angeordnet ist, daß er den von dem Bremskraftverstärker
ventil 47 erzeugten Öldruck als Pilotdruck verwendet, um das Verriegelungsventil 49 zu
öffnen.
Sobald das Verriegelungsventil 49 in die geöffnete Position gebracht ist, wird
das Verriegelungsventil 49 nicht in die geschlossene Position zurückgebracht, auch
wenn der Druck der Lenkkraftverstärkung nachläßt, und das Verriegelungsventil 49
wird im geöffneten Zustand gehalten, bis der Fahrer wieder den automatischen Lenkmo
dus durch den Modusauswahlschalter 75 auswählt. Dieses Steuerungssystem bringt das
Lenkstellglied 61, wie vorher erwähnt, in die neutrale Position zurück, wenn der Lenk
modus von dem automatischen Modus zum manuellen Modus umgeschaltet wird.
Wenn der Fahrer das Lenkrad 5 in dem automatischen Modus dreht, beendet das
Lenksteuerungssystem den automatischen Modus und kehrt in einen Zustand zurück, der
einen manuellen Lenkvorgang und dann wieder die Auswahl des automatischen Modus
ermöglicht.
Das Lenksteuerungssystem nach dem ersten Ausfürungsbeispiel kann den Lenk
winkel des ersten Lenkmechanismus 1 während des Steuerungsvorgangs zum Lenken der
Vorderräder durch den zweiten Lenkmechanismus 3 festhalten, so daß das Umschalten
zwischen dem automatischen Modus und dem manuellen Modus glatt und komfortabel
vonstatten geht. Das Lenksteuerungssystem ermöglicht den Wechsel zwischen dem
automatischen Lenkmodus und dem manuellen Modus während einer Kurvenfahrt auf
einer kurvigen Straße ebensogut wie bei einer Geradeausfahrt. Das Lenksteuerungs
system kann rechtzeitig auf die Bedürfnisse des Fahrers reagieren, und der Fahrer kann,
falls erforderlich, sofort auf den automatischen Lenkmodus zurückgreifen. Wenn zum
Beispiel ein tragbares Telephon während einer Kurvenfahrt klingelt, dann der Fahrer das
Lenksystem auf den automatischen Modus schalten und auf den Telephonanruf antwor
ten.
Während des Lenkvorgangs des zweiten Lenkmechanismus 3 wird das Lenkrad
5 festgehalten. Dies ist vorteilhaft für den Komfort des Fahrers und der Fahrgäste. Die
ses Ausführungsbeispiel verwendet den Bremskraftverstärkermechanismus als Vorrich
tung zum Halten des Winkels des ersten Lenkmechanismus. Daher ist der Aufbau zu
verlässig, einfach und preiswert.
Während des automatischen Lenkvorgangs des zweiten Lenkmechanismus 3
begrenzt das Ausschlagsbegrenzungselement 59, das die Ausstülpung 57 des Zahnstan
gengehäuses 25 aufnimmt, die Seitenbewegung des Zahnstangengehäuses 25 innerhalb
eines vorgegebenen Bereichs. Im Falle eines Versagens des zweiten Lenkmechanismus
3 verhindert dieser Ausschlagbegrenzungsmechanismus eine Übersteuerung des Fahr
zeugs und stellt einen stabilen Fahrzeugbetrieb sicher.
Das Ausschlagsbegrenzungselement 59, das zur Begrenzung der Bewegung des
Zahnstangengehäuses 25 vorgesehen ist, ist bei dem manuellen Lenkvorgang des ersten
Lenkmechanismus 1 wirkungslos. In dem manuellen Modus kann der Fahrer das Lenk
rad 5 ohne die Begrenzung durch das Begrenzungselement 59 drehen. Der Begrenzungs
mechanismus begrenzt den Lenkwinkel nur in dem automatischen Lenkmodus.
Fig. 4 zeigt einen Steuerungsablauf eines zweiten Beispiels entsprechend dem
ersten Ausführungsbeispiel, welcher von dem in Fig. 1 gezeigten Kontroller 73 durch
geführt wird. In diesem Beispiel sind die Schritt S41-S44 dem Ablauf der Fig. 3 hin
zugefügt.
In Schritt S41 überprüft der Kontroller 73, ob der Hilfslenkwinkel des zweiten
Lenkmechanismus 3 größer oder gleich einem erforderlichen Winkel δ0 wird. Dieser
Winkel δ0 ist der Hilfslenkwinkel, der erforderlich ist, um im automatischen Lenkmo
dus der Vorderräder einer kurvigen Straße folgen zu können. Wenn der Hilfslenkwinkel
nicht den erforderlichen Wert δ0 erreicht, dann geht der Kontroller 73 zu Schritt S42
und erhöht den Hilfslenkwinkel schrittweise. Somit erhöht das Steuerungssystem den
Lenkwinkel des zweiten Lenkmechanismus 3 schrittweise. Nach Schritt S42 geht der
Kontroller 73 zu Schritt S43 und überprüft, ob die Wahrscheinlichkeit für ein Fahren
aus der Spur heraus groß ist oder nicht. Diese Wahrscheinlichkeit ist niedrig, wenn der
Fahrer das Lenkrad 5 während der schrittweisen Zunahme des Hilfslenkwinkels des
zweiten Lenkmechanismus 3 in die neutrale Position zurückbringt. Wenn der Fahrer das
Lenkrad nicht in die neutrale Position zurückbringt, kann die Wahrscheinlichkeit, aus
der Spur heraus zu fahren, hoch werden. In einem solchen Fall führt der Kontroller 73
in Schritt S44 einen Vorgang durch, um den Lenkwinkel zu halten. Somit beendet das
Steuerungssystem den Hilfslenkvorgang des zweiten Lenkmechanismus 3 und verhin
dert, daß das Fahrzeug aus der Spur herausfahrt. Das Beispiel der Fig. 4 kann die Fahr
sicherheit erhöhen.
In diesem Beispiel wird die Wahrscheinlichkeit für ein Herausfahren aus der
Spur wie folgt abgeschätzt. Während das Fahrzeug, wie schematisch in Fig. 5 gezeigt,
entlang einer Spur führt, liest der Kontroller zu jedem Zeitpunkt Straßenparameter, wie
etwa die Straßenbreite und die Straßenkonfiguration, die aus dem Signal des Bildsensors
79 bestimmt werden, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die von dem Fahrzeuggeschwindig
keitssensor 77 gemessen wird, und den Lenkradwinkel, der von dem Lenkradwinkelsen
sor 29 festgestellt wird, ein. Der Kontroller beurteilt die Wahrscheinlichkeit, daß das
Fahrzeug aus der Spur herausfahrt durch den Abstand L0 (m) des Fahrzeugs 83 von
einem Schnittpunkt (einem vorderen Zielpunkt) zwischen einer imaginären Er
streckungslinie, die sich in der Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs 83 erstreckt, und einer
Spurbegrenzung (wie etwa einer weißen Linie). In Fig. 5 ist die Spur, entlang derer das
Fahrzeug 83 fährt, zwischen linken und rechten Begrenzungslinien eingegrenzt, und die
Erstreckungslinie kreuzt die linke Begrenzungslinie. Die Erstreckungslinie ist eine vor
gegebene, gerade Linie, die mit der optischen Achse der Bildsensorkamera des Fahr
zeugs zusammenfallen kann oder parallel dazu sein kann oder mit der longitudinalen
Achse des Fahrzeugkörpers zusammenfallen kann oder parallel dazu sein kann. Die
Möglichkeit, daß das Fahrzeug aus der Spur herausfahrt, hängt von der Fahrzeugge
schwindigkeit ab. Selbst wenn der Abstand L0 derselbe ist, wird die Herausfahrwahr
scheinlichkeit größer, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt. Der Kontroller
abschnitt kann die Wahrscheinlichkeit im Voraus aus dem Abstand L0 und der Fahr
zeuggeschwindigkeit bestimmen. Die Herausfahrwahrscheinlichkeit nimmt mit abneh
mendem Abstand und mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit zu.
Der erforderliche Winkel δ0 wird entsprechend den Informationen über die Fahr
umgebung des Fahrzeugs bestimmt, die von dem Eingabebereich in dem automatischen
Lenkmodus gesammelt werden. In diesem Beispiel bestimmt der Kontrollerabschnitt den
erforderlichen Winkel δ0 durch Verwendung des Signals von dem Bildsensor 79. Der
Kontrollerabschnitt kann die Fahrzeuggeschwindigkeit bei der Bestimmung des erforder
lichen Winkels aus den von dem Bildsensor 79 erzeugten Bildern mit berücksichtigen.
Um die Fahrzeugumgebungsinformationen zu sammeln, ist es möglich, magnetische
Elemente, die entlang der Straße eingegraben sind, oder eine mobile Datenkommunika
tion zwischen der Straßeninfrastruktur und der Fahrzeugausrüstung zu verwenden.
Fig. 6 zeigt ein Fahrzeuglenksystem entsprechend einem zweiten Ausführungs
beispiel der vorliegenden Erfindung. Das Fahrzeuglenksystem des zweiten Ausführungs
beispiels lenkt im automatischen Lenkmodus die Hinterräder des Fahrzeugs anstelle der
Vorderräder wie im ersten Ausführungsbeispiel.
Der erste Lenkmechanismus, das Lenkkraftverstärkersystem und der Abschnitt
zum Halten des Lenkwinkels sind im wesentlichen identisch mit den entsprechenden
Teilen des in Fig. 1 gezeigten Lenksystems nach dem ersten Ausführungsbeispiel.
Ein in Fig. 6 gezeigter, zweiter Lenkmechanismus 83 dient zum Lenken der
Hinterräder 85 des Fahrzeugs. Der zweite Lenkmechanismus 83 umfaßt eine Hinter
radlenkeinheit 87 mit einem Lenkkraftverstärkerzylinder für die Hinterradlenkung und
anderen Komponenten. Die Hinterradlenkeinheit 87 ist über linke und rechte Spurstan
gen 89 mit dem linken und rechten Hinterrad 85 verbunden. Der Kontroller 73 treibt
den Lenkkraftverstärkungszylinder für die Hinterradlenkung der Einheit 87 durch Steue
rung eines Hinterradlenkungssteuerungsventils und einer Pumpe an und steuert somit
den Hinterradlenkwinkel der Hinterräder 85.
Wenn der Modusauswahlschalter 75 in dem manuellen Auswahrzustand für den
manuellen Lenkmodus ist, kann der Fahrer die Vorderräder durch Drehen des Lenkrads
lenken wie bei dem Lenksystem der Fig. 1. Wenn der Lenkradwinkel in einem vor
gegebenen, neutralen Bereich θ0 ist, wenn der Modusauswahlschalter in den automati
schen Auswahlzustand umgelegt wird, schließt das Verriegelungsventil 49 das Öl in der
linken und der rechten Druckkammer 13a und 13b des Bremskraftverstärkungszylinders
13 für die Vorderräder ein, um den Lenkwinkel des Lenkrads 5 fest zu halten, und der
zweite (hintere) Lenkmechanismus lenkt die Hinterräder 85 in dem automatischen Mo
dus unter der Steuerung des Kontrollers 73.
Wenn der Lenkwinkel des Lenkrads 5 außerhalb des neutralen Bereichs θ0 liegt,
wenn der automatische Modus ausgewählt wird, führt das Steuerungssystem dieses Bei
spiels die folgenden Steuerungsvorgänge durch.
Zunächst beginnt das Steuerungssystem nicht mit dem automatischen Lenkmo
dus, bis der Lenkradwinkel in den neutralen Bereich kommt. Unter der Steuerung des
Kontrollers 73 erzeugt der Lautsprecher 81 eine hörbare Nachricht, um dem Fahrer
mitzuteilen, daß eine Steuerung zur Spurhaltung auf einer kurvigen Straße nicht möglich
ist.
Danach erhöht das Steuerungssystem schrittweise den Hinterradlenkwinkel auf
einen Hinterradlenkwinkel, der erforderlich ist, um der Spur in einem Zustand zu fol
gen, in dem sich der erste Lenkmechanismus 1 im neutralen Zustand befindet. Während
dieser Zeit weist der Lautsprecher 81 den Fahrer an, das Lenkrad bis zum Beginn des
Spurfolgemodus weiter zu benutzen. Die Nachricht ist zum Beispiel: "Der Spurfolgemo
dus wird gleich beginnen. Bitte halten Sie noch so lange das Lenkrad."
Folglich lenkt der Fahrer das Lenkrad so, daß das Fahrzeug der kurvigen Straße
folgt, und der erste Lenkmechanismus 1 kehrt in die neutrale Position zurück. Wenn der
Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 in den neutralen Bereich kommt, schließt
das Verriegelungsventil 49 die Drückkammern 13a und 13b, um den Lenkwinkel des
ersten Lenkmechanismus 1 festzuhalten.
Das Steuerungssystem der Fig. 6 ändert den Lenkwinkel der Vorderräder und
den Lenkwinkel der Hinterräder wie in Fig. 7 gezeigt. Eine Linie P zeigt die Änderung
des Lenkwinkels der Vorderräder, wie sie von dem ersten Lenkmechanismus bewirkt
wird. Eine Linie Q' zeigt die Änderung des Lenkwinkels der Hinterräder durch den
automatischen Lenkvorgang des zweiten Lenkmechanismus 83. Zum einem Zeitpunkt
A, wenn der Fahrer den Modusauswahlschalter 75 von dem manuellen Auswahlzustand
zum automatischen Auswahlzustand umlegt, hält der Kontroller 73 das Verriegelungs
ventil 49 in der geöffneten Position und steuert den Hinterradlenkmechanismus 83, um
den Hinterradlenkwinkel schrittweise zu erhöhen, wie durch die Linie Q' gezeigt. Der
Fahrer bringt das Lenkrad 5 in die neutrale Position zurück, um das Fahrzeug in der
Spur zu halten, wie durch die Linie P gezeigt. Zum Zeitpunkt B, wenn der Lenkwinkel
des ersten Lenkmechanismus 1 kleiner als der Grenzwert θ0 des neutralen Bereichs
wird, startet das Steuerungssystem den automatischen Lenksteuerungsvorgang mit dem
zweiten Lenksystem.
Vom Zeitpunkt A bis zum Zeitpunkt B werden die Vorderräder 23 und die Hin
terräder 85 gelenkt, wie in Fig. 8A gezeigt. Diese Steuerungssystem kann eine seitliche,
krebsartige Bewegung des Fahrzeuges, wie sie in Fig. 8B gezeigt ist und die auf einer
geraden Strecke verursacht würde, wenn der Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus
1 durch die Betätigung des Verriegelungsventils 49 unmittelbar zum Zeitpunkt A fest
gehalten würde, verhindern.
Vorzugsweise beendet das Steuerungssystem die Steuerung des zweiten Lenk
mechanismus 83 und hält den Hinterradlenkwinkel auf dem dann erreichten Wert, wenn
es eine beträchtliche Wahrscheinlichkeit gibt, daß das Fahrzeug auf Grund eines Fahr
fehlers des Fahrers oder aus einem anderen Grund (wie etwa in den Schritten S43 und
S44) von der Spur abweicht. Der Kontrollerabschnitt kann so aufgebaut sein, daß er den
Fahrer über die Beendigung der Steuerung durch eine hörbare Nachricht über den Laut
sprecher 81 informiert. Wenn das Fahrzeug auf eine gerade Straße kommt, verringert
das Steuerungssystem in diesem Beispiel den Lenkwinkel der Hinterräder 85 auf die
neutrale Position, die der Geradeausposition der Hinterradräder 85 entspricht, sehr lang
sam (zum Beispiel mit 0,01°/s).
Das zweite Ausführungsbeispiel zeitigt ebenso wie das erste Ausführungsbeispiel
vorteilhafte Auswirkungen. Das zweite Ausführungsbeispiel kann ein bekanntes Vier
radlenksystem (4WS) verwenden. Das Steuerungssystem des zweiten Ausführungsbei
spiel und das 4WS-System haben viele Teile gemeinsam. Das zweite Ausführungsbei
spiel ist im Aufbau und Entwurf des Systems vorteilhaft.
Fig. 9 zeigt ein Fahrzeuglenksystem nach einem dritten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung. Das Fahrzeuglenksystem nach dem dritten Ausführungsbeispiel
ist so angeordnet, daß es das Lenkrad 5 durch ein Selbstausrichtungsdrehmoment in die
neutrale Position zurückbringt, wenn das Lenkrad 5 losgelassen wird. In anderer Hin
sicht ist das Fahrzeuglenksystem der Fig. 9 im wesentlichen identisch mit dem Fahr
zeuglenksystem der Fig. 6.
In dem Fahrzeuglenksystem der Fig. 9 ist dem Fahrzeuglenksystem der Fig. 6
eine Drosselklappenventileinheit 91 als Dämpfungselement hinzugefügt.
Wenn der Modusauswahlschalter 75 in den automatischen Auswahlzustand gelegt
wird, gibt der Lautsprecher 81 unter der Steuerung des Kontrollers 73 eine hörbare
Nachricht, um den Fahrer anzuweisen, das Lenkrad loszulassen. Die Nachricht ist zum
Beispiel: "Bitte lassen Sie das Lenkrad los." Wenn das Lenkrad 5 vom Zugriff des Fah
rers losgelassen wird, zwingt das selbstausrichtende Drehmoment der Vorderräder 23
den ersten Lenkmechanismus 1 in die neutrale Position. Um die Kurvenfahrt entlang der
Straße trotz der Tendenz des ersten Lenkmechanismus, in die neutrale Position zurück
zukehren, fortzusetzen, beginnt der Kontroller 73 sofort mit der Steuerung des zweiten
Lenkmechanismus 83, um der Spur zu folgen. Dann verriegelt der Kontroller 73 den
Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1, wenn dieser in den neutralen Bereich um
θ0 kommt.
Auf diese Weise kann das Fahrzeuglenksystem nach dem dritten Ausführungsbei
spiel die Lenkwinkel der Vorder- und Hinterräder 23 und 85 vom Zeitpunkt A bis zum
Zeitpunkt B steuern, wie in Fig. 8A gezeigt, und eine seitliche Bewegung, wie sie in
Fig. 8B gezeigt ist, verhindern.
Wenn der Lenkmodus in den automatischen Modus geändert wird, arbeitet die
Drosselventileinheit 91 in Abhängigkeit von einem Ausgabesignal des Kontrollers 73,
um die Stabilität des Fahrzeugs auch nach einem abrupten Loslassen des Lenkrads 5
durch den Fahrer beizubehalten. Durch die Wirkung der Drosselventileinheit 91 arbeitet
das Öl in den linken und rechten Druckkammern 13a und 13b gegen das selbstausrich
tende Drehmoment, und das vom Fahrer losgelassene Lenkrad 5 kehrt langsam vom
Zeitpunkt A bis zum Zeitpunkt B in die Geradeausposition zurück. Das Fahrzeugverhal
ten bleibt während des Übergangs vom manuellen Modus zum automatischen Modus
stabil.
Die Drosselventileinheit 91 dieses Beispiels besitzt einen vollständig geöffneten
Zustand und einen Drosselzustand. Wenn der Modusauswahlschalter 75 von dem manu
ellen Auswahlzustand in den automatischen Auswahlzustand umgelegt wird, wird die
Drosselventileinheit 91 unter der Steuerung des Kontrollers 73 von dem vollständig
geöffneten Zustand, in dem die Hydrauliköldurchgänge, die zu den Druckkammern 13a
und 13b führen, vollständig geöffnet sind, in die Drosselposition gebracht, um die bei
den Hydrauliköldurchgänge gleichzeitig zu drosseln.
Das zweite und das dritte Ausführungsbeispiel sind in der Arbeitsweise und
Wirkung ähnlich. Durch die Verwendung des selbstausrichtenden Drehmoments, um
den ersten Lenkmechanismus 1 in die neutrale Position zu bringen, kann das dritte Aus
führungsbeispiel den Aufbau des Systems vereinfachen.
Es ist möglich, sowohl das vordere Hilfslenksystem zum automatischen Lenken
der Vorderräder als auch das hintere Hilfslenksystem zum automatischen Lenken der
Hinterräder zu verwenden. In einem Beispiel ist das vordere Hilfslenksystem so an
geordnet, daß es den Lenkwinkel des Lenkrads 5 absorbiert. Wenn der Lenkwinkel des
ersten Lenkmechanismus 1 zum Zeitpunkt der Auswahl des automatischen Modus durch
den Fahrer nicht im neutralen Bereich ist, hält das Verriegelungsventil 49 der Haltevor
richtung sofort den zu diesem Zeitpunkt vorhanden Lenkwinkel des ersten Lenkmecha
nismus 1 fest, und das vordere Hilfssystem addiert den Hilfslenkwinkel, um die Vorder
räder in der geraden Position zu halten. Während der vordere Lenkwinkel durch das
vordere Hilfslenksystem (das Komponenten wie etwa 61, 71 umfaßt) im neutralen Ge
radeausbereich festgehalten wird, kann das Steuerungssystem den Steuerungsvorgang
des automatischen Lenkmodus mit dem hinteren Hilfslenksystem (das Komponenten wie
etwa 87 umfaßt) durchführen.
Claims (18)
1. Fahrzeuglenksystem für Kraftfahrzeuge, welches umfaßt:
einen ersten Lenkmechanismus (1) zum Lenken von wenigstens einem Vorderrad (23) entsprechend einer manuellen Drehung eines Lenkrads (5);
einen zweiten Lenkmechanismus (3) zum vom ersten Lenkmechanismus unab hängigen Lenken des Vorderrads oder wenigstens eines der Hinterräder (85) des Fahr zeugs mit einem Stellglied (61);
eine Auswahlvorrichtung (75), um dem Fahrer zu ermöglichen, einen manuellen Lenkmodus entsprechend dem ersten Mechanismus oder einen automatischen Lenkmo dus entsprechend dem zweiten Lenkmechanismus auszuwählen;
eine Steuerungsvorrichtung (73) zum Durchführen einer automatischen Steuerung zur automatischen Steuerung des Stellglieds (61) des zweiten Lenkmechanismus ent sprechend Informationen über die Fahrumgebung des Fahrzeugs, wenn der automatische Lenkmodus ausgewählt ist;
eine Haltevorrichtung (11, 13a, 13b, 37, 41, 49, 55) zum Halten des Lenkwin kels des ersten Lenkmechanismus, während der zweite Lenkmechanismus zum Lenken des Vorderrads oder des Hinterrads des Fahrzeugs in Betrieb ist; und
eine Neutralpositionserkennungsvorrichtung (29) zum Erkennen eines Zustands des ersten Lenkmechanismus, um festzustellen, ob sich der erste Lenkmechanismus in einer neutralen Lenkposition befindet, und um der Steuerungsvorrichtung zu ermögli chen, die automatische Lenkung im automatischen Lenkmodus nur dann durchzuführen, wenn sich der erste Lenkmechanismus in der neutralen Position befindet.
einen ersten Lenkmechanismus (1) zum Lenken von wenigstens einem Vorderrad (23) entsprechend einer manuellen Drehung eines Lenkrads (5);
einen zweiten Lenkmechanismus (3) zum vom ersten Lenkmechanismus unab hängigen Lenken des Vorderrads oder wenigstens eines der Hinterräder (85) des Fahr zeugs mit einem Stellglied (61);
eine Auswahlvorrichtung (75), um dem Fahrer zu ermöglichen, einen manuellen Lenkmodus entsprechend dem ersten Mechanismus oder einen automatischen Lenkmo dus entsprechend dem zweiten Lenkmechanismus auszuwählen;
eine Steuerungsvorrichtung (73) zum Durchführen einer automatischen Steuerung zur automatischen Steuerung des Stellglieds (61) des zweiten Lenkmechanismus ent sprechend Informationen über die Fahrumgebung des Fahrzeugs, wenn der automatische Lenkmodus ausgewählt ist;
eine Haltevorrichtung (11, 13a, 13b, 37, 41, 49, 55) zum Halten des Lenkwin kels des ersten Lenkmechanismus, während der zweite Lenkmechanismus zum Lenken des Vorderrads oder des Hinterrads des Fahrzeugs in Betrieb ist; und
eine Neutralpositionserkennungsvorrichtung (29) zum Erkennen eines Zustands des ersten Lenkmechanismus, um festzustellen, ob sich der erste Lenkmechanismus in einer neutralen Lenkposition befindet, und um der Steuerungsvorrichtung zu ermögli chen, die automatische Lenkung im automatischen Lenkmodus nur dann durchzuführen, wenn sich der erste Lenkmechanismus in der neutralen Position befindet.
2. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn der auto
matische Lenkmodus mittels der Auswahlvorrichtung (75) ausgewählt wird, die Steue
rungsvorrichtung (73) in einem Bereitschaftsmodus wartet und die automatische Steue
rung bis zur Detektion der neutralen Lenkposition des ersten Lenkmechanismus (1)
durch die Neutralpositionserkennungsvorrichtung (29) wartet.
3. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenksystem
außerdem eine Beschleunigungsvorrichtung (81) umfaßt, um die Rückkehr des ersten
Lenkmechanismus (1) in die neutrale Position zu beschleunigen, indem der Fahrer dar
auf aufmerksam gemacht wird, daß der erste Lenkmechanismus nicht in der neutralen
Position ist, wenn der erste Lenkmechanismus außerhalb der neutralen Position ist,
wenn der Automatikmodus ausgewählt ist.
4. Lenksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleuni
gungsvorrichtung (81) eine Vorrichtung zum Auffordern eines Lenkvorgangs durch den
Fahrer umfaßt, um den ersten Lenkmechanismus durch Drehen des Lenkrads (5) in die
neutrale Position zu bringen.
5. Lenksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleuni
gungsvorrichtung (81) eine Vorrichtung zum Informieren des Fahrers darüber umfaßt,
daß ein Wechsel von dem manuellen Lenkmodus zum automatischen Lenkmodus nicht
erlaubt ist.
6. Lenksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleuni
gungsvorrichtung (81) eine Vorrichtung zum Betreiben des zweiten Lenkmechanismus
(3) umfaßt.
7. Lenksystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleuni
gungsvorrichtung eine Vorrichtung zum Erzeugen eines erforderlichen Hilfslenkwinkels
umfaßt, indem der zweite Lenkmechanismus betrieben wird, wobei der erforderliche
Hilfslenkwinkel entweder ein Vorderradlenkwinkel oder ein Hinterradlenkwinkel ist, der
erforderlich ist, um einer Spur in einem Zustand zu folgen, in dem der erste Lenkme
chanismus in der neutralen Position gehalten wird.
8. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevor
richtung einen Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus nur dann festhält, wenn die
Neutralpositionserkennungsvorrichtung die neutrale Position des ersten Lenkmecha
nismus erkennt.
9. Lenksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleuni
gungsvorrichtung eine Vorrichtung zum Anweisen des Fahrers zum Loslassen des Lenk
rads umfaßt.
10. Lenksystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Lenk
mechanismus ein Dämpfungselement (91) umfaßt, um eine Dämpfungskraft zu erzeu
gen, um eine langsame Rückkehr des ersten Lenkmechanismus in die neutrale Position
durch ein selbstausrichtendes Drehmoment zu bewirken, wenn das Lenkrad (5) aufgrund
der Anweisungen der Beschleunigungsvorrichtung losgelassen wird.
11. Steuerungssystem für ein Fahrzeug mit Rädern, welches umfaßt:
ein Lenksystem, das einen ersten Lenkmechanismus (1) zum Ändern eines Vor derradlenkwinkels entsprechend der Eingabe eines Fahrers mittels eines Lenkrads (5) und einen zweiten Lenkmechanismus (3, 83) zum Ändern entweder des Vorderradlenk winkels oder des Hinterradlenkwinkels des Fahrzeugs entsprechend einem Steuerungs signal zum Lenken des Fahrzeugs umfaßt;
einen Modusauswahlschalter (75) zum Auswählen entweder eines manuellen Lenkmodus oder eines automatischen Lenkmodus;
einen Sensorabschnitt (77, 79, 29) zum Sammeln von Informationen über das Fahrzeug; und
einen Kontrollerabschnitt (73) zum automatischen Lenken des Fahrzeugs ent sprechend den von dem Sensorabschnitt (77, 79, 29) gesammelten Informationen, indem ein Steuerungssignal an den zweiten Lenkmechanismus gesendet wird, wenn der auto matische Lenkmodus durch den Auswahlschalter ausgewählt ist;
wobei der Sensorabschnitt den Zustand des ersten Lenkmechanismus feststellt und Daten erzeugt, um zu bestimmen, ob sich der erste Lenkmechanismus in einer neu tralen Geradeausposition befindet, wobei das Lenksystem weiterhin ein Halteuntersy stem (11, 13a, 13b, 25, 37, 41, 49, 55) umfaßt, um den ersten Lenkmechanismus fest zuhalten, wenn der zweite Lenkmechanismus in Betrieb ist, um das Fahrzeug zu lenken, und der Kontrollerabschnitt das Fahrzeug automatisch lenkt, indem er das Steuerungs signal nur sendet, wenn der automatische Lenkmodus ausgewählt ist und sich der erste Lenkmechanismus gleichzeitig in der Geradeausposition befindet.
ein Lenksystem, das einen ersten Lenkmechanismus (1) zum Ändern eines Vor derradlenkwinkels entsprechend der Eingabe eines Fahrers mittels eines Lenkrads (5) und einen zweiten Lenkmechanismus (3, 83) zum Ändern entweder des Vorderradlenk winkels oder des Hinterradlenkwinkels des Fahrzeugs entsprechend einem Steuerungs signal zum Lenken des Fahrzeugs umfaßt;
einen Modusauswahlschalter (75) zum Auswählen entweder eines manuellen Lenkmodus oder eines automatischen Lenkmodus;
einen Sensorabschnitt (77, 79, 29) zum Sammeln von Informationen über das Fahrzeug; und
einen Kontrollerabschnitt (73) zum automatischen Lenken des Fahrzeugs ent sprechend den von dem Sensorabschnitt (77, 79, 29) gesammelten Informationen, indem ein Steuerungssignal an den zweiten Lenkmechanismus gesendet wird, wenn der auto matische Lenkmodus durch den Auswahlschalter ausgewählt ist;
wobei der Sensorabschnitt den Zustand des ersten Lenkmechanismus feststellt und Daten erzeugt, um zu bestimmen, ob sich der erste Lenkmechanismus in einer neu tralen Geradeausposition befindet, wobei das Lenksystem weiterhin ein Halteuntersy stem (11, 13a, 13b, 25, 37, 41, 49, 55) umfaßt, um den ersten Lenkmechanismus fest zuhalten, wenn der zweite Lenkmechanismus in Betrieb ist, um das Fahrzeug zu lenken, und der Kontrollerabschnitt das Fahrzeug automatisch lenkt, indem er das Steuerungs signal nur sendet, wenn der automatische Lenkmodus ausgewählt ist und sich der erste Lenkmechanismus gleichzeitig in der Geradeausposition befindet.
12. Steuerungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Hal
teuntersystem eine Betätigungsvorrichtung (49) umfaßt, um den Lenkwinkel des ersten
Lenkmechanismus in Abhängigkeit von einem von dem Kontrollerabschnitt (73) er
zeugten Haltebefehlssignal festzuhalten.
13. Steuerungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kon
trollerabschnitt das Fahrzeug automatisch lenkt, indem es das Steuerungssignal nur dann
sendet, wenn ein Genehmigungssignal vorhanden ist, der Kontroller ein neutrales Zu
standssignal erzeugt, wenn sich der erste Lenkmechanismus in der Geradeausposition
befindet, und der Kontrollerabschnitt das Haltebefehlssignal zu der Betätigungsvorrich
tung (49) des Halteuntersystems sendet, um den Lenkwinkel des ersten Lenkmecha
nismus festzuhalten, und das Genehmigungssignal erzeugt, um den automatischen Lenk
modus nur dann zu erlauben, wenn das neutrale Zustandssignal vorhanden ist.
14. Steuerungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kon
trollerabschnitt so aufgebaut ist, daß er eine Rückkehr des ersten Lenkmechanismus in
die neutrale Geradeausposition bewirkt, wenn der Auswahlschalter (75) von einem ma
nuellen Auswahlzustand zur Auswahl des manuellen Lenkmodus in einen automatischen
Auswahlzustand zur Auswahl des automatischen Lenkmodus gebracht wird.
15. Steuerungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kon
trollerabschnitt so aufgebaut ist, daß er den zweiten Lenkmechanismus in die neutrale
Position zurückbringt, wenn der Auswahlschalter (75) von dem automatischen Auswahl
zustand zur Auswahl des automatischen Lenkmodus in den manuellen Auswahlzustand
zur Auswahl des manuellen Lenkzustands gebracht wird.
16. Steuerungssystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das
Steuerungssystem eine Ausgabevorrichtung (81) umfaßt, um ein Warnsignal in Abhän
gigkeit von einem Anzeigebefehlssignal zu erzeugen, und daß der Kontrollerabschnitt
das Anzeigebefehlssignal erzeugt, wenn der automatische Lenkmodus ausgewählt ist,
aber das neutrale Zustandssignal nicht vorhanden ist.
17. Steuerungssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das
Warnsignal der Ausgabevorrichtung (81) entweder ein sichtbares Signal oder ein hör
bares Signal ist, um den Fahrer des Fahrzeugs darauf aufmerksam zu machen, daß der
automatische Lenkmodus nicht erlaubt ist, bevor nicht der erste Lenkmechanismus in die
Geradeausposition zurückgekehrt ist.
18. Steuerungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der
Steuerungsabschnitt so aufgebaut ist, daß er den Lenkwinkel des zweiten Lenkmecha
nismus langsam in eine Richtung erhöht, die eine Verringerung des Lenkwinkels des
ersten Lenkmechanismus erzeugt, um einen beabsichtigten Kurvenradius des Fahrzeugs
beizubehalten, wenn der automatische Lenkmodus ausgewählt ist und sich der erste
Lenkmechanismus außerhalb der neutralen Geradeausposition befindet.
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