DE3837864C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein nicht spurgebundenes Kraftfahr­ zeug mit einer manuell betätigbaren Lenkung, welche mittels einer Lenkhandhabe bzw. eines Lenkhandrades einen gewünschten Lenkwinkel der Lenkräder des Kraftfahrzeuges einzustellen gestattet, sowie mit einem Sensorsystem, welches einen Drift­ zustand des Fahrzeuges direkt bzw. indirekt festzustellen gestattet, und mit einem mittels einer Steuer- bzw. Regel­ schaltung in Abhängigkeit von den Signalen des Sensorsystems betätigten Stellmotor, welcher selbsttätig in die Lenkung zur Stabilisierung des Fahrzustandes bzw. zur Verminderung des Driftens eingreift.

Kritische Fahrsituationen, bei denen ein unerwünschter Driftzustand eintritt, lassen sich in der Regel nur von geübten Fahrern meistern, insbesondere dann, wenn das Fahr­ zeugheck ausbricht und das Fahrzeug dementsprechend in Richtung der Kurveninnenseite auszufahren sucht. Erfahrene Fahrer können das Fahrzeug durch sogenanntes Gegensteuern stabilisieren, wobei die Lenkung kurzzeitig zur Kurvenaußen­ seite hin ausgeschlagen wird, so daß das Fahrzeugvorderteil etwas zur Kurvenaußenseite hin auswandert, wodurch die Ausbruchbewegung des Fahrzeughecks aufgefangen wird. Ein derartiges Manöver läßt sich nur mit einiger Übung ausführen, wobei wesentlich ist, daß dieses Manöver relativ frühzeitig eingeleitet wird.

Um die Beherrschung eines ausbrechenden Fahrzeugs zu erleichtern, sind Kraftahrzeuge der eingangs angegebenen Art, d. h. solche mit automatischen Selbststeuersystemen, bekannt (DE-OS 19 02 944, DE-OS 24 09 944).

In diesem Zusammenhang ist gemäß der DE-OS 19 02 944 vorgesehen, daß im Falle eines automatisch-selbsttägigen Eingriffes in die Steuerung die manuell betätigten Bedie­ nungseinrichtungen, d. h. im vorliegenden Fall die Lenkhand­ habe bzw. das Lenkhandrad, überbrückt werden. Zwar kann der Fahrer gegebenenfalls die automatische Selbststeuerung durch Betätigung eines Schaltknopfes am Armaturenbrett ausschalten, um in einem Notfalle auch von der automatischen Selbst­ steuerung nicht vorgesehene Manöver ausführen zu können. Jedoch ist eine schnelle Reaktion des Fahrers praktisch unmöglich, weil die Betätigung des Schaltknopfes beim Lenken des Fahrzeuges umständlich und äußerst ungewohnt ist. Sollte also das von der automatischen Selbststeuerung vorgenommene Lenkmanöver aus irgendwelchen Gründen nicht optimal oder aufgrund eines plötzlich auftretenden Hindernisses sogar falsch sein, muß mit äußerst gefährlichen Situationen gerechnet werden, die für den Fahrer praktisch nicht be­ herrschbar sind.

Aus der DE-OS 24 09 944 ist ein weiteres Kraftfahrzeug mit einer automatischen Selbststeuerung bekannt, welche vor einem automatischen Eingriff in die Lenkmanöver des Fahrers zunächst überprüft, ob das vom Fahrer bereits eingeleitete Lenkmanöver zur Stabilisierung des Fahrzustandes ausreichend ist, d. h. ob der Fahrer die Lenkung um einen hinreichenden Winkel verstellt hat. Falls die fahrerseitig bewirkte Lenk­ winkeländerung größer ist als die von der automatischen Selbststeuerung vorgesehene Lenkwinkeländerung, unterbleibt ein Eingriff in das fahrerseitige Manöver. Wenn dagegen die Lenkkorrektur des Fahrers geringer ist als die von der automatischen Selbststeuerung vorgesehene Korrektur, greift die Selbststeuerung in das fahrerseitige Manöver ein, so daß der Fahrer, zumindest kurzzeitig, keinen Einfluß auf die Lenkung hat. Da sich die Fahrsituationen ständig und unter Umständen auch sehr plötzlich ändern können, ist diese bekannte Selbststeuerung unter Umständen äußerst gefährlich, denn es wird keinerlei Möglichkeit dafür aufge­ zeigt, wie die Stelbststeuerung "feststellen" könnte, ob ein eingeleitetes automatisches Lenkmanöver trotz einer plötz­ lichen Situationsänderung richtig geblieben ist.

Die DE-OS 36 34 301 betrifft ein in erster Linie für Anti- Blockier-Systeme von Fahrzeugbremsen bzw. für Anti-Antriebs­ schlupf-Regelungen von Kraftfahrzeugen vorgesehenes Selbst­ steuersystem, welches auch bei einem automatischen Eingriff in die fahrerseitigen Manöver dem Fahrer die Möglichkeit läßt, die automatische Selbststeuerung zu überwinden. Die Funktion dieses Systems wird nachfolgend in Verbindung mit einer Anti-Antriebsschlupf-Regelung erläutert. Zur Steuerung des Antriebes betätigt der Fahrer in herkömmlicher Weise ein Fahr- bzw. Gaspedal, wodurch dann ein Stellorgan, beispielsweise eine Drosselklappe, zur Leistungssteuerung des Motors verstellt wird. Bei normalen Fahrzuständen, d. h. wenn kein übermäßiger Antriebsschlupf auftritt, wird die Proportionalität zwischen der Verstellung des Fahr- bzw. Gaspedales und der Verstellung des Leistungsstellorganes bzw. der Drosselklappe durch eine Grundcharakteristik vorge­ geben, wobei in den Endlagen des Fahr- bzw. Gaspedales jeweils entsprechende Endlagen des Leistungsstellorganes bzw. der Drosselklappe erreicht werden. Falls nun plötzlich übermäßiger Schlupf auftritt, d. h. wenn die Motorleistung im Vergleich zur Traktion der Antriebsräder des Fahrzeuges unangemessen hoch ist, werden das Leistungsstellorgan bzw. die Drosselklappe automatisch im Sinne einer Verminderung der Motorleistung verstellt. Gleichzeitig wird die Propor­ tionalität zwischen den Stellwagen des Fahr- bzw. Gaspedales und den Stellwegen des Leistungsstellorganes bzw. der Drosselklappe so verändert, daß den beiden Endlagen des Fahr- bzw. Gaspedales die entsprechenden Endlagen des Leistungsstellorganes bzw. der Drosselklappe zugeordnet bleiben. Dementsprechend kann der Fahrer prinzipiell - trotz der aufgrund auftretenden Schlupfes erfolgten automatischen Drosselung der Antriebsleistung - die Antriebs­ leistung beliebig im Sinne einer Erhöhung auf die Maximal­ leistung oder einer Verminderung auf die Minimalleistung (bzw. Leerlaufleistung) des Motors des Fahrzeuges steuern. Bei einem Eingriff der Selbststeuerung in ein Fahrmanöver ändert sich also neben der Einstellung eines Stellorganes auch die Proportionalität zwischen dem Stellweg des vom Fahrer betätigten Bedienungselementes und dem Stellweg des davon gesteuerten Stellorganes.

Ein derartiges Konzept läßt sich zwar prinzipiell auch auf Fahrzeuglenkungen übertragen, wenn auch der konstruktive Aufwand recht erheblich ist. Jedoch müßte im Falle eines Eingriffes der Selbststeuerung in die Fahrzeuglenkung jeweils in Kauf genommen werden, daß sich das Übersetzungs­ verhältnis zwischen dem Betätigungsweg der Lenkhandhabe bzw. dem Drehweg des Lenkhandrades und der jeweils bewirkten Lenkwinkeländerung der Fahrzeuglenkräder verändert. Ein solches Konzept ist unter Sicherheitsaspekten bedenklich, weil ein automatischer Eingriff der Selbststeuerung in die Fahrzeuglenkung regelmäßig in relativ kritischen Fahrsituationen erfolgt. Sollte nun ein zusätzlicher Eingriff des Fahrers notwendig werden, um eine zuvor automatisch erfolgte Lenkkorrektur zu verändern, so müßte der Fahrer auch das aufgrund der automatischen Lenkkorrek­ tur veränderte Übersetzungsverhältnis der Lenkung berück­ sichtigen, d. h. je nach Fahrumständen ist die Lenkung direkter oder indirekter als im Normalfalle. Erschwerend kommt hinzu, daß das Maß der Veränderung des Übersetzungs­ verhältnisses von der Größe der automatisch erfolgten Korrektur abhängig ist. Insgesamt ergibt sich also ein für den Fahrer in kritischen Situationen kaum beherrschba­ res Lenkverhalten des Fahrzeuges.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Fahrzeug der eingangs angegebenen Art zu schaffen, welches sich auch im Falle einer automatisch erfolgenden Lenkkorrektur besonders gut beherrschen läßt, derart, daß der Fahrer bei Bedarf ohne Schwierigkeiten Lenkmanöver auszuführen vermag, die von den Manövern der automatischen Selbststeuerung abweichen oder diesen Manövern sogar entgegengesetzt sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stellmotor des Systems zur automatischen Selbststeuerung nur begrenzte Stellkräfte bzw. Stellmomente zu erzeugen vermag, welche einerseits größer als die für Lenkmanöver notwendigen Kräfte bzw. Momente und andererseits kleiner als die vom Fahrer durch Betätigung der Lenkhandhabe bzw. des Lenkhandrades erzeugbaren Kräfte bzw. Momente sind.

Durch diese verblüffend einfache Maßnahme bleibt der Fahrer immer "Herr des Geschehens". Falls der Fahrer einer automatischen Lenkkorrektur entgegenwirken will, spürt er lediglich einen etwas größeren Lenkwiderstand. Dies stellt jedoch in der Praxis keinerlei Erschwernis bei Lenkmanövern dar, weil sich der Lenkwiderstand auch bei normaler Fahrt aufgrund von Fahrbahnunebenheiten und/oder Windeinflüssen ständig ändert. Somit unterscheidet sich das erfindungsgemäße Fahrzeug hinsichtlich des subjek­ tiven Fahrgefühles praktisch nicht von herkömmlichen Fahrzeugen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, den Stellmotor mit der Lenkung kraft­ schlüssig zu kopplen, wobei der Kraftschluß wiederum größer als die für die Lenkmanöver notwendigen Kräfte bzw. Momente und kleiner als die vom Fahrer durch Betäti­ gung der Lenkhandhabe bzw. des Lenkhandrades erzeugbaren Kräfte bzw. Momente ist.

Dabei kann der Stellmotor in konstruktiv besonders einfacher Weise mittels einer Rutschkupplung mit der Lenkung antriebsverbunden sein.

Zusätzlich oder alternativ ist es vorteilhaft, wenn der Stellmotor selbsthemmungsfrei ist, um einen fahrerseitigen Eingriff in automatisch erfolgende Lenkmanöver zu ermög­ lichen bzw. zu erleichtern.

Hinsichtlich der Sensorsysteme zur Ermittlung eines Drift­ zustandes besteht eine große konstruktive Freiheit.

Beispielsweise ist es möglich, mittels Geschwindigkeits­ geber, deren Signale die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges wiedergeben, sowie mit Lenkwinkelgebern, deren Signale ein Maß für den jeweils eingestellten Lenkwinkel der Lenkräder darstellen, zu ermitteln, mit welcher Geschwindigkeit sich das Fahrzeug bei weitestgehend schlupffreier Fahrt um seine Hochachse drehen müßte. Der Sollwert der Drehgeschwindigkeit um die Hochachse ist also in eindeutiger Weise durch den Lenkwinkel und die Fahrgeschwindigkeit bestimmt. Der Istwert der Drehgeschwindigkeit des Fahrzeuges um seine Hochachse kann beispielsweise unter Zuhilfenahme eines um eine etwa horizontale Achse rotierenden Kreisels bestimmt werden, der im Fahrzeug kardanisch aufgehängt ist, so daß er die Orientierung seiner Achse weitestgehend unabhängig von Bewegungen des Fahrzeuges beibehält. Nunmehr braucht nur noch mittels eines Sensors festgestellt zu werden, welche Relativdrehungen zwischen der Kreiselachse und dem Fahrzeug relativ zur Fahrzeughochachse auftreten. Damit ist der Istwert für die Drehgeschwindigkeit des Fahrzeuges für Drehungen bezüglich der Hochachse bestimmt.

Ein eventueller Drift-Zustand des Fahrzeuges kann durch Soll- und Istwertvergleich festgestellt werden. Damit kann dann erfindungsgemäß durch ein automatisches Lenkmanöver eine Stabilisierung des Fahrzeuges erreicht werden.

Grundsätzlich kann ein Drift-Zustand auch in anderer Weise festgestellt werden. Beispielsweise ist es möglich, die Fahrbahnoberfläche mit Ultraschallwellen ähnlich wie mit einem Radargerät abzutasten, um Relativbewegungen zwischen Fahrzeug und Fahrbahn aufzuzeichnen. Wenn dabei festgestellt wird, daß die Bewegungsrichtung der Fahrbahn relativ zum Fahrzeug wesentlich von der Richtung der Fahrzeuglängsachse abweicht, bzw. wenn eine Seitwärtsbewegung der Fahrbahn relativ zum Fahrzeug und insbesondere relativ zum Fahrzeug­ heck festgestellt wird, so ist dies gleichbedeutend damit, daß ein Drift-Zustand vorliegt. Sodann kann wiederum auto­ matisch in die Lenkung eingegriffen werden, um die festge­ stellten unerwünschten Relativbewegungen zwischen Fahrbahn und Fahrzeug, d.h. um den unerwünschten Drift-Zustand zu beenden.

Im übrigen wird hinsichtlich vorteilhafter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläu­ terung einer besonders bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung verwiesen.

Dabei zeigt

Fig. 1 in schematisierter Form das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug in Draufsicht und

Fig. 2 ein Flußdiagramm, welches die Betriebsweise des in die Lenkung eingreifenden Stellmotors wiedergibt.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Kraftfahrzeug 1 besitzt beispielsweise angetriebene Hinterräder 2 sowie angetriebene oder antriebslose vordere Lenkräder 3, die mittels eines Lenkhandrades 4 betätigt werden. Dazu ist das Lenkhandrad 4 in grundsätzlich bekannter Weise über ein Lenkgetriebe 5 mit Lenkgestängeteilen der Lenkräder 3 antriebsgekoppelt.

Mit dem Lenkgetriebe 5 bzw. der das Lenkhandrad 4 mit der Eingangsseite des Lenkgetriebes 5 verbindenden Lenksäule 6 ist ein selbsthemmungsfreier Stellmotor 7 antriebsgekoppelt, und zwar über eine Rutschkupplung 8. Die Rutschkupplung 8 begrenzt das vom Stellmotor 7 auf das Lenkgetriebe 5 bzw. die Lenksäule 6 übertragbare Drehmoment. Dabei ist der Kraftschluß der Rutschkupplung 8 so bemessen, daß für Lenkmanöver ausreichende Drehmomente übertragen werden können. Andererseits ist jedoch das übertragbare Drehmoment so weit begrenzt, daß gegebenenfalls der Fahrer mittels des Lenkhandrades 4 die Lenkung gegen den arbeitenden Stellmotor 7 betätigen kann.

Falls der Stellmotor 7 nicht in Betrieb ist, arbeitet die Lenkung als herkömmliche, ausschließlich manuell betätigte Steuerung des Fahrzeuges. Der Stellmotor 7 wird aufgrund seiner selbsthemmungsfreien Ausbildung dabei bei Drehung des Lenkhandrades 4 weitestgehend widerstandsfrei mitgedreht.

Zur Betätigung des Stellmotors 7 dient eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung 9, die den Stellmotor 7 immer dann im Sinne eines das Fahrzeug 1 stabilisierenden Lenkmanövers betätigt, wenn das Fahrzeugheck ausbricht, d.h. wenn ein Drift-Zustand festgestellt wird.

Dazu ist die Steuer- bzw. Regelvorrichtung eingangsseitig mit einem Sensor 10 für die Fahrgeschwindigkeit sowie einem Sensor 11 für den jeweils eingestellten Lenkwinkel der Lenkräder 3 verbunden. Aus den Signalen der Sensoren 10 und 11 läßt sich ermitteln, mit welcher Drehgeschwindigkeit sich das Fahrzeug 1 relativ zum Untergrund um seine Hochachse drehen müßte, wenn ein im wesentlichen schlupffreier Fahr­ zustand vorliegt.

Des weiteren ist die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 9 eingangs­ seitig mit einer Kreiselanordnung 12 verbunden, welche im wesentlichen aus einem um eine etwa horizontale Achse rotie­ renden, kardanisch aufgehängten Kreisel bestehen kann, der mit eigenem Antrieb versehen ist. Da der Kreisel bei Rotation die Richtung seiner Achse relativ zum Untergrund praktisch unverändert beibehält, unabhängig von den Bewegungen des Fahrzeuges 1, kann durch einen mit der Kreiselanordnung 12 kombinierten Sensor überprüft werden, welche Relativdrehungen bezüglich der Fahrzeughochachse zwischen dem Kraftfahrzeug 1 und der Kreiselachse auftreten. Dementsprechend stellen die Ausgangssignale der Kreiselanordnung 12 ein Maß für die tat­ sächliche Drehung des Kraftfahrzeuges 1 relativ zum Untergrund um seine Hochachse dar.

Die Kreiselanordnung 12 liefert also den Ist-Wert der Drehung des Kraftfahrzeuges 1 relativ zum Untergrund bezüglich seiner Hochachse, während die Sensoren 10 und 11 den entsprechenden Sollwert zu ermitteln gestatten.

Durch Soll- und Istwert-Vergleich stellt dann die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 9 fest, ob ein Drift-Zustand aufgetreten ist. Dies ist gleichbedeutend damit, daß der jeweilige Driftwinkel ermittelt wird, d.h. der Winkel zwischen der Fahrzeuglängs­ achse und der momentanen Bewegungsrichtung des Fahrzeuges.

Gegebenenfalls wird dann von der Steuer- bzw. Regelvorrichtung 9 der Stellmotor 7 zur Ausführung eines Lenkmanövers zur Stabilisierung des Fahrzeuges 1 betätigt.

Der entsprechende Betriebsablauf ist in Fig. 2 genauer darge­ stellt.

Zunächst wird das Sensorsystem eingeschaltet, d.h. die Sensoren 10 und 11 sowie die Kreiselanordnung 12 in Fig. 1.

Aus den vom Sensorsystem erzeugten Signalen ermittelt die Steuer- bzw. Regelvorrichtung, ob bzw. welche Winkelabweichung zwischen Fahrzeuglängsachse und momentaner Bewegungsrichtung vorliegt.

Falls kein bzw. nur ein äußerst geringer Driftwinkel vorliegt, ist kein Eingreifen in die Lenkung erforderlich.

Falls jedoch ein unerwünscht großer Driftwinkel vorliegt, wird eine Anzeige "Fahrzeug driftet" betätigt. Des weiteren wird überprüft, ob der Fahrer einen Handausschalter od.dgl. betätigt hat, um einen automatischen Eingriff in die Lenkung zu unterbinden. Sollte dies der Fall sein, erfolgt kein Eingriff in die Lenkung.

Falls der Fahrer dagegen den Handausschalter nicht betätigt hat, wird von der Steuer- bzw. Regelvorrichtung 9 ein Stell­ signal an den Stellmotor 7 gegeben. Damit sucht der Stellmotor 7 - von der Steuer- bzw. Regelvorrichtung 9 betätigt - in die Lenkung einzugreifen.

Sollte der Fahrer das Lenkhandrad 4 mit hinreichender Kraft betätigen bzw. halten, bleibt die Arbeit des Stellmotors unwirksam, weil die Rutschkupplung 8 durchrutscht, d.h. die Lenkkräfte des Fahrers sind größer als die von der Rutsch­ kupplung 8 übertragbaren Kräfte bzw. Momente.

Wenn dagegen der Fahrer das Lenkhandrad 4 nicht bzw. nur mit geringer Kraft festhält, wird die Lenkung des Fahrzeuges 1 vom Stellmotor 7 im Sinne einer Verminderung des zuvor ermittel­ ten Driftwinkels angestellt.

Falls dadurch bereits eine Stabilisierung des Fahrzeuges erreicht wird, erfolgt die weitere Steuerung des Fahrzeuges 1 wiederum nur durch den Fahrer. Sollte dagegen eine Stabi­ lisierung des Fahrzeuges 1 noch nicht bzw. noch nicht voll­ ständig erreicht worden sein, so wird die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 9 weitere Steuerbefehle an den Stellmotor 7 geben.

Bei dieser Anordnung ist vorteilhaft, daß der Stellmotor 7 das Lenkhandrad 4 bei einem Eingriff in die Lenkung mitdreht. Dadurch erhält der Fahrer einerseits ein gutes Gefühl für die Art des selbsttätig ausgeführten Lenkmanövers, anderer­ seits lernt der Fahrer gleichzeitig die zweckmäßigen Lenk­ manöver.

Claims (6)

1. Nicht spurgebundenes Kraftfahrzeug mit einer manuell betätigbaren Lenkung, wobei mittels einer Lenkhandhabe bzw. eines Lenkhandrades einen gewünschten Lenkwinkel der Lenkräder des Kraftfahrzeuges einzustellen gestattet, sowie mit einem Sensorsystem, welches einen Driftzustand des Fahrzeuges direkt bzw. indirekt festzustellen gestattet, und mit einem mittels Steuer- bzw. Regelschal­ tung in Abhängigkeit von den Signalen des Sensorsystems betätigten Stellmotor, welcher selbsttätig in die Lenkung zur Stabilisierung des Fahrzustandes bzw. der Verminderung des Driftens eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (7) nur begrenzte Stellkräfte bzw. Stellmomente zu erzeugen vermag, welche einerseits größer als die für Lenkmanöver notwendigen Kräfte bzw. Momente und andererseits kleiner als die vom Fahrer durch Betäti­ gung der Lenkhandhabe bzw. des Lenkhandrades (4) erzeug­ baren Kräfte bzw. Momente sind.

2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (7) mit der Lenkung kraftschlüssig gekoppelt ist, wobei der Kraftschluß größer als die für Lenkmanöver notwendigen Kräfte bzw. Momente und kleiner als die vom Fahrer durch Betätigung der Lenkhandhabe bzw. des Lenkhandrades (4) erzeugbaren Kräfte bzw. Momente ist.

3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (7) mittels einer Rutschkupplung (8) mit der Lenkung antriebsverbunden ist.

4. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (7) selbst­ hemmungsfrei ist.

5. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Fahrzeug (1) - vorzugs­ weise an der Lenkhandhabe bzw. am Lenkhandrad (4) - eine ohne Blickkontakt betätigbare Handabschaltung für den Stellmotor (7) angeordnet ist.

6. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung (9 bis 12) bei einem Drift-Zustand eine akustische und/oder optische Anzeige betätigt.