DE3878020T2

DE3878020T2 - Verfahren und geraet zur ermittlung der mittelstellung des lenkungssystems eines fahrzeugs.

Info

Publication number: DE3878020T2
Application number: DE8888303999T
Authority: DE
Inventors: James A Gretz; Michael W Soltis
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1987-05-04
Filing date: 1988-05-03
Publication date: 1993-05-19
Anticipated expiration: 2008-05-04
Also published as: EP0290225A3; EP0290225B1; CA1288513C; JPS63287615A; JP2632916B2; EP0290225A2; US4722545A; DE3878020D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Mittelstellung eines Kraftfahrzeuglenksystems. Dieses Verfahren und diese Vorrichtung sind für den Einsatz in einem Fahrzeug-Federungs-System und/oder in einem Fahrzeuglenkgetriebe geeignet.
Einstellbare Federungssysteme für Kraftfahrzeuge sind in der Technik bekannt. Ein Beispiel eines solchen Systems zeigt US-PS 4,621,833, welche dem Anmelder der vorliegenden Erfindung zugeschrieben ist. Das System gemäß dem 833er Patent ist in der technischen Zeitschrift Nr. 870540 der Society of Automotive Engineers (SAE) beschrieben. Solche einstellbaren Federungssysteme stellen typischerweise die von einem oder mehreren Federungseinheiten gelieferte Dämpferkraft entsprechend einer Reihe von Eingabesignalen ein, die sie von verschiedenen im Fahrzeug angeordneten Quellen erhalten. So ist es z.B. bekannt, die Federungseinheiten in bezug auf die Linearbeschleunigung des Fahrzeuges, auf Brems- und Lenktätigkeit, auf Fahrzeuggeschwindigkeit, voraussichtliche Querbeschleunigung und auf andere Eingangssignale hin zu steuern.
Die US-PS 3,608,925, 4,345,661, 4,555,126 und 4,564,214 beschreiben den Einsatz von Lenkeingabesignalen zur Steuerung der Federungseinheiten. Eine entsprechende Steuerung ist in der US-PS 3,895,816 offenbart, in welcher ein Zentrifugalkraftgeber funktionsmäßig so mit einem Ventilsystem verbunden ist, daß übermäßige Rollbewegungen des Fahrzeugaufbaus in der Kurvenfahrt vermieden werden. Systeme, in welchen feste Lenkwinkelgeber zum Einsatz kommen, sind anfällig für durch verstellte Geber bedingte Fehler, insofern als diese Geber in der Lage sein müssen, genaue Winkelmessungen zu liefern, wenn sie in einem System eingesetzt werden sollen, das geeignet ist, übermäßige Rollbewegungen eines Fahrzeugaufbaus während der Kurvenfahrt zu korrigieren oder vorherzusehen und zu verhindern. Ein ähnliches Problem betrifft solche Systeme, die Zentrifugalkraftgeber verwenden, insofern solche Kräfte erst gemessen werden können, wenn sie tatsächlich bestehen, und insofern der Fahrzeugaufbau dann, wenn solche Kräfte erst einmal bestehen, typischerweise bereits eine Stellung eingenommen hat, die von einer aktiven Federungseinrichtung korrigiert werden kann, die fähig ist, unabhängig von der Betriebsgeschwindigkeit Kraft auszuüben. Daher muß eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Eingabesignals für ein Steuersystem für den Betrieb dieser Federungseinheit, wenn sie wirksam sein soll, Querbeschleunigung vorhersehen, statt diese Beschleunigung einfach nur festzustellen. In der US-PS 4,621,833 werden ein Lenkmittelpunkt- Algorithmus und ein Verfahren zum Feststellen des Lenkmittelpunktes offenbart, welche für den Einsatz in einem System geeignet sind, das Seitenbeschleunigung vorhersehen kann, statt eine solche Beschleunigung einfach nur festzustellen.
Der in der US-PS 4,621,833 offenbarte Lenkungsgeber benutzt ein Programm, in welchem die Mittelstellung der Lenkung durch den Einsatz eines Gebersystems mit fester Abtastzeit bestimmt wird, welches mit fensterartigen Umfangsausschnitten veränderbarer Größe des Betriebsbereiches einer Lenkwelle betrieben wird. Da die Abtastzeit für den Algorithmus nach US-PS 4,621,833 feststeht, ist das offenbarte System nur begrenzt fähig, Änderungen der Lenkmittelstellung zu verarbeiten.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur dynamischen Bestimmung der Mittelstellung eines Kraftfahrzeug-Lenksystems zu schaffen.
Ein weiters Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur dynamischen Bestimmung der Mittelstellung eines Kraftfahrzeug-Lenksystems zu liefern, welche eine genaue Lenkmittelstellung schnell bestimmen und eine vorher bestimmte Mittelstellung rasch korrigieren kann.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß die Merkmale der veränderbaren Abtastzeit und des veränderbaren Abtastfensters des hier dargestellten Algorithmus eine schnelle Reaktion auf sich ändernde Fahrzeugbedingungen ermöglichen, verbunden mit hoher Zuverlässigkeit der ermittelten Mittelstellung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung der Mittelstellung eines Kraftfahrzeug-Lenksystems bereitgestellt, welches die Schritte umfaßt der Annahme einer ursprünglichen Mittelstellung, der Messung der Fenster- Zeitspanne während welcher das Lenksystem innerhalb eines Betriebsfensters verweilt, das sich im Bereich besagter angenommener Mittelstellung erstreckt, des Vergleichs der gemessenen Fenster-Zeitspanne mit einer veränderbaren Abtastzeit, der Messung der Differenz zwischen einem für die Lenkstellung charakteristischen Wert und besagter angenommener Mittelstellung jeweils dann, wenn besagte Fenster-Zeitspanne in einem bestimmten Verhältnis zur besagten Abtastzeit steht, der Anpassung der angenommenen Mittelstellung gemäß der besagten gemessenen Differenz zwischen besagtern für die Stellung des Lenksystems charakteristischen Wert und besagter angenommener Mittelstellung, der Anpassung besagter Abtastzeit gemäß besagter Differenz zwischen besagtem für die Stellung des Lenksystems charakteristischen Wert und besagter angenommener Mittelstellung, und der sequentiellen Wiederholung eines jeden dieser Schritte, wobei jeweils die korrigierte Mittelstellung die angenommene Mittelstellung ersetzt.
Die gemessene Fenster-Zeitspanne kann jeweils gleich Null gesetzt werden, wenn das Lenksystem außerhalb des Betriebsfensters betrieben wird, das sich im Bereich der angenommenen Mittelstellung erstreckt, sowie jeweils dann, wenn die Fenster-Zeitspanne gleich ist der Abtastzeit. Das Betriebsfenster deckt vorzugsweise einen Winkelbereich des Betriebsbereichs einer drehbaren Lenkwelle ab, wobei dieser Winkelbereich eine bestimmte Größe aufweist. Das Betriebsbereichs-Fenster wird verschoben, wenn die drehbare Lenkwelle außerhalb des Fensters betrieben wird, so daß sich das verschobene Fenster zu beiden Seiten der momentanen Stellung der Lenkwelle erstreckt. Das Betriebsbereichs-Fenster kann einen Winkelbereich des Betriebsbereichs der drehbaren Lenkwelle einschließen, welcher Winkelbereich von veränderbarer Größe ist, wenn die Ausdehnung des Fensters in einem bestimmten Verhältnis zur Abtastzeit steht. Die Größe des Fensters nimmt vorzugsweise mit zunehmender Abtastzeit ab. In jedem Falle wird jeder der Schritte der Bestimmung der Mittelstellung sequentiell wiederholt, bis die Abtastzeit einen bestimmten Wert erreicht. Die Differenz zwischen dem für die Stellung des Lenksystems charakteristischen Wert und der angenommenen Mittelstellung wird vorzugsweise jeweils dann gemessen, wenn die Fenster-Zeitspanne mit der Abtastzeit gleich ist. Die Abtastzeit wird vorzugsweise erhöht, wenn die gemessene Differenz zwischen dem für die Stellung des Lenksystems charakteristischen Wert und der nachgestellten Lenkstellung kleiner ist als ein vorbestimmter Wert. Die Abtastzeit wird vorzugsweise verringert, wenn die gemessene Differenz zwischen dem für die Lenkstellung charakteristischen Wert und der nachgestellten Mittelstellung größer ist als der vorbestimmte Wert. Der für die Stellung des Lenksystems charakteristische Wert kann die momentane Lenkstellung beinhalten, oder er kann eine einem zeitmäßigen Durchschnitt entsprechende Lenkstellung beinhalten, oder er kann den Mittelpunkt des Fensters für den Lenksystembetrieb enthalten.
Außerdem wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung der Mittelstellung eines Fahrzeug- Lenksystems geliefert, welche Gebervorrichtungen enthält: (I) zur Messung der Differenz zwischen der momentanen Stellung des Lenksystems und einer vorher bestimmten Mittelstellung und (II) zur Festlegung eines Betriebsbereichsfensters, welches sich um die besagte Mittelstellung erstreckt, einen Fenster-Zeitzähler, welcher funktionsmäßig derart mit besagten Gebermitteln verbunden ist, daß er die Zeitspanne ermittelt, während welcher besagtes Lenksystem innerhalb besagten Fensters betrieben wird, einen Abtastzeitspeicher, der funktionsmäßig derart mit besagtem Geber und besagtem Fenster-Zeitzähler verbunden ist, daß er ein geeignetes Abtastintervall zwischen aufeinanderfolgenden Vorgängen speichert, in welchen besagter Geber die Differenz zwischen der momentanen Stellung des Lenksystems und besagter vorher bestimmter Mittelstellung mißt, und Rechnermittel, welche funktionsmäßig derart mit besagten Gebermitteln und mit besagten Fenster- und Abtast-Zeitzählern verbunden sind, daß sie (I) besagte Gebermittel anweisen, die besagte Differenz zwischen der momentanen Stellung des Lenksystems und der zuvor bestimmten Mittelstellung zu messen, wenn besagtes angemessenes Abtastintervall erreicht ist, und daß sie (II) besagte zuvor bestimmte Mittelstellung ausgehend von besagter gemessener Differenz einstellen, und daß sie (III) besagtes in besagtem Abtastzeitspeicher gespeichertes Abtastintervall gemäß der Höhe der gemessenen Differenz einstellen.
Der Geber umfaßt vorzugsweise eine drehbare Einrichtung, die funktionsmäßig mit einer drehbaren Lenkwelle verbunden ist. Die Gebermittel verschieben das Betriebsbereichs-Fenster vorzugsweise immer dann, wenn das Lenksystem außerhalb des Fensters betrieben wird, so daß der momentane Mittelpunkt des Fensters nach dem Versatz dieses Fensters jeweils mit der momentanen Betriebsstellung des Lenksystems zusammenfällt.
Die Erfindung wird nun beispielartig mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines mit der vorliegenden Erfindung ausgestatteten Kraftfahrzeuges. Diese Figur stellt verschiedene Bestandteile eines die vorliegende Erfindung verkörpernden Systems dar.
Figur 2 zeigt ein Gesamt-Blockdiagramm gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 3 enthält ein logisches Flußdiagramm gemäß der vorliegenden Erfindung.
Figur 4 ist eine teilgeschnittene Draufsicht eines Lenkungsgebers mit einem Bestandteil eines erfindungsgemäßen Systems zur Ermittlung der Mittelstellung.
Figur 5 ist eine Ansicht im Querschnitt des erfindungsgemäßen Lenkungsgebers, entlang der Linie 5-5 der Figur 4.
Figur 6A stellt die verschiedenen Ausgangswellenformen der in dem in den Figuren 4 und 5 gezeigten Lenkungsgeber eingesetzten Fühler für eine Drehung im Uhrzeigersinn dar.
Figur 6B zeigt die verschiedenen Ausgangswellenformen der in dem in den Figuren 4 und 5 gezeigten Lenkungsgeber eingesetzten Fühler für eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn dar.
Figur 7 ist eine Datenwertetabelle, welche die Ausgänge der in den Figuren 4 bis 6 dargestellten Geber A und B während der Drehung des erfindungsgemäßen Lenkungsgebers im Uhrzeigersinn bzw. entgegen dem Uhrzeigersinn darstellt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Wie Figur 1 zeigt, sind das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, bestimmt für den Einsatz in Verbindung mit verstellbaren Federungseinheiten, typischerweise in Kraftfahrzeugen anzutreffen. Wie Figur 2 zeigt, sind das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung außerdem für den Einsatz in Verbindung mit einem einstellbaren Lenkgetriebe bestimmt.
Das in Figur 1 dargestellte Kraftfahrzeug ist mit einstellbaren Vorder- und Hinterrad-Federungseinheiten 20 ausgerüstet. Diese Federungseinheiten weisen vorzugsweise einen bekannten Aufbau auf, wie denjenigen, der in der US-PS 4,313,529 offenbart ist, welche Mittel zum Bau eines Federbeines bzw. Stoßdämpfers offenbart, der mittels eines in einem der Durchgänge durch den Kolben des Stoßdämpfers oder Federbeines angeordneten Drehschieberventils einstellbar ist. Die Funktion des Drehschieberventils besteht darin, die effektive Querschnittsfläche des Durchgangs zu verändern und damit eine einstellbare Dämpfungskraft zu schaffen. US-PS 4,392,540 offenbart eine Servolenkeinrichtung, in welcher die Höhe der von der Servolenkeinrichtung gelieferte Lenkhilfskraft von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig ist. In dem Falle dieser Erfindung ist die Höhe der Hilfskraft abhängig von der momentanen Stellung des Lenkrades in bezug auf eine berechnete Mittelstellung. Der Fachmann wird angesichts der vorliegenden Offenlegungsschrift erkennen, daß ein System nach der vorliegenden Erfindung dazu verwendet werden könnte, nicht nur verstellbare Federungseinheiten und Lenkgetriebe zu steuern, sondern auch andere Arten von verstellbaren Einrichtungen für Kraftfahrzeuge, wie z.B. hydraulische Überkreuz-Federungssysteme, Luftfedern mit einstellbarem Volumen oder einstellbare Querstabilisatoren.
Die Bestandteile eines Systems nach der vorliegenden Erfindung sind in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Demnach erhält ein Steuermodul 14 Eingabesignale von einem Lenkungsgeber 12, einem Geschwindigkeitsgeber 16 und einem Bremsgeber 18. Das Steuermodul wiederum gibt Steuerbefehle ab an einen Federungseinheit-Betreiber 20 und an einen Lenkgetriebe-Betreiber 22 (Figur 2). Der Fachmann wird angesichts dieser Beschreibung erkennen, daß der Prozessor in dem Steuermodul sowie seine zugeordneten Peripheriegeräte nach verschiedenen Architekturformen aufgebaut sein können. In einer bevorzugten Ausführungsform jedoch ist der Prozessor so ausgebildet, daß ein Steuerprogramm für die Steuerung je einer Einheit sequentiell in einem Festwertspeicher (ROM) abgelesen wird, in welchem feststehende Programme gespeichert sind. Die Steuerung der Einheiten wird durch eine zentrale Rechnereinheit (CPU) ausgeführt. Die Zentraleinheit enthält als integralen Bestandteil einen Eingabe-Ausgabe Steuerkreis (I/O) zum Austausch von Daten mit externen Einrichtungen sowie einen Lese- und Schreibspeicher (RAM) zur vorübergehenden Speicherung von Daten, während die Daten verarbeitet werden.
Der Lenkungsgeber 12 enthält Mittel zur Messung des Lenkeinschlagwinkels des Lenksystems, von einer Mittelstellung aus, die von dem Lenkungsgeber in Verbindung mit dem Steuermodul bestimmt wird, sowie Mittel zur Messung, wiederum in Verbindung mit dem Steuermodul, der Winkelgeschwindigkeit, mit welcher das Lenksystem (z.B. die Lenkwelle) betrieben wird. Wie die Figuren 4 und 5 zeigen, enthält der Lenkungsgeber 12 eine an der Lenkwelle 36 befestigte Scheibenblende 28, wobei sich diese Welle bei Drehung des Lenkrades durch den Fahrer des Fahrzeuges gemeinsam mit diesem Lenkrad dreht. Die Scheibenblende 28 enthält eine Reihe von Öffnungen 30, in diesem Falle 40 Öffnungen, welche dazu dienen, die Funktion von Gebern A und B auszulösen, wenn die Scheibenblende mit dem Lenksystem des Fahrzeuges gedreht wird. Da 40 Öffnungen in der Scheibenblende 28 enthalten sind, liefert der Lenkungsgeber bei jeder Umdrehung des Lenkrades 80mal ein Signal, daher zeigt jedes der 80 Signale bzw. jeder dieser Schritte eine Drehung des Lenksystems um 4,5º an.
Wie aus Figur 5 hervorgeht, enthält jeder der Geber A und B eine Licht emittierende Diode (LED) 32 und eine photoelektrische Diode 34. Die Kombination von LED und photoelektrischer Diode dient dazu, die Bewegung der Scheibenblende und demzufolge des Lenksystems zu erkennen. Dies ist dadurch möglich, daß die Dioden zwei Zustände aufweisen -- das heißt, daß sie bistabil sind. Ein leitender Zustand tritt immer dann ein, wenn Licht von der zugeordneten LED durch eine Öffnung 30 in der Scheibenblende tritt und auf die photoelektrische Diode trifft. Der Ausgang des Gebers steigt dann auf ungefähr 5 Volt. Ein nichtleitender Zustand liegt immer dann vor, wenn die Scheibenblende die Übertragung des Lichtes zwischen LED und der photoelektrischen Diode blockiert. Wie Figur 6A zeigt, bewirkt eine Drehung der Scheibenblende 28 im Uhrzeigersinn ein Wellenmuster für die Geber, wonach der Übergang von Geber A vor demjenigen des Gebers B erfolgt. Anders ausgedrückt eilt Geber A gegenüber dem Geber B vor. Andererseits ergibt, wie Figur 6B zeigt, eine Drehung des Lenkungsgebers entgegen dem Uhrzeigersinn ein Wellenmuster für die beiden Geber, in welchem der Übergang des Gebers A nach demjenigen des Gebers B erfolgt, und Geber A demgemäß gegenüber Geber B nacheilt. Die Ausgänge der Geber A und B werden dem Steuermodul eingegeben, und auf diese Weise kann das Steuermodul 14 die Richtung der Drehung des Lenksystems verfolgen.
Figur 7 zeigt eine Tabelle der in den Figuren 6A und 6B gezeigten Wellenformen in numerischem Format. Ein maximaler Ausgang der Geber von etwa 5 Volt wird nach konventioneller Art als logische "1" behandelt, während ein Null-Ausgangs-Zustand als logische "0" behandelt wird. Figur 7 zeigt jeden der logischen Zustandspaare, welche die Geber A und B annehmen können. Die Paare sind in der Reihenfolge angeordnet, in der sie jeweils bei Drehung im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn von dem Steuermodul 14 empfangen werden. Wie aus Figur 7 hervorgeht, liest sich eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn in der Figur von unten nach oben und eine Drehung im Uhrzeigersinn liest sich von oben nach unten in der Tabelle.
Die Ausgänge der Geber A und B werden in dem Steuermodul 14 weiter verarbeitet, um ein Signal zu erzeugen, das die Geschwindigkeit bzw. Winkelgeschwindigkeit des Lenksystems anzeigt. Diese Funktion läßt sich in recht einfacher Weise dadurch ausführen, daß die Anzahl der Übergänge des einen oder beider Geber pro gegebener Zeiteinheit verfolgt wird. Die Anzahl solcher Übergänge innerhalb des Abtastzeitraums ist zur Winkelgeschwindigkeit des Lenksystems direkt proportional. Der Fachmann wird angesichts dieser Offenbarung erkennen, daß, wenn auch der hier beschriebene Lenkungsgeber nach einem digitalelektronischen Prinzip arbeitet, die vorliegende Erfindung auch bei dem Einsatz anderer Arten von Lenkungsgebern, wie z.B. analog-elektronischer Geber oder anderer Arten von Lenkungsgebern zur Anwendung gebracht werden kann.
Wie bereits bemerkt, enthält Figur 3 ein logisches Flußdiagramm gemäß der vorliegenden Erfindung. Für die in Figur 3 benutzten Termini gelten folgende Definitionen:
tW = die Zeitdauer, während welcher das Lenkrad und Lenksystem innerhalb eines verschiebbaren Betriebsbereichsfensters verweilen.
ts = Abtastzeitraum; d.h. der Zeitraum, den tW erreichen muß, bevor eine Messung erfolgt. Dieser Wert wird in einem Abtastzeitspeicher festgehalten.
θ = Differenz zwischen momentaner Lenkstellung und nachgestellter oder ursprünglich angenommener Lenkstellung.
α = Fenstergröße.
Ausgehend von Startblock 38 des logischen Flußdiagramms geht der Rechner innerhalb des Steuermoduls 14 über zu Block 39 und nimmt eine ursprüngliche Mittelstellung an. Der Rechner geht dann über zu Block 40, wo ein Fenster-Zeitzähler in Betrieb gesetzt wird. Der Fenster-Zeitzähler mißt tW bzw. die Zeitspanne, während welcher das Lenksystem und das Lenkrad innerhalb eines Betriebsbereichs-Fensters verweilen. Nach Einsetzen der Zeitzählung tW geht der Rechner über zu Block 42, wo die Stellung des Lenkrades und des Lenksystems in bezug auf das Betriebsbereichs-Fenster erfragt wird. Befindet sich das Lenkrad nicht innerhalb des Betriebsbereichs-Fensters, wird tW in Block 44 auf Null zurückgesetzt, und die Mitte des Betriebsbereichs-Fensters wird in Block 46 derart verschoben, daß sie mit der momentanen Betriebsstellung des Lenksystems übereinstimmt. Befindet sich das Lenkrad jedoch innerhalb des Fensters, bestimmt das Steuermodul in Block 48 die Gleichheit, sofern vorhanden, von tW und ts. Der Leser wird sich hier erinnern, daß ts gleich dem Abtastzeitraum ist, bzw. der Zeitspanne, die tW erreicht haben muß, bevor eine Messung erfolgen kann. Sollte tW ungleich ts sein, ist tW kleiner als ts, und der Computer geht von Block 48 zurück zu Block 40, um mit dem Betrieb des Fenster-Zeitzählers fortzufahren.
Ist tW in Block 48 gleich tg, geht der Rechner über zu Block 50, wo θ oder die Differenz zwischen dem für die Stellung des Lenksystems charakteristischen Wert und der zuletzt eingestellten Position gemessen wird. Der für die Stellung des Lenksystems charakteristische Wert kann entweder die momentane Stellung des Lenksystems enthalten, oder eine einem zeitmäßigen Durchschnitt entsprechende Stellung des Lenksystems, oder er kann den Mittelpunkt des Betriebsbereichs-Fensters des Lenksystems enthalten, oder einen anderen in dieser Offenbarung vorgeschlagenen Wert. Nach Messung von θ wird die Lenkmittelstellung in Block 52 korrigiert, indem der ermittelte Wert θ durch einen Faktor geteilt wird, der größer ist als 1, und indem die Mittelstellung so eingestellt wird, daß der neu eingestellte Mittelpunkt zwischen dem für die Stellung des Lenksystems charakteristischen Wert und der zuvor eingestellten Mittelstellung liegt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird θ durch 2 geteilt, so daß der neu eingestellte Wert auf halber Strecke zwischen dem momentanen Mittelpunkt und dem zuvor eingestellten Mittelpunkt liegt. Der Fachmann wird angesichts der vorliegenden Beschreibung erkennen, daß die Entscheidung, die Mittelstellung dadurch einzustellen, daß man sie auf halber Strecke wischen dem für die Stellung des Lenksystems charakteristischen Wert und dem zuvor eingestellten Mittelpunkt ansiedelt, eine Frage der Feineinstellung oder Anpassung der vorliegenden Erfindung an ein gegebenes Lenksystem ist.
Ist in Block 52 die nachgestellte Mittelstellung bestimmt worden, fährt der Algorithmus in Block 54 fort mit einem Vergleich von θ mit einer ersten Konstante K&sub1;. So geht der Algorithmus in Block 54 dann, wenn θ kleiner oder gleich K&sub1; ist, zu Block 56 über, wo er das Abtastintervall ts erhöht. Es hat sich gezeigt, daß ts normalerweise um einen Faktor erhöht werden sollte, der größer ist als eine Einheit. So kann ts z.B. verdoppelt werden. Ist ts in Block 56 erhöht worden, geht der Computer zu Block 58 über, wo der Wert von ts mit einer zweiten Konstante K&sub2; verglichen wird. Sollte ts eine durch K&sub2; dargestellte vorbestimmte Zeitkonstante übersteigen, nimmt das Programm in Block 60 die zuletzt eingestellte Mittelstellung als die richtige Mittelstellung an, und es kommt zu keiner weiteren Nachstellung. Es sei in dieser Hinsicht angemerkt, daß der Schritt der Festlegung des Mittelpunktes wahlweise durchführbar ist; die vorliegende Erfindung kann auch ohne diesen Schritt zur Anwendung gebracht werden, indem dem Hauptalgorithmus einfach erlaubt wird, solange abzulaufen, wie das Fahrzeug in Betrieb ist. Kommt man wieder auf den Hauptalgorithmus zurück, so geht der Computer, wenn das Abtastintervall kleiner als die Zeitkonstante K&sub2; ist, zu Block 64 über, wo der neue Wert für ts dem Hauptalgorithmus eingegeben wird und tW in Block 44 zurückgesetzt wird. Nimmt man nochmals Bezug auf Block 54, so geht das Programm in dem Falle, daß θ kleiner ist als die Winkelkonstante K&sub1;, auf Block 62 über, wo der Abtastzeitraum tg reduziert wird. Es hat sich allgemein gezeigt, daß ts mit einem Faktor multipliziert werden sollte, der kleiner ist als 1. Unabhängig davon, ob ts in Block 56 angehoben worden ist oder in Block 62 herabgesetzt worden ist, kann der Wert von ts, bzw. der Abtastzeitraum in Block 66 dafür eingesetzt werden, einen neuen Wert für die Größe des Betriebsbereichs-Fensters zu berechnen und einzugeben. Dies kann gemäß der folgenden Rechnung ausgeführt werden:
wobei: K&sub3; = eine Konstante, in diesem Falle 4,5;
= der Integralwert des in Klammern stehenden Ausdruckes.
log&sub2;ts = der Zweierlogarithmus eines beliebigen Wertes von ts.
In dem vorliegenden System beträgt die Breite eines Fensters von einem vorderen Rand zu einem zweiten vorderen Rand in der Scheibenblende 28 4,5º, Die oben aufgestellte Gleichung zur Berechnung von α ergibt daher die folgenden Ergebnisse für die folgenden gegebenen Werte für ts. Fensterbreite α
Wie aus der obenstehenden Tabelle ersichtlich ist, nimmt α mit zunehmendem Abtastzeitraum ab. Durch eine Verringerung der Größe des Fensters kann ein erfindungsgemäßes System die tatsächliche Lenkmittelstellung mit höherer Zuverlässigkeit voraussagen. In ähnlicher Weise erhöht die von dem vorliegenden System gebotene Erhöhung von ts den Zuverlässigkeitsgrad des vorausgesagten Mittelpunktes. Demgemäß bietet die vorliegende Erfindung eine deutliche Verbesserung gegenüber dem in der US- PS 4,621,833 offenbarten System, da dieses System keinen variablen Abtastzeitraum vorsieht, sondern einen festen Abtastzeitraum bei variabler Fenstergröße. Es sei hier angemerkt, daß der Einsatz einer variablen Fenstergröße gemäß der vorliegenden Erfindung wahlweise erfolgen kann.
Ist die genaue Lenkmittelstellung bestimmt und in dem Speicher des Rechners festgehalten, kann die nun bekannte Mittelstellung wie folgt eingesetzt werden. Sollte zunächst der Lenkungsgeber 12 einen sehr hohen Wert für θ feststellen, z.B. wenn das Fahrzeug einparkt, kann die Höhe der Lenkhilfskraft, die von dem Lenkgetriebe-Betreiber 22 geliefert wird, beträchtlich erhöht werden. Wenn jedoch nur ein kleiner Lenkwinkel θ festgestellt wird, z.B. wenn das Fahrzeug auf einer relativ geraden Straße läuft, kann die Höhe der dem Lenkgetriebe zugeführten Lenkhilfskraft drastisch reduziert werden. Im Falle der Betreiber für die einstellbaren Federungseinheiten 20 können diese Betreiber der Federungseinheiten 20 dann, wenn der Lenkungsgeber einen angemessenen Ausschlag von der nachgestellten Mittelstellung aus erkennt, so gesteuert werden, daß sie den entsprechen Dämpfungsgrad und/oder den entsprechenden Grad der Fahrzeugniveaueinstellung sichern.
Die vorliegende Erfindung stellt somit ein Verfahren dar zur Bestimmung der Mittelstellung eines Kraftfahrzeug-Lenksystems gemäß den in Figur 3 dargestellten Schritten. Die Blökke 39, 40 und 42 entsprechen somit der Annahme einer ursprünglichen Mittelstellung, und der Messung der Fenster-Zeitspanne, während welcher das Lenksystem innerhalb eines Betriebsbereichs-Fensters α verweilt, das sich um die angenommene Mittelstellung herum erstreckt. In Block 48 wird die gemessene Fenster-Zeitspanne tW mit einem variablen Abtastzeitraum ts verglichen. In Block 50 wird die Differenz 9 zwischen der momentanen Stellung des Lenksystems und der angenommenen Mittelstellung gemessen, allerdings nur dann, wenn die Fenster-Zeitspanne dem Abtastzeitraum gleich ist. In Block 52 wird die angenommene Mittelstellung der gemessenen Differenz zwischen momentaner Lenkstellung und angenommener Lenkstellung gemäß nachgestellt. In den Blöcken 54, 56 und 62 wird die Abtastzeit der gemessenen Differenz zwischen momentaner Stellung des Lenksystems und nachgestellter Lenkstellung gemäß angepaßt. Weiter in der Beschreibung der Einzelheiten des Systems wird die gemessene Fenster-Zeitspanne in Block 44 dann mit Null gleichgesetzt, wenn das Lenksystem außerhalb des Betriebsbereichs-Fensters α betrieben wird, oder wenn die Fenster-Zeitspanne gleich ist der Abtastzeit. Das Betriebsbereichs-Fenster enthält einen Betriebswinkelbereich einer drehbaren Lenkwelle, welcher Winkelbereich eine bestimmte Größe hat, die entsprechend der Größe der Abtastzeit verändert werden kann. Die Ausrüstung des Systems nach der vorliegenden Erfindung läßt sich entsprechend ihrer funktionalen Eigenschaften wie folgt beschreiben. Zunächst enthält der Lenkungsgeber 12 und seine zugehörigen Schaltkreise innerhalb des Steuermoduls 14 Gebermittel zur Messung der Differenz zwischen der momentanen Stellung des Lenksystems und einer vorher bestimmten Mittelstellung. Der Geber und die zugehörigen Schaltkreise enthalten außerdem Mittel zur Bestimmung eines Betriebsbereichs-Fensters, das sich um die Mittelstellung erstreckt. Das Steuermodul enthält einen Fenster-Zeitzähler, der funktionsmäßig mit einem Lenkungsgeber verbunden ist, so daß er die Zeitspanne ermitteln kann, während welcher das Lenksystem innerhalb eines gegebenen Fensters betrieben wird. Ein Abtastzeit-Speicher, der mit dem Geber und dem Fenster-Zeitzähler funktionsmäßig verbunden ist, enthält ein angemessenes Abtastintervall zur Bestimmung des Zeitpunktes aufeinanderfolgender Messungen, in welchen der Lenksensor die Differenz zwischen der momentanen Stellung des Lenksystems und der vorher bestimmten Mittelstellung mißt. Schließlich weisen die Rechnermittel innerhalb des Moduls, die funktionsmäßig mit den Gebermitteln und mit den Fenster- und Abtast-Zeitzählern verbunden sind, die Gebermittel an, die Differenz zwischen der momentanen Stellung des Lenksystems und der zuvor bestimmten Mittelstellung zu messen, wenn ein angemessenes Abtastintervall erreicht ist, und stellen die zuvor bestimmte Mittelstellung der gemessenen Winkeldifferenz entsprechend nach. Schließlich stellt der Rechner das Abtastintervall der Größe der gemessenen Differenz zwischen der momentanen Stellung des Lenksystems und der zuvor bestimmten Mittelstellung entsprechend nach. Schließlich kann die Größe des Fensters der Dauer der Abtastzeit entsprechend eingestellt werden.
Der Fachmann auf dem Gebiet, welchem die vorliegende Erfindung zugeordnet ist, wird ohne Zweifel verschiedene mögliche Änderungen und Variationen erkennen. So können z. B. die besonderen Geber, die in Verbindung mit dem dargelegten System verwendet werden, gegenüber den hier beschriebenen abgewandelt werden, und das System kann mit unterschiedlichen Zeitkonstanten betrieben werden, sowie unter Abänderung der Fenstergröße oder anderer Werte für die in dem hier beschriebenen Rechenverfahren enthaltenen Variablen. Diese und alle anderen Änderungen, die im wesentlichen auf den Erkenntnissen beruhen, zu welchen die vorliegende Beschreibung den Stand der Technik gebracht hat, sind im Rahmen dieser Erfindung zu sehen, wie ihn die beigefügten Patentansprüchen definieren.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Mittelstellung eines Fahrzeuglenksystems, folgende Schritte enthaltend:

der Annahme einer ursprünglichen Mittelstellung;

der Messung der Fenster-Zeitspanne, während welcher das Lenksystem innerhalb eines Betriebsbereichs-Fensters verweilt, das sich im Bereich besagter angenommener Mittelstellung erstreckt;

des Vergleichens der gemessenen Fenster-Zeitspanne mit einer variablen Abtastzeit;

der Messung der Differenz zwischen einem für die Stellung des Lenksystems charakteristischen Wert und besagter angenommener Mittelstellung jeweils dann, wenn besagte Fenster-Zeitspanne in einem vorbestimmten Verhältnis zu besagter Abtastzeit steht;

der Anpassung der angenommenen Mittelstellung gemäß besagter gemessener Differenz zwischen dem besagten, für die Stellung des Lenksystems charakteristischen Wert und besagter angenommener Mittelstellung;

der Anpassung der besagten Abtastzeit an besagte Differenz zwischen besagtem für die Stellung des Lenksystems charakteristischen Wert und besagter nachgestellter Mittelstellung;

der sequentiellen Wiederholung eines jeden der besagten Schritte, wobei jeweils besagte angenommene Mittelstellung durch besagte nachgestellte Mittelstellung ersetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die gemessene Fenster-Zeitspanne gleich Null gesetzt wird, wenn besagtes Lenksystem außerhalb des besagten Betriebsbereichs-Fensters betrieben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin die gemessene Fenster-Zeitspanne jeweils gleich Null gesetzt wird, wenn besagte Fenster-Zeitspanne gleich der besagten Abtastzeit ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin besagter für die Stellung des Lenksystems charakteristischer Wert die momentane Stellung des Lenksystems enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, worin besagter für die Stellung des Lenksystems charakteristischer Wert eine Funktion der Stellung des Lenksystems in Form eines zeitmäßigen Durchschnittes enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 1, worin besagter für die Stellung des Lenksystems charakteristischer Wert den Mittelpunkt des besagten Betriebsbereichs-Fensters enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 1, worin besagtes Betriebsbereichs-Fenster einen Winkelbereich des Betriebsbereichs einer drehbaren Lenkwelle enthält, wobei besagter Winkelbereich von einer bestimmten Größe ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, worin besagtes Betriebsbereichs-Fenster immer dann verschoben wird, wenn besagte drehbare Lenkwelle außerhalb des besagten Fensters betrieben wird, derart daß sich das versetzte Fenster zu beiden Seiten der momentanen Stellung der besagten Lenkwelle erstreckt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, worin besagtes Betriebsbereichs-Fenster einen Winkelbereich des Betriebsbereichs einer drehbaren Lenkwelle enthält, wobei besagter Winkelbereich von variabler Größe ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, worin die Größe des besagten Betriebsbereichs-Fensters in einem bestimmten Verhältnis zu der besagten Abtastzeit steht.

11. Verfahren nach Anspruch 10, worin die Größe des besagten Betriebsbereichs-Fensters in der Regel abnimmt, wenn besagte Abtastzeit zunimmt.

12. Verfahren nach Anspruch 1, worin jeder der besagten Schritte sequentiell wiederholt wird, bis die Abtastzeit einen bestimmten Wert erreicht hat.

13. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Differenz zwischen der momentanen Stellung des Lenksystems und der angenommenen Mittelstellung immer dann gemessen wird, wenn besagte Fenster-Zeit gleich der besagten Abtastzeit ist.

14. Verfahren nach Anspruch 1 worin besagte Abtastzeit erhöht wird, wenn die gemessene Differenz zwischen der momentanen Stellung des Lenksystems und der nachgestellten Mittelstellung kleiner ist als ein vorbestimmter Wert.

15. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Abtastzeit reduziert wird, wenn die gemessene Differenz zwischen der momentanen Stellung des Lenksystems und der nachgestellten Mittelstellung größer ist als ein vorbestimmter Wert.

16. Vorrichtung zur Bestimmung der Mittelstellung eines Kraftfahrzeug-Lenksystems, mit:

Gebermitteln zur (I) Messung der Differenz zwischen der momentanen Stellung des Lenksystems und der zuvor bestimmten Mittelstellung und (II) zur Festlegung eines Betriebsbereichs-Fensters, welches sich um die besagte Mittelstellung erstreckt;

einem Fenster-Zeitzähler, welcher funktionsmäßig so mit besagten Gebermitteln verbunden ist, daß er die Zeitspanne ermittelt, während welcher das Lenksystem innerhalb des besagten Fensters betrieben wird;

einem Abtastzeit-Speicher, welcher funktionsmäßig mit besagtem Sensor und besagtem Fenster-Zeitzähler verbunden ist, zur Speicherung eines angemessenen Abtastintervalls zwischen den aufeinanderfolgenden Vorgängen, in welchen besagte Gebermittel besagte Differenz zwischen der momentanen Stellung des Lenksystems und der zuvor bestimmten Mittelstellung bestimmen; und mit

Rechnermitteln, welche funktionsmäßig mit besagten Gebermitteln und mit besagten Fenster- und Abtast- Zeitzählern verbunden sind, (I) zur Anleitung der besagten Gebermittel, die besagte Differenz zwischen der momentanen Stellung des Lenksystems und der zuvor bestimmten Mittelstellung zu bestimmen, wenn besagtes angemessenes Abtastintervall erreicht ist, und (II) zur Nachstellung der besagten zuvor bestimmten Mittelstellung, ausgehend von besagter gemessener Differenz, und (III) zur Nachstellung des besagten in dem Abtastzeitspeicher gespeicherten Abtastintervalls, entsprechend der Größe der besagten gemessenen Differenz.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, worin besagter Geber eine funktionsmäßig mit einer drehbaren Lenkwelle verbundene drehbare Vorrichtung enthält.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, worin besagte Gebermittel besagtes Betriebsbereichs-Fenster immer dann verschieben, wenn das besagte Lenksystem außerhalb des besagten Fensters betrieben wird, so daß sich der momentane Mittelpunkt des besagten Fensters mit der momentanen Betriebsstellung des besagten Lenksystems deckt.