DE4201146A1 - System fuer die vorhersage des verhaltens eines kraftfahrzeugs und fuer die hierauf basierende steuerung des fahrzeugverhaltens - Google Patents
System fuer die vorhersage des verhaltens eines kraftfahrzeugs und fuer die hierauf basierende steuerung des fahrzeugverhaltensInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System für die Erfassung
der Werte von dem Verhalten oder der Bewegung eines
Kraftfahrzeugs zugeordneten physikalischen Größen gemäß
dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein System für
die Steuerung des Verhaltens oder der Bewegung des Fahrzeugs
auf der Grundlage der erfaßten Werte der der Fahrzeugbewegung
zugeordneten physikalischen Größen gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 10 und insbesondere ein System
für die Erfassung physikalischer Daten wie etwa einer Beschleunigung,
einer Geschwindigkeit, einer Winkelgeschwindigkeit, einer Kraft, eines Drehmoments und dergleichen
an einem ausgewählten Punkt im Fahrzeug und für
die Steuerung dieser physikalischen Größen, um so ein gewünschtes
Verhalten oder eine gewünschte Bewegung des
Fahrzeugs zu erzielen; ferner betrifft die vorliegende
Erfindung ein System, das ein Referenzmodell mit einer
vorgegebenen Ansprechcharakteristik enthält, um das Fahrzeugverhalten
bei der Überwachung der dem Fahrzeugverhalten
zugeordneten physikalischen Größen gemäß der Ansprechcharakteristik
des Referenzmodells zu steuern.
Als typisches Verhaltensmodell kann das Fahrzeugverhalten
einer Fahrzeugkarosserie mit zwei lenkbaren Vorderrädern
und zwei als starr anzusehenden Hinterrädern betrachtet
werden. Wie in Fig. 1 gezeigt, kann in diesem Fall ein
dreidimensionales Koordinatensystem mit x-, y- und z-Achsen,
dessen Ursprung im Schwerpunkt G der Fahrzeugkarosserie
1 angeordnet ist, aufgestellt werden. Wenn das
Fahrzeugverhalten um den Schwerpunkt als Bewegung eines
starren Körpers im dreidimensionalen Raum betrachtet
wird, kann das Fahrzeugverhalten als Bewegung mit sechs
Freiheitsgraden klassifiziert werden, wobei die einzelnen
Freiheitsgrade folgendermaßen gegeben sind: (1) lineare
Bewegung entlang der x-Achse - Längsbewegung; (2) lineare
Bewegung entlang der y-Achse - Querbewegung; (3) lineare
Bewegung entlang der z-Achse - vertikale Bewegung; (4)
Drehbewegung um die x-Achse - Rollbewegung; (5) Drehbewegung
um die y-Achse - Nickbewegung; und (6) Drehbewegung
um die z-Achse - Gierbewegung;
Diese Bewegungen sind eng mit den Fahreigenschaften des
Fahrzeugs verbunden. Beispielsweise stellen das Gieren
und das Rollen wichtige Faktoren für die Bestimmung der
Fahrstabilität des Fahrzeugs dar. Andererseits werden die
Nickbewegung und die vertikale Bewegung durch eine wellige
Fahrbahn und/oder eine Beschleunigung bzw. eine Verzögerung
des Fahrzeugs verursacht und stehen mit dem
Fahrkomfort des Fahrzeugs in Zusammenhang.
In der fortschrittlichen Automobiltechnik der letzten
Jahre sind aktive Steuerungstechniken wie etwa ein Antiblockliersystem,
eine Traktionssteuerung, ein Vierradantrieb,
eine Vierradsteuerung, eine aktive Radaufhängung
und dergleichen, die sämtlich einer gewünschten Steuerung
des Fahrzeugeigenschaften dienen, entwickelt worden und
unterliegen weiterhin einer ständigen Weiterentwicklung.
In derartigen Kraftfahrzeugsteuerungstechniken ist es
notwendig, das Fahrzeugverhalten, insbesondere eine Beschleunigung
(oder Winkelbeschleunigung), von Zeit zu
Zeit zu überwachen. Zu diesem Zweck werden oftmals eine
Mehrzahl von Beschleunigungen benutzt.
Für die Überwachung des Fahrzeugverhaltens ist beispielsweise
aus JP-U-2-30 780-A ein Verfahren bekannt, in dem unter
Verwendung zweiter Beschleunigungssensoren, die im vorderen
bzw. im hinteren Bereich des Fahrzeugs angebracht
sind, die Fahrzeug-Querbeschleunigung und die Gier-Winkelbeschleunigung
erfaßt werden und in dem die Ausgaben
dieser Sensoren rechnerisch verarbeitet werden. Außerdem
werden für die Steuerung des Fahrzeugverhaltens die Position
des Fahrzeugschwerpunkts, der Querschubwinkel an jedem
Rad und der Radschlupf als wichtige Faktoren betrachtet.
Der Querschubwinkel ist ein Winkel, der auf der
Grundlage des Verhältnisses zwischen der Längsgeschwindigkeit
und der Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs abgeleitet
wird und die Fahrzeug-Lenkcharakteristik beeinflußt.
Andererseits stellt der Radschlupf eine Größe dar,
die durch die Division der Differenz zwischen der Geschwindigkeit
der Fahrzeugkarosserie und der Rotationsgeschwindigkeit
eines Fahrzeugrades durch die Geschwindigkeit
der Fahrzeugkarosserie enthalten wird. Es ist bekannt,
daß es einen optimalen Bereich des Radschlupfs
gibt, in dem die Motorantriebskraft und die Bremskraft
auf die Fahrbahn am effektivsten übertragen werden. Unter
den aktiven Steuerungstechniken gibt es einige Systeme,
die die Motorantriebskraft optimal auf die vier Räder
verteilen, um den Querschubwinkel auf Null zu verringern,
und einige Systeme, die die Motorausgangsleistung
und/oder die Bremskräfte steuern.
Das Fahrzeugverhalten während der Fahrt ist jedoch typischerweise
durch ein aus den obenerwähnten Bewegungen in
sechs Freiheitsgraden zusammengesetztes Verhalten gegeben.
Um daher das Fahrzeugverhalten zufriedenstellend
überwachen zu können, sind mindestens sechs Beschleunigungssensoren
notwendig. Da außerdem die Sensoren selbst
an der Fahrzeugkarosserie angebracht sind, die einer beschleunigten
Bewegung unterworfen ist, müssen die von
diesen Sensoren erfaßten Werte in bezug auf ein beschleunigtes
Koordinatensystem verarbeitet werden. Ferner kann
sich die Erfassungsrichtung des Sensors entsprechend der
Drehung des Fahrzeugs relativ zum Koordinatensystem der
Straße (ruhendes Koordinatensystem oder Bezugssystem)
drehen. Daher ist eine Korrektur mittels Transformation
des Koordinatensystems (beispielsweise mittels einer Eulerwinkel-
Transformation) notwendig.
Im Stand der Technik ist jedoch keine Lehre bekannt, mit
der das obenerwähnte Problem gelöst werden könnte, so daß
eine Steigerung der Erfassungsgenauigkeit des Fahrzeugverhaltens
begrenzt ist. Dies kann bei der Verwirklichung
weiterer fortgeschrittener Fahrzeugsteuerungstechniken
ein Hindernis darstellen.
Aus der US 48 29 434-A (9. Mai 1989), die ein "lernendes
Fahrzeug" betrifft, ist ein System bekannt, das das
"Fahrzeugverhalten" des Fahrers, die "Umgebungsbedingungen"
wie etwa das Wetter und die Abstände zu in der Nähe befindlichen
Fahrzeugen und "Fahrzeug-Fahrzustände" wie
etwa die Fahrzeuggeschwindigkeit und die -beschleunigung
mittels Sensoren erfaßt und für das Fahrzeug eine vollständige
Rückkopplungssteuerung ausführt, indem es eine
intelligente Basis bezüglich dreier Grundbedingungen,
d. h. dem Fahrverhalten, den Umgebungsbedingungen und dem
Fahrzeug-Fahrzustand erstellt und auf dieser Basis den
optimalen Zustand ableitet.
Mit der in der obenerwähnten US-Anmeldung vorgeschlagenen
Steuerungstechnik ist beabsichtigt, ein verbessertes Kriterium
für die (normale) Kurvenfahrt des Fahrzeugs zu
schaffen. Wenn daher das Fahrzeug in seitlicher Richtung
rutscht oder schleudert, ist das System wirkungslos.
Wenn das Fahrzeug in einem Ausmaß, das das Kriterium für
die normale Kurvenfahrt nicht erfüllt, in seitlicher
Richtung rutscht oder schleudert, kann gemäß der Theorie
des Fahrzeugverhaltens dieses Schleudern dadurch verringert
werden, daß der Lenkeinschlag in die neutrale Position
oder über die neutrale Position hinaus zurückgestellt
wird (Gegensteuern). Wenn andererseits ein wesentliches
Untersteuern auftritt, das die Kurvenfahrt stark
erschwert, kann der Einsatz der Handbremse mit dem Ziel
des Blockierens der Hinterräder (Schleuderwende) zu einer
Verringerung des Kurvenradius beitragen. Die Technik des
Gegensteuerns und die Technik der Schleuderwende stellen
beide hohe Anforderungen an den Fahrer, die der Durchschnittsfahrer
nur schwer erfüllen kann. Im Falle des Gegensteuerns
ist viel Erfahrung notwendig, um den erforderlichen
Lenkwinkel in der Gegenrichtung genau auszumachen.
Auch die Technik der Schleuderwende ist eine sehr
schwierige Fahrtechnik, die nur von sehr geübten Fahrern
ausgeführt werden kann.
Es ist daher die erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Vorhersagesystem der gattungsgemäßen Art zu
schaffen, mit dem ein künftiges Fahrzeugverhalten vorhergesagt
werden kann, indem das System an einem ausgewählten
Punkt im Fahrzeug die Werte der einer Fahrzeugbewegung
zugeordneten physikalischen Größen in sämtlichen
Richtungen erfaßt.
Es ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Steuersystem der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit
dem auf der Grundlage der erfaßten Werte der dem Fahrzeugverhalten
zugeordneten physikalischen Größen das
Fahrzeug in einen gewünschten Fahrzeuggegenstand versetzt
werden kann.
Es ist eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Steuersystem der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit
dem eine Steuerung gemäß der Verhaltenscharakteristik eines
Referenzmodells, die sich von der Verhaltenscharakteristik
des zu steuernden Fahrzeugs unterscheidet, ausgeführt
werden kann.
Die erste Aufgabe wird gelöst durch ein Vorhersagesystem,
das die Werte der dem Verhalten eines Kraftfahrzeugs zugeordneten
physikalischen Größen erfaßt und das versehen
ist mit Beschleunigungssensoren für die Erfassung der
Drehbewegung und der linearen Bewegung des Fahrzeugs um
wenigstens zwei bzw. entlang wenigstens zweier Achsen des
die Fahrzeuglängsachse, die durch den Schwerpunkt des
Fahrzeugs verlaufende vertikale Achse und die Fahrzeugquerachse
umfassenden Koordinatensystems, einer Einrichtung
für die Aufstellung von Bewegungsgleichungen bezüglich
jeder der Achsen an ausgewählten Punkten im Fahrzeug
unter gleichzeitiger Verwendung von durch die Beschleunigungssensoren
erfaßten Beschleunigungswerten von wenigstens
zwei Drehbewegungen, und einer Einrichtung für die
Ableitung der Werte der dem Fahrzeugverhalten des Fahrzeugs
zugeordneten physikalischen Größen durch die Lösung
von entsprechenden Bewegungsgleichungen.
Die zweite Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein
Steuersystem zum Steuern des Verhaltens eines Kraftfahrzeugs;
das versehen ist mit Beschleunigungssensoren für
die Erfassung der Beschleunigungswerte der Drehbewegung
und der linearen Bewegung des Fahrzeugs um zwei bzw. entlang
zweier Achsen des die Fahrzeuglängsachse, die durch
den Schwerpunkt des Fahrzeugs verlaufende vertikale Achse
und die Fahrzeugquerachse umfassenden Koordinatensystems,
einer Einrichtung für die Erfassung der Rotationsgeschwindigkeit
der Räder des Fahrzeugs, einer Einrichtung
für die Erfassung der Radaufhängungsgeometrie des Fahrzeugs
und somit für die Erfassung der Fahrzeughöhe, einer
Einrichtung für die Erfassung des mittels eines Lenkrades
eingestellten Lenkwinkels und einer Steuereinrichtung für
die Steuerung des Fahrzeugverhaltens auf der Grundlage
der erfaßten Beschleunigung, der erfaßten Radgeschwindigkeit,
der erfaßten Fahrzeughöhe und des erfaßten Lenkwinkels.
Die dritte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein
Steuersystem zum Steuern des Verhaltens eines Kraftfahrzeugs,
das versehen ist mit einer Einrichtung für die Erfassung
der Betriebsgrößen für die Steuerung des Lenksystems,
des Motors, der Kraftübertragung und des Radaufhängungssystems,
einer Einrichtung für die Erfassung der
Steuergrößen einer Betätigungseinrichtung für die Steuerung
des Lenksystems, des Motors, der Kraftübertragung
und des Radaufhängungssystems, einer Einrichtung für die
Erfassung der mit dem Fahrverhalten verbundenen Größen in
jeder der drei Raumrichtungen des Fahrzeugs, einer Einrichtung
zum Speichern eines Standard-Verhaltensmodells,
das die Betriebsgrößen eines Standardfahrzeugs mit einer
vorgegebenen Referenz-Ansprechcharakteristik verwendet,
zum Speichern der dem momentanen Verhalten des Fahrzeugs
zugeordneten Größen und zum Ausgeben der dem künftigen
Verhalten des Standardfahrzeugs zugeordneten Größen, einer
ersten Vorhersageeinrichtung für die Vorhersage der
dem Verhalten des Standardfahrzeugs zugeordneten Größen
gemäß dem Standard-Verhaltensmodell gemäß der Eingangsdaten
der erfaßten momentanten Verhalten des Fahrzeugs
zugeordneten Größen, einer Einrichtung zum Speichern eines
Verhaltens-Vorhersagemodells des tatsächlich zu steuernden
Fahrzeugs unter Verwendung der Betriebsgrößen und
der dem tatsächlich zu steuernden Fahrzeug zugeordneten
Größen und zum Ausgeben der dem künftigen Verhalten des
Fahrzeugs zugeordneten Größen aufgrund der eingegebenen
Daten, einer zweiten Vorhersageeinrichtung für die Vorhersage
der dem Verhalten des tatsächlich zu steuernden
Fahrzeugs zugeordneten Größen gemäß dem Verhaltens-Vorhersagemodell
des tatsächlich zu steuernden Fahrzeugs auf
der Grundlage der erfaßten momentanen Betriebsgrößen und
der dem Verhalten zugeordneten Größen, einer ersten Differenzerfassungseinrichtung
für den Vergleich der Werte
der dem Verhalten des Standardfahrzeugs zugeordneten Größen,
die von der ersten Vorhersageeinrichtung vorhergesagt
wurden, mit den Werten der dem Verhalten des
tatsächlich zu steuernden Fahrzeugs zugeordneten Größen,
die von der zweiten Vorhersageeinrichtung vorhergesagt
wurden, um die Differenz zwischen den vorhergesagten Größen
zu erfassen, einer zweiten Differenzerfassungseinrichtung
für den Vergleich der Werte der dem Verhalten
des tatsächlich zu steuernden Fahrzeugs zugeordneten Größen
mit dem Wert der Größe des Verhaltens, der von der
ersten Vorhersageeinrichtung vorhergesagt wurde, um die
Differenz zwischen diesen Werten abzuleiten, und einer
Steuereinrichtung, die auf die Differenz der von der ersten
Differenzerfassungseinrichtung erfaßten Vorhersagewerte
anspricht, falls ein vorgegebener Differenzwert
überschritten wird, um die Steuergrößen der Betätigungseinrichtung
in einer Richtung anzupassen, damit die von
der zweiten Differenzerfassungseinrichtung erfaßte Differenz
verkleinert wird.
In der bevorzugten Ausführungsform können verschiedene
physikalische Größen wie etwa die Kräfte entlang den
Fahrzeugachsen (Längsachse, Querachse, vertikale Achse),
die Beschleunigungen, die Geschwindigkeiten, die Drehmomente
um die jeweiligen Achsen (Nickbewegung, Rollbewegung,
Gierbewegung), die Winkelbeschleunigungen, die Winkelgeschwindigkeiten,
die sämtlich mit dem Fahrzeugverhalten
in Verbindung stehen, durch eine rechnerische Verarbeitung
der Ausgaben der an ausgewählten Positionen der
gefederten Masse (Fahrzeugkarosserie) des Fahrzeugs angebrachten
sechs Beschleunigungserfassungseinrichtungen abgeleitet
werden.
Andererseits kann durch die genaue Erfassung sowohl des
Verhaltens der Fahrzeugkarosserie von Zeit zu Zeit als
auch der von Sensoren wie etwa einem Radgeschwindigkeitssensor,
einem Lenkwinkelsensor und dergleichen ausgegebenen
Daten, die mit dem Fahrzeugverhalten in Verbindung
stehen, eine fortschrittliche Fahrzeugsteuerung verwirklicht
werden.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist bei Auftreten eines Schleuderns, eines Rutschens
oder eines wesentlichen Untersteuerns des Fahrzeugs, die
außerhalb der Bewegungskriterien desselben liegen, eine
zur Steuerung von erfahrenen Fahrern gleichwertige Steuerung
möglich, mit der das Fahrzeugverhalten innerhalb gegebener
Kriterien gehalten werden kann. Dies trägt zur
Sicherheit und zur Vermeidung von Gefahren bei.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
sind in den Unteransprüchen, die sich auf besondere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beziehen, angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen
mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert,
es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung der Richtungen der Größen, die
den möglichen Bewegungen eines Kraftfahrzeugs zugeordnet
sind;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Steuersystems;
Fig. 3 ein Blockschaltbild des Lenkwinkel-, Drosselklappenöffnungswinkel-
und Bremsdruck-Steuerabschnittes
gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine erläuternde Darstellung der Anordnung der
Beschleunigungssensoren im Fahrzeug gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine erläuternde Darstellung der Anordnung der
Beschleunigungssensoren im Fahrzeug gemäß einer
zweiten Anordnung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 eine erläuternde Darstellung der Anordnung der
Beschleunigungssensoren im Fahrzeug gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 eine erläuternde Darstellung eines bewegten Koordinatensystems
und eines ruhenden Koordinatensystems,
die für die erfindungsgemäße Steuerung
verwendet werden;
Fig. 8 eine erläuternde Darstellung für die Definition
der Koordinatenpunkte der Sensoren und der Vektoren;
Fig. 9 eine Darstellung für die Definition verschiedener
Variablen in der Eulerwinkel-Transformation;
Fig. 10 ein Blockschaltbild des Hardwareaufbaus eines Systems
für die Vorhersage des Fahrzeugverhaltens;
Fig. 11 eine Darstellung des von einem Mikrocomputer ausgeführten
Prozesses der arithmetischen Operation
für die Vorhersage des Fahrzeugverhaltens;
Fig. 12 eine Darstellung eines vom Mikrocomputer ausgeführten
Prozesses einer arithmetischen Operation
für die Vorhersage des Fahrzeugverhaltens, der
mit dem Prozeß von Fig. 11 eine Abfolge bildet;
Fig. 13 eine Darstellung eines vom Mikrocomputer ausgeführten
Prozesses einer arithmetischen Operation
für die Vorhersage des Fahrzeugverhaltens, der
mit den Prozessen der Fig. 11 und 12 eine Abfolge
bildet;
Fig. 14 eine Darstellung eines vom Mikrocomputer ausgeführten
Prozesses einer arithmetischen Operation
für die Vorhersage des Fahrzeugverhaltens, der
mit den Prozessen der Fig. 11, 12, und 13 eine Abfolge
bildet;
Fig. 15 eine Darstellung eines vom Mikrocomputer ausgeführten
Prozesse einer arithmetischen Operation
für die Vorhersage des Fahrzeugverhaltens, der
mit den Prozessen der Fig. 11, 12, 13 und 14 eine
Abfolge bildet;
Fig. 16 ein schematisches Blockschaltbild, das skizzenhaft
den Gesamtaufbau eines Steuersystems
(zentrale oder konzentrierte Steuerung) des
Kraftfahrzeugs wiedergibt;
Fig. 17 ein schematisches Blockschaltbild, das skizzenhaft
den Gesamtaufbau eines Steuersystems
(dezentrale, unabhängige Steuerung) des Kraftfahrzeugs
wiedergibt;
Fig. 18 eine schematische und erläuternde Darstellung des
gesamten Steuersystems bei Verwendung verschiedener
Sensoren;
Fig. 19 eine Darstellung der Koordinaten an den Radpositionen
in bezug auf den Schwerpunkt des Fahrzeugs;
Fig. 20 eine Darstellung des Prozesses für die Vorhersage
des Querschubwinkels;
Fig. 21 eine Darstellung des Prozesses für die Vorhersage
des Radschlupfs;
Fig. 22 eine Darstellung des Prozesses für die Vorhersage
einer Fahrtrichtung und der Entfernung von einem
gesetzten Zeitpunkt;
Fig. 23 ein Blockschaltbild für ein ein Referenzmodell
verwendendes System für die Steuerung des Fahrzeugverhaltens
gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 24 eine Darstellung des Aufbaus des Lenkwinkel-Steuerabschnittes;
Fig. 25 eine Darstellung des Aufbaus des Drosselklappenöffnungswinkel-
Steuerabschnittes;
Fig. 26 eine Darstellung des Aufbaus eines Differentialmechanismus
im Drosselklappenöffnungswinkel-Steuerabschnitt;
Fig. 27 eine Darstellung des Aufbaus des Hydraulikbremsdruck-
Steuerabschnittes;
Fig. 28 eine Darstellung der Verbindungen zwischen den
Sensoren der sechs Freiheitsgrade und einem Steuerabschnitt;
Fig. 29 eine Darstellung des Fahrzeugverhaltens bei Auftreten
einer Schleuderbewegung;
Fig. 30 eine Darstellung des Fahrzeugverhaltens, wenn der
Schleuderbewegung gegengesteuert wird,
Fig. 31 ein Gleichgewicht von am Fahrzeug angreifenden
Kräften in zwei Dimensionen bei Abwesenheit eines
Querschubs im Schwerpunkt des Fahrzeugs;
Fig. 32 ein Gleichgewicht von am Fahrzeug angreifenden
Kräften in zwei Dimensionen bei Auftreten eines
Querschubs im Schwerpunkt des Fahrzeugs;
Fig. 33 ein Gleichgewicht von am Fahrzeug angreifenden
Kräften in zwei Dimensionen, wenn dem Querschub
im Schwerpunkt des Fahrzeugs durch Gegensteuern
entgegengewirkt wird;
Fig. 34 eine Darstellung eines Prozesses der Steuerung
der Seitenführungskraft gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 35 eine Darstellung eines Prozesses der Vorhersage
des Fahrzeugverhaltens gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 36 eine Darstellung eines Prozesses der gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auszuführenden
Steuerung;
Fig. 37 eine Darstellung des Fahrzeugverhaltens des Fahrers,
um den Querschubwinkel im Schwerpunkt eines typischen
Fahrzeugs in positiver Richtung zu erhöhen;
Fig. 38 eine Darstellung des Fahrverhaltens des Fahrers,
um bei Auftreten eines Übersteuerns den Querschubwinkel
im Schwerpunkt eines typischen Fahrzeugs
in positiver Richtung zu erhöhen;
Fig. 39 eine Darstellung des Prozesses für die Korrektur
der Charakteristik eines Referenz-Fahrzeugmodells;
und
Fig. 40 eine Darstellung der Bewegungsgleichungen des Referenzmodells
und des Bewegungsmodells für das zu
steuernde Fahrzeug.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Systems gezeigt. Das gezeigte System enthält einen
Verbrennungsmotor 71, ein rechtes Vorderrad 72a, ein linkes
Vorderrad 72b, ein rechtes Hinterrad 72c und ein linkes
Hinterrad 72d, Radgeschwindigkeitssensoren 73a, 73b,
73c und 73d für die jeweiligen Räder, Bremsmechanismen
74a, 74b, 74c und 74d für die jeweiligen Räder, Aufhängungsmechanismen
76a, 76b, 76c und 76d für die jeweiligen
Räder, eine gesteuerte Differentialgetriebeeinheit 77,
ein Lenkrad 78, ein Gaspedal 79, ein Bremspedal 80, einen
Lenkwinkel-Steuerabschnitt 81, einen Drosselklappenöffnungswinkel-
Steuerabschnitt 82, einen Hydraulikbremsdruck-
Steuerabschnitt 83, einen Kraftübertragungs-Steuerabschnitt
84, einen Sensor 85 für die Bewegung in sechs
Freiheitsgraden und eine Steuereinheit 86.
Jeder der Radgeschwindigkeitssensoren 73a, 73b, 73c und
73d umfaßt ein Meßzahnrad, das sich mit dem zugehörigen
Rad dreht, und einen magnetischen Meßwertaufnehmer. Der
magnetische Meßwertaufnehmer gibt einen dem Drehwinkel
des zugehörigen Rades entsprechenden Impulszug aus. Durch
die Messung des Intervalls der einzelnen Impulse im Impulszug
kann die Radgeschwindigkeit an jeder Winkelposition
erfaßt werden.
Jeder der Bremsmechanismen 74a, 74b, 74c und 74d beaufschlagt
das entsprechende Rad mit einer Bremskraft, um
das Rad und damit das Fahrzeug zu verzögern. Die Bremsmechanismen
74a, 74b, 74c und 74d sind mit Sensoren für die
Erfassung des Bremsleitungsdrucks während der Betätigung
der Bremse versehen.
Der Radaufhängungsmechanismus 76a enthält einen (nicht
gezeigten) Stoßdämpfer mit einem (in Fig. 2 nicht gezeigten)
Hubsensor 61a, der den Hub des Radaufhängungsmechanismus
76a während der Fahrt des Fahrzeugs überwacht. Die
anderen Radaufhängungsmechanismen 76b, 76c und 76d enthalten
ebenfalls ähnliche oder gleiche Hubsensoren. Die
Radaufhängungsmechanismen erfassen somit die Roll- und
Nickwinkel des Fahrzeugs. Gleichzeitig können die Radaufhängungsmechanismen
Veränderungen der Aufhängungsausrichtung
wie etwa den Sturzwinkel, den Spurwinkel und dergleichen
erfassen.
Die gesteuerte Differentialgetriebeeinheit 77 umfaßt in
der gezeigten Ausführungsform eine schlupfbegrenzende
Differentialgetriebeeinheit, die eine hydraulische Mehrscheiben-
Flüssigkeitskupplung enthält, mit der die maximale
Drehmomentdifferenz gesteuert werden kann. Dadurch
kann die Drehmomentverteilung für die Antriebsräder zwischen
einem normalen, uneingeschränkten Zustand und einem
Verriegelungszustand,
in dem die Antriebsräder starr miteinander
verbunden sind, beliebig eingestellt werden.
In Fig. 3 sind die Funktionen des Lenkwinkel-Steuerabschnittes
81, des Drosselklappenöffnungswinkel-Steuerabschnitts
82 und des Hydraulikbremsdruck-Steuerabschnitts
83 dargestellt. Jeder Steuerabschnitt empfängt vom Fahrer
über das Lenkrad 78, über das Gaspedal 79 bzw. über das
Bremspedal 80 Befehle. Die Steuerabschnitte leiten die
Betriebsgrößen des Lenkwinkels, des Drosselklappenöffnungswinkels
und des Bremsleitungsdrucks, die sich durch
die jeweiligen Betätigungen durch den Fahrer ergeben, ab,
und geben eine entsprechende Information an die
Steuereinheit 86 aus. Gleichzeitig empfangen die Steuerabschnitte
von der Steuereinheit 86 Steuerbefehle, um den
Lenkmechanismus 75, den Motor 71 und die jeweiligen
Bremsmechanismen 74 zu steuern.
Wenn keine Steuerbefehle von der Steuereinheit 86 vorliegen,
werden der Lenkmechanismus 75, der Motor 71 und die
jeweiligen Bremsen 74 direkt durch die Befehle vom Fahrer
gesteuert.
In Fig. 4 ist die Anordnung der Beschleunigungssensoren
im Sensor 85 für die Bewegung in sechs Freiheitsgraden
gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
gezeigt. Wie in Fig. 4 gezeigt, sind an drei Befestigungsstangen
27, 28 und 29, die im wesentlichen
senkrecht zueinander ausgerichtet sind und sich in einem
als Ursprung dienenden Punkt S schneiden, Beschleunigungssensoren
21 bis 26 so angeordnet, daß sich jeweils
zwei Beschleunigungssensoren auf einer Stange befinden.
Wenn die x-, y- und z-Achsen wie gezeigt eingeführt werden,
erfassen die Beschleunigungssensoren 21 und 22 auf
der Befestigungsstange 27 (die sich entlang der x-Achse
erstreckt) die Beschleunigung in z-Richtung, während die
Beschleunigungssensoren 23 und 24 auf der Befestigungsstange
28 (die sich entlang der y-Achse erstrecken) die
Beschleunigung in x-Richtung erfassen und die Beschleunigungssensoren
25 und 26 auf der Befestigungsstange 29
(die sich entlang der z-Achse erstreckt) die Beschleunigung
in y-Richtung erfassen. Hierbei sind die Richtungen
der von den Beschleunigungssensoren 21 bis 26 zu erfassenden
Beschleunigungen nicht auf die gezeigten Richtungen
beschränkt, vielmehr können die Beschleunigungssensoren
21 und 22 für die Erfassung der Beschleunigung in y-
Richtung, die Beschleunigungssensoren 23 und 24 für die
Erfassung der Beschleunigung in z-Richtung und die Beschleunigungssensoren
25 und 26 für die Erfassung der Beschleunigung
in x-Richtung oder so, daß sie jeweils die
entgegengesetzten Richtungen (negative Richtungen) erfassen,
angeordnet werden. Daher gibt es vier mögliche Weisen,
wie die Beschleunigungssensoren angebracht werden
können.
In Fig. 5 ist die Anordnung der Beschleunigungssensoren
gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
gezeigt. In der gezeigten Ausführungsform sind
die Beschleunigungssensoren 31 bis 36 an zwei Befestigungsstäben
37 und 38 angebracht, die senkrecht zueinander
ausgerichtet sind und sich entlang zweier der drei
Achsen des Koordinatensystems (in der gezeigten Ausführungsform
in x-Richtung und in y-Richtung) erstrecken. In
der gezeigten Darstellung ist die Befestigungsstange 37
in x-Richtung orientiert. Die Beschleunigungssensoren 35
und 36 für die Erfassung der Beschleunigung in y-Richtung
und die Beschleunigungssensoren 31 und 32 für die Erfassung
der Beschleunigung in z-Richtung sind an der Befestigungsstange
37 angebracht. Selbst in diesem Fall gibt
es drei Weisen der Achsenwahl für die Orientierung der
Anbringungsstangen 37 und 38, etwa durch Vertauschen der
y-Achse mit der z-Achse. Außerdem gibt es zwei Weisen für
die Anbringung der Beschleunigungssensoren an den Befestigungsstangen
wie etwa die Anbringung der Beschleunigungssensoren
für die z-Richtung und für die x-Richtung
an der y-Richtung orientierten Befestigungsstange.
In Fig. 6 ist die Anordnung der Beschleunigungssensoren
gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
gezeigt. Hierbei werden die Beschleunigungssensoren
31, 32, 35 und 36, die an der in x-Richtung orientierten
Befestigungsstange angeordnet sind, durch
Mehrachsen-Beschleunigungssensoren 101 und 102 ersetzt.
In Fig. 6 sind die Beschleunigungssensoren 101 und 102
vom Dreiachsen-Erfassungstyp. Im gezeigten Fall sind jedoch
die in y-Richtung und z-Richtung orientierten Beschleunigungssensoren
nur für die Erfassung der Beschleunigungen
aktiv. Es ist ersichtlich, daß selbst in diesem
Fall mehrere verschiedene Kombinationen der Orientierung
der Befestigungsstangen und der Anordnung der Beschleunigungssensoren
möglich sind.
Mit der in den Fig. 5 und 6 gezeigten Sensoranordnung
kann nicht die lineare Bewegung in x-Richtung, sondern
die Bewegung in fünf Freiheitsgraden erfaßt werden. Diese
Sensoranordnungen können für ein Fahrzeugsteuersystem
verwendet werden, in dem die lineare Bewegung in x-Richtung
nicht berücksichtigt werden muß.
Außerdem ist es nicht immer notwendig, die Sensoren an
den besonderen Befestigungsstangen, die in den Fig. 4 bis
6 gezeigt sind, anzubringen. Beispielsweise ist es möglich,
die Beschleunigungssensoren direkt an der Fahrzeugkarosserie
entlang der imaginären x-, y- und z-Achsen bezüglich
der Fahrzeugkarosserie anzubringen.
Nun wird ein Prozeß für die Vorhersage des Fahrzeugverhaltens
auf der Grundlage der erfaßten Werte der sechs
Beschleunigungssensoren beschrieben. In der folgenden Beschreibung
wird angenommen, daß das Fahrzeug (wenigstens
die Fahrzeugkarosserie mit Ausnahme der Radaufhängung)
ein starrer Körper ist. Die folgende Beschreibung wird
für den Fall gegeben, daß die Beschleunigungssensoren wie
in Fig. 4 dargestellt angeordnet sind.
In Fig. 7 sind vier Arten von dreidimensionalen Koordinatensystemen
gezeigt, die bei der Verwirklichung des Prozesses
der Vorhersage des Fahrzeugverhaltens verwendet
werden. Zunächst stellt ein Koordinatensystem, das den
Ursprung S und die Achsen x₁, x₂ und x₃ besitzt, ein bewegtes
Koordinatensystem dar, das zusammen mit den Sensoren
(und daher mit der Fahrzeugkarosserie) bewegt wird.
Entsprechend ist ein Koordinatensystem, dessen Ursprung
sich im Schwerpunkt G des Fahrzeugs befindet und das drei
Koordinatenachsen x, y und z besitzt, ein bewegtes Koordinatensystem,
dessen Achsenrichtungen mit denen des
erstgenannten bewegten Koordinatensystems übereinstimmen.
Ein Koordinatensystem, dessen Ursprung sich im Punkt O
befindet, der von den Punkten S und G verschieden ist,
und das drei Koordinatenachsen X, Y und Z besitzt, ist
ein ruhendes Koordinatensystem oder ein Bezugssystem, das
gegenüber der Straßenoberfläche nicht bewegt ist. Die negative
Richtung der Z-Achse ist zum Erdmittelpunkt gerichtet.
Ein Koordinatensystem mit dem Ursprung im Punkt
O und den drei Koordinatenachsen X₁, X₂ und X₃ ist ein
rotierendes Koordinatensystem, dessen Achsenrichtungen
mit denen des ersten und des zweiten bewegten Koordinatensystems
übereinstimmen. Daher besitzt das rotierende
Koordinatensystem keine lineare Bewegungskomponente, sondern
nur eine Rotationsbewegungskomponente.
Zunächst wird, wie in Fig. 8 gezeigt, angenommen, daß die
Ortsvektoren des Ursprungs S des Koordinatensystems
x₁x₂x₃ und der Positionen S₁ bis S₆ der Sensoren 21 bis
26 bezüglich des ruhenden Koordinatensystems XYZ durch
Rs, R₁ bis R₆ und die Ortsvektoren der Positionen S₁ bis
S₆ bezüglich des Koordinatensystems x₁x₂x₃ durch a₁ bis a₆
gegeben sind. In diesem Fall können die Geschwindigkeitsvektoren
VS, V₁ bis V₆, die auf der Grundlage der unten
angegebenen Beziehung der Ortsvektoren (Gleichung (1))
und durch Differenzieren dieser Ortsvektoren nach der
Zeit erhalten werden, durch die folgenden Gleichungen
ausgedrückt werden:
und
wobei ω der Winkelgeschwindigkeitsvektor des bewegten Koordinatensystems
x₁x₂x₃ bezüglich des ruhenden Koordinatensystems
XYZ ist. Das Zeichen x stellt ein äußeres Produkt
oder Kreuzprodukt dar.
Durch weiteres Differenzieren von V₁ bis V₆ nach der Zeit
können aus den folgenden Gleichungen die Beschleunigungen
As, A₁ bis A₆ an den Punkten S, S₁ bis S₆ erhalten werden:
A₁ = As + Aωs × a₁ + ωs × (ωs × a₁)
A2 = As + Aωs × a₂ + ωs × (ωs × a₂)
A₃ = As + Aωs × a₃ + ωs × (ωs × a₃)
A₄ = As + Aωs × a₄ + ωs × (ωs × a₄)
A₅ = As + Aωs × a₅ + ωs × (ωs × a₅)
A₆ = As + Aωs × a₆ + ωs × (ωs × a₆) (3)
wobei Aωs der Winkelbeschleunigungsvektor des Fahrzeugs
ist.
In den obigen Gleichungen (2) und (3) treten Komponenten
des äußeren Produkts auf, weil die Punkte S₁ bis S₆ Rotationsbewegungskomponenten
bezüglich des Punktes S enthalten.
Hierbei können durch die Herleitung der Differenzen
von A₁ und A₂, von A₃ und A₄ und von A₅ und von A₆ die
folgenden Gleichungen erhalten werden:
A₁ - A₂ = Aωs × (a₁ - a₂) + [ωs × (ωs × a₁) - ωs × (ωs × a₂)]
A₃ - A₄ = Aωs × (a₃ - a₄) + [ωs × (ωs × a₃) - ωs x (ω × a₄)]
A₅ - A₆ = Aωs × (a₅ - a₆) + [ωs × (ωs × a₅) - ωs × (ωs × a₆)] (4)
Andererseits können durch Berechnen der äußeren Produkte
von A₁ und a₂, A₂ und a₁, A₃ und a₄, A₄ und a₃, A₅ und a₆
und von A₆ und a₅ und durch die Herleitung der Differenzen
zwischen Paaren, die den obenerwähnten Paaren analog
sind, die folgenden Gleichungen erhalten werden:
Hierbei werden die Einheitsvektoren der einzelnen Achsen
des Koordinatensystems x₁x₂x₃ mit e₁ (1,0,0), e₂ (0,1,0)
bzw. e₃ (0,0,1) bezeichnet. Dann können zwischen den
Ortsvektoren a₁ bis a₆ die folgenden Beziehungsgleichungen
aufgestellt werden:
(a₁ - a₂) = (l₁ + l₂) e₁
(a₃ - a₄) = (d₁ + d₂) e₂
(a₅ - a₆) = (h₁ + h₂) e₃ (6)
Mit den obigen Beziehungsgleichungen und den Formeln für
die Vektorrechnung können die Gleichungen (4) und (5) so
umgewandelt werden, das die folgenden Gleichungen erhalten
werden:
A₁ - A₂ = (l₁ + l₂) [Aωs × e₁ - {(ωs ·e₁) ωs - ωs²e₁
A₃ - A₄ = (d₁ + d₂) [Aωs × e₂ - {(ωs · e₂) ωs - ωs²e₂
A₅ - A₆ = h₁ + h₂) [Aωs × e₃ - {(ωs · e₃) ωs - ωs²e₃ (7)
e₁ × (l₂A₁ + l₁A₂) = (l₁ + l₂) e₁ × As
e₂ × (d₂A₁ + d₁A₂) = (d₁ + d₂) e₂ × As
e₃ × (h₂A₁ + h₁A₂) = (h₁ + h₂) e₃ × As (8)
wobei das Zeichen "·" das innere Produkt oder Skalarprodukt
darstellt. Hierbei sind die Beschleunigungen A₁ bis
A₆ in den Punkten S₁ bis S₆ Größen, die bezüglich des unbewegten
Koordinatensystems XYZ abgeleitet werden. Diese
Beschleunigungsvektoren können durch die folgenden Gleichungen
auch durch Zerlegung in die zu den Achsen x₁, x₂
und x₃ des bewegten Koordinatensystems parallelen Komponenten
ausgedrückt werden:
Hierbei stellen A₁₂, A₂₂, A₃₃, A₄₃, A₅₁ und A₆₁ die von den
sechs Sensoren überwachten Komponenten dar.
Andererseits können die Komponenten As und Aω s durch die
folgenden Gleichungen ausgedrückt werden, indem sie in
die zu den Achsen x₁, x₂ und x₃ des bewegten Koordinatensystems
parallelen Komponenten zerlegt werden:
As = As1e₁ + As2e₂ + As3e₃
Aωs = Aωs1e₁ + Aωs2e₂ + Aωs3e₃ (10)
Daher können aus den obigen Gleichungen (7) bis (10) die
jeweiligen Komponenten des linearen Beschleunigungsvektors
As und des Winkelbeschleunigungsvektors Aωs durch
die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden, wobei A₁₂ und A₂₂
und wobei As3 und Aωs3 durch A₃₃ und A₄₃ gegeben sind:
In Gleichung (12) sind für die Herleitung der Winkelbeschleunigung
Aωs1, Aωs2 und Aωs3 die Größen ωs1, ωs2 und
ωs3 notwendig. Diese Werte können durch die von Zeit zu
Zeit ausgeführte Integration der erhaltenen Winkelbeschleunigungen
erhalten werden.
Aus den obigen Gleichungen können die zu den Achsen x₁,
x₂ und x₃ des bewegten Koordinatensystems am ausgewählten
Punkt S im Fahrzeug parallelen Komponenten des linearen
Beschleunigungsvektors bzw. des Winkelbeschleunigungsvektors
bestimmt werden. Im allgemeinen sind die Rotationskomponenten
(Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung)
des starren Körpers in allen Punkten gleich. Daher
können unter der Annahme, daß das Fahrzeug (wenigstens
die Fahrzeugkarosserie mit Ausnahme der Radaufhängung)
ein starrer Körper ist, die oben erhaltenen Komponenten
als Winkelbeschleunigung um den Schwerpunkt des Fahrzeugs
angesehen werden. Die linearen Komponenten werden jedoch
an verschiedenen Punkten im Fahrzeug differenziert. Wie
in Fig. 7 gezeigt, werden daher durch Aufstellen des bewegten
Koordinatensystems xyz mit dem Ursprung im Schwerpunkt
G des Fahrzeugs der Ortsvektor as vom Punkt G zum
Punkt S und der Ortsvektor RG vom Punkt O des bewegten
Koordinatensystems zum Schwerpunkt G hergeleitet. Dann
kann die folgende Gleichung aufgestellt werden:
Rs = RG + as (13)
Durch Differenzieren beider Seiten kann die folgende
Gleichung aufgestellt werden:
Vs = VG + ωs × as (14)
Hierbei stellt VG den linearen Geschwindigkeitsvektor im
Schwerpunkt G dar. Durch nochmaliges Differenzieren kann
die folgende Gleichung erhalten werden:
As = AG + Aωs × as + ωs × (ωs × as) (15)
Hierbei stellt AG den linearen Beschleunigungsvektor im
Schwerpunkt G dar. Ähnlich zu dem Prozeß für das bewegte
Koordinatensystem x₁x₂x₃ können durch Betrachtung der
Gleichung (15) der Komponentenzerlegung parallel
zu den jeweiligen Achsen des bewegten Koordinatensystems
xyz (die zu denjenigen des bewegten Koordinatensystems
x₁x₂x₃ parallel sind), das seinen Ursprung im
Schwerpunkt G hat, und durch die Setzung as = (xs, ys,
zs) und AG = (AGx, AGy, AGz) für die jeweiligen Komponenten
die folgenden Gleichungen aufgestellt werden:
AGx = As1 - (Aωs2zs - Aωs3ys) - [(ωs1xs + ωs2ys + ωs3zs)ωs1 - ωs²xs]
AGy = As2 - (Aωs3xs - Aωs1zs) - [(ωs1xs + ωs2ys + ωs3zs)ωs2 - ωs - ωs²ys]
AGz = As3 - (Aωs1ys - Aωs2xs) - [(ωs1xs + ωs2ys + ωs3zs)ωs3 - ωs²zs] (16)
Andererseits kann der Geschwindigkeitsvektor VG = (VGx,
VGy, VGz) durch Integration von Gleichung (16) erhalten
werden.
Nun wird das Problem betrachtet, daß bei einer Drehung
des Fahrzeugs die Beschleunigungssensoren ebenfalls gedreht
werden, so daß sich die Erfassungsrichtungen ändern.
Wenn eine Gierbewegung um die z-Achse des Fahrzeugs
erfaßt wird, indem die Richtung der z-Achse mit der Richtung
der Schwerkraft zur Übereinstimmung gebracht wird,
kann eine genaue Messung der Gierbewegung nicht erhalten
werden, falls gleichzeitig eine Bewegung um die x-Achse
(Rollbewegung) und/oder eine Bewegung um die y-Achse
(Nickbewegung) auftritt, die eine Neigung des Fahrzeugs
und somit eine Neigung der Erfassungsrichtungen der Sensoren
verursachen. Die Winkelbeschleunigungen Aωs1, Aωs2
und Aωs3, die in dem obenbeschriebenen Prozeß erhalten
werden, stellen die jeweiligen Komponenten im bewegten
Koordinatensystem x₁x₂x₃ dar, während die linearen Beschleunigungen
As1, As2, As3, AGx, AGy, AGz die jeweiligen
Komponenten entlang den Achsen des bewegten Koordinatensystems
x₁x₂x₃ in dem Moment darstellen, in dem die Vektoren
As und AG wie im ruhenden Koordinatensystem XYZ definiert
gegeben sind. Wenn daher für die Gewinnung der
Komponenten entlang den Achsen des ruhenden Koordinatensystems
XYZ das Koordinatensystem X₁X₂X₃ betrachtet wird,
dessen Achsenrichtungen mit denjenigen der Koordinatensysteme
x₁x₂x₃ und xyz übereinstimmen und dessen Ursprung
mit dem Punkt O übereinstimmt, und wenn die durch die
obigen Prozesse erhaltenen Werte an dieses Koordinatensystem
angepaßt werden, müssen die genauen Daten durch eine
Transformation zwischen den Koordinatensystemen X₁X₂X₃
und XYZ berechnet werden.
In Fig. 9 ist ein Transformationsprozeß für die Korrektur
einer beliebigen Drehung erläutert. Eine solche Transformation
wird im allgemeinen als Eulerwinkel-Transformation
bezeichnet. Unter der Voraussetzung, daß der Winkel zwischen
der X₃-Achse und der Z-Achse durch R gegeben ist
(Nutationswinkel), daß der Winkel zwischen der Linie ON,
die die Schnittlinie zwischen der XY-Ebene und der X₁X₂-
Ebene darstellt, und der X-Achse durch Φ gegeben ist
(Nutationswinkel), daß der Winkel zwischen der Linie ON,
die die Schnittlinie zwischen der XY-Ebene und der X₁X₂-
Ebene darstellt, und der X-Achse durch Φ gegeben ist
(Präzessionswinkel) und der Winkel zwischen der Linie ON
und der X₁-Achse durch ψ gegeben ist (Winkel der reinen
Drehung), kann die Transformation vom X₁X₂X₃-Koordinatensystem
in das XYZ-Koordinatensystem durch die folgende
Gleichung ausgedrückt werden:
wobei
Ω₁₁ = cos Φ cos ψ - cos R sin Φ sin ψ,
Ω₁₂ = - cos Φ sin Φ - cos R sin ψ cos Φ,
Ω₁₃ = sin R sind ψ,
Ω₂₁ = sin Φ cos ψ + cos R cos Φ sin ψ,
Ω₂₂ = - sin Φ sin ψ + cos R cos Φ cos ψ,
Ω₂₃ = - sin R cos Φ,
Ω₃₁ = sin R sin ψ,
Ω₃₂ = - sin R cos ψ,
Ω₃₃ = cos R.
Ω₁₁ = cos Φ cos ψ - cos R sin Φ sin ψ,
Ω₁₂ = - cos Φ sin Φ - cos R sin ψ cos Φ,
Ω₁₃ = sin R sind ψ,
Ω₂₁ = sin Φ cos ψ + cos R cos Φ sin ψ,
Ω₂₂ = - sin Φ sin ψ + cos R cos Φ cos ψ,
Ω₂₃ = - sin R cos Φ,
Ω₃₁ = sin R sin ψ,
Ω₃₂ = - sin R cos ψ,
Ω₃₃ = cos R.
Der lineare Beschleunigungsvektor AO = (AOx, AOy, AOz) und
der Winkelbeschleunigungsvektor AωO = (AωOx, AωOx, AωOy, AωOz)
sind jeweils Größen, die auf das ruhende Koordinatensytem
XYZ bezogen sind. Hierfür können die Winkel R, Φ und
ψ folgendermaßen erhalten werden. Wenn die Winkelgeschwindigkeitskomponenten
in X₁-, X₂- bzw. X₃-Richtung
durch ωx1, ωx2 und ωx3 gegeben sind, können die folgenden
Beziehungsgleichungen aufgestellt werden:
ωx1 = ωR cos ψ + ωΦ sin R sin ψ
ωx2 = - ωΦ sin ψ + ωΦ sin R cos ψ
ωx2 = - ωΦ sin ψ + ωΦ sin R cos ψ
ωx3 = ωψ cos R + ωΦ (18)
wobei
ωR = (dR/dt), ωΦ = (dΦ/dt), ωψ = (dΦ/dt).
Durch die Lösung der obigen Gleichung (18) kann die folgende
Gleichung erhalten werden:
(R ≠ 0)
ωR = ωx1cos ψ - ωxzsin ψ
ωR = (ωx1 sin ψ + ωxz2 cos ψ)sinR
ωΦ = ωx3 - ωΦ cos R (19a)
ωR = (ωx1 sin ψ + ωxz2 cos ψ)sinR
ωΦ = ωx3 - ωΦ cos R (19a)
(R = O)
ωR = ωx1 cos ψ - ωx2 sin ψ
ω + ωΦ = ωx3 (19b)
ω + ωΦ = ωx3 (19b)
Für die Winkelgeschwindigkeiten gilt: ωx1 = ωs1, ωx2 = ωs2
und ωx3 = ωs3. Die Werte von R, Φ und ψ können in Abhängigkeit
davon, ob R ≠0 oder R=0 ist, durch Integration
der Gleichung (19a) oder (19b) erhalten werden. Daher
können sowohl die linearen Beschleunigungen und die linearen
Geschwindigkeiten als auch die Winkelbeschleunigungen
und die Winkelgeschwindigkeiten aus dem obigen
Prozeß hergeleitet werden.
Nun werden die Kraft, die im Schwerpunkt G angreift, und
das Drehmoment um die jeweiligen Achsen bestimmt.
Zunächst wird festgestellt, daß bezüglich des auf das
Fahrzeug wirkenden Drehmoments die aufgestellte Eulergleichung
in bezug auf das bewegte Koordinatensystem xyz
angewendet werden kann. Daher kann das Drehmoment durch
die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
Hierbei ist NG das Drehmoment, L ist der Drehimpuls des
Fahrzeugs und I ist die Trägheitsmatrix Iÿ (Trägheitsmomente
Iii, Trägheitsprodukte Iÿ (i≠j)).
Durch Zerlegung der Gleichung (20) in die jeweiligen
Komponenten entlang der entsprechenden Achsen und durch
eine Angleichung der Indizes ÿ derart, daß 1→x, 2→y
und 3→z gilt, kann der Drehmomentvektor NG unter Verwendung
des Winkelgeschwindigkeitsvektors ωs = (ωs1, ωs2,
ωs3) und des Winkelbeschleunigungsvektors Aωs = Aωs1,
Aωs2, Aωs3) folgendermaßen ausgedrückt werden:
Andererseits kann die am Schwerpunkt angreifende Kraft
unter Verwendung des Beschleunigungsvektors AG = (AGx,
AGy, AGz) und der Masse M des Fahrzeugs im Schwerpunkt
folgendermaßen ausgedrückt werden:
FGx = MAGx
FGy = MAGy
FGz = MAGz (22)
In der obigen Beschreibung ist eine Modellgleichung angegeben
worden, mit der die einzelnen der Fahrzeugbewegung
zugeordneten physikalischen Größen berechnet und vorhergesagt
werden können, wobei diese physikalischen Größen aus
den gemessenen Werten der sechs Beschleunigungssensoren
berechnet werden können. Es sollte insbesondere beachtet
werden, daß für die Formulierung des Prozesses bis zur
Gleichung (22) außer der Annahme, daß das Fahrzeug als
bewegter Körper ein starrer Körper ist, keine weitere Annahme
gemacht wurde. Das heißt, daß die obigen Gleichungen
als Basisgleichungen angesehen werden können. Die Approximationen,
die aufgrund der begrenzten Kapazität des
Mikrocomputers für arithmetische Operationen erforderlich
sind, und die Beschränkungen der Bewegung des Fahrzeugs
sind als erfindungswesentlich anzusehen. Wenn das bewegte
Koordinatensystem x₁x₂x₃ so festgelegt wird, daß die x₁-
Achse in Längsrichtung des Fahrzeugs orientiert ist, die
x₂-Achse in Querrichtung des Fahrzeugs und die x₃-Achse
in vertikaler Richtung orientiert sind und wenn angenommen
wird, daß die Winkelgeschwindigkeit um die x₁-Achse
(Rollbewegungs-Winkelgeschwindigkeit) und die Winkelgeschwindigkeit
um die x₂-Achse (Nickbewegungsgeschwindigkeit)
im Vergleich zur Winkelgeschwindigkeit um die x₃-
Achse (Gierbewegungs-Winkelgeschwindigkeit) hinreichend
klein sind, können die obigen Gleichungen (12)
folgendermaßen approximiert werden:
Wenn in den obigen Gleichungen (17) für die Eulerwinkel-
Transformation der Nutationswinkel R und der Winkel der
reinen Drehung ψ im Vergleich zum Präzessionswinkel Φ
hinreichend klein sind, können auf ähnliche Weise Approximationen
wie etwa cos R≈1, cos ψ≈1, sin R≈R und
sin ψ≈ψ ausgeführt werden. Dann können die Koeffizienten
der Transformationsmatrix durch die folgenden Formeln
ausgedrückt werden:
Ω₁₁ ≒ cos Φ - ψ (sin Φ)
Ω₁₂ ≒ O
Ω₁₃ ≒ R · ψ
Ω₂₁ ≒ sin Φ + ψ (cos Φ)
Ω₂₂ ≒ - (sin Φ) ψ + (cos Φ)
Ω₂₃ ≒ - R cos Φ
Ω₃₁ ≒ R · ψ
Ω₃₂ ≒ - Φ
Ω₃₃ ≒ 1 (24)
Ω₁₂ ≒ O
Ω₁₃ ≒ R · ψ
Ω₂₁ ≒ sin Φ + ψ (cos Φ)
Ω₂₂ ≒ - (sin Φ) ψ + (cos Φ)
Ω₂₃ ≒ - R cos Φ
Ω₃₁ ≒ R · ψ
Ω₃₂ ≒ - Φ
Ω₃₃ ≒ 1 (24)
Diese Approximation der Modellgleichungen kann in Abhängigkeit
vom geforderten Genauigkeitsgrad ausgeführt werden.
Sämtliche erwähnten arithmetischen Operationen können
softwaremäßig im Mikrocomputer ausgeführt werden. In Fig.
10 ist der Hardwareaufbau der Steuereinheit 86 für die
Ausführung der Vorhersage des Fahrzeugverhaltens gezeigt,
während in den Fig. 11 bis 15 eine Reihe von Flußdiagrammen
gezeigt ist, die die vom Mikrocomputer ausgeführten
arithmetischen Operationen darstellen.
Der Gesamt-Hardwareaufbau enthält die Beschleunigungssensoren
21 bis 26, die wie in Fig. 4 gezeigt an den Punkten
S₁ bis S₆ angeordnet sind (und alternativ wie in den Fig.
5 oder 6 gezeigt angeordnet werden können), Signalverstärker
41 bis 46 für die jeweiligen Sensoren, einen A/D-
Umsetzer 47 für die Umwandlung der sechs Sensorausgaben
(Analogsignale) in digitale Signale (was als Funktion des
Mikrocomputers verwirklicht werden kann), einen Puffer 61
für die temporäre Speicherung der Eingangssignale und
einen Mikrocomputer 48. Der Mikrocomputer 48 umfaßt eine
oder mehrere CPUs 48a, eine E/A-Einheit 48b, ein ROM 48c,
ein RAM 48d und andere periphere LSI-Schaltungen. In Abhängigkeit
von der geforderten Rechengeschwindigkeit und
der Speicherkapazität kann jeder beliebige Hardwareaufbau
(beispielsweise eine Mehrzahl von Einchip-Mikrocomputern,
digitale Signalprozessoren oder Parallelprozessoren, die
eine Parallelverarbeitung ausführen können) verwendet
werden.
Wie in den Fig. 11 bis 15 gezeigt, wird bei Einschalten
des den Hauptschalter darstellenden Zündschlüssels mit
dem Ziel des Beginnens des Fahrbetriebs der Mikrocomputer
zurückgesetzt. Dann wird ein Initialisierungsprozeß ausgeführt.
Das heißt, daß im RAM 48d gespeicherte Daten wie
etwa lineare Beschleunigungen, Winkelbeschleunigungen,
Winkelgeschwindigkeiten und dergleichen gelöscht, d. h.
auf "0" gesetzt werden. Im Ruhezustand des Fahrzeugs vor
Beginn der Fahrt können die Beschleunigungssensoren 21
bis 26, die Gleichstromkomponenten erfassen können, nur
die Erdbeschleunigung g feststellen. Unter der Annahme,
daß die Spannungen g₁ bis g₆ (Analogsignale) über die Signalverstärker
41 bis 46 aus den Beschleunigungssensoren
21 bis 26 ausgegeben werden, werden diese Spannungen g₁
bis g₆ über den A/D-Umsetzer 47 und die E/A-Einheit 48b
in den Mikrocomputer 48 eingegeben und dann zusammen mit
den Sensor-Koordinatenwerten h₁, h₂, l₁, l₂, d₁ und d₂ in
die CPU 48a geladen. Dann wird eine Prozedur, die für die
Ausführung der arithmetischen Operation zur Lösung von
Gleichung (11) programmiert ist, begonnen, um die linearen
Beschleunigungen (gs1, gs2, gs3) herzuleiten
(Schritt 111). In einem Zustand, in dem das Fahrzeug in
Ruhe ist, werden sowohl die Winkelbeschleunigungen als
auch die Winkelgeschwindigkeiten auf dem Wert "0" gehalten,
während die linearen Beschleunigungen (gs1, gs2,
gs3), die im Schritt 111 abgeleitet wurden, gleich den
linearen Beschleunigungen (gGx, gGy, gGz) im Schwerpunkt
werden. In diesem Zeitpunkt werden entsprechend dem auf
der Eulerwinkel-Transformation der Gleichung (17) basierenden
Rechenprogramm die Anfangswerte der Eulerwinkel R,
Φ und ψ bestimmt, um einen Wert (0,0 g) im Bezugssystem
XYZ herzustellen. Die Anfangswerte der Eulerwinkel werden
im RAM 48d gespeichert (Schritt 112). Wenn dann das Fahrzeug
zu fahren beginnt, erfassen die Beschleunigungssensoren
21 bis 26 die im Fahrzeug wirkenden Beschleunigungen.
Die Signalverstärker 41 bis 46 sprechen auf die Ausgaben
der Beschleunigungssensoren 21 bis 26 an, um Spannungen
α₁ bis α₆ auszugeben. Diese Ausgaben werden über
den A/D-Umsetzer 47 und die E/A-Einheit 48b in den Mikrocomputer
48 eingegeben und dann zusammen mit den Sensorkoordinatenwerten
h₁, h₂, l₁, l₂, d₁, d₂, die im ROM 48c
gespeichert sind, in die CPU 48a geladen. Daraufhin wird
ein Rechenprogramm, das auf den obigen Gleichungen (11)
und (12) basiert, ausgeführt, um die linearen Beschleunigungen
(As1, As2, As3) und die Winkelbeschleunigungen
(Aωs1, Aωs2, Aωs3) abzuleiten. Die Ergebnisse der Berechnung
werden in einem ausgewählten Bereich im RAM 48d gespeichert
(Schritt 113). Danach wird die Dauer Δt des
ersten Rechenzyklus (die entweder im ROM 48c gespeichert
ist oder alternativ von einem internen Zeitgeber des Mikrocomputers
gemessen wird) geladen, um die durch die
folgenden Gleichungen ausgedrückte Berechnung auszuführen
(Schritt 114):
ωs1 = Ωs1 + Aωs1 · Δt
ωs2 = Ωs2 + Aωs2 · Δt
ls3 = Ωs3 + Aωs3 · Δt (25)
wobei (ωs1, ωs2, ωs3) die abzuleitenden Winkelgeschwindigkeiten (Ωs1, Ωs2, Ωs3), die im vorhergehenden Rechenzyklus
abgeleiteten Winkelgeschwindigkeiten und (Aωs1, Aωs2,
Aωs3) die Winkelbeschleunigungen im momentanen Rechenzyklus
sind. Die Anfangswerte dieser Größen werden jeweils
auf "0" gesetzt. Die im momentanen Zyklus abgeleiteten
Winkelgeschwindigkeitsdaten werden in einem ausgewählten
Bereich im RAM 48d gespeichert (Schritt 113), so daß sie
bei Berechnung der Gleichungen (25) zusammen mit den Winkelgeschwindigkeiten
(Aωs1, Aωs2, Aωs3) in die CPU 48a geladen
werden können.
Dann werden aus dem ROM 48c die auf den Schwerpunkt G und
die Sensorposition S bezogenen Koordinatendaten xs, ys
und zs ausgelesen. Außerdem werden aus dem RAM 48d die
linearen Beschleunigungen (As1, As2, As3) und die Winkelbeschleunigungen
(Aωs1 Aωs2, Aωs3), die in den Schritten
113 bzw. 114 erhalten wurden, geladen, um das Rechenprogramm
gemäß Gleichung (16) auszuführen, um so die linearen
Beschleunigungen (AGx, AGy, AGz) im Schwerpunkt abzuleiten.
Die sich ergebenden linearen Beschleunigungen
werden in einem ausgewählten Bereich im RAM 48d gespeichert
(Schritt 115). Ähnlich wie im Schritt 114 wird die
Dauer Δt des Rechenzyklus geladen, um die folgenden Berechnungen
auszuführen:
VGx = FVGx + AGx · Δt
VGy = FVGy + AGy · Δt
VGz = FVGz + AGz · Δt (26)
wobei (VGx, VGy, VGz) die zu berechnenden linearen Geschwindigkeiten sind (FVGx, FVGy, FVGz) die linearen Geschwindigkeiten
sind, die in einem vorhergehenden Rechenzyklus
abgeleitet wurden, und (AGx, AGy, AGz) die linearen
Beschleunigungen im momentanen Rechenzyklus sind. Die Anfangswerte
dieser Größen werden auf "0" gesetzt. Die linearen
Beschleunigungsdaten, die in den folgenden Rechenzyklen
abgeleitet werden, werden in einem ausgewählten
Bereich des RAM 48d gespeichert und in jedem Zyklus aktualisiert
(Schritt 116).
Dann werden die Eulerwinkel R, Φ und ψ, wie sie anfangs
im Schritt 112 gesetzt wurden, und die Winkelgeschwindigkeiten
(ωs1, ωs2, ωs3), die im Schritt 114 abgeleitet wurden,
geladen, um das Rechenprogramm gemäß (Gleichung 19)
auszuführen, um so die Eulerwinkel R, Φ und ψ und die
Winkelgeschwindigkeit abzuleiten. Die Gleichungen, die in
Abhängigkeit davon, daß R=0 oder R≠0 ist, zu verwenden
sind, werden differenziert. Da insbesondere in dem Fall,
in dem R=0 ist, die Schnittlinie ON der XY-Ebene des
Koordinatensystems XYZ mit der X₁X₂-Ebene des Koordinatensystems
X₁Y₁Z₁ nicht vorhanden ist, können die Winkel
Φ und ψ nicht definiert werden. Die Rechenprozedur, die
hierbei verwendet wird, ist in Fig. 13 dargestellt.
Zunächst wird für die Eulerwinkel R, Φ und Ψ des vorhergehenden
Zyklus der aus dem RAM 48d geladenen Eulerwinkel
R, Φ und ψ festgestellt, ob R=0 (oder ungefähr 0) oder
ob R≠0 ist (Schritt 117a). Wenn R≠0 ist, wird das
Rechenprogramm gemäß Gleichung (19a) für die Werte R, Φ
und Ψ und für die Winkelgeschwindigkeit (ωs1, ωs2, ωs3)
ausgeführt, um die Winkelgeschwindigkeiten der Eulerwinkel
Φ,uR, ψ, abzuleiten (Schritt 117a₂) und um ferner die
Eulerwinkel R, Φ, und ψ mittels der folgenden Gleichungen
abzuleiten:
ϑ = R + ωϑ · Δt
ϕ = Φ + ωϕ · Δt
ψ = Ψ + ωϕ · Δt (27)
wobei ωϑ, ωϕ, ωψ die Winkelgeschwindigkeiten der Eulerwinkel
sind und Δt die Dauer des Rechenzyklus ist.
Wenn andererseits R=0 ist, wird gemäß Gleichung (19b)
und bei Setzung von ϕ+ψ=ξ das Rechenprogramm für die
Ableitung von ωu auf der Grundlage der Winkelgeschwindigkeit
ωu (=ωϕ+ϕψ)=ωs3 oder ωs1 oder ωs2 und auf der
Grundlage von ψ ausgeführt (Schritt 177a₁). In diesem
Fall werden anstelle von Gleichung (27) die Winkel ϑ und
ξ mittels der folgenden Gleichungen abgeleitet:
ϑ = R + ϑ · Δt
ξ = Ξ + ωξ · Δt (28)
wobei Ξ der Wert von ξ im vorhergehenden Zyklus ist
(Schritt 117a₁).
Da sich der Wert von ϑ von Zeit zu Zeit ändert, kann er
entweder =0 oder ≠0 werden. In einem bestimmten Moment,
in dem sich ϑ von ≠0 nach =0 ändert, wird aus
den Eulerwinkeln Φ und Ψ des vorhergehenden Zyklus Ξ=Φ+Ψ
aufgestellt, um mittels Gleichung (28) ξ abzuleiten
(Schritte 117b₂ bis 117c₂). Wenn sich umgekehrt in einem
bestimmten Moment ϑ von =0 nach ≠0 ändert, wird eine
Anfangssetzung Φ=Ξ und Ψ=0 ausgeführt, um über die
Gleichung (19a) die Winkelgeschwindigkeiten der Eulerwinkel
ϕ und ψ und über die Gleichung (27) die Eulerwinkel ϕ
und ψ selbst abzuleiten (Schritte 117b₁ bis 117c₁). Dann
werden die linearen Beschleunigungen (Agx, Agy, Agz), die
linearen Geschwindigkeiten (Vgx, Vgy, Vgz), die Winkelbeschleunigungen
(Aωs1, Aωs2, Aωs3) und die Winkelgeschwindigkeiten
(ωs1, ωs2, ωs3) aus dem RAM 48d geladen, um ein
Rechenprogramm gemäß den folgenden Gleichungen auszuführen:
wobei (X₁, X₂, X₃) die Werte der Komponenten der jeweiligen
Vektoren in den Koordinatensystemen x₁x₂x₃ und xyz
und (Y₁, Y₂, X₃) die in das Koordinatensystem XYZ transformierten
Werte sind. Es wird darauf hingewiesen, daß
die Koeffizienten in der Matrix in Abhängigkeit davon, ob
ϑ=0 oder ϑ≠0 ist, differenziert werden müssen:
(ϑ≠0; Schritt 117d₂)
Ω₁₁ = cos Φ cos ψ - cos R sin Φ sin ψ
Ω₁₂ = - cos Φ sin ψ - cos R sind ψ cos Φ
Ω₁₃ = sin R sin ψ
Ω₂₁ = sin Φ cos ψ + cos R cos Φ sin ψ
Ω₂₂ = - sin Φsin ψ + cos R cos Φ cos ψ
Ω₂₃ = - sin R cos Φ
Ω₃₁ = sin R sin ψ
Ω₃₂ = - sin R cos ψ
Ω₃₃ = cos R
(ϑ = 0; Schritt 117d₁)
Ω₁₁ = cos ξ
Ω₁₂ = - sind ξ
Ω₁₃ = 0
Ω₂₁ = sin ξ
Ω₂₂ = cos ξ
Ω₂₃ = 0
Ω₃₁ = 0
Ω₃₂ = 0
Ω₃₃ = 1
Ω₁₁ = cos Φ cos ψ - cos R sin Φ sin ψ
Ω₁₂ = - cos Φ sin ψ - cos R sind ψ cos Φ
Ω₁₃ = sin R sin ψ
Ω₂₁ = sin Φ cos ψ + cos R cos Φ sin ψ
Ω₂₂ = - sin Φsin ψ + cos R cos Φ cos ψ
Ω₂₃ = - sin R cos Φ
Ω₃₁ = sin R sin ψ
Ω₃₂ = - sin R cos ψ
Ω₃₃ = cos R
(ϑ = 0; Schritt 117d₁)
Ω₁₁ = cos ξ
Ω₁₂ = - sind ξ
Ω₁₃ = 0
Ω₂₁ = sin ξ
Ω₂₂ = cos ξ
Ω₂₃ = 0
Ω₃₁ = 0
Ω₃₂ = 0
Ω₃₃ = 1
Dann werden die linearen Beschleunigungen (AOx, AOy, AOz),
die linearen Geschwindigkeiten (VOx, VOy, VOz), die Winkelbeschleunigungen
(AωO1, AωO2, AωO3) und die Winkelgeschwindigkeiten
(ωO1, ωO2, ωO3) im Schwerpunkt bezüglich
des Koordinatensystems XYZ abgeleitet, um sie in einem
ausgewählten Bereich im RAM 48d zu speichern.
Dann lädt der Mikrocomputer die Winkelbeschleunigungen
(Aωs1, Aωs2, Aωs3) und die Winkelgeschwindigkeiten (ωs1,
ωs2, ωs3) aus dem RAM 48d in dieser Reihenfolge und außerdem
die Trägheitsmomente Ixx, Iyy, Izz und die Trägheitsprodukte
Ixy (=Iyx),Iyz (=Izy) und Izx (=Ixz) aus
dem ROM 48c, um das Rechenprogramm gemäß der ersten der
Gleichungen (21) auszuführen, um so das um die x-Achse
wirkende Drehmoment NGx abzuleiten und den sich ergebenden
Wert in einem ausgewählten Bereich im RAM 48d zu
speichern. Entsprechend wird das um die y-Achse wirkende
Drehmoment NGy mittels der zweiten der Gleichungen (21)
abgeleitet, während das um die z-Achse wirkende Drehmoment
NGz mittels der dritten der Gleichungen (21) abgeleitet
wird. Die jeweiligen Rechenergebnisse werden im
ausgewählten Bereich im RAM 48d gespeichert. Andererseits
lädt der Mikrocomputer 48 die linearen Beschleunigungen
(AGx, AGy, AGz) im Schwerpunkt aus dem RAM 48d und die
Masse M des Fahrzeugs aus dem ROM 48c, um die Kräfte
(FGx, FGy, FGz), die in den jeweiligen Achsenrichtungen
wirken, abzuleiten, indem die entsprechenden linearen Beschleunigungen
mit der Masse multipliziert werden, wobei
die Multiplikationsergebnisse in ausgewählten Bereichen
im RAM 48d gespeichert werden (Schritt 119).
Ferner werden durch Wiederholung der Rechenprozedur im
Schritt 117 die Drehmomente (NOx, NOy, NOz) und die Kräfte
(FOx, FOy, FOz) bezüglich des Koordinatensystems XYZ abgeleitet.
Die sich ergebenden Werte dieser Berechnungen
werden in ausgewählten Bereich im RAM 48d gespeichert.
Dann ist ein Rechenzyklus beendet, woraufhin zum Schritt
111 zurückgekehrt wird (Schritt 120).
Der Rechenprozeß vom Schritt 111 bis zum Schritt 120 wird
vom Mikrocomputer in einem Rechenzyklus (Dauer Δt) ausgeführt.
Hierbei ist es nicht notwendig, die Rechenprozesse
der Schritte 111 bis 120 in dieser Reihenfolge auszuführen,
vielmehr können sie in dem Fall, in dem eine
Mehrzahl von CPUs vorgesehen sind, parallel ausgeführt
werden.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 16 der Gesamtaufbau des Fahrzeugsteuersystems
in Übersicht gebracht. Der gezeigte
Aufbau umfaßt das Fahrverhalten-Erfassungssystem 100 als
Untersystem, das einen Teil des Steuersystems bildet. Das
heißt, daß die im Rechenprozeß der Fig. 11 bis 15 zu einem
bestimmten Zeitpunkt abgeleiteten und im RAM 48d gespeicherten
Daten wie etwa die Winkelbeschleunigungen
(Aωs1, Aωs2, Aωs3) und (AωO1, AωO2, AωO3), die Winkelgeschwindigkeiten
(ωs1, ωs2, ωs3) und (ωO1, ωO2, ωO3), die
linearen Beschleunigungen (As1, As2, As3), (AGx, AGy, AGz)
und (AOx, AOy, AOz), die linearen Geschwindigkeiten (VGx,
VGy, VGz) und (VOx, VOy, VOz), die Drehmomente (NGx, NGy,
NGz) und (NOx, NOy, NOz) und die Kräfte (FGx, FGy, FGz) und
(FOx, FOy, FOz) vom Steuersystem der oberen Stufe als
Steuerparameter wie gefordert gelesen werden.
In Fig. 16 ist eine Ausführungsform dargestellt, die ein
einziges Gesamtsteuersystem für die konzentrierte oder
zentrale Ausführung sämtlicher Steueroperationen enthält.
Das Steuersystem kann jedoch auch so aufgebaut werden,
daß eine Mehrzahl von Untersteuersystemen für die unabhängige
Ausführung von voneinander verschiedenen Steueroperationen
vorgesehen sind. In diesem Fall können die
mittels des Fahrzeugverhalten-Erfassungssystems 100 erhaltenen
Daten an ein im Fahrzeug installiertes Netzwerksystem
130 geliefert werden. Jedes Steuersystem enthält
die für die Steuerung notwendigen Steuerparameter vom
Netzwerk 130 auf asynchrone Weise und unabhängig von den
übrigen Steuersystemen; ein solches dezentrales Steuersystem
ist in Fig. 17 gezeigt.
Das oben beschriebene Verfahren für die Vorhersage des
Fahrzeugverhaltens verwendet als Sensoren lediglich Beschleunigungssensoren.
Im Gegensatz hierzu ist in Fig. 18
eine Ausführungsform gezeigt, in der Radgeschwindigkeitssensoren
73a, 73b, 73c und 73d für die Erfassung der Rotationsgeschwindigkeiten
der jeweiligen Fahrzeugräder,
Lenkwinkelsensoren 50f und 50r für die Erfassung des
tatsächlichen Lenkwinkels an den Vorder- und Hinterrädern
(wobei der Lenkwinkelsensor 50r nur bei einem Fahrzeug
mit Vierrad-Lenksystem vorgesehen ist), Fahrzeughöhensensoren
51fr, 51fl, 51rr und 51rl für die Erfassung der
Radaufhängungshübe an den jeweiligen Fahrzeugrädern und
ein Peilungssensor oder ein magnetischer Neigungssensor
52 für die Erfasung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs
durch die Erfassung des Erdmagnetfeldes zusätzlich zum
Sensor 85 für die Bewegung in sechs Freiheitsgraden verwendet
werden. Das Bezugszeichen 53 bezeichnet eine Differenzierschaltung.
Die obenerwähnten einzelnen Sensoren
sind bereits bekannt und werden in herkömmlichen Fahrzeugsteuersystemen,
Navigationssystemen und dergleichen
verwendet. Daher wird die Diskussion des Aufbaus dieser
Sensoren und von deren Funktionsprinzipien weggelassen.
Durch die Verwendung dieser Mehrzahl von verschiedenen
Sensoren bei der Messung des Fahrzeugverhaltens können
Steuerparameter, die für die Ausführung der Fahrzeugsteuerung
wichtig sind, vorhergesagt werden.
In Fig. 20 ist ein Prozeß für die Vorhersage der Querschubwinkel
βG, βfl, βfr, βrl, βrr des Schwerpunktes G und
der jeweiligen Fahrzeugräder (die hier und im folgenden
durch die Indizes fl für das linke Vorderrad, fr für das
rechte Vorderrad, rl für das linke Hinterrad und rr für
das rechte Hinterrad unterschieden werden) unter Verwendung
des Sensors 85 für die sechs Freiheitsgrade der Bewegung,
der Lenkwinkelsensoren 50f und 50r und der Fahrzeughöhensensoren
51fr, 51fl, 51rr und 51rl gezeigt. Der
Querschubwinkel β beeinflußt typischerweise die Fahrzeuglenkeigenschaften
und kann auf der Grundlage der Geschwindigkeit
Vad in Fahrtrichtung oder in Längsrichtung
und auf der Grundlage der Quergeschwindigkeit Vtr aus der
folgenden Gleichung abgeleitet werden:
Zunächst kann der Querschubwinkel βG im Schwerpunkt G
durch ein Rechenprogramm gemäß der Gleichung (30) abgeleitet
werden, indem Vad=VGx und Vtr=VGy gesetzt wird,
wobei die im Schritt 116 des in den Fig. 11 bis 15 gezeigten
Prozesses abgeleiteten Größen VGx und VGy verwendet
werden, oder indem Vad=VOx und Vtr=VOy gesetzt
wird, wobei die im Schritt 117 abgeleiteten Größen VOx
und VOy verwendet werden, wenn die x-Achse des Koordinatensystems
xyz mit der Fahrtrichtung des Fahrzeugs übereinstimmt.
Dann ist es für die Ableitung der Querschubwinkel
an den jeweiligen Rädern notwendig, die linearen
Geschwindigkeiten an diesen Rädern abzuleiten. Hierzu muß
die folgende Vektorrechnung betrachtet werden.
Unter der Voraussetzung, daß der Ortsvektor vom Schwerpunkt
G zum Drehzentrum eines Rades durch rT gegeben ist,
kann der lineare Geschwindigkeitsvektor VT des Rades bei
einem Winkelgeschwindigkeitsvektor ωG der gesamten Fahrzeugkarosserie
durch die folgende Gleichung ausgedrückt
werden:
VT = VG + ωG × rT + Vh (31)
wobei Vh der relative Geschwindigkeitsvektor ist, wenn
die das Rad umfassende ungefederte Masse relativ zur
Fahrzeugkarosserie (gefederte Masse: starrer Körper) über
das Radaufhängungssystem bewegt wird. Wie in Fig. 19 gezeigt,
wird hierbei angenommen, daß die Bewegung der Radaufhängung
streng auf die vertikale Richtung (z-Richtung)
begrenzt ist, so daß der Einfluß der Verschiebung der
Radaufhängung für den Vektor rT nur eine z-Komponente besitzt
und auch der Vektor Vh nur eine z-Komponente besitzen
sollt 69261 00070 552 001000280000000200012000285916915000040 0002004201146 00004 69142e. Dann können für die Geschwindigkeitsvektoren
der vier Räder folgende Gleichungen angenommen werden:
Linkes Vorderrad:
rTf1 = (xTF1, yTf1, zTf1 - hf1)
VTf1 = (VxTF1, VyTf1, VzTf1 - (dhf1/dt))
rTf1 = (xTF1, yTf1, zTf1 - hf1)
VTf1 = (VxTF1, VyTf1, VzTf1 - (dhf1/dt))
Rechtes Vorderrad:
rTfr = (xTFr, yTfr, zTfr - hfr)
VTfr = (VxTfr, VyTfr, VzTfr - (dhfr/dt))
rTfr = (xTFr, yTfr, zTfr - hfr)
VTfr = (VxTfr, VyTfr, VzTfr - (dhfr/dt))
Linkes Hinterrad:
rTrl = (xTrl, yTrl, zTrl - hrl)
VTrl = (VxTrl, VyTrl, VzTrl - (dhrl/dt))
rTrl = (xTrl, yTrl, zTrl - hrl)
VTrl = (VxTrl, VyTrl, VzTrl - (dhrl/dt))
Rechtes Hinterrad:
rTrr = (xTrr, yTrr, zTrr - hrr)
VTrr = (VxTrr, VyTrr, VzTrr - (dhrr/dt)) (32)
rTrr = (xTrr, yTrr, zTrr - hrr)
VTrr = (VxTrr, VyTrr, VzTrr - (dhrr/dt)) (32)
wobei hfl, hfr, hrl und hrr den Hub der Radaufhängung am
linken Vorderrad, am rechten Vorderrad, am linken Hinterrad
und am rechten Hinterrad darstellen und (dhfl/dt),
(dhfr/dt), (dhrl/dt) und (dhrr/dt) differenzierte Werte
(Geschwindigkeiten) hiervon sind. Wenn diese Beziehungen
in die vorhergehende Gleichung (31) eingesetzt werden,
ergibt sich für die Ableitung der einzelnen Komponenten
der linearen Geschwindigkeitsvektoren VTfl, VTfr, VTrl und
VTrr die folgende Gruppe von Gleichungen:
Linkes Vorderrad:
VTfl = (VTxfl, VTyfl, VTzfl)
VTxfl = VGx + [ωs2 (zTfl - hfl) - ωs3yTfl]
VTyfl = VGy + [ωs3xTfl - ωs1 (zTfl - hfl)]
VTzfl = VGz + [ωs1yTfl - ωs2xTfl] - (dhfl/dt)
VTfl = (VTxfl, VTyfl, VTzfl)
VTxfl = VGx + [ωs2 (zTfl - hfl) - ωs3yTfl]
VTyfl = VGy + [ωs3xTfl - ωs1 (zTfl - hfl)]
VTzfl = VGz + [ωs1yTfl - ωs2xTfl] - (dhfl/dt)
Rechtes Vorderrad:
VTfr = (VTxfr, VTyfr, VTzfr)
VTxfr = VGx + [ωs2 (zTfr - hfr) - ωs3yTfr]
VTyfr = VGy + [ωs3xTfr - ωs1 (zTfr - hfr)]
VTzfr = VGz + [ωs1yTfr - ωs2xTfr] - (dhfr/dt)
VTfr = (VTxfr, VTyfr, VTzfr)
VTxfr = VGx + [ωs2 (zTfr - hfr) - ωs3yTfr]
VTyfr = VGy + [ωs3xTfr - ωs1 (zTfr - hfr)]
VTzfr = VGz + [ωs1yTfr - ωs2xTfr] - (dhfr/dt)
Linkes Hinterrad:
VTrl = (VTxrl, VTyrl, VTzrl)
VTxrl = VGx + [ωs2 (zTrl - hrl) - ωs3yTrl]
VTyrl = VGy + [ωs3xTrl - ωs1 (zTrl - hrl)]
VTzrl = VGz + [ωs1yTrl - ωs2xTrl] - (dhrl/dt)
VTrl = (VTxrl, VTyrl, VTzrl)
VTxrl = VGx + [ωs2 (zTrl - hrl) - ωs3yTrl]
VTyrl = VGy + [ωs3xTrl - ωs1 (zTrl - hrl)]
VTzrl = VGz + [ωs1yTrl - ωs2xTrl] - (dhrl/dt)
Rechtes Hinterrad:
VTrr = (VTxrr, VTyrr, VTzrr)
VTxrr = VGx + [ωs2 (zTrr - hrr) - ωs3yTrr]
VTyrr = VGy + [ωs3xTrr - ωs1 (zTrr - hrr)]
VTzrr = VGz + [ωs1yTrr - ωs2xTrr] - (dhrr/dt) (33)
VTrr = (VTxrr, VTyrr, VTzrr)
VTxrr = VGx + [ωs2 (zTrr - hrr) - ωs3yTrr]
VTyrr = VGy + [ωs3xTrr - ωs1 (zTrr - hrr)]
VTzrr = VGz + [ωs1yTrr - ωs2xTrr] - (dhrr/dt) (33)
Wenn dann die Neigung des Fahrzeugs relativ zur Fahrbahn
verhältnismäßig gering ist, kann der Querschubwinkel an
den jeweiligen Rädern unter Verwendung der linearen Geschwindigkeitskomponenten
in x-Richtung und in y-Richtung
und der tatsächlichen Lenkwinkel λf und λr an den Vorder-
und Hinterrädern durch die folgende Gleichung ausgedrückt
werden:
wobei in dem Fall, in dem das Fahrzeug nur ein Vorderrad-
Lenksystem besitzt, λr stets den Wert "0" besitzt.
Nun wird unter erneutem Bezug auf Fig. 20 der Algorithmus
für die Vorhersage der Querschubwinkel an den jeweiligen
Rädern beschrieben. Zunächst werden zu einem bestimmten
Zeitpunkt die gemessenen Werte des Sensors 85 der Bewegung
in sechs Freiheitsgraden, der Lenkwinkelsensoren 50f
und 50r, der Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren 51fr, 51fl,
51rr und 51rl mittels des A/D-Umsetzers 47 (siehe Fig.
10) in digitale Signale umgewandelt und über die E/A-Einheit
48b in den Mikrocomputer eingegeben, nachdem sie im
Puffer 61 temporär gespeichert wurden (Schritt 201).
Hierbei werden die Ausgaben hfl, hfr, hrl und hrr an eine
Differenzierschaltung 60 einer Analogschaltung geliefert,
um Ausgaben zu erzeugen, die zu den differenzierten Werten
(dhfl/dt), (dhfr/dt), (dhrl/dt) und (dhrr/dt) proportional
sind. Diese Ausgaben der Differenzierschaltung 60
werden nach einer Umsetzung in digitale Form ebenfalls in
den Mikrocomputer eingegeben. Dann wird der gemessene
Wert des Sensors 85 für die Bewegung in sechs Freiheitsgraden
aus dem Puffer 61 ausgelesen. Anschließend wird
eine ähnliche Prozedur wie in den Rechnungen der Fig. 11
bis 15 ausgeführt, um die linearen Geschwindigkeiten
(VGx, VGy, VGz) und die Winkelgeschwindigkeiten (ωs1, ωs2,
ωs3) im Schwerpunkt des Fahrzeugs abzuleiten (Schritt
202). Dann lädt der Mikrocomputer 48 die im voraus gespeicherten
Koordinatenwerte (xTfl, yTfl, zTfl), (xTfr,
yTfr, zTfr), (xTrl, yTrl, zTrl) und (xTrr, yTrr, zTrr) aus
dem ROM 48c, die gemessenen Werte der Fahrzeughöhensensoren
51fr, 51fl, 51rr und 51rl und die differenzierten
Werte (dhfl/dt), (dhfr/dt), (dhrl/dt) und (dhrr/dt) aus
dem Puffer 61 und ferner die linearen Geschwindigkeiten
(VGx, VGy, VGz) und die Winkelgeschwindigkeiten (ωs1, ωs2,
ωs3) aus dem RAM 48d in dieser Reihenfolge, um ein Rechenprogramm
gemäß Gleichung (33) auszuführen, um die linearen
Geschwindigkeiten (VTxfl, VTyfl, V Tzfl), (VTxfr,
VTyfr, VTzfr), (VTxrl, VTyrl, VTzrl) und (VTxrr, VTyrr, VTzrr)
abzuleiten. Die Ergebnisse dieser Rechnungen werden in
einem ausgewählten Bereich im RAM 48d gespeichert
(Schritt 203). Schließlich werden die gemessenen Werte λf
und λr aus dem Puffer 61 geladen, während die Rechenergebnisse
des Schrittes 202 aus dem RAM 48d in die CPU 48a
geladen werden, um ein Rechenprogramm gemäß den Gleichungen
(34) auszuführen, um die Querschubwinkel βfl, βfr, βrl
und βrr abzuleiten und anschließend in einem ausgewählten
Bereich im RAM 48d zu speichern. Danach ist ein Rechenzyklus
beendet.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 21 der Prozeß für die Vorhersage
des Radschlupfs an jedem Rad von Zeit zu Zeit unter
Verwendung der Radgeschwindigkeitssensoren 73a, 73b, 73c
und 73d zusätzlich zum Sensor 85 für die Bewegung in
sechs Freiheitsgraden, zu den Lenkwinkelsensoren 50f und
50r und den Fahrzeughöhensensoren 51fr, 51fl, 51rl und
51rr beschrieben. Im allgemeinen ist der Radschlupf gegeben
als Verhältnis der linearen Geschwindigkeit des Rades
in Fahrtrichtung zur linearen Geschwindigkeit der Fahrzeugkarosserie,
die durch UT=rT · ωT gegeben ist, wobei
angenommen wird, daß der Radius des Rades durch rT und
die Rotationsgeschwindigkeit durch ωT gegeben sind. Ähnlich
wie oben werden die einzelnen Räder durch die angehängten
Indizes unterschieden. Somit wird der Radschlupf
SLfl, SLfr, SLrl und SLrr aus den Radgeschwindigkeiten
UTfl, UTfr, UTrl bzw. UTrr, die die linearen Geschwindigkeiten
in Fahrtrichtung darstellen, und aus den tatsächlichen
linearen Geschwindigkeiten der Fahrzeugkarosserie
VTfl, VTfr, VTrl bzw. VTrr gemäß den folgenden Gleichungen
abgeleitet:
SLf1 = 1 - (UTfl/VTfl)
SLfr = 1 - (UTfr/VTfr)
SLr1 = 1 - (UTrl/VTrl)
SLrr = 1 - (UTrr/VTrr) (35)
Hierbei können die tatsächlichen linearen Geschwindigkeiten
der Fahrzeugkarosserie VTfl, VTfr, VTrl bzw. VTrr durch
die xy-Komponenten der aus Gleichung (33) abgeleiteten
Werte (VTxfl, VTyfl, VTzfl), (VTxfr, VTyfr, VTzfr), (VTxrl,
VTyrl, VTzrl) und (VTxrr, VTyrr, VTzrr) und durch die Lenkwinkel
λf und λr der Vorder- und Hinterräder durch die
folgende Gleichung ausgedrückt werden:
VTfl = VTxfl cos λf + VTyfl sin λf
VTfr = VTxfr cos λf + VTyfr sin λf
VTrl = VTxrl cos λr + VTyrl sin λr
VTrr = VTxrr cos λr + VTyrr sin λr (36)
Nun wird unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 21 der Algorithmus
für die Vorhersage des Radschlupfs an jedem Rad
beschrieben. Zunächst werden die gemessenen Werte der
obenerwähnten Sensoren einschließlich des Sensors 85 für
die Bewegung in sechs Freiheitsgraden mittels des A/D-Umsetzers
47 in digitale Signale umgewandelt und in die
E/A-Einheit 48b des Mikrocomputers eingegeben, um sie im
Puffer 61 temporär zu speichern (Schritt 211). Dann werden
in einer Prozedur, die den Schritten 112 und 113 in
den obigen Figuren ähnlich ist, auf der Grundlage der gemessenen
Werte des Sensors 85 für die Bewegung in sechs
Freiheitsgraden die linearen Geschwindigkeiten (VTxfl,
VTyfl, VTzfl), (VTxfr, VTyfr, VTzfr), (VTxrl, VTyrl, VTzrl)
und (VTxrr, VTyrr, VTzrr) der jeweiligen Räder abgeleitet
(Schritt 212). Dann wird unter Verwendung der tatsächlichen
Lenkwinkel λf und λr der Vorder- und der Hinterräder
von den Lenkwinkelsensoren 50f und 50r ein Rechenprogramm
gemäß Gleichung (36) ausgeführt, um die linearen Geschwindigkeiten
VTfl, VTfr, VTrl und VTrr abzuleiten und im
RAM 48d zu speichern. Schließlich werden aus dem Puffer
61 die gemessenen Werte ωTfl, ωTfr, ωTrl und ωTrr der Radgeschwindigkeitssensoren
73a, 73b, 73c und 73d erhalten,
außerdem werden die Daten des Radius rT des Rades aus dem
RAM 48d geladen; mittels dieser Werte werden die transformierten
Werte der linearen Geschwindigkeit UTfl, UTfr,
UTrl und UTrr der Radgeschwindigkeiten berechnet. Danach
werden erneut die linearen Geschwindigkeiten VTfl, VTfr,
VTrl und VTrr geladen, um ein Rechenprogramm gemäß Gleichung
(35) auszuführen, um so den Radschlupf SLfl, SLfr,
SLrl bzw. SLrr abzuleiten und die sich ergebenden Werte im
RAM 48d zu speichern. Danach ist der Rechenzyklus beendet
(Schritt 215).
In Fig. 22 ist ein Prozeß für die Vorhersage des Abstandes
und der Richtung, in die das Fahrzeug fährt, dargestellt,
wobei die Werte des Sensors 85 für die Bewegung
in sechs Freiheitsgraden und der Peilsensor 52 verwendet
werden. Gemäß dem in den Fig. 11 bis 15 gezeigten Algorithmus
können die linearen Geschwindigkeiten (VOx, VOy,
VOz) im Bezugssystem XYZ auf der Grundlage der gemessenen
Werte des Sensors 85 für die Bewegung in sechs Freiheitsgraden
abgeleitet werden. Ähnlich zu dem oben beschriebenen
Prozeß können unter Verwendung der Dauer Δt eines
Rechenzyklus des Mikrocomputers die zurückgelegten Entfernungen
(LOx, LOy, LOz) abgeleitet werden, indem die linearen
Geschwindigkeiten (VOx, VOy, VOz) vom Anfangszeitpunkt
T=0 aufwärts integriert werden, was durch die
folgenden Gleichungen ausgedrückt werden kann:
LOx = FLOx + VOxΔt
LOy = FLOy + VOyΔt
LOz = FLOz + VOzΔt (37)
wobei (FLOx, FLOy, FLOz) die im vorhergehenden Rechenzyklus
berechneten Werte der zurückgelegten Entfernungen
sind, wobei diese Werte zum Zeitpunkt T=0 auf den Wert
"0" gesetzt worden sind. Wenn hierbei die Z-Achse des Bezugssystems
XYZ in Richtung zum Erdmittelpunkt orientiert
ist und wenn die zum Pol des Erdmagnetfeldes zeigende
Pfeilrichtung, die vom Peilsensor 52 erfaßt wird, in der
ZX-Ebene liegt, können die zurückgelegte Entfernung in
sämtlichen Richtungen und die Veränderung der Höhe zwischen
der gesetzten Zeit und einer gewünschten Zeit von
Zeit zu Zeit berechnet werden.
Die vorliegende Erfindung ist oben im einzelnen beschrieben
worden. Obwohl die vorliegende Erfindung darauf abzielt,
das Verhalten des Fahrzeugs vorherzusagen, ist die
Erfindung nicht auf den Algorithmus für die Vorhersage
des Fahrzeugverhaltens unter Verwendung der von den Beschleunigungssensoren
gemessenen Werte beschränkt. Außerdem
ist die vorliegende Erfindung auf jeglichen bewegten
Körper wie etwa ein Schiff, einen Zug, ein Flugzeug und
dergleichen anwendbar.
Wie oben erwähnt, werden in einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung für jede Achsenrichtung
wenigstens zwei Beschleunigungssensoren und daher
insgesamt sechs Beschleunigungssensoren in dem den bewegten
Körper darstellenden Fahrzeug verwendet, um die Beschleunigungen
in Längsrichtung, in Querrichtung und in
vertikaler Richtung des Fahrzeugs zu messen. Damit kann
der Mikrocomputer das Fahrzeugverhalten, d. h. die linearen
Geschwindigkeiten (Längsbewegung, Querbewegung und
vertikale Bewegung), die Winkelbeschleunigung um eine zufällig
gesetzte Koordinatenachse und die Winkelgeschwindigkeit
(Rollbewegung, Nickbewegung und Gierbewegung)
mittels der in internen Softwareprozessen des Mikrocomputers
erstellten Modellgleichungen rechnerisch bestimmen.
Ferner können durch die zusätzliche Bereitstellung
der Radgeschwindigkeitssensoren, der Fahrzeughöhensensoren,
der Lenkwinkelsensoren und des Peilsensors wichtige
Größen für das Fahrzeugverhalten wie etwa der Querschubwinkel,
der Radschlupf und dergleichen in Realzeit vorhergesagt
werden. Daher kann durch die Verwendung eines
Systems für die Erfassung des Fahrzeugverhaltens, das die
Software enthält, mit der das erfindungsgemäße Fahrzeugverhalten-
Vorhersageverfahren verwirklicht wird, als Untersystem
und durch die Kombination dieses Untersystems
mit dem aktiven Steuersystem der oberen Stufe, das etwa
ein Antiblockiersystem, eine Traktionssteuerung, eine
Vierradantriebssteuerung, eine Vierradlenkungssteuerung,
eine aktive Radaufhängungssteuerung und dergleichen als
Teile enthält, ein genaueres Fahrzeugsteuersystem aufgebaut
werden.
Ferner kann durch eine Kombination mit dem Peilsensor ein
System aufgebaut werden, mit dem die zurückgelegte Entfernung
des Fahrzeugs und/oder die Höhenänderung gemessen
werden können und das mit dem System höherer Stufe wie
etwa einem Navigationssystem, einem Verkehrsinformations-
Kommunikationssystem und dergleichen verbunden werden
kann, so daß es möglich ist, ein qualitativ hochwertiges
Fahrunterstützungssystem aufzubauen, mit dem eine Verkehrsleitfunktion
des Fahrzeugs ausgeführt werden kann.
Nun wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuersystems
für das Fahrzeugverhalten beschrieben, mit dem
die dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst
wird. Die gezeigte Ausführungsform des Steuersystems
spricht auf Fahrzeugzustände jenseits der normalen Steuerungskriterien
wie etwa einem Schleudervorgang, einem
Rutschvorgang, einem Untersteuern und dergleichen an, um
entsprechend einem Standardmodell-Ansprechverhalten eine
Steuerung auzuführen, die derjenigen eines geübten Fahrers
äquivalent ist, so daß der Fahrzustand in die Kriterien
aufgenommen werden kann.
In Fig. 23 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Steuersysems für das Fahrzeugverhalten
gezeigt. In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen
231 eine Einrichtung für die Erfassung der Betriebsgrößen
für die Steuerung des Lenksystems, des Motors, der
Kraftübertragung und des Radaufhängungssystems des Kraftfahrzeugs
1. Das Bezugszeichen 232 bezeichnet eine Einrichtung
für die Erfassung einer Steuergröße einer Antriebseinrichtung
(Betätigungselement) zur Steuerung des
Lenksystems, des Motors, der Kraftübertragung und des
Radaufhängungssystems des Kraftfahrzeugs 1. Das Bezugszeichen
233 bezeichnet eine Einrichtung für die Erfassung
der Größen, die mit dem Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs
1 in den drei Raumrichtungen verbunden sind. Das Bezugszeichen
234 bezeichnet ein Standardmodell, das für ein
Standardfahrzeug mit einer Referenz-Ansprechcharakteristik
erstellt worden ist. Das Bezugszeichen 235 bezeichnet
ein Fahrzeugverhalten-Vorhersagemodell, das durch die
modellierte Ansprechcharakteristik des tatsächlich zu
steuernden Fahrzeugs aufgestellt wird. Das Bezugszeichen
236 bezeichnet eine Vergleichseinrichtung für den Vergleich
des Wertes derjenigen Größe, die dem unter Verwendung
des Standardmodells 234 vorhergesagten Fahrzeugverhalten
zugeordnet ist, mit dem Wert der unter Verwendung
des Fahrzeugverhalten-Vorhersagemodells vorhergesagten
Größe, um eine Differenz der Vorhersagewerte zu erfassen.
Das Bezugszeichen 237 bezeichnet eine Vergleichseinrichtung
für den Vergleich der Ausgabe der Einrichtung 233
für die Erfassung der dem Fahrzeugverhalten zugeordneten
Größe mit dem Vorhersagewert des Standardmodells 234, um
eine Differenz zwischen diesen Werten zu erfassen. Das
Bezugszeichen 238 bezeichnet eine Steuereinheit, die die
Vergleichsergebnisse der Vergleichseinrichtungen 236 und
237 empfängt und auf eine Differenz zwischen dem Vorhersagewert
des Standardmodells 234 und dem Vorhersagewert
des Fahrzeugverhalten-Vorhersagemodells 237 anspricht, um
zu beurteilen, ob der Fahrzustand jeweils den normalen
Steuerungskriterien genügt, um so die Steuergröße der Antriebseinrichtung
einzustellen, um die Differenz zwischen
dem Vorhersagewert des Standardmodells und dem Wert, der
die dem tatsächlichen Fahrzeugverhalten zugeordnete Größe
darstellt, zu verringern.
Das Standardmodell 234 und das Fahrzeugverhalten-Vorhersagemodell
235 verwenden beide die erfaßten Betriebsgrößen,
die Steuergrößen und die mit dem Fahrzeugverhalten
verbundenen Größen als Eingaben. Das Standardmodell 234
ist eine Art von Simulationsmodell des Fahrzeugs mit einer
Betriebscharakteristik und einer Ansprechcharakteristik,
die einer bestimmten Bedienung durch einen geübten
Fahrer entspricht. Das Standardmodell 234 wird im voraus
im Speicher gespeichert. Das Standardmodell ist nicht
notwendig auf ein einziges Modell beschränkt, sondern
kann in einer Mehrzahl vorliegen, so daß der Fahrer das
gewünschte Modell wählen kann. Das Fahrzeugverhalten-Vorhersagemodell
235 ist ebenfalls ein Simulationsmodell,
das durch eine im voraus ausgeführte Messung der Ansprechcharakteristik
für die Steuerung des tatsächlich zu
steuernden Fahrzeugs aufgestellt wird. Das Fahrzeugverhalten-
Vorhersagemodell 235 wird ebenfalls im Speicher
gespeichert.
Die Einrichtung für die Erfassung der Betriebsgrößen kann
den Lenkwinkel eines Lenkrades, den Bremsdruck, den Drosselklappenöffnungswinkel
des Motors und die Schaltposition
der Kraftübertragung erfassen.
Die Antriebseinrichtung kann eine Lenkwinkel-Steuereinrichtung
81, eine Hydraulikbremsdruck-Steuereinrichtung
83, eine Drosselklappenöffnungswinkel-Steuereinrichtung
82, eine Kraftübertragungs-Steuereinrichtung 84, eine
Differentialgetriebe-Steuereinrichtung und dergleichen
enthalten.
Die Einrichtung 233 für die Erfassung der mit dem Fahrzeugverhalten
verbundenen Größe enthält den Sensor 85 für
die Bewegung in sechs Freiheitsgraden und kann die Veränderungsrate
der Fahrzeuglängsbeschleunigung, die Fahrzeuglängsbeschleunigung
und die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit,
die Veränderungsrate der Querbeschleunigung, die
Querbeschleunigung und die Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs,
die Veränderungsrate der vertikalen Beschleunigung,
die vertikale Beschleunigung und die vertikale Geschwindigkeit
des Fahrzeugs, die Veränderungsrate der
Winkelbeschleunigung, die Winkelbeschleunigung, die Winkelgeschwindigkeit
und den Winkel der Rollbewegung des
Fahrzeugs, die Veränderungsrate der Winkelbeschleunigung,
die Winkelbeschleunigung, die Winkelgeschwindigkeit und
den Winkel der Nickbewegung des Fahrzeugs, die Veränderungsrate
der Winkelbeschleunigung, die Winkelbeschleunigung,
die Winkelgeschwindigkeit und den Winkel der Gierbewegung
des Fahrzeugs und dergleichen erfassen.
Im folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung beschrieben, die in einem Fahrzeug verwendet
wird, bei dem die beiden Vorderräder gelenkt werden, das
einen Frontmotor und einen Heckantrieb mit einer entsprechenden,
eventuell automatischen Kraftübertragung besitzt.
Da der Grundaufbau ähnlich demjenigen von Fig. 2
ist, werden die in Fig. 2 dargestellten Abschnitte nicht
erneut beschrieben.
In Fig. 24 ist der Aufbau des Lenkwinkel-Steuerabschnitts
81 gezeigt. Der Lenkwinkel-Steuerabschnitt 81 umfaßt
einen Kodierer 311 für den tatsächlichen Lenkwinkel, um
den tatsächlichen Lenkwinkel zu erfassen, ein Getriebe
312 für die Verringerung der Umdrehung eines Lenkmotors,
eine Mehrscheiben-Flüssigkeitskupplung 314, ein Getriebe
für die Verringerung der Umdrehung eines Lenkgefühl-Korrekturmotors
315, einen Dekodierer 317 für den Lenkbetätigungswinkel,
um den vom Fahrer eingestellten Lenkwinkel
zu erfassen, einen Steuerabschnitt 318 für den tatsächlichen
Lenkwinkel und einen Lenkgefühl-Korrekturabschnitt
319. Nun wird die Funktion des Lenkwinkel-Steuerabschnittes
81 beschrieben. Wenn der Fahrer mittels eines Lenkrades
78 einen Lenkvorgang ausführt, wird die Betriebsgröße
des Lenkrades vom Dekodierer 317 für den Lenkwinkel erfaßt
und in eine Steuereinheit 300 eingegeben. Die
Steuereinheit 300 kombiniert die Lenkwinkel-Betriebsgröße
mit verschiedenen Informationen, um einen Lenkwinkelbefehl
für den Steuerabschnitt 318 des tatsächlichen Lenkwinkels
auszugeben. Der Lenkmotor 313 ist etwa von der
Bauart eines Servomotors, der einen Elektromotor umfaßt
und so arbeitet, daß er den erfaßten Wert des Dekodierers
des tatsächlichen Lenkwinkels auf den Lenkwinkelbefehl
der Steuereinheit 300 einstellt. Der Lenkmechanismus 75
umfaßt ein Zahnstangengetriebe, mit dem der Spurwinkel
der steuerbaren Vorderräder durch die Drehung einer Lenksäule
geändert werden kann. Der Steuerabschnitt 318 für
den tatsächlichen Lenkwinkel umfaßt einen Leistungstransistor
1181 für die Steuerung des Stroms und einen Sensor
1182 für die Erfassung des tatsächlichen Lenkstroms. Im
allgemeinen ist das Ausgangsdrehmoment des Motors
(Elektromotor) proportional zum Eingangsstrom. Hierbei
kann durch die Erfassung des von einer Batterie 320 in
den Lenkmotor 313 eingegebenen Stroms durch den Sensor
1182 für den tatsächlichen Lenkstrom das notwendige Drehmoment
für die Einstellung des tatsächlichen Lenkwinkels,
derart, daß dieser mit dem Lenkbefehl übereinstimmt -
d. h. die Reaktionskraft auf der Straßenoberfläche - erfaßt
wird. Die Steuereinheit 300 führt mittels des Lenkgefühl-
Korrekturabschnittes 319 über das Lenkrad 78 eine
Rückkopplung des Lenkgefühls für den Fahrer aus, indem
der Lenkgefühl-Korrekturabschnitt 315 in Abhängigkeit von der
erfaßten Reaktionskraft von der Straßenoberfläche betätigt
wird. Andererseits umfaßt der Lenkwinkel-Steuerabschnitt
81 eine Mehrscheiben-Flüssigkeitskupplung 314.
Die Kupplung spricht auf den Ausfall der jeweiligen Motoren
an, um eine direkte Verbindung zwischen der Lenksäule
und dem Lenkmechanismus 75 herzustellen, um so eine manuelle
Betätigung des Lenkmechanismus direkt über das
Lenkrad 78 zu ermöglichen. Angesichts dieser Tatsache
müssen die Übersetzungsverhältnisse der Getriebe 312 und
316 so gewählt werden, daß sie dem Fahrer eine manuelle
Ausführung der Lenkoperation ermöglichen, ohne daß eine
zu große Hilfskraft erforderlich ist.
In Fig. 25 ist der Drosselklappenöffnungswinkel-Steuerabschnitt
82 gezeigt. In Fig. 26 ist der in dem Aufbau von
Fig. 25 verwendete Differentialmechanismus gezeigt. Ein
mit dem Gaspedal 79 verbundener Draht 420 ist wie in Fig.
26 gezeigt am Differentialmechanismus 422 befestigt. Wenn
das Gaspedal 79 niedergedrückt wird und wenn der Servomotor
422 im Ruhezustand ist, dreht sich die Drosselklappe
421 zusammen mit dem Differentialmechanismus 422, um eine
Bewegung ähnlich wie in einem normalen Drosselklappenaufbau
auszuführen. Der Drosselklappenöffnungswinkel wird
mittels eines Drosselklappenpositions-Sensors 423 erfaßt
und in die Steuereinheit 300 eingegeben. Nun wird der
Fall beschrieben, in dem der Servomotor 424 mit einer
Drehung beginnt. Wenn das Gaspedal 79 in einer konstanten
Stellung verbleibt und der Servomotor 424 entgegen dem
Uhrzeigersinn angetrieben wird, wird die Drosselklappe
421 vom eine Mehrzahl von Kegelrädern umfassenden Differentialmechanismus
angetrieben, um sich in Richtung des
Uhrzeigersinns (entgegen der Motorantriebsrichtung) zu
drehen. Wenn andererseits der Servomotor 424 im Uhrzeigersinn
angetrieben wird, wird die Drosselklappe 421 entgegen
dem Uhrzeigersinn gedreht. Folglich kann der Drosselklappenöffnungswinkel
unabhängig von der Betätigung
des Gaspedals durch den Fahrer gesteuert werden. Die
Steuereinheit 300 kombiniert den vom Drosselklappenpositions-
Sensor 423 erfaßten Drosselklappenöffnungswinkel
mit verschiedenen Informationen, um mittels des Servomotors
424 eine direkte Steuerung des Drosselklappenöffnungswinkels
auszuführen. Wenn der Servomotor andererseits
ausfällt, kann ein normaler Fahrbetrieb aufrechterhalten
werden, da die Drosselklappe 421 durch das Gaspedal
79 betätigt werden kann.
In Fig. 27 ist ein Hydraulikbremsdruck-Steuerabschnitt 83
für ein einzelnes Rad gezeigt. Der Hydraulikbremsdruck-
Steuerabschnitt 83 umfaßt ein Bremspedal 80, einen mit
einem Gelenkmechanismus gekoppelten Servomotor 432, einen
Hauptbremszylinder 433, einen Hauptbremszylinder-Drucksensor
434, ein Bremsdruck-Steuerventil 435 und einen
Radbremsdruck-Sensor 436. Der Gelenkmechanismus 431 ist
so aufgebaut, daß er die Übertragung des Eingangswertes
vom Bremspedal und vom Servomotor 432 an den Hauptbremszylinder,
nicht jedoch die Eingangsgröße vom Servomotor
432 an das Bremspedal überträgt. Die Steuereinheit 300
macht auf der Grundlage der Ausgabe vom Hauptbremszylinder-
Drucksensor 434 eine Vorhersage für das vom Fahrer
geforderte Ausmaß der Verzögerung. Obwohl die gezeigte
Ausführungsform so aufgebaut ist, daß der Beschleunigungsbefehl
über den durch ein Niederdrücken des Bremspedals
durch den Fahrer im Hauptbremszylinder erzeugten
Hydraulikdruck vorhergesagt wird, ist es auch möglich,
das geforderte Ausmaß der Verzögerung durch die Schaffung
eines Bremspedals-Positionssensors für das Premspedal und
durch die Erfassung der Verschiebung des Bremspedals vorherzusagen.
In der Steuereinheit 300 wird ein Vielzahl
von Informationen mit dem Verzögerungsbefehl des Fahrers
kombiniert, um den notwendigen Bremsdruck-Steuerbefehl
für die Erzeugung des vorhergesagten Ausmaßes der Verzögerung
herzuleiten. Der Bremsdruck-Steuerbefehl wird unabhängig
für jedes Rad hergeleitet. Dann steuert die
Steuereinheit 300 den Bremsdruck an jedem Rad so, daß der
vom Radbremsdruck-Sensor erfaßte Bremsdruck diesem Befehl
folgt. Selbst wenn der Fahrer das Bremspedal nicht niederdrückt
und die Seuereinheit 300 feststellt, daß in
einer Situation, in der das Fahrzeug mit zu hoher Geschwindigkeit
in eine Kurve eintritt, eine Bremskraft erforderlich
ist, wird der Servomotor 32 betätigt, um über
den Gelenkmechanismus an den Hauptbremszylinder 432 eine
Betätigungskraft zu übertragen, um das Fahrzeug in einen
Zustand zu versetzen, der zu demjenigen Zustand äquivalent
ist, in dem der Fahrer das Bremspedal 80 niederdrückt.
In Fig. 28 ist der Sensor 85 für die Bewegung in sechs
Freiheitsgraden genauer gezeigt. Dieser Sensor 85 für die
Bewegung in sechs Freiheitsgraden besitzt einen Aufbau,
der dem in den Fig. 4 bis 6 beschriebenen Aufbau ähnlich
ist und sechs Beschleunigungssensoren 21 bis 26 umfaßt,
die wie in Fig. 4 gezeigt in einem bezüglich des Fahrzeugs
festen Koordinatensystem so angeordnet sind, daß
die x-Achse in Längsrichtung, die y-Achse in Querrichtung
und die z-Achse in vertikaler Richtung angeordnet sind.
Ferner umfaßt der Sensor 85 einen Multiplizierer 452,
eine Wandlerschaltung 453, zweistufige Integrationsschaltungen
454 und 455 und eine Differenzierschaltung 456.
Wie allgemein bekannt, umfassen die Freiheitsgrade der
Fahrzeugbewegung zusätzlich zu der linearen Bewegung in
x-Richtung, y-Richtung und z-Richtung die Drehbewegung um
die x-Achse (Rollbewegung), die Drehbewegung um die y-
Achse (Nickbewegung) und die Drehbewegung um die z-Achse
(Gierbewegung). Diese Bewegung treten gleichzeitig auf
und ergeben ein zusammengesetztes Fahrzeugverhalten. Daher
enthält die von den Beschleunigungssensoren praktisch
gemessene Information alle Bewegungskomponenten in den
sechs Freiheitsgraden. Wenn also die Beschleunigung und
die Geschwindigkeit in x-Richtung mit ax und vx, die Beschleunigung
und die Geschwindigkeit in y-Richtung mit ay
bzw. vy und die Beschleunigung und die Geschwindigkeit in
z-Richtung mit az bzw. vz, die Winkelbeschleunigung und
die Winkelgeschwindigkeit um die x-Achse (Rollbewegung)
mit αx bzw. ωx, die Winkelbeschleunigung und die Winkelgeschwindigkeit
um die y-Achse (Nickbewegung) mit αy bzw.
ωy und die Winkelbeschleunigung und die Winkelgeschwindigkeit
um die z-Achse mit αz bzw. ωz und die von den
sechs Beschleunigungssensoren 21 bis 26 erfaßten Werte
mit Ga, Gb, Gc, Gd, Ge und Gf bezeichnet werden, kann zwischen
der Beschleunigung ax in x-Richtung und der Winkelbeschleunigung
ay um die y-Achse (Nickbewegung) folgende
Beziehung aufgestellt werden:
Bei dem gezeigten Aufbau des Sensors 85 für die Bewegung
in sechs Freiheitsgraden wird die obenerwähnte Berechnung
durch den Multiplizierer 452, die Wandlerschaltung 453
und die Integrationsschaltung 454 ermöglicht. Die Ausgabe
der Integrationsschaltung 454 stellt die Geschwindigkeits-
und die Winkelgeschwindigkeitsinformation dar.
Andererseits stellt die Ausgabe der Integrationsschaltung
455 die Positionsinformation dar. Die Ausgabe der Differenzierschaltung
456 stellt die Information bezüglich der
Veränderungsrate der Beschleunigung dar. Diese Informationen
werden in die Steuereinheit 300 eingegeben. Die
Steuereinheit 300 verwendet diese Informationen dazu, den
Zustand des Fahrzeugverhaltens zu erfassen, um durch die
Lösung bestimmter Bewegungsgleichungen für das spezielle
Fahrzeug ein zukünftiges Fahrzeugverhalten vorherzusagen,
indem es den erfaßten Zustand des Fahrzeugverhaltens mit
der Fahrbetriebsinformation wie etwa dem vom Fahrer eingestellten
Lenkwinkel, dem Drosselklappenöffnungswinkel,
dem Hydraulikbremsdruck und dergleichen kombiniert. Außerdem
kann die Steuereinheit 300 durch die Lösung bestimmter
Bewegungsgleichungen des Soll-Fahrzeugs
(Standardfahrzeug) das Verhalten des Standardfahrzeugs
vorhersagen, um so der Steuerung für ein solches Fahrzeug
zu folgen.
In Fig. 29 ist die Bahn und der Lenkwinkel eines Fahrzeugs
gezeigt, das mit zu hoher Geschwindigkeit eine Kurvenfahrt
ausführt, wodurch eine schnelle Veränderung des
Fahrzeugverhaltens und daher ein Schleudern verursacht
wird. In Fig. 30 ist die Bahn und der Lenkwinkel des
Fahrzeugs gezeigt, das um dieselbe Kurve wie in Fig. 29
mit hoher Geschwindigkeit fährt, wobei einerseits eine
schnelle Veränderung des Fahrzeugverhaltens verursacht
wird, andererseits jedoch ein Schleudern durch Gegensteuern
verhindert wird. In den Fig. 29 und 30 sind die Zustände
(a) und (b) miteinander identisch. In Fig. 31 ist
das dynamische Gleichgewicht im zweidimensionalen Raum
dargestellt, wenn das Fahrzeug eine Kurvenfahrt ohne
seitliches Rutschen ausführt, während in Fig. 32 das dynamische
Gleichgewicht im zweidimensionalen Raum dargestellt
ist, wenn das Fahrzeug eine Kurvenfahrt mit seitlichem
Rutschen ausführt; in Fig. 33 ist ein dynamisches
Gleichgewicht im zweidimensionalen Raum dargestellt, wenn
in dem eine Kurvenfahrt ausführenden Fahrzeug gegengesteuert
wird.
Auf das Fahrzeug 1 wirken die Seitenführungskräfte Cfl,
Cfr, Crl und Crr, die am linken und am rechten Vorderrad
bzw. am linken und am rechten Hinterrad entstehen, die
Antriebskräfte Farl und Farr, die auf das linke und das
rechte Hinterrad wirken und entsprechend der Vergrößerung
des Drosselklappenöffnungswinkels zunehmen und die Bremskräfte
Fbfl, Fbfr, Fbrl und Fbrr, die auf die linken und
rechten Vorderräder bzw. auf die linken und rechten Hinterräder
wirken. Mit diesen Kräften wird zwischen der linearen
Bewegung in y-Richtung und der Drehbewegung um die
z-Achse ein Ausgleich hergestellt. Wenn angenommen wird,
daß das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit V um die
Kurve fährt, das Fahrzeuggewicht durch m, das Trägheitsmoment
um den Schwerpunkt durch I, die effektive Länge
vom Schwerpunkt des Fahrzeugs zu den Vorderrädern durch
lf, die effektive Länge vom Schwerpunkt des Fahrzeugs zu
den Hinterrädern durch lr, die Vorderrad-Spurweite durch
lft, die Hinterrad-Spurweite durch lrt, der Querschubwinkel
im Schwerpunkt des Fahrzeugs durch β (=Vy/Vx) und
der Lenkwinkel durch δ gegeben sind, kann die Bewegung in
diesem Zustand folgendermaßen ausgedrückt werden:
Die Seitenführungskraft wird durch den Querschubwinkel in
bezug auf die Fahrtrichtung (Richtung der Geschwindigkeit
V) des Fahrzeugs bestimmt. An den Vorderrädern werden die
Kurvenkräfte vom Fahrer durch den Lenkwinkel eingestellt.
Unter der Annahme, daß die Kurvenkräfte auf das linke und
das rechte Vorderrad durch Kfl bzw. Kfr und die Kurvenkräfte
auf das linke und das rechte Hinterrad durch Krl
bzw. Krr gegeben sind, können die entsprechenden Seitenführungskräfte
folgendermaßen ausgedrückt werden:
wobei βfl, βfr, βrl und βrr die Querschubwinkel am linken
bzw. am rechten Vorderrad und am linken bzw. am rechten
Hinterrad sind. Hierbei wird zur Vereinfachung der Darstellung
angenommen, daß die Querschubwinkel an den beiden
Vorderrädern und die Querschubwinkel an den beiden
Hinterrädern jeweils gleich sind.
Die Brems- und Antriebskräfte werden vom Fahrer durch das
Bremspedal bzw. durch das Gaspedal gesteuert. Wie wohl
bekannt ist, wird die Summe der Absolutwerte der vom Reifen
in einer kritischen Fahrsituation erzeugten maximalen
Seitenführungskräfte und der Brems- und Antriebskräfte
solange konstant gehalten, wie der Reibungskoeffizient
zwischen der Straßenoberfläche und diesem Reifen nicht
geändert wird. Dieser konstante Wert am linken und am
rechten Vorderrad wird mit Fl bzw. Fr bezeichnet, während
dieser konstante Wert am linken und am rechten Hinterrad
mit Rl bzw. Rr bezeichnet wird; damit können für den kritischen
Fahrzustand die folgenden Gleichungen aufgestellt
werden:
In Fig. 31 stimmen die Fahrtrichtung (Richtung der Geschwindigkeit
V) des Fahrzeugs und die Richtung der x-
Achse miteinander überein. In diesem Zustand besitzt das
Fahrzeug keine Geschwindigkeitskomponente Vy in y-Richtung,
d. h., es ist β=0. In Fig. 32 ist der Zustand gezeigt,
in dem β<0 ist. Der Grund, warum die Hinterräder
zu einem Ausbrechen in Richtung der kurvenäußeren Seite
neigen, besteht darin, daß aufgrund der Abwesenheit eines
Lenkmechanismus an den Hinterrädern dort ein der Zentrifugalkraft
entsprechender Querschubwinkel auftritt. Wenn
in diesem Zustand der Absolutwert der Brems- und Antriebskraft
durch Niederdrücken des Gaspedals oder durch
Betätigen der Bremsen erhöht wird, befinden sich die Hinterräder
in einem Zustand jenseits des kritischen Zustands.
Die Bewegungsgleichungen für die lineare Bewegung
in y-Richtung und die Drehbewegung um die z-Achse sind
folgendermaßen gegeben:
Das dritte und das sechste Glied von Gleichung (55) stellen
die Differenzen der Brems- und Antriebskräfte zwischen
dem linken und dem rechten Vorderrad bzw. zwischen
dem linken und dem rechten Hinterrad dar. Wie oben beschrieben,
kann die Drehung um die z-Achse durch die
Steuerung der Bremskraft am linken und am rechten Vorderrad
mittels des Bremsdruck-Steuerabschnittes 83 und durch
die Steuerung der Brems- und Antriebskräfte am linken und
am rechten Hinterrad mittels des Bremsdruck-Steuerabschnittes
83 und der gesteuerten Differentialgetriebeeinheit
77 aktiv gesteuert werden, indem das Moment um die
z-Achse direkt gesteuert wird.
Wie andererseits aus Gleichung (54) ersichtlich ist, werden
das dritte und das vierte Glied in dieser Gleichung
bei einer Erhöhung der Brems- und Antriebskräfte (Farl-Fbrl)
und (Farr-Fbrr) abgesenkt, was zu einer Zunahme des
Querschubwinkels β führt. Ferner werden das vierte und
das fünfte Glied in Gleichung (55) erhöht, so daß die
Winkelbeschleunigung dωz/dt um die z-Achse erhöht wird,
wodurch das Fahrzeug in einen Schleuderzustand versetzt
wird. Um hierbei das Schleudern zu verhindern, ist es,
wie aus den Gleichungen (54) und (55) ersichtlich, wirksam,
die Brems- und Antriebskräfte so zu steuern, daß sie
nicht übermäßig hoch werden, und ferner den Lenkwinkel δ
in den negativen Bereich (entgegen der Kurvenrichtung,
d. h. durch Gegensteuern) zu verringern, um das Drehmoment
um die z-Achse auf 0 zu verringern oder sogar in die der
Richtung der von den Vorderrädern erzeugten Seitenführungskraft
entgegengesetzten Richtung zu verändern (Fig. 33).
In Fig. 34 ist die Verwirklichung der obenerwähnten
Steuerung dargestellt. Die Beschreibung wird zunächst für
die die Lenkfunktion aufweisenden Vorderräder und anschließend
für die Hinterräder gegeben. In den Gleichungen
(42) und (43) stellt β+lf · ωz/V den Querschubwinkel
im Spurmittelpunkt der Vorderräder dar, der durch die
Verarbeitung der Information vom Sensor 85 für die Bewegung
in sechs Freiheitsgraden durch die Steuereinheit 300
erfaßt werden kann. Hierbei wird durch die Verlegung der
durch den Spurmittelpunkt der Vorderräder verlaufenden
Querschubrichtung in die vertikale Achse und der Seitenführungskraft
in die horizontale Achse und durch die Setzung
des zwischen dem Querschubwinkel im Spurmittelpunkt
der Vorderräder und den Vorderrädern selbst auf δ′ der
Lenkwinkelvektor betrachtet. Die Projektion des Lenkwinkelvektors
auf die Achse der Seitenführungskraft wird als
tatsächliche Seitenführungskraft angesehen. Es ist ersichtlich,
daß γ′ den Lenkwinkel darstellt, der die
tatsächliche Seitenführungskraft erzeugt. Wenn der Lenkwinkel
δ′ zunimmt, wird die Seitenführungskraft bei einem
bestimmten Lenkwinkel maximal, um anschließend wieder abzunehmen.
Daher ergibt der Lenkwinkelvektor die Bahn, wie
sie in Fig. 34 dargestellt ist. In Fig. 34 stellt der Zustand
(a) den Fall dar, in dem eine normale Steuerung
ausgeführt wird, in der der Lenkwinkel δ′ und die Seitenführungskraft
positiv sind. Die Zustände (b) und (c)
stellen das besondere Merkmal der vorliegenden Erfindung
dar, gemäß dem der Lenkwinkel gesteuert wird. Im Zustand
(b) wird der Lenkwinkel δ′ auf den Wert "0" gesteuert,
derart, daß die Seitenführungskraft 0 wird. Ferner wird
im Zustand (c) der Lenkwinkel δ′ auf einen negativen Wert
gesteuert, daß eine Seitenführungskraft in der der Kurvenrichtung
entgegengesetzten Richtung erzeugt wird. Dies
ist äquivalent zu der Ausführung einer Gegensteuerung,
was eine schwierige Fahrtechnik darstellt, die nur sehr
geübten Fahrern möglich ist.
Nun wird die entsprechende Beschreibung für die Hinterräder
gegeben. Im normalen Fahrzustand (d) und (e) wird bei
einer Erhöhung der Antriebskraft Fa und der Bremskraft Fb
die Seitenführungskraft verringert. Ferner wird im Zustand
(f), in dem das Rad aufgrund einer auf den Reifen
wirkenden übermäßigen Antriebskraft schleudert, und im
Zustand (g), in dem das Rad aufgrund einer übermäßigen
auf den Reifen wirkenden Bremskraft blockiert, die Seitenführungskraft
im wesentlichen Null. Erfindungsgemäß
wird eine solche Verringerung der Seitenführungskraft positiv
ausgenutzt, so daß die Brems- und Antriebskräfte
auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und der
Radgeschwindigkeit, die von den Radgeschwindigkeitssensoren
73a bis 73d erfaßt werden, vom Bremsdruck-Steuerabschnitt
83 und vom Drosselklappenöffnungswinkel-Steuerabschnitt
82 gesteuert werden, so daß folglich die Seitenführungskraft
gesteuert wird. Das Verfahren zum Steuern
der Seitenführungskraft mittels Steuerung der Bremskraft
ist selbstverständlich auch auf die mit Bremsen ausgerüsteten
Vorderräder anwendbar.
Erfindungsgemäß führt die Steuereinheit 300 auf aktive
Weise ein Gegensteuern aus, indem sie nur die Bremsen an
den Hinterrädern betätigt oder die Drosselklappe des Motors
übermäßig öffnet, um ein Schleudern der Antriebsräder
zu bewirken, und indem sie andere Steuerfunktionen
für die Steuerung der Seitenführungskräfte an den einzelnen
Rädern unabhängig voneinander ausführt, um so das
Drehmoment um die z-Achse zu steuern. Dadurch wird eine
Steuerung des Fahrzeugverhaltens auf der Grundlage der
Information bezüglich des Fahrzeugverhaltens vom Sensor
85 für die Bewegung in sechs Freiheitsgraden, der Radgeschwindigkeit
von den Radgeschwindigkeitssensoren 73a bis
73d der jeweiligen Räder, der vom Lenkwinkel-Steuerabschnitt
81 erhaltenen Lenkwinkelinformation, der vom
Drosselklappenöffnungswinkel-Steuerabschnitt 82 erhaltenen
Drosselklappenöffnungswinkel-Information und der vom
Bremsdruck-Steuerabschnitt 83 erhaltenen Bremsdruckinformation
ausgeführt. Selbstverständlich können die gesteuerte
Differentialgetriebeeinheit 77 und der Kraftübertragungs-
Steuerabschnitt 84 ebenfalls für die Steuerung der
Brems- und Antriebskraft an den Hinterrädern verwendet
werden.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 35 die Verarbeitung für die
Vorhersage des Fahrzeugverhaltens in der Steuereinheit
300 beschrieben. Die Steuereinheit 300 spricht auf die
Winkelgeschwindigkeit ωz um die z-Achse, die vom Sensor
85 für die Bewegung in sechs Freiheitsgraden geliefert
wird, an (Beginn der Kurvenfahrt, Rücksetzen der Integrationsschaltung
des Sensors 85 für die Bewegung in sechs
Freiheitsgraden und Neustart der Erfassung). Anhand der
linearen Geschwindigkeiten Vx und Vy in x-Richtung bzw.
in y-Richtung wird der Querschubwinkel β=arctan (Vx/Vy)
im Schwerpunkt abgeleitet. Ferner erfaßt die Steuereinheit
300 anhand der Winkelgeschwindigkeit ωz um die z-
Achse und des Lenkwinkels, der vom Fahrer über das
Lenkrad 78 eingestellt wird (und vom als Lenkwinkelsensor
arbeitenden Lenkwinkel-Steuerabschnitt 81 erfaßt wird),
den Querschubwinkel an den jeweiligen Rädern. Andererseits
erfaßt die Steuereinheit 300 den Drehwinkel
(Rollbewegungswinkel) um die x-Achse und den Drehwinkel
(Nickbewegungswinkel) um die y-Achse anhand der Ausgaben
des Sensors 85 für die Bewegung in sechs Freiheitsgraden,
so daß sie auf diese Weise die Fahrzeuglage und somit die
Last an den jeweiligen Rädern erfaßt. Ferner wird anhand
der Informationen von den Hubsensoren 51fr, 51fl, 51rr
und 51rl der Randaufhängungsmechanismen 76a bis 76d die
Information, die die Veränderung der Fahrzeuglage darstellt,
korrigiert. Mit der so hergeleiteten Veränderung
der Fahrzeuglage und den Konstruktionsdaten des Radaufhängungsmechanismus
wird die Veränderung der Ausrichtung
wie etwa eine Änderung des Sturzwinkels und eine Änderung
des Spurwinkels erfaßt. In Verbindung mit dem oben beschriebenen
Prozeß werden die Radgeschwindigkeiten der
jeweiligen Räder mittels der Radgeschwindigkeitssensoren
erfaßt und mit der vom Sensor 85 für die Bewegung in
sechs Freiheitsgraden erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit
verglichen, woraus der Radschlupf an den jeweiligen Rädern
abgeleitet werden kann. In Verbindung mit dem Querschubwinkel,
der Last, der Ausrichtungsveränderung und
dem Radschlupf an jedem Rad wird eine vorhergesagte Antriebskraft,
die aufgrund eines vom Drosselklappen-Steuerabschnitt
82 erfaßten Drosselklappenöffnungswinkel-Befehls,
der vom Kraftübertragungs-Steuerabschnitt 84 erfaßten
Kraftübertragungs-Schaltposition, des maximalen
Drehmoments am Hinterrad, das von der gesteuerten Differentialgetriebeeinheit
begrenzt wird, der nichtlinearen
Eigenschaften des Reifens und einer Mehrzahl von weiteren
Informationen vorhergesagt wird, für die Ableitung der
Seitenführungskraft an jedem Rad verwendet. Mit der so
erhaltenen Seitenführungskraft, der Brems- und Antriebskraft
und den in der Steuereinheit 300 intern gespeicherten
Bewegungsgleichungen für die Bewegung in sechs Freiheitsgraden
der Verhaltenscharakteristik des Standardfahrzeugs
wird eine Sollsteuerung bezüglich des Fahrzeugverhaltens
erzielt.
In Fig. 36 ist ein Steuerprozeß der Steuereinheit 300 gezeigt,
in dem das Fahrzeugverhalten während einer Kurvenfahrt
mit der kritischen Geschwindigkeit durch die Winkelgeschwindigkeit
um die z-Achse dargestellt ist und in
dem als Standardfahrzeug die neutrale Lenkung gewählt
wird (d. h., daß das Fahrzeugverhalten nur durch den Lenkwinkel
und die Geschwindigkeit bestimmt wird). Die Winkelgeschwindigkeit
ωz0 um die z-Achse des Standardfahrzeugs,
die auf die in Fig. 35 gezeigte Weise vorhergesagt
wird, und die Winkelgeschwindigkeit ωz um die z-Achse des
zu steuernden Fahrzeugs werden miteinander verglichen.
Wenn ωz-ωz0<ξ (ξ ist eine Zufallskonstante, die ξ<0
erfüllt) gilt, stellt die Steuereinheit 300 fest, faß bei
dem Standardfahrzeugmodell ein Übersteuern bewirkt wird,
und gibt diese Information an den Fahrer weiter, um diesen
zu warnen. Dann gibt die Steuereinheit 300 einen Korrekturbefehl
an den Lenkwinkel-Steuerabschnitt 81 aus, um
den Lenkwinkel δ auf δ-Δδ einzustellen. Wenn die Winkelgeschwindigkeit
ωz abnimmt, wird die Korrektur, mit der
ωz der Größe ωz0 folgen soll, fortgesetzt. Wenn andererseits
die Winkelgeschwindigkeit ωz trotz der Verkleinerung
des Lenkwinkels Δδ bei fortgesetzter Verkleinerung
des Lenkwinkels nicht abnimmt, werden der Drosselklappenöffnungswinkel
R und der Bremsleitungsdruck ζ auf ähnliche
Weise wie der Lenkwinkel δ durch den Drosselklappen-
Steuerabschnitt 82 bzw. durch den Bremsdruck-Steuerabschnitt
83 verringert. Ferner wird vom Kraftübertragungs-
Steuerabschnitt 84 und von der gesteuerten Differentialgetriebeeinheit
77 eine Korrektur ausgeführt, derart, daß
die Bremskräfte am linken und am rechten Hinterrad und
die Antriebskraft geeignet verringert werden, um die Last
an den Vorderrädern und die Seitenführungskräfte an den
Hinterrädern zu erhöhen, um so das Drehmoment um die z-
Achse relativ zu verringern. Außerdem wird durch die Einstellung
des Lenkwinkels in der der Kurvenrichtung entgegengesetzten
Richtung (Gegensteuern) eine Korrektur ausgeführt,
um ein positives Drehmoment in der entgegengesetzten
Richtung zu erzeugen. Somit kann mit der oben beschriebenen
Prozedur die Winkelgeschwindigkeit ωz so gesteuert
werden, daß sie der Soll-Winkelgeschwindigkeit
ωz0 folgt. Wenn jedoch die Winkelgeschwindigkeit ωz durch
sämtliche der oben beschriebenen Steuerungen nicht verringert
werden kann, wird eine Lenkoperation in Gegensteuerrichtung
bis zum Anschlag ausgeführt, ferner werden
die Bremsdrücke zwischen den Vorderrädern und Hinterrädern
in einer Beziehung "Vorderrad-Bremsdruck<Hinterrad-
Bremsdruck" gehalten, schließlich wird der Querschubwinkel
β so gesteuert, daß er sich π/2 annähert, um das
Fahrzeug anzuhalten. Wenn gilt, daß ωz0-ωz<ξ′ (ξ′ ist
eine Zufallskonstante, die ξ′<0 erfüllt), stellt die
Steuereinheit 300 fest, daß im Standardmodell ein Untersteuern
auftritt. Ähnlich wie oben kann die Steuereinheit
300 diese Information an den Fahrer weitergeben, um ihn
zu warnen. Die Steuereinheit 300 gibt an den Lenkwinkel-
Steuerabschnitt 81 einen Korrekturbefehl aus, damit er
den Lenkwinkel δ auf δ+Δδ einstellt. Wenn die Winkelgeschwindigkeit
ωz um die z-Achse zunimmt, wird eine Steuerung
ausgeführt, derart, daß ωz dem Sollwert ωz0 folgt.
Wenn jedoch die Winkelgeschwindigkeit ωz um den z-Achse
trotz Erhöhung des Lenkwinkels um Δδ nicht zunimmt, wird
angenommen, daß die Seitenführungskraft an den Vorderrädern
ihren Grenzwert erreicht hat, woraufhin vom Drosselklappenöffnungswinkel-
Steuerabschnitt 82, vom Bremskraft-
Steuerabschnitt 83, vom Kraftübertragungs-Steuerabschnitt
84 und von der gesteuerten Differentialgetriebeeinheit 77
eine Korrektursteuerung ausgeführt wird, um die Bremskräfte
und die Antriebskräfte an den linken und rechten
Rädern geeignet einzustellen, derart, daß die Last an den
Vorderrädern erhöht wird, um die Seitenführungskraft an
den Vorderrädern zu erhöhen und die Seitenführungskraft
an den Hinterrädern zu verringern, um so das Drehmoment
um die z-Achse relativ zu erhöhen, damit ωz dem Sollwert
ωz0 folgt. Wenn ωz trotz sämtlicher der oben beschriebenen
Steuerungen nicht zunimmt, wird festgestellt, daß das
Fahrzeug vollständig außer Kontrolle ist. In einem solchen
Fall ist es möglich, die Drosselklappe vollständig
zu schließen, ein Herabschalten der Kraftübertragung mit
dem Ziel einer Motorbremswirkung auszuführen und Bremsdrücke
anzulegen, um die Hinterräder zu blockieren, um so
die Seitenführungskraft an den Hinterrädern auf "0" zu
verringern. Dadurch wird das Drehmoment um die z-Achse
schlagartig erhöht, wodurch eine Wirkung erzielt wird,
die zu einer sogenannten Schleuderwende äquivalent ist.
Wenn eine übermäßige Winkelgeschwindigkeit um die z-Achse
auftritt, kann die oben beschriebene Steuerung aufgrund
eines Übersteuerns ausgelöst werden.
Im allgemeinen wird die Lenkcharakteristik des Fahrzeugs
so eingestellt, daß eine geringe Neigung zum Untersteuern
besteht. Daher wird ein Übersteuern typischerweise dann
auftreten, wenn die Straße einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten
besitzt, wie dies etwa auf vereisten Straßen
und dergleichen der Fall ist, oder wenn der Fahrer
absichtlich eine übermäßige Bremskraft oder Antriebskraft
an die einzelnen Räder (insbesondere an die Hinterräder)
anlegt, um ein Übersteuern zu provozieren. Die in Fig. 36
gezeigte Steuerung ist für den erstgenannten Fall geeignet.
Für den zweitgenannten Fall muß selbstverständlich
angenommen werden, daß der Fahrer ein Rutschen der
Räder versucht, um den Querschubwinkel im Schwerpunkt zu
erhöhen, damit die Kurvenfahrt bei Gegensteuerung ausgeführt
werden kann. In diesem Fall steuert die Steuereinheit
300 den Querschubwinkel β entsprechend Betätigung
des Fahrers in Verbindung mit der Ausführung der Steuerung
der Winkelgeschwindigkeit ωz um die z-Achse. Das
heißt, daß es wünschenswert ist, die Verhaltenscharakteristik
des Standardfahrzeugs, die als Sollsteuerung
dient, entsprechend der Betätigung durch den Fahrer zu
verändern, um die Erzeugung gegenteiliger Wirkungen zu
verhindern.
In Fig. 37 sind Operationen des Fahrers gezeigt, mit
denen er versucht, den Querschubwinkel im Schwerpunkt des
typischen Fahrzeugs positiv zu erhöhen, während in Fig. 38
die Operationen des Fahrers gezeigt sind, bei denen er
einen solchen Wunsch nicht unternimmt. Hierbei wird angenommen,
daß der Querschubwinkel durch β0, der Lenkwinkel
durch δ0, der Drosselklappenöffnungswinkel durch R0
und der Bremsleitungsdruck durch ζ0 gegeben ist, wenn ein
Übersteuern erfaßt wird. In Fig. 37 ist die Verringerung
des Lenkwinkels δ bei Auftreten eines Übersteuerns zweckmäßig;
als Reaktion hierauf wird der Drosselklappenöffnungswinkel
R erhöht. Das heißt, daß die Lenkung in der
der Kurvenrichtung entgegengesetzten Richtung betätigt
wird (Gegensteuern), um zu versuchen, ein Drehmoment in
der der momentanen Drehrichtung entgegengesetzten Richtung
hervorzurufen, und gleichzeitig die Seitenführungskraft
an den Hinterrädern zu verringern, indem die Antriebskraft
an den Hinterrädern erhöht wird, um so das
Drehmoment um die z-Achse zu erhöhen. Hierdurch wird ein
Kräftegleichgewicht erzielt, in dem das Drehmoment um die
z-Achse im wesentlichen den Wert "0" annimmt. Im Gegensatz
hierzu betätigt der Fahrer aufgrund eines unerwarteten
Übersteuerns die Bremsen, wie in Fig. 38 gezeigt ist,
so daß das Drehmoment um die z-Achse und somit der Querschubwinkel
im Schwerpunkt des Fahrzeugs erhöht wird.
Ferner wird aufgrund der Verzögerung der Einstellung des
Lenkwinkels δ für die Korrektur des Querschubwinkels β im
Schwerpunkt eine sogenannte Dutch-Rollbewegung verursacht.
Aus dem Vergleich der Fig. 37 und 38 ist ersichtlich,
daß durch die Erfassung des Querschubwinkels β, des
Lenkwinkels δ, des Drosselklappenöffnungswinkels R und
des Bremsdrucks ζ für den Fahrer eine Vorhersage mit verhältnismäßig
hoher Genauigkeit erzeugt werden kann.
In Fig. 39 ist die Operation der Steuereinheit 300 bei
Auftreten eines Übersteuerns dargestellt, wenn der Drosselklappenöffnungswinkel
R gemäß dem Willen des Fahrers
geändert wird. Bei Beginn des Übersteuervorgangs wird der
Drosselklappenöffnungswinkel R0 erfaßt. Dieser Anfangswert
wird mit R1 bezeichnet. Dann werden der Drosselklappenöffnungswinkel
R2, die lineare Geschwindigkeit Vx, die
Winkelgeschwindigkeit ωz um die z-Achse und der Querschubwinkel
β1 im Schwerpunkt erfaßt, nachdem ein Zeitintervall
Δt verstrichen ist. Anschließend wird dR/dt berechnet.
Wenn dR/dt<0 ist, wird festgestellt, daß der
Fahrer beabsichtigt, ein Übersteuern hervorzurufen. Gemäß
dem Willen des Fahrers wird die Verhaltenscharakteristik
des Standardfahrzeugs so geändert, daß sich eine falsche
Übersteuercharakteristik ergibt. In der Praxis wird die
erlaubte Winkelgeschwindigkeit ωz um die z-Achse erhöht,
indem der Querschubwinkel β durch die Addition eines Wertes
verändert wird, wobei dieser Wert durch die Multiplikation
der Veränderung des Drosselklappenöffnungswinkels
dR/dt mit einer geeigneten Proportionalitätskonstanten
multipliziert wird; hierbei ergibt sich für den Querschubwinkel
β ein Wert β1, für den beispielsweise gilt: β=β1+K · dR/dt.
Hierbei leitet die Steuereinheit 300
eine Standardlenkwinkel-Steuerkurve (R, Vx, ωz, β) ab,
indem sie den Drosselklappenöffnungswinkel R, die lineare
Geschwindigkeit Vz in z-Richtung, die Winkelgeschwindigkeit
ωz um die z-Achse und den Querschubwinkel β im
Schwerpunkt als Parameter verwendet (hierbei wird zum
Zwecke der Darstellung in Fig. 39 ein Beispiel für eine
Rechtskurve gezeigt, wobei Vx als einziger Parameter verwendet
wird). Bei der Standardlenkwinkel-Steuerkurve (R,
Vx, ωz, β) wird angenommen, daß der Drosselklappenöffnungswinkel,
bei dem der Lenkwinkel im Anschlag ist, maximal
ist; dieser Winkel wird mit Rmax bezeichnet. Der
Drosselklappenöffnungswinkel Rmax stellt den maximalen
Wert dar, um ein Schleudern des Fahrzeugs durch eine
Lenkwinkelsteuerung einschließlich einer Gegensteuerungsoperation
zu vermeiden. Selbst wenn der Fahrer versucht,
den Drosselklappenöffnungswinkel über diesen Wert zu erhöhen,
gibt die Steuereinheit 300 an den Motor 1 über den
Drosselklappenöffnungswinkel-Steuerabschnitt 82 einen
Steuerbefehl aus, der den Wert auf R2=Rmax korrigiert.
Wenn R0<Rmax ist, wird der Lenkwinkekl auf δ=f(R2, Vx,
ωz, β) korrigiert. Wenn in der Folge der oben beschriebene
Prozeß wiederholt wird, wird die Standardlenkwinkel-Steuerkurve
entsprechend dem Willen des Fahrers aktualisiert,
so daß eine kontinuierliche Steuerung ausgeführt wird,
damit das Fahrzeugverhalten dieser Charakteristik folgt.
Wenn die Winkelgeschwindigkeit ωz um die z-Achse 0 wird,
wird festgestellt, daß das Fahrzeug die Kurvenfahrt beendet
hat, so daß die Korrektursteuerung ebenfalls beendet
wird.
In Fig. 39 ist ein Beispiel für den Fall gezeigt, in dem
der Fahrer versucht, das Fahrzeug zum Rutschen zu bringen.
Für andere an den Willen des Fahrers widerspiegelnde
Fahroperationen werden verschiedene andere Betriebsgrößen
(eingestellter Lenkwinkel, Drosselklappenöffnungswinkel,
Bremsdruck und dergleichen), die vom Fahrer eingestellt
werden, erfaßt, um so die Absicht des Fahrers vorherzusagen
und die Standard-Verhaltenscharakteristik so zu aktualisieren,
daß sie der Absicht des Fahrers folgt, so
daß auch die Steuerung des Fahrzeugverhaltens dieser
folgt.
Wenn die oben beschriebenen Steuerungen ausgeführt werden,
kann die Steuereinheit 300 mittels einer Anzeigeeinrichtung
301 die Korrekturwerte für den Lenkwinkel, den
Bremsdruck und den Drosselklappenöffnungswinkel in Realzeit
anzeigen, um so eine Information bezüglich der Betriebsgrößendifferenz
zwischen den vom Fahrer eingestellten
Betriebsgrößen und den für das geforderte Fahrzeugverhalten
erforderlichen Betriebsgrößen zu schaffen. Wenn
festgestellt wird, daß die Differenz zwischen den erwähnten
Betriebsgrößen oder die zeitliche Differenz hinreichend
gering ist, kann der Fahrer beliebig zwischen der
Ausführung und der Nichtausführung der Steuerung wählen.
In Fig. 40 sind die Bewegungsgleichungen für die Bewegung
in sechs Freiheitsgraden gezeigt, wenn das Verhaltenscharakteristik-
Modell 235 des tatsächlich zu steuernden
Fahrzeugs und das Verhaltenscharakteristik-Modell 234 des
Standardmodells durch ein einfacheres Verhaltensmodell
approximiert werden. Die von den unterbrochenen Linien
eingeschlossenen Werte, die an zweiter Suffixstelle den
Buchstaben e (Schätzung) aufweisen, etwa Axet, Vxet,
Xxet, Axem, Xxem, sind Vorhersagewerte für das zu steuernde
Fahrzeug und das Standardfahrzeug nach Δt Sekunden,
die auf der Grundlage des Verhaltens des zu steuernden
Fahrzeugs, das vom Sensor 85 für die Bewegung in
sechs Freiheitsgraden erfaßt wurde, abgeleitet werden.
Im folgenden wird der Prozeß für die Vorhersage des Verhaltens
des zu steuernden Fahrzeugs und des Standardfahrzeugs
in dieser Reihenfolge beschrieben. Die Vorhersage
des Verhaltens des zu steuernden Fahrzeugs kann dadurch
ausgeführt werden, daß eine Vielzahl von Verhaltensinformationen,
die an der zweiten Suffixstelle ein s
(Erfassung) besitzen, etwa Axst, Vxst, Xxst, Axsm, Vxsm,
Xxsm und dergleichen, als Anfangswerte verwendet werden
und anschließend integriert werden. Im Gegensatz hierzu
werden bei der Vorhersage des Verhaltens des Standardfahrzeugs
anfangs die in x-Richtung, y-Richtung und z-
Richtung wirkenden Kräfte (Fcx, Fcy, Fcz) und das in x-
Richtung, y-Richtung und z-Richtung des zu steuernden
Fahrzeugs wirkende Drehmoment auf der Grundlage der linearen
Beschleunigungen in den erwähnten Richtungen und
der Winkelbeschleunigungen um diese Achsen, wie sie vom
Sensor 85 für die Bewegung in den sechs Freiheitsgraden
erfaßt wurden, und auf der Grundlage der Verhaltenscharakteristik-
Parameter (Masse Mt, Trägheitsmoment um die
jeweiligen Achsen Ixt, Iyt, Izt und dergleichen) des zu
steuernden Fahrzeugs abgeleitet. Diese Kräfte und Drehmomente
enthalten steuerbare und nicht steuerbare Komponenten
wie etwa die Windstärke. Dann werden durch die Lösung
der Bewegungsgleichungen mittels dieser Kräfte, Drehmomente
und Verhaltenscharakteristik-Parameter (Masse Mm,
Trägheitsmoment Ixm, Iym, Izm und dergleichen) die linearen
Beschleunigungen und die Winkelbeschleunigungen
bezüglich der jeweiligen Achsen vorhergesagt. Unter Verwendung
dieser vorhergesagten Beschleunigungen und Winkelbeschleunigungen
und der Vielzahl der Verhaltensinformationen
vom Sensor 85 für die Bewegung in sechs Freiheitsgraden
kann durch Integration das Verhalten nach Δt
Sekunden vorhergesagt werden. In Fig. 40 wird die Vorhersage
unter Ausnutzung lediglich der momentanen Information
ausgeführt. Eine noch genauere Steuerung kann dadurch
erzielt werden, daß die Information unter zusätzlicher
Verwendung der Information vor Δt Sekunden in einem
Verfahren des Zentrierens endlicher Differenzen verwendet
wird.
In der Steuereinheit 300 werden das Verhalten des zu
steuernden Fahrzeugs nach Δt Sekunden und das Verhalten
des Standardfahrzeugs nach Δt Sekunden miteinander verglichen,
um die Vielzahl der Steuerbefehle zu aktualisieren,
um so die Differenz zwischen ihnen zu verringern.
Obwohl die obige Beschreibung für ein spezielles Fahrzeug
mit zwei lenkbaren Vorderrädern, einem Frontmotor und einem
Heckantrieb mit einer entsprechenden Kraftübertragung
und dergleichen gegeben worden ist, ist das erfindungsgemäße
Verfahren für die Erfassung des Verhaltens der Bewegung
in sechs Freiheitsgraden, die erfindungsgemäße
Steuerung der Seitenführungskraft durch die Steuerung
des Lenkwinkels in der der normalen Kurvenrichtung entgegengesetzten
Richtung und dergleichen auf irgendwelche
Typen von Fahrzeugen, selbst auf Elektrofahrzeuge anwendbar.
Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß die erläuterten
Ausführungsformen insbesondere der Erhöhung der
Fahrsicherheit dienen, in dem Fahrtechniken ermöglicht
werden, die zu denjenigen sehr geübter Fahrer äquivalent
sind, selbst wenn das Fahrzeug in einem Zustand betrieben
wird, der außerhalb der normalen Fahrverhaltenskriterien
liegt und der ein Schleudern, ein Rutschen, ein Untersteuern
und dergleichen zur Folge haben kann.
Claims (27)
1. System für die Erfassung von physikalischen Größen,
die dem Verhalten eines Kraftfahrzeugs (1) zugeordnet
sind, mit
Beschleunigungssensoren (21 bis 26), die an wenigstens
zwei Achsen eines die Fahrzeuglängsachse (x),
die durch den Schwerpunkt des Fahrzeugs (1) verlaufende
vertikale Achse (z) und die Querachse (y) des Fahrzeugs
(1) umfassenden Fahrzeug-Koordinatensystems so angeordnet
sind, daß auf jeder der Achsen (x, y, z) eine Mehrzahl
dieser Beschleunigungssensoren (21, 22; 23, 24; 25, 26)
angeordnet sind,
gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (48; 86; 300) für die Aufstellung von Transformationsgleichungen für die Bestimmung der Beschleunigungswerte der linearen Bewegung an einem beliebigen Punkt (S) des Fahrzeugs (1) in den Achsenrichtungen eines beliebigen Koordinatensystems und für die Bestimmung der Beschleunigungswerte der Rotationsbewegung um die Achsen des beliebigen Koordinatensystems unter gleichzeitiger Verwendung der Beschleunigungswerte, die von den an wenigstens zwei Achsen des Fahrzeug-Koordinatensystems (x, y, z) angeordneten Beschleunigungssensoren (21 bis 26) erfaßt wurden;
eine Einrichtung (48; 86; 300) für die Berechnung der Lösung der Transformationsgleichungen, um Beschleunigungswerte der linearen Bewegung in einem beliebigen Punkt (S) des Fahrzeugs (1) in Richtung einer jeden Achse des beliebigen Koordinatensystems und Beschleunigungswerte der Rotationsbewegung um jede Achse dieses beliebigen Koordinatensystems zu erhalten;
eine Einrichtung (48; 86; 300) für die Aufstellung von Bewegungsgleichungen, in denen eine Mehrzahl von Freiheitsgraden der Bewegung berücksichtigt sind; und
eine Einrichtung (48; 86; 300) für die Berechnung der Lösung der Bewegungsgleichungen mittels der Beschleunigungswerte der linearen Bewegung in einem beliebigen Punkt (S) des Fahrzeugs (1) in den Richtungen der Achsen des beliebigen Koordinatensystems und anhand der Beschleunigungswerte der Drehbewegung um jede Achse dieses beliebigen Koordinatensystems, um die dem Verhalten des Fahrzeugs (1) zugeordneten physikalischen Größen zu gewinnen.
eine Einrichtung (48; 86; 300) für die Aufstellung von Transformationsgleichungen für die Bestimmung der Beschleunigungswerte der linearen Bewegung an einem beliebigen Punkt (S) des Fahrzeugs (1) in den Achsenrichtungen eines beliebigen Koordinatensystems und für die Bestimmung der Beschleunigungswerte der Rotationsbewegung um die Achsen des beliebigen Koordinatensystems unter gleichzeitiger Verwendung der Beschleunigungswerte, die von den an wenigstens zwei Achsen des Fahrzeug-Koordinatensystems (x, y, z) angeordneten Beschleunigungssensoren (21 bis 26) erfaßt wurden;
eine Einrichtung (48; 86; 300) für die Berechnung der Lösung der Transformationsgleichungen, um Beschleunigungswerte der linearen Bewegung in einem beliebigen Punkt (S) des Fahrzeugs (1) in Richtung einer jeden Achse des beliebigen Koordinatensystems und Beschleunigungswerte der Rotationsbewegung um jede Achse dieses beliebigen Koordinatensystems zu erhalten;
eine Einrichtung (48; 86; 300) für die Aufstellung von Bewegungsgleichungen, in denen eine Mehrzahl von Freiheitsgraden der Bewegung berücksichtigt sind; und
eine Einrichtung (48; 86; 300) für die Berechnung der Lösung der Bewegungsgleichungen mittels der Beschleunigungswerte der linearen Bewegung in einem beliebigen Punkt (S) des Fahrzeugs (1) in den Richtungen der Achsen des beliebigen Koordinatensystems und anhand der Beschleunigungswerte der Drehbewegung um jede Achse dieses beliebigen Koordinatensystems, um die dem Verhalten des Fahrzeugs (1) zugeordneten physikalischen Größen zu gewinnen.
2. System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß an jeder Achse des die Längsachse (x) des Fahrzeugs
(1), die durch den Schwerpunkt des Fahrzeugs (1) verlaufende
vertikale Achse (z) und die Querachse (y) des Fahrzeugs
umfassenden Fahrzeug-Koordinatensystems jeweils
zwei Beschleunigungssensoren (21, 22; 23, 24; 25, 26) in
gegenseitigem Abstand angeordnet sind.
3. System gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die an jeder der drei Achsen (x, y, z) angeordneten
Beschleunigungssensoren (21 bis 26) so orientiert sind,
daß sie jeweils die Winkelbeschleunigung in derjenigen
Richtung, die zu der diese Sensoren jeweils aufnehmenden
Achse senkrecht orientiert ist, erfassen.
4. System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß an zwei Achsen des die Längsachse (x) des Fahrzeugs
(1), die durch den Schwerpunkt des Fahrzeugs (1) verlaufende
vertikale Achse (z) und die Querachse (y) des Fahrzeugs
(1) umfassenden Fahrzeug-Koordinatensystems zwei
Gruppen von Beschleunigungssensoren (21, 22; 23, 24; 25,
26) so angeordnet sind, daß die Beschleunigungssensoren
einer jeden Gruppe in gegenseitigem Abstand positioniert
sind, um die Beschleunigung in derjenigen Richtung, die
zu der diese Sensoren aufnehmenden Achse senkrecht orientiert
ist, zu erfassen.
5. System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß auf den drei Koordinatenachsen eines dreidimensionalen
cartesischen Koordinatensystems (S-x₁x₂x₃), dessen
Ursprung (S) sich an einem ausgewählten Punkt im Fahrzeug
(1) befindet, jeweils ein Paar von Beschleunigungssensoren
(21, 22; 23, 24; 25, 26) angeordnet ist, wobei die
Beschleunigungssensoren an Punkten, die vom Ursprung (S)
verschieden sind, angeordnet und so orientiert sind, daß
sie die Winkelbeschleunigung um diejenige Achse, die zu
der sie aufnehmenden Achse senkrecht orientiert ist, erfassen,
wobei die Erfassungsrichtung eines jeden Paars
von Beschleunigungssensoren auf einer der Koordinatenachsen
senkrecht ist zur Richtung der Beschleunigungserfassung
eines anderen Paars von Beschleunigungssensoren, die
auf einer zu dieser Koordinatenachse senkrechten Achse
angeordnet sind.
6. System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß an zwei von drei Koordinatenachsen eines dreidimensionalen
cartesischen Koordinatensystems (S-x₁x₂x₃), dessen
Ursprung (S) sich an einem ausgewählten Punkt im
Fahrzeug (1) befindet, Paare von Beschleunigungssensoren
(31, 32; 33, 34; 35, 36) angeordnet sind, wobei die Beschleunigungssensoren
an Punkten, die vom Ursprung (S)
verschieden sind, angeordnet sind, wobei ein Paar (33,
34) von Beschleunigungssensoren auf einer der Koordinatenachsen
angeordnet ist und zwei Paare (31, 32; 35, 36)
von Beschleunigungssensoren auf der anderen der zwei Koordinatenachsen
angeordnet sind, wobei diese zwei Paare
von Beschleunigungssensoren so orientiert sind, daß sie
die zueinander senkrechten Winkelbeschleunigungen um die
Achsen, die zu der sie aufnehmenden Achse senkrecht orientiert
sind, erfassen.
7. System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung für die Berechnung der Lösung der
Transformationsgleichungen Werte der linearen Beschleunigung
und der linearen Geschwindigkeit in Längsrichtung,
in Querrichtung und in vertikaler Richtung, der linearen
Entfernung von einem beliebigen Punkt (S) des Fahrzeugs
des beliebigen Koordinatensystems und der Winkelbeschleunigung,
der Winkelgeschwindigkeit und des Drehwinkels um
jede Achse dieses Koordinatensystems berechnet.
8. System gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung für die Aufstellung der Bewegungsgleichungen
eine Einrichtung für die Herleitung der Winkelbeschleunigung
um eine der Koordinatenachsen auf der
Grundlage der von den Beschleunigungssensoren erfaßten
Werte der Winkelgeschwindigkeit um die beiden anderen
Achsen umfaßt.
9. System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung für die Berechnung der Lösung der Bewegungsgleichungen
diese Bewegungsgleichungen löst, um
auf der Grundlage der Werte der linearen Beschleunigung
und der linearen Geschwindigkeit in Längsrichtung, in
Querrichtung und in vertikaler Richtung, der linearen
Entfernung vom beliebigen Punkt (S) des Fahrzeugs (1) des
beliebigen Koordinatensystems und des Drehwinkels um jede
Achse des Koordinatensystems die Kräfte in Längsrichtung,
in Querrichtung und in vertikaler Richtung des Fahrzeugs
(1) und die Drehmomente um die Achsen zu gewinnen.
10. System für die Steuerung des Verhaltens eines
Kraftfahrzeugs (1), mit
Beschleunigungssensoren (21 bis 26), die an wenigstens
zwei Achsen eines die Fahrzeuglängsachse (x),
die durch den Schwerpunkt des Fahrzeugs (1) verlaufende
vertikale Achse (z) und die Querachse (y) des Fahrzeugs
(1) umfassenden Fahrzeug-Koordinatensystems so angeordnet
sind, daß auf jeder der Achsen (x, y, z) eine Mehrzahl
dieser Beschleunigungssensoren (21, 22; 23, 24; 25, 26)
angeordnet sind,
gekennzeichnet durch
Einrichtungen (73a, 73b, 73c, 73d) für die Erfassung der Drehgeschwindigkeit der einzelnen Räder des Fahrzeugs (1);
Einrichtungen (51fr, 51fl, 51rr, 51rl) für die Erfassung der Radaufhängungsgeometrie des Fahrzeugs und somit der Fahrzeughöhe;
eine Einrichtung (81) für die Erfassung des mittels eines Lenkrades (78) eingestellten Lenkwinkels (δ); und
eine Steuereinrichtung (300) zum Steuern des Verhaltens des Fahrzeugs (1) auf der Grundlage der erfaßten Beschleunigung, der erfaßten Radgeschwindigkeit, der erfaßten Fahrzeughöhe und des erfaßten Lenkwinkels.
Einrichtungen (73a, 73b, 73c, 73d) für die Erfassung der Drehgeschwindigkeit der einzelnen Räder des Fahrzeugs (1);
Einrichtungen (51fr, 51fl, 51rr, 51rl) für die Erfassung der Radaufhängungsgeometrie des Fahrzeugs und somit der Fahrzeughöhe;
eine Einrichtung (81) für die Erfassung des mittels eines Lenkrades (78) eingestellten Lenkwinkels (δ); und
eine Steuereinrichtung (300) zum Steuern des Verhaltens des Fahrzeugs (1) auf der Grundlage der erfaßten Beschleunigung, der erfaßten Radgeschwindigkeit, der erfaßten Fahrzeughöhe und des erfaßten Lenkwinkels.
11. System gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinrichtung (300)
eine Einrichtung für die Berechnung der linearen Geschwindigkeit in Längsrichtung des Fahrzeugs (1) auf der Grundlage der erfaßten Beschleunigungswerte und eine Einrichtung für die Bestimmung der Position des Schwerpunkts (G) und für die Erfassung des Querschubwinkelwertes (β) an den Rädern auf der Grundlage der berechneten linearen Geschwindigkeit und des Lenkwinkelwertes umfaßt und
das Verhalten des Fahrzeugs (1) in Abhängigkeit vom Querschubwinkelwert (β) steuert.
eine Einrichtung für die Berechnung der linearen Geschwindigkeit in Längsrichtung des Fahrzeugs (1) auf der Grundlage der erfaßten Beschleunigungswerte und eine Einrichtung für die Bestimmung der Position des Schwerpunkts (G) und für die Erfassung des Querschubwinkelwertes (β) an den Rädern auf der Grundlage der berechneten linearen Geschwindigkeit und des Lenkwinkelwertes umfaßt und
das Verhalten des Fahrzeugs (1) in Abhängigkeit vom Querschubwinkelwert (β) steuert.
12. System gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinrichtung (300)
eine Einrichtung für die Berechnung der linearen Geschwindigkeit in Längsrichtung des Fahrzeugs (1) auf der Grundlage der erfaßten Beschleunigungswerte umfaßt,
den Radschlupf an den Rädern auf der Grundlage des berechneten linearen Geschwindigkeitswertes und des erfaßten Radgeschwindigkeitswertes ableitet und
das Bewegungsverhalten des Fahrzeugs (1) in Abhängigkeit hiervon steuert.
eine Einrichtung für die Berechnung der linearen Geschwindigkeit in Längsrichtung des Fahrzeugs (1) auf der Grundlage der erfaßten Beschleunigungswerte umfaßt,
den Radschlupf an den Rädern auf der Grundlage des berechneten linearen Geschwindigkeitswertes und des erfaßten Radgeschwindigkeitswertes ableitet und
das Bewegungsverhalten des Fahrzeugs (1) in Abhängigkeit hiervon steuert.
13. System gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinrichtung (300)
eine Einrichtung für die Berechnung der linearen Geschwindigkeit in Längsrichtung des Fahrzeugs (1) auf der Grundlage der erfaßten Beschleunigungswerte und
eine Einrichtung für die Ableitung der zurückgelegten Entfernung und der Fahrtrichtung des Fahrzeugs (1) auf der Grundlage des linearen Geschwindigkeitswertes und des erfaßten Radgeschwindigkeitswertes umfaßt.
eine Einrichtung für die Berechnung der linearen Geschwindigkeit in Längsrichtung des Fahrzeugs (1) auf der Grundlage der erfaßten Beschleunigungswerte und
eine Einrichtung für die Ableitung der zurückgelegten Entfernung und der Fahrtrichtung des Fahrzeugs (1) auf der Grundlage des linearen Geschwindigkeitswertes und des erfaßten Radgeschwindigkeitswertes umfaßt.
14. System gemäß Anspruch 10, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (48c) zum Speichern der Daten der Masse
(M) und der Trägheitsmoment-Koeffizienten des Trägheitsmomentes
(I) des Fahrzeugs (1), wobei die Steuereinrichtung
(300) das Verhalten des Fahrzeugs (1) auf der Grundlage
der Werte der Beschleunigung der Radgeschwindigkeit,
der Fahrzeughöhe und des Lenkwinkels steuert.
15. System für die Steuerung des Verhaltens eines
Kraftfahrzeugs (1),
gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (231) für die Erfassung der Betriebsgrößen für die Steuerung des Lenksystems, des Fahrzeugmotors, der Kraftübertragung und des Radaufhängungssystems;
eine Einrichtung (232) für die Erfassung der Steuergrößen von Betätigungseinrichtungen für die Steuerung des Lenksystems, des Motors, der Kraftübertragung und des Radaufhängungssystems;
eine Einrichtung (233) für die Erfassung der dem Fahrzeugverhalten zugeordneten Größen in jeder der drei Raumrichtungen;
eine Einrichtung (234) zum Speichern eines Standardverhaltensmodells unter Verwendung der Betriebsgrößen eines Standardfahrzeugs mit einer vorgegebenen Referenz- Ansprechcharakteristik und der dem momentanen Fahrzeugverhalten zugeordneten Größen, um dem zukünftigen Verhalten des Standardfahrzeugs zugeordnete Größen auszugeben;
eine erste Vorhersageeinrichtung (234) der dem Verhalten des Standardfahrzeugs zugeordneten Größen anhand des Standardverhaltensmodells in bezug auf die eingegebenen Daten der erfaßten momentanen Betriebsgrößen und der dem momentanen Fahrzeugverhalten zugeordneten Größen;
eine Einrichtung (235) zum Speichern eines Verhaltensvorhersagemodells des tatsächlich zu steuernden Fahrzeugs (1) unter Verwendung der Betriebsgrößen und der dem Verhalten des tatsächlich zu steuernden Fahrzeugs (1) zugeordneten Größen als Eingangsdaten, um aufgrund dieser Eingangsdaten dem zukünftigen Verhalten des Fahrzeugs (1) zugeordnete Größen auszugeben;
eine zweite Vorhersageeinrichtung (235) für die Vorhersage der dem Verhalten des tatsächlich zu steuernden Fahrzeugs (1) zugeordneten Größen anhand des Verhaltensvorhersagemodells des tatsächlich zu steuernden Fahrzeugs (1) auf der Grundlage der erfaßten momentanen Betriebsgrößen und der dem Verhalten zugeordneten Größen;
eine erste Differenzerfassungseinrichtung (236) für den Vergleich der von der ersten Vorhersageeinrichtung (234) vorhergesagten Werte der dem Verhalten des Standardfahrzeugs zugeordneten Größen mit den von der zweiten Vorhersageeinrichtung (235) vorhergesagten Werten der mit dem Verhalten des tatsächlich zu steuernden Fahrzeugs (1) zugeordneten Größen;
eine zweite Differenzerfassungseinrichtung (237) für den Vergleich der Werte der dem Verhalten des tatsächlich zu steuernden Fahrzeugs zugeordneten Größen mit den von der ersten Vorhersageeinrichtung (234) vorhergesagten Werten der dem Verhalten des Standardfahrzeugs zugeordneten Größen, um eine Differenz zwischen diesen Werten abzuleiten; und
eine Steuereinrichtung (238), die auf die Differenz der von der ersten Differenzerfassungseinrichtung (236) erfaßten Vorhersagewert anspricht, falls diese einen vorgegebenen Wert übersteigen, um die Steuergrößen der Betätigungseinrichtungen in einer Richtung zu ändern, derart, daß die von der zweiten Differenzerfassungseinrichtung (237) erfaßte Differenz verkleinert wird.
eine Einrichtung (231) für die Erfassung der Betriebsgrößen für die Steuerung des Lenksystems, des Fahrzeugmotors, der Kraftübertragung und des Radaufhängungssystems;
eine Einrichtung (232) für die Erfassung der Steuergrößen von Betätigungseinrichtungen für die Steuerung des Lenksystems, des Motors, der Kraftübertragung und des Radaufhängungssystems;
eine Einrichtung (233) für die Erfassung der dem Fahrzeugverhalten zugeordneten Größen in jeder der drei Raumrichtungen;
eine Einrichtung (234) zum Speichern eines Standardverhaltensmodells unter Verwendung der Betriebsgrößen eines Standardfahrzeugs mit einer vorgegebenen Referenz- Ansprechcharakteristik und der dem momentanen Fahrzeugverhalten zugeordneten Größen, um dem zukünftigen Verhalten des Standardfahrzeugs zugeordnete Größen auszugeben;
eine erste Vorhersageeinrichtung (234) der dem Verhalten des Standardfahrzeugs zugeordneten Größen anhand des Standardverhaltensmodells in bezug auf die eingegebenen Daten der erfaßten momentanen Betriebsgrößen und der dem momentanen Fahrzeugverhalten zugeordneten Größen;
eine Einrichtung (235) zum Speichern eines Verhaltensvorhersagemodells des tatsächlich zu steuernden Fahrzeugs (1) unter Verwendung der Betriebsgrößen und der dem Verhalten des tatsächlich zu steuernden Fahrzeugs (1) zugeordneten Größen als Eingangsdaten, um aufgrund dieser Eingangsdaten dem zukünftigen Verhalten des Fahrzeugs (1) zugeordnete Größen auszugeben;
eine zweite Vorhersageeinrichtung (235) für die Vorhersage der dem Verhalten des tatsächlich zu steuernden Fahrzeugs (1) zugeordneten Größen anhand des Verhaltensvorhersagemodells des tatsächlich zu steuernden Fahrzeugs (1) auf der Grundlage der erfaßten momentanen Betriebsgrößen und der dem Verhalten zugeordneten Größen;
eine erste Differenzerfassungseinrichtung (236) für den Vergleich der von der ersten Vorhersageeinrichtung (234) vorhergesagten Werte der dem Verhalten des Standardfahrzeugs zugeordneten Größen mit den von der zweiten Vorhersageeinrichtung (235) vorhergesagten Werten der mit dem Verhalten des tatsächlich zu steuernden Fahrzeugs (1) zugeordneten Größen;
eine zweite Differenzerfassungseinrichtung (237) für den Vergleich der Werte der dem Verhalten des tatsächlich zu steuernden Fahrzeugs zugeordneten Größen mit den von der ersten Vorhersageeinrichtung (234) vorhergesagten Werten der dem Verhalten des Standardfahrzeugs zugeordneten Größen, um eine Differenz zwischen diesen Werten abzuleiten; und
eine Steuereinrichtung (238), die auf die Differenz der von der ersten Differenzerfassungseinrichtung (236) erfaßten Vorhersagewert anspricht, falls diese einen vorgegebenen Wert übersteigen, um die Steuergrößen der Betätigungseinrichtungen in einer Richtung zu ändern, derart, daß die von der zweiten Differenzerfassungseinrichtung (237) erfaßte Differenz verkleinert wird.
16. System gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß
die Betriebsgrößen-Erfassungseinrichtung (231) eine Einrichtung (317) für die Erfassung des Lenkwinkels (δ) des Lenkrades (78), eine Einrichtung (436) für die Erfassung eines Hydraulikbremsdrucks, eine Einrichtung (423) für die Erfassung des Drosselklappenöffnungswinkels des Motors und eine Einrichtung für die Erfassung der Schaltposition der Kraftübertragung des Fahrzeugs umfaßt;
die Betätigungseinrichtung eine Lenkwinkel- Steuereinrichtung (81), eine Hydraulikbremsruck-Steuereinrichtung (83), eine Drosselklappenöffnungswinkel- Steuereinrichtung (82), eine Kraftübertragungs-Steuereinrichtung (84) und eine Differentialgetriebe-Steuereinrichtung (77) umfassen; und
die Einrichtung für die Erfassung der dem Fahrzeugverhalten zugeordneten Größen wenigstens eine der folgenden Einrichtungen umfaßt:
eine Einrichtung (73a bis 73d) für die Erfassung der Drehgeschwindigkeit der Räder des Fahrzeugs; eine Einrichtung für die Erfassung der Änderungsrate der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung (21, 22) für die Erfassung der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Änderung der Querbeschleunigung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung (23, 24) für die Erfassung der Querbeschleunigung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Geschwindigkeit in Querrichtung des Fahrzeugs; eine Einrichtung für die Erfassung der Änderungsrate der vertikalen Beschleunigung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung (25, 26) für die Erfassung der vertikalen Beschleunigung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der vertikalen Geschwindigkeit des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Änderungsrate der Winkelbeschleunigung der Rollbewegung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Winkelbeschleunigung der Rollbewegung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Winkelgeschwindigkeit der Rollbewegung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung des Winkels der Rollbewegung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Änderungsrate der Winkelbeschleunigung der Nickbewegung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Winkelbeschleunigung der Nickbewegung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Winkelgeschwindigkeit der Nickbewegung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung des Winkels der Nickbewegung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Änderungsrate der Winkelgeschwindigkeit der Gierbeschleunigung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Winkelbeschleunigung der Gierbewegung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Winkelgeschwindigkeit der Gierbewegung des Fahrzeugs (1); und eine Einrichtung für die Erfassung des Winkels der Gierbewegung des Fahrzeugs (1).
die Betriebsgrößen-Erfassungseinrichtung (231) eine Einrichtung (317) für die Erfassung des Lenkwinkels (δ) des Lenkrades (78), eine Einrichtung (436) für die Erfassung eines Hydraulikbremsdrucks, eine Einrichtung (423) für die Erfassung des Drosselklappenöffnungswinkels des Motors und eine Einrichtung für die Erfassung der Schaltposition der Kraftübertragung des Fahrzeugs umfaßt;
die Betätigungseinrichtung eine Lenkwinkel- Steuereinrichtung (81), eine Hydraulikbremsruck-Steuereinrichtung (83), eine Drosselklappenöffnungswinkel- Steuereinrichtung (82), eine Kraftübertragungs-Steuereinrichtung (84) und eine Differentialgetriebe-Steuereinrichtung (77) umfassen; und
die Einrichtung für die Erfassung der dem Fahrzeugverhalten zugeordneten Größen wenigstens eine der folgenden Einrichtungen umfaßt:
eine Einrichtung (73a bis 73d) für die Erfassung der Drehgeschwindigkeit der Räder des Fahrzeugs; eine Einrichtung für die Erfassung der Änderungsrate der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung (21, 22) für die Erfassung der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Änderung der Querbeschleunigung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung (23, 24) für die Erfassung der Querbeschleunigung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Geschwindigkeit in Querrichtung des Fahrzeugs; eine Einrichtung für die Erfassung der Änderungsrate der vertikalen Beschleunigung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung (25, 26) für die Erfassung der vertikalen Beschleunigung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der vertikalen Geschwindigkeit des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Änderungsrate der Winkelbeschleunigung der Rollbewegung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Winkelbeschleunigung der Rollbewegung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Winkelgeschwindigkeit der Rollbewegung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung des Winkels der Rollbewegung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Änderungsrate der Winkelbeschleunigung der Nickbewegung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Winkelbeschleunigung der Nickbewegung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Winkelgeschwindigkeit der Nickbewegung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung des Winkels der Nickbewegung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Änderungsrate der Winkelgeschwindigkeit der Gierbeschleunigung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Winkelbeschleunigung der Gierbewegung des Fahrzeugs (1); eine Einrichtung für die Erfassung der Winkelgeschwindigkeit der Gierbewegung des Fahrzeugs (1); und eine Einrichtung für die Erfassung des Winkels der Gierbewegung des Fahrzeugs (1).
17. System gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung für die Erfassung der dem Fahrzeugverhalten
zugeordneten Größen umfaßt:
Beschleunigungssensoren (21 bis 26), die an wenigstens zwei Achsen eines die Fahrzeuglängsachse (x), die durch den Schwerpunkt des Fahrzeugs (1) verlaufende vertikale Achse (z) und die Querachse (y) des Fahrzeugs (1) gebildeten Fahrzeug-Koordinatensystems so angeordnet sind, daß auf jeder der Achsen (x, y, z) eine Mehrzahl dieser Beschleunigungssensoren (21, 22; 23, 24; 25, 26) angeordnet sind;
eine Einrichtung (48; 86; 300) für die Aufstellung von Transformationsgleichungen für die Bestimmung der Beschleunigungswerte der linearen Bewegung in einem beliebigen Punkt (S) des Fahrzeugs (1) in den Achsenrichtungen eines beliebigen Koordinatensystems und für die Bestimmung der Beschleunigungswerte der Drehbewegung um die Achsen dieses beliebigen Koordinatensystems unter gleichzeitiger Verwendung der Beschleunigungswerte, die von den an wenigstens zwei Achsen des Fahrzeug-Koordinatensystems (x, y, z) angeordneten Beschleunigungssensoren (21 bis 26) erfaßt wurden;
eine Einrichtung (48; 86; 300) für die Berechnung der Lösung der Transformationsgleichungen, um Beschleunigungswerte der linearen Bewegung in einem beliebigen Punkt (S) des Fahrzeugs (1) in Richtung einer jeden Achse des beliebigen Koordinatensystems und Beschleunigungswerte der Drehbewegung um jede Achse dieses beliebigen Koordinatensystems zu erhalten;
eine Einrichtung (48; 86; 300) für die Aufstellung von Bewegungsgleichungen, in denen eine Mehrzahl von Freiheitsgraden der Bewegung berücksichtigt sind; und
eine Einrichtung (48; 86; 300) für die Berechnung der Lösung der Bewegungsgleichungen mittels der Beschleunigungswerte der linearen Bewegung in einem beliebigen Punkt (S) des Fahrzeugs (1) in den Richtungen der Achsen des beliebigen Koordinatensystems und anhand der Beschleunigungswerte der Drehbewegung um jede Achse dieses beliebigen Koordinatensystems, um die dem Verhalten des Fahrzeugs (1) zugeordneten physikalischen Größen zu erhalten.
Beschleunigungssensoren (21 bis 26), die an wenigstens zwei Achsen eines die Fahrzeuglängsachse (x), die durch den Schwerpunkt des Fahrzeugs (1) verlaufende vertikale Achse (z) und die Querachse (y) des Fahrzeugs (1) gebildeten Fahrzeug-Koordinatensystems so angeordnet sind, daß auf jeder der Achsen (x, y, z) eine Mehrzahl dieser Beschleunigungssensoren (21, 22; 23, 24; 25, 26) angeordnet sind;
eine Einrichtung (48; 86; 300) für die Aufstellung von Transformationsgleichungen für die Bestimmung der Beschleunigungswerte der linearen Bewegung in einem beliebigen Punkt (S) des Fahrzeugs (1) in den Achsenrichtungen eines beliebigen Koordinatensystems und für die Bestimmung der Beschleunigungswerte der Drehbewegung um die Achsen dieses beliebigen Koordinatensystems unter gleichzeitiger Verwendung der Beschleunigungswerte, die von den an wenigstens zwei Achsen des Fahrzeug-Koordinatensystems (x, y, z) angeordneten Beschleunigungssensoren (21 bis 26) erfaßt wurden;
eine Einrichtung (48; 86; 300) für die Berechnung der Lösung der Transformationsgleichungen, um Beschleunigungswerte der linearen Bewegung in einem beliebigen Punkt (S) des Fahrzeugs (1) in Richtung einer jeden Achse des beliebigen Koordinatensystems und Beschleunigungswerte der Drehbewegung um jede Achse dieses beliebigen Koordinatensystems zu erhalten;
eine Einrichtung (48; 86; 300) für die Aufstellung von Bewegungsgleichungen, in denen eine Mehrzahl von Freiheitsgraden der Bewegung berücksichtigt sind; und
eine Einrichtung (48; 86; 300) für die Berechnung der Lösung der Bewegungsgleichungen mittels der Beschleunigungswerte der linearen Bewegung in einem beliebigen Punkt (S) des Fahrzeugs (1) in den Richtungen der Achsen des beliebigen Koordinatensystems und anhand der Beschleunigungswerte der Drehbewegung um jede Achse dieses beliebigen Koordinatensystems, um die dem Verhalten des Fahrzeugs (1) zugeordneten physikalischen Größen zu erhalten.
18. System gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinrichtung (300) eine zusätzliche Steuergröße
für die Lenkwinkel-Steuereinrichtung (81) in Kurvenrichtung
erzeugt, die auf einen Geschwindigkeitsvektor
im Mittelpunkt der zwischen dem linken und dem rechten
lenkbaren Rad des Fahrzeugs (1) bezogen ist und von der
Einrichtung für die Erfassung der dem Fahrzeugverhalten
zugeordneten Größe erfaßt wird, wenn eine positive Seitenführungskraft
bezüglich der Kurvenrichtung des Fahrzeugs
erzeugt wird.
19. System gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hydraulikbremsdruck-Steuereinrichtung (83) den
Bremsdruck für jedes Rad unabhängig steuert.
20. System gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hydraulikbremsdruck-Steuereinrichtung (83) ein
Steuersystem für die unabhängige Steuerung des Bremsdruckes
eines jeden Rades zwischen einem blockierten Zustand
und einem nicht blockierten Zustand des Rades enthält.
21. System gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinrichtung (300) während der Steuerung der
Seitenführungskraft des Rades den Bremsdruck unabhängig
für jedes Rad zwischen dem blockierten Zustand und dem
nicht blockierten Zustand des Rades steuert.
22. System gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinrichtung (300) eine Steuergröße für die
Steuerung der maximalen Drehmomentdifferenz des Differentialgetriebes
(77) und eine Steuergröße für die Steuerung
der Schaltposition der Kraftübertragungs-Steuereinrichtung
(84) erzeugt, um für die Differentialgetriebe-
Steuereinheit bzw. für die Kraftübertragungs-Steuereinheit
(84) Eingangsdaten bereitzustellen, um die auf das
linke und das rechte Antriebsrad wirkende Motorbremskraft
zwischen einem nicht blockierten und einem blockierten
Zustand zu steuern, wodurch die Seitenführungskraft der
Antriebsräder gesteuert wird.
23. System gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinrichtung (300) eine Steuergröße für die
Steuerung des Drosselklappenöffnungswinkels, eine Steuergröße
für die Steuerung der maximalen Drehmomentdifferenz
des Differentialgetriebes (77) und eine Steuergröße für
die Schaltposition der Kraftübertragungs-Steuereinrichtung
(84) erzeugt, um für die Drosselklappenöffnungswinkel-
Steuereinrichtung (82), für die Differentialgetriebe-
Steuereinrichtung bzw. für die Kraftübertragungs-Steuereinrichtung
(84) Eingangsdaten zu schaffen, um die linken
und die rechten Antriebsräder zwischen einem Zustand, in
dem das Fahrzeug (1) schleudert, und einem Zustand, in
dem das Fahrzeug (1) nicht schleudert, zu steuern, wodurch
die Seitenführungskräfte der Antriebsräder gesteuert
werden.
24. System gemäß Anspruch 15, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (301) für die Anzeige einer vorhergesagten
Wertedifferenz, wenn die von der ersten Differenzerfassungseinrichtung
(236) erfaßte vorhergesagte Wertedifferenz
einen vorgegebenen Wert übersteigt.
25. System gemäß Anspruch 16, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung für die Veränderung der Eingabe- und der
Ausgabecharakteristik des Standardverhaltensmodells gemäß
einer vorgegebenen Bedingung, wenn entweder der Lenkwinkel,
der Bremsdruck oder der Drosselklappenöffnungswinkel
eine vorgegebene Bedingung erfüllt.
26. System gemäß Anspruch 16, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (301) für die Anzeige der Differenz der
Betriebsgrößen und der Steuergrößen.
27. System gemäß Anspruch 16, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung für die wahlweise Aktivierung und Inaktivierung
der Steuereinrichtung (300) aufgrund eines Befehls
vom Fahrer.
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