DE4237922C2

DE4237922C2 - Regelverfahren und Regelvorrichtung für die Hinterradlenkung eines Fahrzeugs mit Allradlenkung

Info

Publication number: DE4237922C2
Application number: DE4237922A
Authority: DE
Inventors: Mizuho Sugiyama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1991-11-13
Filing date: 1992-11-10
Publication date: 1997-04-17
Anticipated expiration: 2012-11-11
Also published as: JPH05131946A; DE4237922A1; US5311956A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelverfahren und eine Regelvorrichtung für die Hinter radlenkung eines Fahrzeugs mit Allradlenkung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und 2.

Durch die JP 63-207 772 A ist eine elektrische Steuervorrichtung dieser Art vorgeschlagen worden, die dazu ausgelegt ist, einen Giergrad des Radfahrzeugs zu ermitteln, um einen Ziel-Lenkwert zum Lenken der Hinterräder in Über einstimmung mit einer Größe des ermittelten Giergrades in einer den Giergrad des Fahrzeugs einschränkenden Richtung zu bestimmen und ein für den Ziel-Lenkwert kennzeichnendes Steuersignal zu erzeugen, das dem elektrisch betriebenen Stellantrieb des Hinterrad-Lenkmechanismus zugeführt wird. Bei einer derartigen herkömmlichen Steuervorrichtung kann eine Konvergenz des Giergrades während einer. Kurvenfahrt des Fahrzeugs verbessert werden, wie durch die gestrichelt- doppeltpunktierten Linien in Fig. 5 gezeigt ist, um die Fahrstabilität des Fahrzeugs zu steigern. Unter der Kontrol le der herkömmlichen Steuervorrichtung werden jedoch die Hinterräder in Abhängigkeit von oder im Ansprechen auf den ermittelten Giergrad des Fahrzeugaufbaus gelenkt. Als Er gebnis dessen steigt die Seitenkraft der Hinterräder rapid an, um eine Übergangsperiode für ein Kurven des Fahrzeugs zu verkürzen, und, wie durch die gestrichelt-doppeltpunktier ten Linien in Fig. 5 gezeigt ist, wird ein Anstiegsgrad einer Querbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus steil, was in einer Vergrößerung der Querneigungs- oder Wankgeschwin digkeit des Fahrzeugaufbaus resultiert.

Ein diesem Verfahren im wesentlichen gleichendes Verfahren ist aus der DE 39 31 701 C2 bekannt, gemäß dem das Verhältnis von Hinterrad-Lenkwinkel und Vorderrad-Lenkwinkel variabel in Abhängigkeit von der Größe der Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs geregelt wird, um eine gleichförmige Gierreaktion in einer gewünschten Richtung bis zu einer hohen Querbeschleunigung hin zu gewährleisten. Dazu wird ein Sollwert für den Hinterrad-Lenkwinkel aus den erfaßten Werten für die Gierwinkelgeschwindigkeit, die Querbeschleunigung, die Fahrzeuggeschwindigkeit und den Vorderrad-Lenkwinkel errechnet, woraufhin der tatsächliche Hinterrad-Lenkwinkel so lange nachgestellt wird, bis er mit dem errechneten Sollwert übereinstimmt.

Ferner ist aus der DE 38 19 837 A1 eine Regelvorrichtung für ein allradgelenktes Kraftfahrzeug bekannt, mittels der unter anderem der Hinterrad-Lenkwinkel eingeregelt werden kann. Dazu wird ein Sollwert für den Hinterrad-Lenkwinkel aus den von Sensoren erfaßten Werten für den Lenkwinkel, die Lenkungs-Neutralstellung und die Fahrzeuggeschwindigkeit errechnet und ein Soll-Ist- Abgleich durchgeführt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Regelverfahren für die Hinterradlenkung eines allradgelenkten Kraftfahrzeugs sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen, um den Fahrkomfort des Kraftfahrzeugs zu steigern.

Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst und hinsichtlich der Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 gelöst.

Weitere Ziele der Erfindung wie auch deren Merkmale und Vor teile werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes deutlich. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Allrad-Lenk systems eines Radfahrzeugs;

Fig. 2 eine fiktive Darstellung, die jede Zustandsgröße des Radfahrzeugs zur Erläuterung von positiven oder negativen Werten zeigt, welche durch die jeweils in Fig. 1 angegebenen Fühler ermittelt werden;

Fig. 3 einen Flußplan eines durch einen in Fig. 1 dar gestellten Mikrocomputer abgearbeiteten Steuer programms;

Fig. 4(A) bis 4(D) auf die Fahrgeschwindigkeit jeweils bezo gene Koeffizienten K₁(V) - K₄(V);

Fig. 5 jede Zustandsgröße des Radfahrzeugs in bezug auf den Ablauf der Zeit im Gegensatz zur herkömmli chen elektrischen Steuervorrichtung;

Fig. 6 jede Zustandsgröße des Radfahrzeugs in bezug auf den Ablauf der Zeit unter einer erfindungsgemäßen Steuerung.

Die Fig. 1 zeigt schematisch ein Allrad-Lenksystem eines Rad fahrzeugs, das eine Vorderrad-Lenkung 10 für einen Satz von lenkbaren Vorderrädern FW1 und FW2, eine Hinter rad-Lenkung 20 für einen Satz von lenkbaren Hinter rädern RW1 und RW2 sowie eine elektrische Steuervorrichtung 30 für die Hinterrad-Lenkung 20 umfaßt. Die Vorder rad-Lenkung 10 enthält ein an einer Lenkwelle 12 befestigtes Lenkrad 11, wobei das untere Ende der Lenkwel le 12 mit einer für eine axiale Verlagerung innerhalb eines. Lenkgetriebes 13 gelagerten Zahnstange 14 in Wirkverbindung steht. Die Zahnstange 14 ist an ihren entgegengesetzten Enden durch ein Paar von Spurstangen 15a, 15b und ein Paar von Spurhebeln 16a, 16b mit den Vorderrädern FW1 sowie FW2 verbunden. Auf diese Weise werden die Vorderräder FW1 und FW2 in Übereinstimmung mit einer axialen Verlagerung der Zahnstange 14 gelenkt. Die Hinterrad-Lenkung 20 umfaßt einen elektrisch betätigten Stellantrieb 21, der dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem ihm zuge führten elektrischen Steuersignal eine axiale Verlagerung einer Übertragungsstange 22 herbeizuführen. An ihren einan der entgegengesetzten Enden ist die Übertragungsstange 22 über ein Paar von Spurstangen 23a, 23b und ein Paar von Spurhebeln 24a, 24b mit den Hinterrädern RW1 sowie RW2 ver bunden. Somit werden die Hinterräder RW1 und RW2 entspre chend einer axialen Verlagerung der Übertragungsstange 22 gelenkt.

Die elektrische Steuervorrichtung 30 enthält einen Fahrge schwindigkeitsfühler 31, einen Schräglaufwinkelfühler 32, einen Giergradfühler 33, einen Querneigung-Winkelgeschwin digkeitsfühler 34, einen Querneigungs- oder Wankwinkel fühler 35 und einen Hinterrad-Lenkwinkelfühler 36. Der Fahrgeschwindigkeitsfühler 31 ist dazu ausgebildet, eine Drehzahl der Abtriebswelle eines (nicht dargestellten) Fahrzeug-Triebwerks zu ermitteln, um ein für die Fahrge schwindigkeit V des Fahrzeugs kennzeichnendes elektrisches Signal zu erzeugen. Der Schräglaufwinkelfühler 32 ist so angeordnet, daß er einen Abweichwinkel des Fahrzeugauf baus mit Bezug zu einer Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs erfaßt, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das einen Schräglaufwinkel β des Fahrzeugaufbaus kennzeichnet. Der Giergradfühler 33 ist dazu ausgestaltet, eine Drehwinkel geschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus um eine vertikale Achse zu ermitteln und ein elektrisches Signal zu erzeugen, das einen Giergrad γ des Fahrzeugaufbaus angibt. Der Wankwinkelgeschwindigkeitsfühler 34 dient dazu, eine Wankwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus um dessen Längsachse zu erfassen und ein elektrisches Signal zu erzeugen, das eine Wankwinkelgeschwindigkeit dΘ/dt des Fahr zeugs kennzeichnet. Der Wankwinkelfühler 35 ist dazu ausge bildet, einen Drehwinkel des Fahrzeugaufbaus um dessen Längsachse zu erfassen und ein elektrisches Signal zu erzeugen, das einen Wankwinkel Θ des Fahrzeugaufbaus wieder gibt. Der Hinterrad-Lenkwinkelfühler 36 soll aufgrund sei ner Anordnung einen Lenkwinkel der Hinterräder RW1 und RW2 ermitteln und ein elektrisches Signal erzeugen, das für den ermittelten Lenkwinkel Θr kennzeichnend ist. Bei der in Re de stehenden Ausführungsform werden der Schräglaufwinkel β, der Giergrad γ, die Wankwinkelgeschwindigkeit dΘ/dt, der Wankwinkel Θ und der Hinterrad-Lenkwinkel Θr jeweils als ein positiver Wert in einer in Fig. 2 durch einen Pfeil angegebenen Richtung dargestellt.

Die elektrische Steuervorrichtung 30 enthält einen Mikro computer 37, dem die elektrischen Signale von den Fühlern 31-36 zugeführt werden. Der Mikrocomputer 37 umfaßt eine Zentraleinheit, einen Festwertspeicher (ROM), einen Direkt zugriffsspeicher (RAM) und eine Ein-/Ausgabevorrichtung. Der ROM ist so aufgebaut, ein durch einen Flußplan in Fig. 3 gezeigtes Steuerprogramm und verschiedene Koeffi zienten K₁(V), K₂(V), K₃(V) und K₄(V) jeweils als eine Funktion der Fahrgeschwindigkeit V in Form von in Fig. 4 gezeigten Tafeln zu speichern. Der Mikrocomputer 37 ist mit einem Treiberkreis 38 verbunden, der dazu ausgebildet ist, den Stellantrieb 21 in Übereinstimmung mit einem dem Kreis 38 vom Mikrocomputer 37 zugeführten elektrischen Steuersignal zu betätigen.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des Mikrocomputers 37 unter Bezugnahme auf den Flußplan der Fig. 3 erläutert. Wenn ein (nicht dargestellter) Zündschalter des Fahrzeugs angeschaltet worden ist, initiiert der Mikrocomputer 37 im Schritt 40 das Abarbeiten des Steuerprogramms, um wie derholt die Verarbeitung in den Schritten 41-44 für eine kontrollierte Steuerung der Hinterräder RW1 und RW2 durchzu führen. Im Schritt 41 des Programms werden dem Mikrocompu ter 37 die elektrischen Signale eingegeben, die jeweils für die gegenwärtige Fahrgeschwindigkeit V, den Schräglauf winkel β, den Giergrad γ, die Wankwinkelgeschwindigkeit dΘ/dt, den Wankwinkel Θ und den Hinterrad-Lenkwinkel Θr von den Fühlern 31-36 kennzeichnend sind, und dann geht das Programm zum Schritt 42 über. In diesem Schritt 42 liest der Mikrocomputer 37 die auf die tatsächliche Fahrgeschwin digkeit V bezogenen Koeffizienten K₁(V), K₂(V), K₃(V) und K₄(V) von den in Fig. 4 gezeigten Tafeln aus. Im folgenden Schritt 43 berechnet der Mikrocomputer 37 auf der Grundlage der Koeffizienten K₁(V), K₂(V), K₃(V), K₄(V) sowie des ge genwärtigen Schräglaufwinkels β, des Giergrades γ, der Wankwin kelgeschwindigkeit dΘ/dt und des Wankwinkels Θ durch Be rechnen der folgenden Gleichung einen Ziel-Hinterradlenkwin kel Θr*:

Θr* = K₁(V) · β + K₂(V) · γ + K₃(V) · dΘ/dt + K₄(V) · ↓.

Anschließend berechnet der Mikrocomputer 37 im Schritt 44 eine Differenz Θr*-Θr zwischen dem Ziel-Hinterradlenkwin kel und dem tatsächlichen Hinterradlenkwinkel, um ein Re gelsignal zu erzeugen, das für die Differenz Θr*-Θr kenn zeichnend ist, um kontrolliert die Hinterräder RW1 und RW2 zu beeinflussen.

Wenn dem Treiberkreis 38 das Regelsignal vom Mikrocomputer 37 zugeführt wird, betätigt der Treiberkreis 38 den Stell antrieb 21 derart, daß eine axiale Verlagerung der Über tragungsstange 22 mit einem der berechneten Differenz Θr*-Θr entsprechenden Wert ausgeführt wird. Auf diese Weise werden die Hinterräder RW1 und RW2 nach links oder nach rechts mit einem Winkel gelenkt, der der berechneten Diffe renz Θr*-Θr entspricht, so daß der gegenwärtige Lenkwin kel Θr der Hinterräder mit dem Ziel-Lenkwinkel Θr* über einstimmt.

Wenn angenommen wird, daß die Vorderräder FW1 und FW2 wäh rend eines Fahrens des Fahrzeugs so gelenkt worden sind, daß ein Schräglaufwinkel β und ein Giergrad γ am Fahrzeugaufbau hervorgerufen werden, so wird jeder absolute Wert der Koef fizienten K₁(V) und K₂(V) als ein positiver Wert in Überein stimmung mit einer Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit V ver größert, wie in den Fig. 4(A) und 4(B) gezeigt ist. Aus die sem Grund werden die Hinterräder RW1 und RW2 auf der Grund lage des Werts von K₁(V) · β und K₂(V) · γ in einer Richtung, in welcher der Schräglaufwinkel β und der Giergrad γ des Fahrzeugaufbaus beschränkt werden, oder in derselben Rich tung wie die Vorderräder FW1 und FW2 gelenkt. Dadurch kann, wie in Fig. 5 und Fig. 6 durch ausgezogene Linien gezeigt ist, die Konvergenz des Schräglaufwinkels β und des Gier grades γ verbessert werden, um die Fahrstabilität des Fahr zeugs zu begünstigen oder zu steigern. Bei einem solchen Lenkvorgang des Fahrzeugs wankt der Fahrzeugaufbau auswärts, wodurch eine Wankwinkelgeschwindigkeit dΘ/dt und ein Wank- oder Querneigungswinkel Θ hervorgerufen werden. Da jeder der Koeffizienten K₃(V) und K₄(V) als ein negativer Wert in Übereinstimmung mit einem Anstieg der Fahrgeschwin digkeit V vergrößert wird, wie in den Fig. 4(C) und 4(D) gezeigt ist, werden die Hinterräder RW1 und RW2 auf der Grundlage des Werts von K₃ (V) · dΘ/dt und K₄(V) · Θ in einer Richtung, welche das Wanken des Fahrzeugaufbaus beschränkt, oder in der entgegengesetzten Richtung mit Bezug zu den Vorderrädern FW1 und FW2 gelenkt. Als Ergebnis dessen wer den die Hinterräder RW1 und RW2 zuerst in derselben Rich tung oder Phase wie die Vorderräder FW1 sowie FW2 und dann in der mit Bezug zu den Vorderrädern FW1, FW2 entgegenge setzten Richtung oder Phase gelenkt, um eine Anstiegsrate der Querbeschleunigung ª des Fahrzeugaufbaus, ohne irgend eine Verschlechterung in der Giergradkonvergenz hervorzurufen, abzuschwächen. Das ist wirksam, um die Wankwinkelgeschwin digkeit dΘ/dt auf einen kleinen Wert einzuschränken, wie durch die ausgezogene Linie in Fig. 5 und Fig. 6 gezeigt ist, um den Fahrkomfort des Fahrzeugs ohne jegliche Ver schlechterung der Fahrstabilität zu steigern.

Obwohl bei der dargestellten und erläuterten Ausführungs form der Querneigung-Winkelgeschwindigkeitsfühler 34 und der Wankwinkelfühler 35 getrennt vorgesehen sind, um die Wankwinkelgeschwindigkeit dΘ/dt und den Wankwinkel Θ zu ermitteln, kann allein der Querneigung-Winkelgeschwindig keitsfühler 34 dazu ausgestaltet sein, die Wankwinkelge schwindigkeit dΘ/dt zu ermitteln und durch Integrieren der ermittelten Wankwinkelgeschwindigkeit den Wankwinkel Θ zu berechnen. Alternativ kann allein der Wankwinkelfühler 35 zur Ermittlung des Wankwinkel Θ und zur Berechnung der Wankwinkelgeschwindigkeit dΘ/dt durch Differenzieren des ermittelten Wankwinkels eingerichtet sein. Zusätzlich kön nen der Giergrad γ und der Schräglaufwinkel β aus den anderen Ermittlungswerten auf der Annahme eines Bewegungs modells des Fahrzeugs geschlossen werden. Beispielsweise kann der Schräglaufwinkel β des Fahrzeugaufbaus auf der Grundlage der Querbeschleunigung ª, der Fahrgeschwindigkeit V und des Giergrades γ durch Berechnen der folgenden Glei chung β = (a/V) - γ ermittelt werden.

Eine erfindungsgemäße elektrische Steuervorrichtung für eine Hinterrad-Lenkung in einem Allrad-Lenksystem eines Radfahrzeugs ist zur Ermittlung eines Giergrades des Fahrzeugaufbaus ausgelegt, um einen Ziel-Lenkwert zur Len kung eines Satzes von lenkbaren Hinterrädern des Radfahr zeugs in Übereinstimmung mit einer Größe des ermittelten Giergrades in einer Richtung, die den Giergrad des Fahr zeugaufbaus beschränkt, zu bestimmen und ein Steuersignal, das für den Ziel-Lenkwert kennzeichnend ist, zu erzeugen und an einen elektrisch betätigten Stellantrieb der Hin terrad-Lenkung zu legen. Die elektrische Steuer vorrichtung ist ferner dazu ausgebildet, einen Wankwinkel und/oder eine Wankwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugauf baus zu ermitteln und einen Korrekturwert zur Lenkung der Hinterräder in Übereinstimmung mit einer Größe des ermit telten Wankwinkels und/oder der ermittelteen Wankwinkelge schwindigkeit in einer mit Bezug zu der den Giergrad des Fahrzeugs beschränkenden Richtung entgegengesetzten Rich tung zu bestimmen und den Korrekturwert zum Ziel-Lenkwert zu addieren.

Claims

1. Regelverfahren für die Hinterradlenkung (20) eines Fahrzeugs mit Allradlenkung, gemäß dem der Hinterrad-Lenk winkel (Θ_r) in Abhängigkeit von der Gierwinkelgeschwindig keit (γ) des Fahrzeugs derart eingeregelt wird, daß zu Beginn einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs die Gierwinkel geschwindigkeit (γ) rasch auf einen konstanten Wert konver giert, dadurch gekennzeichnet, daß der Hinterrad-Lenkwinkel (Θ_r) zugleich in Abhängigkeit von dem Wankwinkel (Θ) und/oder der Wankwinkelgeschwindigkeit (dΘ/dt) des Fahr zeugs derart eingeregelt wird, daß die Querbeschleunigung (a) des Fahrzeugs zu Beginn der Kurvenfahrt nur langsam zunimmt.

2. Regelvorrichtung (30) für die Hinterradlenkung (20) eines Fahrzeugs mit Allradlenkung, die einen Antrieb (21) zum Lenken der Hinterräder (RW1, RW2) aufweist, mit einer die Gierwinkelgeschwindigkeit (γ) des Fahrzeugs erfassenden Einrichtung (33) und einer den Wankwinkel (Θ) und/oder die Wankwinkelgeschwindigkeit (dΘ/dt) des Fahrzeugs erfassen den Einrichtung (34, 35), die an einen Rechner (37) ange schlossen sind, mittels dem der Hinterrad-Lenkwinkel (Θ_r) über den Antrieb (21) nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 einregelbar ist.